Wyniki największego jak dotąd sondażu wśród fizyków nie przynoszą jednej, uspokajającej odpowiedzi. W sprawach, które zwykle przedstawia się jako ustalone, większości nie ma. Dotyczy to choćby ciemnej materii i prób pogodzenia grawitacji z mechaniką kwantową.
Badacze zebrali 1675 odpowiedzi w internetowym badaniu prowadzonym na łamach APS Physics Magazine. Nie był to więc losowy dobór respondentów, tylko otwarty sondaż online, więc wyniki są odzwierciedleniem poglądów tych, którzy zdecydowali się odpowiedzieć, a nie matematycznym opisem całego środowiska.
Mimo to skala jest na tyle duża, iż daje interesujący obraz tego, gdzie fizyka ma mocne oparcie w danych, a gdzie wciąż trwa prawdziwa wojna interpretacji. Co istotne, zdecydowana większość pojawiła się tylko przy 2 pytaniach:
- 68 proc. respondentów zgodziło się, iż Wielki Wybuch nie musi oznaczać początku czasu, tylko opisuje ewolucję Wszechświata z gorącego, gęstego stanu;
- 51 proc. uznało inflację za najlepsze wyjaśnienie zagadek wczesnego Wszechświata.
Reszta odpowiedzi to rozdrobnienie i brak jednego dominującego obozu.
Dlaczego choćby ΛCDM nie zebrał większości?
ΛCDM to kręgosłup współczesnej kosmologii. Zakłada, iż Wszechświat jest zdominowany przez zimną ciemną materię oraz ciemną energię, która w najprostszym ujęciu jest stałą kosmologiczną, czyli nie zmienia się w czasie. Ten model bardzo dobrze opisuje wiele obserwacji, ale w ostatnich latach narosły napięcia: m.in. spór o tempo ekspansji (tzw. napięcie Hubble’a) i pytania o to, czy ciemna energia faktycznie jest stała.
W sondażu autorzy wprost łączą spadek automatycznego poparcia dla ΛCDM z wynikami DESI, czyli projektu mapującego rozkład galaktyk i historię ekspansji. DESI publikuje analizy sugerujące, iż ciemna energia może ewoluować w czasie, co byłoby niezgodne z najprostszą wersją ΛCDM. Na razie to wskazówka, a nie wyrok, ale wystarczyła, by część środowiska podchodziła do standardowego modelu mniej dogmatycznie.
Ciemna materia dzieli, bo nikt jej jeszcze nie złapał
Ciemna materia jest w kosmologii potrzebna, bo bez niej nie da się wytłumaczyć m.in. prędkości obrotu galaktyk, zjawisk soczewkowania grawitacyjnego i tego, jak struktury we Wszechświecie rosły od wczesnych czasów do dziś. Problem w tym, iż mimo dekad poszukiwań wciąż nie mamy twardego dowodu: żadna cząstka ciemnej materii nie została bezpośrednio wykryta w eksperymentach.
To dokładnie widać w wynikach sondażu. Najczęściej wybieraną odpowiedzią nie jest jeden kandydat, tylko mieszanka pomysłów: 21 proc. respondentów wskazało, iż najbardziej prawdopodobne jest rozwiązanie hybrydowe, 17 proc. stawia na jeszcze nieodkryte lekkie cząstki, 12 proc. na modyfikację grawitacji. Innymi słowy, choćby wśród specjalistów nie ma jednego domyślnego scenariusza, który zjada konkurencję.
Rozbieżność ta tłumaczy rosnącą intensywność naukowej debaty. Skoro obserwacje astronomiczne jednoznacznie wskazują na obecność nieznanej masy, a fizyka cząstek elementarnych wciąż nie dostarcza dowodów na jej naturę, uwaga badaczy naturalnie przesuwa się w stronę alternatywnych hipotez. Obejmują one poszukiwania aksjonów i innych lekkich cząstek, koncepcję pierwotnych czarnych dziur, a choćby postulaty modyfikacji samej teorii grawitacji. Każda z tych ścieżek badawczych wiąże się jednak z fundamentalnymi wyzwaniami i wymaga zaprojektowania zupełnie nowych pomiarów.
Teoria strun nie wygrywa. Spór o kwantową grawitację trwa
Jeszcze wyraźniejszy dysonans dotyczy grawitacji kwantowej, czyli próby unifikacji ogólnej teorii względności z mechaniką kwantową. Wbrew popkulturowej wizji spójnej teorii wszystkiego, dziedzina ta stanowi w rzeczywistości obszar rywalizacji odmiennych aparatów matematycznych i koncepcji teoretycznych.
W przeprowadzonym badaniu najczęściej wskazywaną koncepcją była teoria strun, uzyskując jednak zaledwie 19 proc. poparcia. Pętlową grawitację kwantową wybrało 12 proc. ankietowanych, podczas gdy 18 proc. badaczy uznało, iż grawitacja w ogóle nie podlega klasycznej kwantyzacji. Taki rozkład opinii dowodzi, iż brak jednoznacznego konsensusu w środowisku naukowym nie wynika z chaosu poznawczego, ale tak naprawdę stanowi świadectwo intensywnej, merytorycznej konkurencji konkurujących ze sobą idei.
To nie plebiscyt. To mapa miejsc, gdzie brakuje twardych danych
Wyniki badania nie stanowią w żadnym razie plebiscytu trafności poszczególnych teorii, ale raczej mapę obszarów wymagających pilnego pozyskania nowych danych empirycznych oraz integracji różnych dziedzin nauki. Jak zaznaczają sami autorzy, prawdy naukowej nie wyłania się w drodze głosowania. Rozproszenie opinii środowiska badawczego dowodzi po prostu o tym, iż obecny materiał dowodowy jest wciąż niewystarczający, aby ostatecznie rozstrzygnąć trwające debaty.
Ewentualne potwierdzenie przez instrument DESI oraz pokrewne inicjatywy badawcze zmienności ciemnej energii w czasie zredefiniuje ramy naukowej debaty, przenosząc jej środek ciężkości na szczegółowe mechanizmy tego zjawiska. Z kolei wiarygodna detekcja cząstki ciemnej materii skutecznie zmarginalizuje hipotezy alternatywne. Całkowity brak rozstrzygających sygnałów obserwacyjnych w tych obszarach doprowadzi natomiast do popularyzacji modeli zakładających konieczność fundamentalnej rewizji teorii grawitacji oraz obowiązującego paradygmatu kosmologicznego.
Taka sytuacja w żadnym razie nie jest przejawem słabości nauki, ale dobitnym dowodem na to, iż na pierwszej linii frontu badawczego trwa właśnie intensywny proces przesuwania granic ludzkiego poznania.
