Анатолий Вассерман: Ad hoc

Cокрытость тёмной материи - вовсе не такой уж страшный криминал, как может показаться. Избавление от тёмной материи в астрофизической теории возможно, но не любой ценой.

"Компьюлента" в заметке "Модифицированная ньютоновская динамика прошла экспериментальную проверку" сообщает: "модифицированная ньютоновская динамика (МоНД) может опережать теорию тёмной материи по точности соответствия данным наблюдений... В этой теории вводится новая константа с размерностью ускорения, а0, и устанавливается следующее: при высоких (намного превосходящих а0) ускорениях действует "старый" закон, а при низких - его модифицированный вариант".

На первый взгляд это весьма приятно. В самом деле, гипотеза тёмной материи раздражает здравый научный взгляд, как и любая ссылка на нечто ненаблюдаемое и непроверяемое. По той же причине, кстати, научная деятельность несовместима с религией: во что бы ни веровал учёный в свободное от работы время, ссылаться на сверхъестественные причины исследуемых явлений заведомо непродуктивно и бессмысленно.

Тем не менее ненаблюдаемые сущности в науке появляются вовсе не так уж редко. Так, Дмитрий Иосифович Ивановский предположил (и даже доказал косвенным экспериментом - фильтрацией вытяжки из больных организмов через фарфор) существование живых болезнетворных агентов, не видимых в оптический микроскоп, за несколько десятилетий до того, как возникновение электронной микроскопии позволило разглядеть вирусы почти непосредственно. А Вольфганг Эрнст Вольфганг-Йозефович Паули выдвинул гипотезу о существовании ни с чем не взаимодействующего и поэтому неуловимого нейтрино в полном отчаянии, отчего не раз говорил, что сделал нечто непростительное для физика. Но способы отслеживания взаимодействий нейтрино с другими частицами были найдены ещё при его жизни, так что за четыре года до смерти он ознакомился с прямыми экспериментальными доказательствами правильности своей идеи.

Вообще понятие наблюдаемости в науке постоянно расширяется. Давно ли воздух считался не только невидимым, но и неосязаемым, и невесомым? Теперь же не только паруса и ветряки доказывают его ощутимость в виде ветра, но и самолёты осязают его сопротивление, а воздушные шары - вес. Электричество мы видим во множестве проявлений, но электроны, главные его носители, всё ещё остаются теоретической концепцией, видимой разве что по следам в сложных конструкциях вроде туманных и пузырьковых камер.

Итак, сама по себе сокрытость тёмной материи - вовсе не такой уж страшный криминал, как может показаться человеку, непривычному к сложным зигзагам исторического развития науки. Избавление от тёмной материи в астрофизической теории возможно, но не любой ценой. Тем более что любую цену всегда платят из чужого кармана.

В данном случае цена - подгоночный параметр. В отличие от скорости света (ключевой константы формул теории относительности) или постоянной Планка в квантовой механике, пороговое ускорение а0 не имеет внятного физического смысла. Неясно, как его измерить непосредственно, с какими процессами оно связано, как меняется вид привычных нам физических событий по мере приближения к этому порогу. Единственный способ его определить - подбор таким образом, чтобы расчёт поведения звёзд в галактиках давал результаты, близкие к наблюдаемым.

Такой подбор при должном искусстве удаётся всегда. В частности, потому, что любую функцию можно разложить в ряд. Так, Клавдий Птолемей описал наблюдаемые периодические движения небесных тел как перемещения по кругам, чьи центры движутся по другим кругам, а в неподвижном центре всего этого шестерёнчатого механизма стоит Земля. Понадобились изрядные усилия Николая Коперника, чтобы показать: если в центр поместить Солнце, конструкция заметно упростится. Затем Иоганн Кеплер на основе наблюдений Исаак Ньютон показал: движения небесных тел порождены их взаимным притяжением, обратно пропорциональным квадрату расстояния между ними. А ещё через пару веков Альберт Эйнштейн объяснил притяжение искривлением самого пространства при его взаимодействии с любой массой. Понятно, само это притяжение и искривление проявляется не только на небе, но и во множестве иных обстоятельств. Но в рамках концепции разложения в ряд с подгонкой параметров сама идея всеобщего притяжения не могла возникнуть.

Мой отец Александр Анатольевич основную долю своей более чем полувековой научной деятельности посвятил методам составления уравнений состояния - функций, связывающих температуру, плотность и давление веществ. С вычислительной точки зрения простейшая форма такого уравнения - полином от двух переменных. Но в теплофизике долгое время выше ценились более сложные формы, чьи отдельные элементы напрямую связывались с разными видами межчастичных взаимодействий. Только когда члены полинома также удалось связать с многочастичными взаимодействиями, эта форма стала преобладающей. А разработанный отцом способ выявления и устранения малозначимых коэффициентов рассматривается как указание на сравнительную вероятность разных комбинаций частиц. Без такой физической трактовки уравнение выглядело бы просто подгоном под готовый ответ - таблицы измерений свойств - и при всей своей практической полезности (ведь вычислить свойства в любой точке, в том числе и не исследованной экспериментально, не сложнее, чем искать их в толстой таблице) не давало бы ничего существенного для познания мира в целом.

Моя преддипломная практика в основном была связана с созданием программы, строящей коэффициенты уравнения, описывающего поведение систем из нескольких газов. Мне пришлось немало повозиться с алгоритмом разложения функции в полиномы с наименьшим уклонением от нуля, предложенные Пафнутием Львовичем Чебышёвым, и последующего пересчёта в коэффициенты единого полинома. Впрочем, основную часть этого алгоритма я подготовил ещё на четвёртом курсе, в рамках работы по описанию совершенно других экспериментов. Главное впечатление от всех этих исследований довольно простое: формулы ad hoc - "для данного случая" - можно построить всегда, пусть даже компоненты этих формул никоим образом не связаны с какими бы то ни было физическими механизмами, а только подогнаны под готовый результат.

Модификаций теории тяготения, предложенной Ньютоном, создано уже превеликое изобилие. Но все они страдают одним и тем же недостатком - ничего не говорят о причине взаимодействия, описываемого формулами. Сам Ньютон по этому поводу честно заявил: причина тяготения пока неведома, гипотез же он не измышляет. Но такое самоограничение, неизбежное для первооткрывателя, непростительно последующим исследователям. Предположение же о тёмной, не наблюдаемой современными астрономическими средствами, материи не вводит новые сущности, необъяснимые нынешними физическими теориями. Поэтому, пока для новой константы а0 не предложено осмысленного объяснения, научное сообщество будет, как и сегодня, сосредоточено на размышлениях о тёмной материи. Потому что в ней подгоночности ad hoc меньше.