Теория, способная объяснить буквально любое наблюдение во Вселенной, рискует превратиться из триумфа физики в элегантное философское посмешище.
Когда космос растянулся быстрее скорости света
В далёком 1980 году молодой физик-теоретик Алан Гут — тогда ещё малоизвестный постдок — предложил идею, от которой у его коллег захватило дух. Согласно его гипотезе, в первые ничтожные доли секунды после Большого взрыва (если быть точным, между 10⁻³⁶ и 10⁻³² секунды) Вселенная пережила фазу безумного, экспоненциального расширения. За этот мизерный промежуток времени её размер увеличился по меньшей мере в 10²⁶ раз — это как если бы атом водорода вдруг разросся до галактики. Звучит как сюжет фантастического романа, но это серьёзная физика. Или, по крайней мере, она претендовала на серьёзность.
Инфляция появилась как блистательное лекарство сразу от трёх головных болей классической космологии. Проблема горизонта: почему противоположные участки наблюдаемой Вселенной имеют одинаковую температуру, если они никогда не могли обменяться даже фотоном? Проблема плоскостности: почему пространство-время идеально плоское, как биллиардный стол, а не свёрнуто в шар или седло? Проблема монополей: где, чёрт побери, все эти магнитные монополи, которые должно было щедро рассыпать ранняя Вселенная? Инфляция, словно фокусник в цилиндре, разом вытащила решение всех трёх задач из одной шляпы. Космологи аплодировали стоя, открывали шампанское, а молодой Гут с одной публикации шагнул в первую лигу теоретической физики. Сказка, да и только.
Когда отец отрекается от родного дитя
А теперь — внимание, поворот сюжета, достойный греческой трагедии. Один из главных архитекторов теории инфляции, Пол Стейнхардт — человек, который вместе с Андреасом Альбрехтом ещё в начале восьмидесятых разработал так называемую «новую инфляцию», — со временем превратился в её самого язвительного критика. Это всё равно как если бы Фрэнк Ллойд Райт спустя десятилетия начал доказывать, что современные здания нужно сжигать. Скандал? Ещё какой. Особенно для тех, кто считает космологию незыблемым храмом точной науки.
Стейнхардт, его соавторы Анна Иджас и Авраам Лоэб ещё в 2017 году опубликовали программный материал в Scientific American, где открытым текстом заявили: инфляционная парадигма заигралась с собственной гибкостью настолько, что фактически утратила статус научной теории в попперовском смысле. Что это означает на человеческом языке? А вот что: настоящая научная теория обязана запрещать определённые результаты наблюдений. Иначе как мы её опровергнем, если природа решит выкинуть фокус?
Если же теория с одинаковой лёгкостью объясняет всё — от плоской Вселенной до искривлённой, от гладкого космического фона до бугристого, от наличия первичных гравитационных волн до их полного отсутствия, — то она перестаёт быть теорией и превращается в метатеоретическую карусель, где можно прокатиться на любом коне. Хорошо звучит на конференциях, эффектно смотрится в популярных лекциях с захватывающими дух анимациями, но к науке имеет всё меньше отношения. Стейнхардт фактически бьёт в набат: ребята, мы потерялись в собственном математическом лесу и принимаем красоту формул за подтверждение их истинности.
Болезнь свободных параметров, или Тысяча оттенков инфляции
Давайте начистоту: сегодня в специализированной литературе насчитывается несколько сотен различных моделей инфляции. Хаотическая, вечная, гибридная, плато-инфляция, R²-инфляция, k-инфляция, ассистированная, мульти-полевая, тахионная — список можно продолжать практически до бесконечности, причём в буквальном математическом смысле. У каждой модели свой потенциал V(φ) для гипотетического инфлатонного поля — того самого скалярного поля, которое, кстати говоря, до сих пор никто никогда не обнаружил в реальности. Подождите-ка, это вообще нормально? Это как если бы орнитологи разработали тысячу теорий полёта несуществующей птицы, а потом яростно дискутировали в академических журналах, чьи перья лучше моделируются.
Каждая модель содержит свои свободные параметры — массу инфлатона, форму потенциала, начальные условия, число полей, константы связи, длительность фазы slow-roll. Подкрутил один винтик — и теория предсказывает одно. Подкрутил другой — предсказывает прямо противоположное. Появились свежие данные с космической миссии Planck? Не беда, спокойно отвинтим устаревшую модель, привинтим свеженькую, ещё более изящную, и в очередной раз заявим о торжестве инфляционной парадигмы. Этот процесс настолько отшлифован за последние сорок лет, что напоминает скорее ремесленную мастерскую по подгонке костюмов под уже сидящего клиента, чем серьёзный научный поиск истины. И самое потрясающее — никто не считает это проблемой.
Когда вечная инфляция рожает мириады вселенных
Тут начинается самое весёлое. Большинство современных версий инфляции прямо или косвенно предсказывают, что инфляция, начавшись где-то когда-то, никогда не заканчивается полностью. Квантовые флуктуации постоянно «перезапускают» инфляционный процесс в разных областях пространства, порождая бесконечный, ветвящийся ландшафт «карманных вселенных» с разными физическими константами, разной размерностью, разной судьбой и, возможно, совершенно нечеловеческой логикой. Это и есть пресловутая мультивселенная — концепция, которую сторонники теории подают как изящное предсказание, выпрыгнувшее из формул, а критики называют научной катастрофой эпического масштаба.
Почему катастрофа? Объяснение до боли простое. Если действительно существуют все возможные вселенные с всевозможными значениями всех параметров, то любое наблюдение в нашей конкретной — лишь следствие того, что мы оказались именно здесь, а не там. Не сходятся фундаментальные константы? Спишем на то, что в соседней вселенной они другие, а мы просто живём в антропно-благоприятном уголке безбрежного космического архипелага. Это уже не наука, друзья мои, это уютная теологическая беседа за чашкой кофе с привлечением понятия предопределения. Карл Поппер, наверное, ворочается в гробу с такой интенсивностью, что мог бы давать электроэнергию небольшому уездному городку.
Стейнхардт настаивает на простом и неудобном тезисе: теория, которая совместима с любым возможным результатом наблюдений, не является научной теорией в принципе. Точка. Никаких поправок, никаких смягчающих обстоятельств. И в этом он прав на сто процентов — даже если конкретно его альтернативные модели окажутся неверными.
Альтернативы и философский тупик современной космологии
Стейнхардт, не желая просто плакать у могилы любимого детища, предложил со своими коллегами серьёзную альтернативу — экпиротический сценарий, а позднее и циклические модели Вселенной. Идея вкратце: вместо мгновенной инфляции у нас имеется медленное сжатие, столкновение бран в высших измерениях пространства по сценарию струнной теории, и периодическое возрождение космоса в новых циклах рождения и гибели. Бугагашеньки, скажут одни. Гениально, скажут другие. Третьи проворчат, что одну непроверяемую теорию заменили на другую такую же. Истина, скорее всего, где-то между. А может, и вовсе нигде — мы просто не знаем, и это нормально для честного учёного.
Но дело же не в том, чья конкретная альтернативная теория правильнее. Дело в системном методологическом кризисе всей современной космологии. Когда фальсифицируемость — золотой стандарт науки, выкованный Поппером в середине прошлого века и до сих пор не отменённый, — начинает восприниматься как досадная помеха для творческих умов с грантами, нам всем стоит насторожиться. Физика рискует тихо и незаметно превратиться в высокоинтеллектуальное развлечение для группы посвящённых, где каждый строит собственную математическую песочницу с собственными правилами, а любая критика воспринимается как личное оскорбление и нападение на семью. Социология науки потихоньку заменяет саму науку, гранты текут к тому, кто громче кричит и красивее рисует презентации с туманностями, а наблюдательные данные становятся декоративным элементом, который красиво подсвечивает уже готовый теоретический торт.
Что остаётся в осадке
В сухом остатке имеем следующее. Космологическая инфляция, без всякого сомнения, является одной из самых красивых, плодотворных и интеллектуально стимулирующих идей в физике двадцатого века. Она дала нам мощный концептуальный каркас, объяснила ряд застарелых загадок и породила настоящую лавину блестящих математических исследований. Но красота — не равно истина, а плодотворность — не равно правильность. Когда из инструмента познания теория постепенно превращается в самопожирающего змея Уробороса, который заглатывает любые данные и переваривает их в подтверждение себя самой, пора остановиться и крепко задуматься.
Возможно, инфляция действительно состоялась — и тогда нам нужны качественно новые наблюдательные критерии для различения её конкретных версий: первичные гравитационные волны определённого спектра, особые корреляции в реликтовом излучении, неганачальные негауссовости определённой структуры. Возможно, права альтернативная парадигма Стейнхардта и Турока — и космос рождался совершенно иначе. А возможно, всем нам, землянам с нашими маленькими телескопами и большими амбициями, нужна совершенно новая теория, которая сегодня ещё даже не сформулирована, и через сто лет нынешние инфляционные споры покажутся такими же причудливо-наивными, как средневековые дискуссии о хрустальных небесных сферах и количестве ангелов на острие иглы.
Главное во всей этой истории — не предавать сам дух науки. Теория, которая объясняет буквально всё, не объясняет ровным счётом ничего, и сколько бы нобелевских лауреатов её ни поддерживало, сколько бы миллиардов долларов в неё ни вкачивалось, она остаётся красивой философской поэмой, а не описанием реальности. Если мы хотим, чтобы космология оставалась наукой, а не превращалась тихой сапой в академический культ карго со своими ритуалами и жречеством, нам всем — теоретикам, наблюдателям, любителям популярных лекций про мультивселенные — стоит почаще задавать себе старый, но дьявольски неудобный вопрос: а что, собственно, наша любимая теория запрещает? И если честный ответ — ничего, то самое время начать беспокоиться