[Перевод] Спросите Итана №95: может ли наука серьёзно ошибаться?

Революции видны только задним числом.
— Алан Гринспен

Мы частенько ищем новые большие открытия, но нам плохо удаётся их предсказывать. В 19-м веке мы спорили насчёт того, что является источником энергии Солнца, не подозревая, что в нём идёт ядерный синтез. В 20-м мы спорили о судьбе Вселенной, не думая, что она будет расширяться с ускорением навстречу забвению.

Вы отправляете вопросы и предложения в мою колонку, и на этой неделе выбранный вопрос был задан Крисом Шоу, который хочет знать:

Может ли случиться так, что наши знания о Вселенной окажутся неправильными, что мы найдём другое объяснение для реликтового излучения или может случиться что-то, из-за чего поменяются наши представления о красном смещении или эффекте Допплера, и окажется, что мы находимся в статичной Вселенной?

Это один из главных экзистенциальных вопросов: насколько мы уверены в башне науки, построенной нами самими?

Ответ, как ни странно: вполне уверены, до тех пор, пока не появится серьёзный результат, конфликтующей с ней. Если бы нейтрино, двигающиеся быстрее света, о которых говорили несколько лет назад, подтвердились, нам пришлось бы поменять все наши представления об относительности и ограничениях скорости. Если EMDrive, или другие двигатели, нарушающие законы физики, окажутся правдой, нам нужно будет менять наши представления о классической механике и законе сохранения импульса.

И хотя эти результаты оказались недостаточно серьёзными [статья от 2015 года, когда НАСА ещё не делало своих подтверждений насчёт EMDrive – прим. перев.] – когда-нибудь мы вполне можем встретить другой. И это хорошо! И надеемся, что мы точно знаем, как мы с ним поступим.

Позвольте объяснить вам, что определяет науку и то, как она работает.

Наука – это:

1. Набор знаний, включающих всё, что мы узнали о Вселенной из наблюдений, измерений и экспериментов.
2. Процесс постоянного подвергания сомнению наших предположений, попыток найти щели в нашем понимании, поиск логических ошибок и несоответствий и проверка ограничений нашего знания новыми способами.

Всё, что мы видим, слышим, всё, что фиксируют наши инструменты, может стать, при правильной записи происходящего, научными данными. Когда мы пытаемся построить картину Вселенной, мы используем все доступные нам научные данные. Чтобы правильно заниматься наукой, мы не выбираем по кусочкам только те результаты, что соответствуют нашим предпочтениям. Нам необходимо иметь дело со всеми ними.

Так что, для правильного научного процесса нам нужно собрать данные, сконструировать из этих кусочков непротиворечивую платформу, и потом постоянно подвергать её проверкам. Это значит – увеличивать точность, повышать энергии, понижать температуры, уменьшать расстояния, увеличивать размеры образцов. Выходить за пределы действия теории. Придумывать новые методы наблюдений и экспериментов.

В какой-то момент неизбежно найдётся некое несоответствие. Найдётся нечто, что не соответствует ожиданиям. Вы получите результат, противоречащий старой существующей теории. И когда это произойдёт – если вы сможете подтвердить противоречие, если оно выдержит проверку, и покажет себя, как нечто реальное – вы придёте кое к чему удивительному: к научной революции!

Недостаточно сказать «Старьё не право!». Нужно пойти дальше, и всё сделать правильно. Революционная научная теория должна выполнить три вещи:

1. Воспроизвести все успехи предыдущей.
2. Объяснить новые результаты, противоречившие старой.
3. Сделать новые, проверяемые предсказания, которые ранее не проверялись, и которые либо можно проверить и обосновать, либо отвергнуть.

Это не так-то просто! Поэтому гелиоцентризму пришлось делать предсказания движений планет, не забыть противоречивые результаты (движение комет), и сделать новые предсказания эллиптических орбит. Поэтому Общей теории относительности пришлось объяснять всю ньютоновскую гравитацию, прецессию перигелия Меркурия и движение со скоростью, близкой к световой, и делать новые предсказания об отклонении света гравитацией (и другие).

И поэтому Большой взрыв должен был соответствовать ОТО, объяснить хаббловское расширение Вселенной, отношение красного смещения к расстоянию, и сделать новые предсказания о:
• Существовании и спектре реликтового излучения,
• Избытке нуклеосинтеза лёгких элементов,
• Формировании крупномасштабных структур и о группирующих свойствах гравитации.

И теперь, к вашему главному вопросу: может ли всё это быть ошибочным? Конечно же, может! Для этого потребовалось бы единственное наблюдение любого явления, противоречащего предсказаниям теории Большого взрыва (в контексте ОТО).

Но вот, что важно: это не значит, что теория Большого взрыва будет кругом неправа, так же, как и то, что ОТО не сделала неправильным всю ньютоновскую гравитацию. Теория всё ещё правильно будет описывать Вселенную, начавшуюся в горячем, плотном и расширяющемся состоянии; она всё ещё правильно будет описывать наблюдаемую Вселенную возрастом в миллиарды лет (но не бесконечным); она будет правильно повествовать нам о первых звёздах и галактиках, первых нейтральных атомах и стабильных атомных ядрах.

Что бы её ни заменило, что бы ни замещало наши лучшие теории, оно должно включать в себя все их успехи. Статическая Вселенная не может этого сделать уже сейчас. То же касается теории электрической Вселенной, плазменной космологии, усталого света, дискретизации красного смещения квазаров, топологических дефектов и космических струн.

Возможно, когда-нибудь для одной из этих альтернатив случатся теоретические прорывы, и она вырастет в нечто, соответствующее всему набору наблюдений, или же появится новая альтернатива. Но не сегодня – а пока инфляционная Вселенная Большого взрыва, с излучением, нормальной материей, тёмной материей и тёмной энергией объясняет весь набор всего, что мы наблюдаем, а другие теории на это не способны.

Но важно знать, что мы не пришли к этому состоянию, концентрируясь на одном сомнительном и ненадёжном результате. У нас были десятки параллельных доказательств, приведших к одному и тому же заключению. Даже если оказалось бы, что мы не понимаем сверхновые, нам была бы нужна тёмная энергия. Если бы мы ошибались во вращении галактик, нам была бы нужна тёмная материя. Если бы мы отбросили реликтовое излучение, нам был бы нужен Большой взрыв. Детали могут оказаться другими, и я надеюсь, что проживу достаточно, чтобы увидеть новые теории, замещающие текущие. Но то, что мы знаем сегодня, не окажется неправильным, оно всего лишь неполное, и должно быть заменено чем-то более полным.