Математика космоса - [131]

Подход, основанный на дифференциальных уравнениях, оказался лучше всего приспособлен к сложностям астрономических явлений. Разобравшись в движении двух взаимно притягивающихся тел, астрономы и математики попытались перейти к системам трех и более тел. Эта попытка была сорвана тем, что мы сегодня называем хаотической динамикой; в самом деле, хаос впервые поднял голову в задаче «двух с половиной» тел. Прогресс тем не менее оказался возможен. Идеи Пуанкаре вдохновили совершенно новую область математики: топологию. Он и сам сыграл видную роль в ее развитии на начальном этапе. Топология — это геометрия в очень гибком смысле.

Простой вопрос «Как светит Солнце?» открыл ящик Пандоры, когда стало окончательно ясно, что при использовании любого из традиционных видов топлива Солнце давно должно было бы выгореть полностью и превратиться в уголек. Появление ядерной физики помогло объяснить, как звезды производят тепло и свет; кульминацией в этом смысле стали точные предсказания концентрации в Галактике почти всех химических элементов.

Динамика галактик с учетом их поразительных форм вдохновила появление новых моделей и новые озарения, но породила также и новую гигантскую загадку: кривые вращения, которые противоречат закону всемирного тяготения Ньютона, разве только (как утверждают космологи) большая часть вещества во Вселенной кардинально отличается от всего, что мы когда-либо наблюдали или создавали в ускорителях частиц. Или, возможно, как начинают подозревать некоторые математики, проблема здесь кроется не в физике, а в непригодности математической модели.

Когда Эйнштейн осуществил революцию в физике и захотел расширить ее на гравитацию, ему на помощь пришел новый тип геометрии: риманова теория многообразий, основанная на гауссовом радикальном подходе к кривизне. Получившаяся в результате общая теория относительности объясняет аномальную прецессию перигелия Меркурия и искривление света Солнцем. Когда эту теорию применили к массивным звездам, странные математические свойства решений привлекли внимание ученых к тому, что мы сейчас называем черными дырами. Вселенная постепенно приобретала поистине странный вид.

Когда общую теорию относительности применили ко Вселенной в целом, результат получился еще более странный. Открытое Хабблом красное смещение галактик, подразумевавшее, что Вселенная расширяется, привело Леметра к теории взрывающегося космического яйца, она же — теория Большого взрыва. Чтобы разобраться в Большом взрыве, требовались новая физика и новая математика, а также новые мощные вычислительные методы. То, что на первый взгляд казалось исчерпывающим ответом, по мере поступления новых данных начало разваливаться на части и потребовало введения трех дополнительных «костылей»: инфляции, темного вещества и темной энергии. Космологи пропагандируют все это как глубокие открытия, что было бы правдой, если бы их теории выдерживали критический анализ; однако у каждого дополнения имеются собственные проблемы и ни для одного из них не получены независимые подтверждения тех далеко идущих допущений, без которых эти дополнения не работают[108].

Физики постоянно дорабатывают свои представления о космосе, и каждое новое открытие поднимает новые вопросы. В июне 2016 года NASA и ЕКА при помощи Космического телескопа имени Хаббла измерили расстояния до звезд в девятнадцати галактиках. Результаты, полученные командой под руководством Адама Рисса, позволили при помощи высокоточных статистических методов пересмотреть постоянную Хаббла и установить ее значение равным 73,2 километра в секунду на мегапарсек. Это означает, что Вселенная расширяется на 5–9 % быстрее, чем считалось ранее. В рамках стандартной космологической модели это значение уже не согласуется с наблюдениями космического микроволнового фона, проводимыми WMAP и аппаратом Planck ЕКА. Этот неожиданный результат может оказаться как новым ключом к природе темного вещества и темной энергии, так и признаком того, что ни первого, ни второго не существует и что наша картина Вселенной нуждается в пересмотре.

Именно так, безусловно, и продвигается вперед настоящая наука. Три шага вперед, два назад. Математикам повезло, они живут в логическом пузыре, где если что-то однажды доказано, то оно уже навсегда останется истиной. Интерпретации и доказательства могут меняться, но теоремы не дорабатываются позднейшими открытиями. Хотя бывает, конечно, что они устаревают или утрачивают связь с нынешними научными интересами. Наука всегда условна и хороша ровно в той степени, в какой хороши текущие данные. В ответ на новые данные ученые оставляют за собой право изменить свое мнение.

Даже когда мы считаем, что понимаем что-то, перед нами нередко возникают неожиданные вопросы. Теоретически всевозможные варианты нашей Вселенной имеют ровно столько же смысла, сколько его имеет сама она. Когда расчеты вроде бы показали, что в большинстве вариантов невозможна была бы не только жизнь, но даже существование атомов, на сцене во всем своем великолепии появилась философская загадка тонкой настройки. Попытки разрешить ее привели к самым впечатляющим, хотя и умозрительным, идеям из всех предложенных когда-либо физиками. Однако все эти идеи не нужны, если проблема, как позволяет предположить внимательный анализ первоначальных рассуждений, высосана из пальца.