Космос не прощает самонадеянности, и когда два скромных аппарата размером с небольшой автомобиль начали вести себя «неправильно», научное сообщество предпочло закрыть глаза, а не пересматривать учебники.
В 1980 году специалисты Лаборатории реактивного движения обнаружили, что зонды Pioneer 10 и Pioneer 11 замедляются чуть сильнее, чем предсказывала ньютоновская механика и общая теория относительности вместе взятые. Величина аномального ускорения была крошечной — примерно 8,74×10⁻¹⁰ м/с² — но стабильной и необъяснимой. Тридцать лет учёные ломали головы, выдвигали гипотезы, писали диссертации, а потом, в 2012 году, нам торжественно объявили: «Ребята, расходимся, это просто тепло от радиоизотопных генераторов». Занавес. Аплодисменты. Физика спасена.
Но так ли это на самом деле? Или мы наблюдаем классический случай, когда неудобную проблему не решили, а замели под ковёр, потому что альтернатива слишком пугающая — признать, что наше понимание гравитации на больших расстояниях от Солнца может быть фундаментально неполным?
Два одиноких странника на краю Солнечной системы
Pioneer 10 стартовал в марте 1972 года, его брат-близнец Pioneer 11 — годом позже. Их первоначальная миссия была относительно скромной по меркам космических амбиций: пролететь через пояс астероидов, доказав, что это возможно, и изучить Юпитер с близкого расстояния. Pioneer 11 заодно заглянул к Сатурну. Обе миссии блестяще выполнили свои задачи и устремились к границам Солнечной системы, где им предстояло стать первыми рукотворными объектами, покинувшими гелиосферу.
И вот тут началось интересное.
Система навигации Deep Space Network — сеть гигантских радиотелескопов, разбросанных по всему миру — отслеживала положение зондов с феноменальной точностью, используя эффект Доплера. Когда вы отправляете радиосигнал к удаляющемуся объекту и получаете отражённый ответ, частота сигнала смещается. По величине этого смещения можно вычислить скорость объекта с точностью до миллиметров в секунду. И эти измерения показали нечто странное: оба аппарата замедлялись быстрее, чем должны были согласно всем известным законам физики.
Погрешность измерений? Исключено — эффект наблюдался десятилетиями, на двух независимых аппаратах, в разных направлениях Солнечной системы. Ошибка в расчётах? Десятки групп перепроверяли математику. Неучтённые силы? Перебрали всё: солнечный ветер, давление солнечного света, утечки газа, гравитацию невидимых объектов в поясе Койпера. Ничего не сходилось.
Аномалия Pioneer стала одной из самых интригующих загадок космической эры — крошечным, но упрямым расхождением между теорией и экспериментом, которое не желало исчезать.
Тепловой костыль: как закрыть проблему, не решая её
В 2012 году группа исследователей под руководством Славы Турышева из JPL опубликовала работу, которая якобы поставила точку в тридцатилетней дискуссии. Их вывод звучал обескураживающе прозаично: аномалия вызвана анизотропным тепловым излучением от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ) и бортовой электроники.
Для непосвящённых: РТГ — это устройства, превращающие тепло распада плутония-238 в электричество. Они греются. Тепло излучается в космос. Если излучение несимметрично — скажем, больше в одну сторону, чем в другую — возникает крошечная реактивная сила, как у микроскопического ракетного двигателя. Турышев и его команда построили детальную тепловую модель аппаратов и заявили, что она объясняет наблюдаемое аномальное ускорение.
Научное сообщество с облегчением выдохнуло. Учебники переписывать не надо. Эйнштейн по-прежнему прав. Физика в безопасности. Кейс закрыт.
Но если вы когда-нибудь пытались закрыть чемодан, в который не помещаются вещи, вы знаете это ощущение: вроде защёлкнули, но что-то торчит, и швы подозрительно натянуты.
Дьявол в деталях, которые предпочитают не замечать
Первое, что бросается в глаза критически мыслящему наблюдателю: тепловая модель Турышева содержит множество допущений и подгоночных параметров. Когда у вас достаточно свободных параметров, можно подогнать модель под практически любой результат — это называется переобучение, и это бич современной науки.
Второе: РТГ деградировали со временем. Мощность плутония-238 падает вполне предсказуемо — период полураспада составляет 87,7 лет. Если аномалия вызвана исключительно тепловым излучением, она должна была уменьшаться по строго определённому закону. Ранние данные показывали, что скорость изменения аномалии не совсем соответствует этому закону, хотя поздние переанализы утверждают обратное. Кому верить?
Третье — и это самое неудобное: аномалия наблюдалась не только у Pioneer. Похожие, хотя и меньшие по величине, отклонения фиксировались у других аппаратов: Galileo, Ulysses, даже у некоторых спутников на околоземной орбите. Если причина в специфической конструкции Pioneer, почему эффект проявляется у совершенно других зондов с иной геометрией и тепловыми характеристиками?
Четвёртое: величина аномального ускорения подозрительно близка к произведению постоянной Хаббла на скорость света (cH₀ ≈ 7×10⁻¹⁰ м/с²). Совпадение? Возможно. Но в физике такие «совпадения» обычно указывают на глубокую связь явлений. Это как если бы длина вашего ключа случайно оказалась равна диаметру замочной скважины — технически возможно, но наводит на мысли.
Наконец, пятое: тепловая гипотеза была принята подозрительно единодушно и подозрительно быстро после десятилетий споров. В науке такое единодушие обычно возникает либо когда доказательства абсолютно неопровержимы, либо когда альтернатива слишком неудобна для обсуждения.
Еретические теории, о которых не принято говорить в приличном обществе
А теперь давайте представим на секунду немыслимое: что если аномалия Pioneer — не артефакт, а окно в новую физику?
Одна из самых провокационных интерпретаций связывает аномалию с модифицированной ньютоновской динамикой (MOND). Эта теория, предложенная Мордехаем Милгромом в 1983 году, изначально создавалась для объяснения кривых вращения галактик без привлечения тёмной материи. Согласно MOND, закон тяготения Ньютона перестаёт работать при очень малых ускорениях — порядка 10⁻¹⁰ м/с². И — внимание — это именно тот порядок величины, который демонстрирует аномалия Pioneer.
Другая гипотеза предполагает существование экранированной модификации гравитации, при которой законы притяжения меняются на определённых расстояниях от массивных тел. Некоторые версии теории струн и модели с дополнительными пространственными измерениями предсказывают подобные эффекты.
Есть и совсем экзотические предложения: от влияния тёмной энергии на локальные масштабы до гипотезы о том, что пространство-время имеет дискретную структуру, проявляющуюся только при очень точных измерениях на больших расстояниях.
Конечно, все эти теории имеют свои проблемы. MOND, например, плохо справляется с объяснением скоплений галактик и космологическими наблюдениями. Но суть в другом: существует целый спектр теоретических альтернатив, которые предсказывают эффекты, похожие на аномалию Pioneer, и которые были бы крайне интересны для проверки, — если бы научное сообщество не закрыло эту дверь с формулировкой «тепловой эффект».
Социология науки, или почему неудобные вопросы остаются без ответа
Знаете, что общего у науки и демократии? Обе системы прекрасно работают в теории, но на практике подвержены тем же человеческим слабостям, что и любые другие институты.
Современная академическая физика — это не сообщество бескорыстных искателей истины, а сложная социальная система с грантами, карьерами, репутациями и институциональной инерцией. Молодой учёный, решивший посвятить диссертацию альтернативным теориям гравитации, рискует карьерой. Грантовые комитеты не любят финансировать исследования, которые могут поставить под сомнение стандартную модель или общую теорию относительности. Рецензенты в престижных журналах настороженно относятся к статьям, бросающим вызов устоявшимся парадигмам.
Это не заговор — это простая социальная динамика. Томас Кун описал её ещё полвека назад: нормальная наука занимается решением головоломок в рамках принятой парадигмы, а аномалии, не вписывающиеся в картину, либо игнорируются, либо объясняются с помощью вспомогательных гипотез, пока накопившиеся противоречия не приведут к революции.
Аномалия Pioneer была идеальным кандидатом для запуска такой революции — или хотя бы для серьёзного пересмотра наших представлений о гравитации на больших расстояниях. Вместо этого мы получили тепловую модель, которая «всё объяснила», и коллективный вздох облегчения.
Возможно, тепловая модель действительно верна. Возможно, никакой новой физики нет. Но как мы можем быть уверены, если альтернативы толком не исследованы? Если никто не запустил специальную миссию для проверки гипотезы? Если научное сообщество приняло первое удобное объяснение, позволяющее не трогать фундамент?
Эпилог: чему учит нас история двух космических скитальцев
Pioneer 10 замолчал в 2003 году, удалившись на 12 миллиардов километров от Земли. Pioneer 11 прекратил связь ещё раньше. Оба аппарата продолжают свой бесконечный дрейф к звёздам, унося с собой золотые пластинки с посланием внеземным цивилизациям и неразрешённый вопрос о природе пространства и времени.
Мы живём в эпоху, когда тёмная материя и тёмная энергия — сущности, которые никто никогда не наблюдал напрямую, — составляют 95% энергетического баланса Вселенной согласно нашим моделям. Мы признаём, что не понимаем фундаментальной природы гравитации на квантовом уровне. Мы знаем, что общая теория относительности и квантовая механика несовместимы и что где-то должна лежать более глубокая теория.
И при всём этом мы с лёгкостью отмахиваемся от аномалии, которая могла бы стать экспериментальным окном в эту новую физику, — потому что нашлось удобное объяснение, не требующее пересмотра учебников.
История аномалии Pioneer — это не история о тепловом излучении или ошибках навигации. Это история о том, как наука справляется с неудобными фактами. И эта история ещё далеко не окончена — просто её главу закрыли раньше времени.