f118

Нерешённые проблемы современной астрофизики и космологии.

...Эти две дисциплины буквально задавлены массой нерешённых проблем. Исторически изучение космоса прошло несколько этапов. Мы не будем здесь излагать историю астрономии. Спектроскопия позволила получить важные данные о составе и температуре объектов, а измерение эффекта Доплера — получить поля скоростей и определить массы звёзд на расстояниях, превышающих диаметр Солнечной системы на большое число порядков. Открытие стандартов расстояния (цефеид) позволило расширить эти измерения расстояний до космологических масштабов (50 миллионов световых лет).

...Применение инструментов дифференциальной геометрии к космологии (уравнение поля) позволило взглянуть по-новому на некоторые явления (космическое расширение, локальные релятивистские эффекты).

...Открытие физики атомного ядра позволило построить модели звёзд. Однако, как мы видели выше, контроль, который, как полагал человек, он имел над процессами в звёздах, внезапно оказался под вопросом.

...Та же ядерная физика позволила заглянуть глубже в прошлое и, например, объяснить распространённость гелия.

Но:

• Не существует ни одной теоретической модели галактики. В этой области мы не вышли за рамки эмпиризма.

• Мы не знаем, как формируются эти объекты, почему они имеют одну массу, а не другую, и как они эволюционируют. Форма кривой вращения галактик, демонстрирующая высокую периферийную скорость, остаётся загадкой.

• Теории спиральной структуры, основанные исключительно на численном моделировании, остаются весьма спорными.

• Существует значительное расхождение между измерениями масс и измеренными полями скоростей (проблема скрытой массы).

• Аналогичное расхождение наблюдается и в случае скоплений галактик.

• Существует множество сильно неправильных галактик, о которых английский астроном сэр Джеймс Джинс сказал: «Когда видишь такие формы, невозможно удержаться от мысли, что это обусловлено огромными силами, действующими в космосе, природа которых нам неизвестна».

• В космологии существует определённое расхождение между возрастом Вселенной, оценённым по самым старым звёздам нашей галактики, и оценкой, полученной из измерений расширения (закон Хаббла, постоянная Хаббла).

• Мы не можем объяснить крупномасштабную, «дырявую» структуру Вселенной, где галактики распределены вокруг огромных пустот.

• Обнаружено множество пар галактик, нарушающих закон Хаббла (ближайшая обладает более высоким красным смещением, чем вторая, расположенная на заднем плане).

• Обнаружены источники с очень большим красным смещением, размеры которых не превышают размеров Солнечной системы, но которые излучают столько же энергии, сколько целая галактика (квазары). Источник энергии неизвестен. Некоторые астрономы полагают, что эти источники являются ядрами «активных галактик» (галактик Сейферта). Однако когда их спрашивают о определении «активной галактики», ядро которой, по-видимому, находится в состоянии взрыва, они отвечают: «В её центре находится квазар».

• В среднем ежедневно астрономы регистрируют гамма-всплески. Механизм, расстояние и природа излучателя неизвестны.

• Эффекты гравитационного линзирования, связанные с галактиками и скоплениями галактик, не соответствуют массам указанных объектов.

• Теория предсказала существование остатков массивных звёзд — нейтронных звёзд. Обычно, когда объект предсказывается прозорливым теоретиком (как сверхновые американцем Фрицем Цвикки в 1931 году), вскоре открывают несколько таких объектов, затем сотни: нейтронные звёзды (которые при быстром вращении становятся пульсарами). Они часто ассоциируются с другой звездой, которая передаёт им массу, что неизбежно время от времени заставляет их превышать свою «критическую массу», оцениваемую в 2,5 солнечные массы. В этих условиях нейтроны, составляющие их и плотно прижатые друг к другу, больше не могут противодействовать силе гравитации, и объект коллапсирует сам в себя. Мы не можем описать этот коллапс. Модель чёрной дыры, привлекаемая как решение уравнения поля, имеет серьёзный недостаток. Она является решением:

S = 0

то есть уравнения, где T = 0, описывающего область пространства, где плотность энергии-материала равна нулю. Кроме того, против этой модели свидетельствует редкость кандидатов в чёрные дыры за последние тридцать лет, хотя эти объекты используются для «объяснения» чего угодно и чего-либо ещё.

• Возвращаясь к космологии и стандартной модели, называемой моделью «Большого взрыва», отметим, что она не может объяснить замечательную однородность этого ископаемого следа ранней Вселенной, которым является реликтовое излучение с температурой 2,7 K. Согласно этой модели, в раннем детстве Вселенной две соседние частицы удаляются друг от друга со скоростью, превышающей скорость света. Следовательно, они не могут взаимодействовать. Ранняя Вселенная была бесстолкновительной. Тогда почему она была столь однородной?

• Невозможно определить время, начиная с определённого момента, при движении в прошлое. В любом случае, описание Вселенной в её гиперплотном и сверхгорячем состоянии затруднено нынешним кризисом в физике высоких энергий.

• Стандартная модель, основанная на решении уравнения Эйнштейна, не учитывает электромагнитные явления. Более общо, связь между физикой частиц и крупномасштабным поведением космоса не установлена. Хотя существует журнал под названием «Classical and Quantum Gravity», метод квантования не удалось распространить на гравитацию. Мы не можем определить гипотетический гравитон.

Пятьдесят лет антифизики.

...Научный кризис фактически носит тотальный характер и не ограничивается астрофизикой и космологией. Предсказательные успехи квантовой механики создают иллюзию. Многие аспекты теории остаются в области полуэмпиризма. Например, у нас нет средств связать массы и электрические заряды частиц. Мы не можем предсказывать массы частиц. Модель кварков досадно напоминает модель эпициклов Птолемея. Квантовая механика бессильна объяснить дефицит солнечных нейтрино.

...Хотя большинство теоретиков-физиков сейчас обращаются к миру суперструн (за неимением иных идей), эта «новая дисциплина» за тридцать лет оказалась неспособной объяснить ни одно наблюдение или предложить хотя бы один эксперимент. По мнению математика Жана-Мари Сурио (который имеет собственное определение теоретической физики: математика минус строгость. Физика минус эксперимент), мы пережили «пятьдесят лет антифизики». Он считает, что ни одного открытия в теоретической физике, достойного этого названия, не произошло со времён работ Фейнмана, относящихся к пятидесятым годам.

...Несколько лет назад, показывая мне протоколы международной конференции по суперструнам, он прочитал мне отрывок из вступительной речи председателя этой конференции:

• Хотя теория суперструн до сих пор не предсказала ни одного явления и не позволила интерпретировать ни одного эксперимента или наблюдения, учитывая количество публикуемых сейчас статей, следует отметить крайнюю жизнеспособность этой новой дисциплины.

Мир исследований.

...В мире работает больше исследователей, чем когда-либо в истории науки. Бюджеты и технические средства значительны. Однако было бы трудно назвать физика, в том, что он оставит имя в истории науки, можно быть уверенным. Между 1895 годом (открытие радиоактивности Беккерелем) и 1932 годом (открытие нейтрона Чедвиком) прошло всего тридцать семь лет. Бессмысленно напоминать обо всех глубоких переворотах в нашем взгляде на мир, которые потрясли этот период, и о множестве выдающихся учёных, чьи имена связаны с этой эпохой. Напротив, что произошло с 1961 года на научной сцене, если не считать технологических достижений (покорение Луны, телекоммуникационные спутники, информатика, компакт-диски и т.д.)?

Вся наша наука, похоже, переживает парадигмальную изоляцию.

...По мнению Сурио, распространение в послевоенный период системы рецензирования, призванной гарантировать независимость «рецензентов» (экспертов в соответствующей области) при рассмотрении работ, вызвало катастрофический обратный эффект. Анонимность порождает полную безнаказанность, облегчает блокирование новых идей, которые всегда вызывают беспокойство.

Содержание статьи Содержание раздела «Наука» Главная страница

Предыдущая страница Следующая страница

Вернуться к Guide-Sciences Количество просмотров этой страницы с 1 июля 2004 года: