Охота за новой физикой продолжается, но Вселенная отвечает одним и тем же — «читайте Эйнштейна, неучи!»

Последние десятилетия природа словно измывается над исследователями фундаментальной физики. Многие теоретики сосредоточили усилия на поиске явлений за пределами существующих концепций: они пытались заглянуть дальше Стандартной модели элементарных частиц, общей теории относительности и квантовой механики. Однако череда экспериментальных открытий преподнесла им неожиданный урок — подтвердила именно те скучные аксиомы, которые преподавали в школах еще полвека назад. И никаких сенсаций…

В 2012 году на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе физики обнаружили бозон Хиггса. Почти за полвека до этого момента Питер Хиггс и Франсуа Энглер математически предсказали существование элементарной частицы. За свою проницательность ученые получили Нобелевскую премию по физике в 2013 году . Экспериментальный успех окончательно подтвердил верность Стандартной модели, опровергнув десятки альтернативных концепций. Впрочем, отсутствие признаков суперсимметрии в полученных данных разочаровало множество физиков, рассчитывавших подкрепить теорию струн.

Спустя три года астрофизики впервые зафиксировали гравитационные волны, что блестяще подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна, созданную столетием ранее. Трое исследователей, внесших ключевой вклад в теоретическое обоснование и практическую реализацию этого достижения, стали лауреатами Нобелевской премии 2017-го .

В тот же период приборы уловили одновременные гравитационные и электромагнитные сигналы от слившихся нейтронных звезд (феномен GW170817). Ученым удалось определить соотношение скоростей распространения обоих типов излучения с невероятной точностью — разница составила четырнадцать порядков. Результаты сразу опровергли множество гипотез, пытавшихся расширить границы эйнштейновской гравитации. В аналогичном русле работали будущие нобелевские лауреаты 2020 года: их исследования доказали , что свойства черных дыр полностью соответствуют прогнозам общей теории относительности.

Научный триумф продолжился в 2022 году , когда Нобелевскую премию присудили за серию экспериментов с квантовой запутанностью на значительных расстояниях. Полученные результаты исключили возможность создать альтернативу квантовой механике. И хотя пресса преподносила эти факты как сенсацию, на деле они лишь подтвердили базовые принципы из школьного учебника.

Долгие годы физики интерпретировали любые мельчайшие расхождения между экспериментами и теорией как свидетельства загадочных явлений, которые модно изучить глубже и получить какое-то вселенское озарение, которое навсегда изменит наше понимание реальности. Научные группы использовали эти отклонения, чтобы выстраивать умозрительные конструкции и публиковать сотни статей. Однако каждый раз новые факты находили простое объяснение в рамках классических законов либо оказывались следствием погрешностей приборов или статистических колебаний.

Логично предположить, что после стольких неудачных попыток опровергнуть традиционные теории ученые должны были стать осторожнее в своих гипотезах. Тем не менее многие продолжают упорно искать революционные идеи. Причины такого упрямства, вероятно, кроются в поверхностном понимании научной методологии.

Мировоззрение физиков, даже если они этого не осознают, всегда опирается на философский фундамент. Значительная часть исследователей, особенно тех, кто отрицает важность философии, следует упрощенной трактовке идей двух мыслителей XX века — Карла Поппера и Томаса Куна.

От Куна берет начало представление, что современные теории не вырастают из прежних достижений — наука движется вперед через радикальные перевороты, "смену парадигм". Поппер же был уверен: теорию можно считать научной, только если её возможно опровергнуть на практике. Поверхностное толкование этих догм породило ряд ошибочных убеждений: будто прошлые знания не помогают совершать открытия, новые теории нужно создавать с чистого листа, а все непроверенные идеи равноценны.

В летописи фундаментальной физики практически невозможно найти крупный прорыв, который возник бы из случайных предположений. Все значимые достижения проистекали из двух эмпирических источников.

Первым служат результаты новых опытов. К примеру, в начале XVII столетия Иоганн Кеплер разгадал эллиптическую форму планетарных траекторий, изучая необычное поведение Марса. Джеймс Максвелл создал математический аппарат классической электродинамики, отталкиваясь от экспериментов Майкла Фарадея и открытий других естествоиспытателей. Квантовая механика появилась на рубеже XX века благодаря наблюдениям за спектральными линиями атомов. Квантовая хромодинамика, описывающая мощные ядерные силы и ставшая краеугольным камнем Стандартной модели, возникла из попыток систематизировать множество адронов, найденных в 1950-60-х годах.

Вторым источником служит анализ видимых противоречий между существующими теориями: внимательное отношение к накопленным фактам и стремление создать цельную картину мира. Ещё один показательный пример — специальная теория относительности, которую Эйнштейн предложил в 1905 году. Он заметил, что уравнения Максвелла прекрасно описывают электромагнитные явления, но предполагают существование абсолютной величины — скорости света. Это противоречило принципу относительности движения, который Галилей установил еще в XVII веке.

Если следовать упрощенной логике Поппера и Куна, Эйнштейну стоило бы изменить максвелловские уравнения или отбросить идею относительности. Однако он выбрал иной путь — положился на достоверность предшествующих работ, сохранил оба принципа и устранил кажущийся парадокс, пересмотрев привычные представления о времени. Гипотеза о том, что одновременность событий зависит от движения наблюдателя, легла в основу революционной физической концепции.

Общая теория относительности 1915 года родилась благодаря схожему подходу. При её создании Эйнштейн опирался на три надежных фундамента: специальную теорию относительности, законы Ньютона для слабых полей и электродинамику Максвелла как образец решения проблемы мгновенного действия на расстоянии. Он предположил, что гравитационные эффекты, подобно электромагнитным, распространяются с предельной скоростью света.

Когда в XVI веке Николай Коперник заявил, что планеты вращаются вокруг Солнца, а не наоборот, он располагал теми же астрономическими данными, что и его предшественники за десять веков до этого.

Особый случай представляет классическая электродинамика. Опыты Фарадея и его последователей сыграли решающую роль, но итоговую теорию Максвелл вывел, стремясь согласовать свежие наблюдения с известными закономерностями. Вновь современная физика выросла из предшествующих достижений — из бережного отношения к ним как к достоверному источнику знаний о природе.