Крупнейший опрос, посвященный взглядам физиков на фундаментальные вопросы современной науки, показал неожиданно слабый консенсус. Около 1600 участников ответили на вопросы о Большом взрыве, темной материи, темной энергии и квантовой гравитации. Большинство не считает Большой взрыв доказанным абсолютным началом времени, а стандартная космологическая модель ΛCDM не получила даже половины голосов.

Большой взрыв не обязательно означает начало времени

Опрос провели астрофизик Ниайеш Афшорди из Университета Ватерлоо, научный коммуникатор Фил Халпер и журнал Physics Magazine Американского физического общества. Участниками стали более 1600 человек, причем основную часть составляли исследователи в области физики и смежных наук. Авторы называют исследование одним из крупнейших опросов, посвященных именно мнениям физиков об открытых вопросах фундаментальной физики.

Самый заметный результат касается Большого взрыва. Около 70% участников выбрали формулировку, согласно которой Большой взрыв следует понимать как описание эволюции Вселенной из горячего и плотного состояния, не утверждая при этом, что именно в этот момент началось время. В исходных материалах Университета Ватерлоо эта доля составляет 68%.

Это важное уточнение, поскольку популярное представление о Большом взрыве часто сводит теорию к простой картине: когда-то существовало сверхплотное состояние, затем Вселенная начала расширяться, и с этого момента началась история всего существующего. В современной космологии утверждение гораздо осторожнее. Теория описывает раннюю горячую и плотную Вселенную и ее последующую эволюцию, но сама по себе не отвечает на вопрос, существовало ли что-либо — включая время — до этого состояния.

При этом идея космической инфляции, то есть чрезвычайно быстрого расширения Вселенной на ранней стадии, получила лишь чуть больше половины голосов — 51%. Это единственный другой вопрос опроса, по которому удалось получить большинство.

Стандартная модель Вселенной тоже не получила большинства

Еще более показателен результат по ΛCDM — стандартной космологической модели, которая десятилетиями используется для описания расширения Вселенной и ее основных компонентов. Она предполагает существование темной материи и темной энергии определенных типов и хорошо описывает огромное количество астрономических наблюдений.

Но в опросе эта модель не получила большинства. Авторы исследования связывают часть сомнений с новыми наблюдениями, в частности с результатами спектроскопического инструмента темной энергии DESI. Они указывают на данные, которые допускают изменение свойств темной энергии со временем, тогда как классическая версия ΛCDM предполагает постоянную космологическую постоянную.

Это пока не означает, что ΛCDM опровергнута. Результаты DESI рассматриваются как указание на возможное несоответствие, которое предстоит проверить дополнительными наблюдениями и анализом. Сам опрос также измеряет взгляды ученых, а не экспериментально устанавливает истинность той или иной теории.

Именно поэтому авторы исследования рассматривают отсутствие консенсуса скорее как карту нерешенных проблем, чем как доказательство провала современной космологии.

Что физики думают о темной материи

Разногласия особенно заметны там, где ученым приходится объяснять природу невидимых компонентов Вселенной.

Темная материя проявляет себя через гравитацию, но ее физическая природа до сих пор неизвестна. В опросе только 17% участников выбрали в качестве объяснения легкие новые частицы, например аксионы. Еще 22% указали на возможность модификации теории гравитации, включая варианты, связанные с MOND или квантовой гравитацией. Самым популярным отдельным ответом — около 21% — оказался компромиссный вариант, согласно которому решение может сочетать несколько предложенных объяснений.

Показательно и то, что один из прежних фаворитов — слабовзаимодействующие массивные частицы, или WIMP, — получил лишь около 10% голосов. Это отражает не отсутствие исследований в этой области, а изменение отношения физиков к конкретным кандидатам по мере накопления экспериментальных данных.

Похожая картина складывается с темной энергией. Космологическая постоянная Λ, лежащая в основе классической версии ΛCDM, получила примерно четверть голосов и оказалась примерно на одном уровне с гипотезой о динамическом поле, свойства которого меняются со временем.

Даже квантовая гравитация остается открытым вопросом

Не существует единого ответа и на другую фундаментальную проблему: как совместить общую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой.

Среди предложенных вариантов лидирует теория струн, но ее поддерживают менее 20% участников. Петлевая квантовая гравитация получила около 12%, а 18% респондентов считают, что гравитацию вообще невозможно квантовать. При этом самым частым ответом на вопрос о квантовой гравитации стал вариант «нет мнения».

Получается парадоксальная картина: физика обладает теориями, которые чрезвычайно хорошо описывают огромные диапазоны явлений, но на самых фундаментальных уровнях между исследователями сохраняются серьезные разногласия. Причем речь идет не об одной спорной детали, а сразу о происхождении Вселенной, природе темной материи и темной энергии, устройстве черных дыр и связи квантовой механики с гравитацией.

Для Афшорди это не свидетельство того, что физика зашла в тупик. По его словам, научная истина не определяется голосованием, но наличие или отсутствие согласия помогает понять, где существующие данные уже достаточно убедительны, а где остаются возможности для принципиально разных объяснений.

Именно в этих пробелах могут появиться следующие важные открытия. Но сам опрос не выбирает новую теорию вместо старой: он показывает лишь, насколько далеко современная фундаментальная физика еще находится от единого ответа на некоторые из своих главных вопросов.