Физика

Не верьте мне — я ученый

Отрывок из книги «Уродливая Вселенная: как поиски красоты заводят физиков в тупик»
Не верьте мне — я ученый

Издательство «Бомбора»/PxHere/Indicator.Ru

В своей книге научный сотрудник Франкфуртского института передовых исследований Сабина Хоссенфельдер объясняет, почему вот уже более четырех десятилетий человечество не видит существенных прорывов в физике: «математическая красота» вступает в противоречие с научной объективностью. C любезного разрешения издательства «Бомбора» Indicator.Ru публикует отрывок книги, из которого можно узнать, как кротовыми норами «затыкают» проблемы черных дыр и почему исследователи «сокращали» жизнь нейтрону.

Вы слышали любопытнейшую историю о жизни нейтрона? Нейтроны состоят из трех кварков и вместе с протонами составляют ядра атомов. Атомные ядра, по счастью, стабильны, но вытащите нейтрон из ядра — и он распадется, среднее время его жизни будет равняться примерно десяти минутам. Если более точно — 885 ± 10 секунд. Любопытная часть здесь — вот этот плюс-минус.

Результаты измерений времени жизни нейтрона по годам

Результаты измерений времени жизни нейтрона по годам

Patrignani C. et al.

Время жизни нейтрона измеряется с неуклонно возрастающей точностью начиная с 1950-х годов (на рисунке слева — Indicator.Ru). Сейчас есть два разных метода измерения, которые дают разные же результаты (на рисунке справа — Indicator.Ru). Расхождение (Сейчас 3,8 σ — автор) больше того, что дозволяется погрешностями измерения, то есть шансы, что это случайность, меньше 1 к 10 000. Ситуация загадочная, возможно, предвещающая новую физику. Но я хотела привлечь ваше внимание к другому.

Взгляните снова на левый график. Маленькие черточки посередине — измеренные значения, а вертикальные линии — заявленные погрешности. Обратите внимание, как данные располагаются на одной своеобразной ступеньке, а потом вдруг резко перепрыгивают на новую — со значением, которое до того было очень редким, иногда даже не попадавшим в пределы погрешности. Похоже, экспериментаторы не только занижали погрешности измерений, но и преимущественно приходили к значениям, максимально воспроизводящим предыдущие результаты. И это не единственная величина, претерпевшая со временем подобные скачки измеренных значений. За последние десятилетия это произошло как минимум с дюжиной времен жизни, масс и частот рассеяния других частиц.

Мы никогда не узнаем доподлинно, почему это произошло. Но вероятное объяснение состоит в том, что экспериментаторы неосознанно старались воспроизвести известные им результаты. Я не имею в виду умышленное жульничество. Просто, если вы получаете результат, не согласующийся с существующей литературой, вы с большей вероятностью начнете искать у себя ошибки, чем если ваш результат прекрасно совпадает с имеющимися. И это перекашивает ваш анализ в сторону воспроизведения предыдущих результатов.

Однако экспериментаторы осознали эту проблему и предприняли шаги для ее решения. И действительно, как вы видите, результаты последних измерений не согласуются между собой. Во многих коллаборациях сейчас заведен следующий порядок: ученые выбирают метод анализа еще до того, как вообще смотрят на данные (в рамках «ослепления»), а затем просто придерживаются заранее согласованной процедуры. Это помогает пресечь тенденцию перебирать разные методы анализа, когда результат выходит не таким, какого хотелось бы.

В биологических науках недавний кризис воспроизводимости тоже подстегнул ученых к тому, чтобы приложить усилия и подстраховаться от предвзятости при планировании эксперимента, при статистическом анализе его результатов и при их публикации. Впереди еще долгий путь, но хотя бы начало положено.

При разработке же теорий аппаратура, которой мы пользуемся, — наш мозг. Но мы не делаем ничего, чтобы избежать предвзятости при работе с ним. Мы не можем визуализировать свой прогресс в простых графиках, но, если бы сумели, я уверена, что мы тоже узрели бы у теоретиков установку на воспроизведение существующих результатов. По некоторым темам мы наплодили столько статей, что те превратились в самоподдерживающиеся области исследований даже в отсутствие экспериментальных доказательств. В случае теоретиков речь идет о сложных теоретических построениях, которые тщательно проверяются — проверяются с точки зрения математической согласованности. Выдвижение иного решения, также математически согласованного, равносильно получению результата, противоречащего существующей литературе.

Возьмем, например, испарение черных дыр. Данных по нему нет никаких. Парадокс файервола… продемонстрировал, что самая изучаемая попытка разрешить проблему потери информации в черной дыре — калибровочно-гравитационная дуальность — нарушает принцип эквивалентности. (Я думаю, что парадокс файервола основан попросту на ошибочном доказательстве. Но, независимо от его статуса, любопытно видеть, какие следствия вывели мои коллеги — автор) Стало быть, она не решает проблему, которую призвана была решить, поскольку несовместима с главным постулатом общей теории относительности. Но проведена такая большая работа ради этого предполагаемого решения, что совершенно немыслимо выкинуть все на помойку. Поэтому физики-теоретики пытаются сейчас привести новый результат в соответствие с предыдущей работой, переизобретая квантовую механику.

Например, Хуан Мальдасена и Леонард Сасскинд объявили, что запутанные частицы соединены так называемыми кротовыми норами — деформациями пространства-времени, столь сильными, что две прежде не связанные друг с другом области оказываются соединены коротким туннелем. Нелокальность тогда перестает быть «жуткой», а пространство и время и наша Вселенная оказываются пробуравлены кротовыми норами. Кротовые норы связывали бы в том числе и пары частиц, образующих излучение Хокинга, устраняя разом и проблему файервола, и проблему потери информации в черной дыре. Эта идея разрабатывается для пространства-времени с отрицательной космологической постоянной, так что не описывает Вселенную, в которой мы живем. Но Мальдасена и Сасскинд надеются, что это некий общий принцип, который имеет место и в нашей Вселенной.

Может, они и правы. Это интересная новая идея. Если природа действительно так устроена, это стало бы ошеломительным открытием. И оно так славно согласуется со всеми предыдущими результатами.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.