Fizycy nie mają pojęcia, co dzieje się we wszechświecie. Nowa ankieta ujawnia chaos w nauce

Wielki Wybuch, ciemna materia, czarne dziury – to tematy, które w popularnonaukowych mediach podaje się często jako naukowe pewniki. Tymczasem najnowsze, zakrojone na szeroką skalę badanie wśród fizyków maluje obraz wręcz przeciwny: w fundamentalnych kwestiach panuje głęboki brak zgody. Wyniki ankiety Big Mysteries Survey, w której wzięło udział 1675 respondentów – czytelników Physics Magazine i członków Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego – pokazują, że nauka o kosmosie i kwantach jest dziś areną ścierających się koncepcji, a nie monolitem.

Wielki Wybuch: gorący stan, a nie początek czasu

→ Czytaj też: Fizycy słuchają muzyki wszechświata. Co usłyszą?

Jedynym pytaniem, w którym uzyskano wyraźną większość, była interpretacja terminu „Wielki Wybuch”. Aż 68,4% respondentów opowiada się za rozumieniem go jako teorii ewolucji wszechświata z gorącego, gęstego stanu – a nie jako dowodu na to, że czas miał absolutny początek. Jak komentują autorzy ankiety, spór w tej kwestii jest w dużej mierze terminologiczny, gdyż różni ludzie używają tego pojęcia odmiennie. Już przy kolejnych zagadnieniach obraz robi się znacznie bardziej niejednoznaczny.

Inflacja kosmiczna ledwo przekracza próg większości

→ Czytaj też: Naukowcy słuchają kosmicznej muzyki. Czy odkryją nową fizykę?

Teoria inflacji kosmicznej – błyskawicznego rozszerzenia wczesnego wszechświata – jest często przedstawiana jako pewnik wyjaśniający jednorodność kosmosu i jego geometrię. Natomiast popiera ją zaledwie 50,8% badanych. Co więcej, aż 10,1% ankietowanych odrzuca inflację, nie mając jednak alternatywnej propozycji. Kolejne 7,7% wskazuje na oscylujący lub cykliczny wszechświat, a 7% – na jakiś model grawitacji kwantowej. Trudno tu więc mówić o rozstrzygającym konsensusie.

Ciemna materia i ciemna energia: żaden kandydat nie dominuje

W przypadku anomalii grawitacyjnych przypisywanych zazwyczaj ciemnej materii żaden pojedynczy kandydat nie dominuje – najpopularniejsza jest odpowiedź hybrydowa, łącząca różne mechanizmy. Nieobecność sygnałów supersymetrii w LHC oraz brak bezpośredniej detekcji WIMP-ów wydają się osłabiać zaufanie do tych scenariuszy. Zaskakujące jest też rosnące poparcie dla modyfikacji grawitacji. O ile we wcześniejszym badaniu kopenhaskim MOND i grawitacja kwantowa łącznie uzyskały jedynie 5% poparcia, o tyle w ankiecie Physics Magazine liczby te wyniosły – odpowiednio – 11,5% i 10,1%.

Jeszcze bardziej interesująco wygląda sytuacja z ciemną energią. Objaśnienie przyspieszającej ekspansji wszechświata za pomocą zmiennego w czasie pola (25,9%) wyprzedza nieznacznie klasyczną stałą kosmologiczną (24,0%) – co stanowi wyraźną zmianę w stosunku do wcześniejszego badania, gdzie stała kosmologiczna była najpopularniejszym wyborem z wynikiem 38%. Autorzy ankiety sugerują, że zmianę tę mógł wywołać wpływ najnowszych analiz eksperymentu DESI, szeroko omawianych w związku z ewoluującą ciemną energią.

Czarne dziury: osobliwość czy coś więcej?

Pytanie o los materii wpadającej do czarnej dziury pokazuje, że nawet podręcznikowa odpowiedź – sprasowanie w osobliwość – nie uzyskuje większości. Na taki scenariusz wskazuje 40,5% respondentów. W komentarzach swobodnych przeważał pogląd, że przekroczenie horyzontu zdarzeń jest lokalnie nieciekawe i nie musi natychmiast prowadzić do osobliwości. Zbliżony obraz wyłania się przy kwestii informacji. Łączne poparcie dla zachowania informacji – przez promieniowanie Hawkinga lub pozostałości czarnych dziur – wynosi 54,2%, a za utratą informacji opowiada się aż 18,8% badanych.

Mechanika kwantowa i grawitacja kwantowa: brak dominującego paradygmatu

Kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej cieszy się największą popularnością (35,7%), lecz nie ma charakteru dominującego. Spore poparcie znajduje koncepcja Wieloświata (11%), ale i tak przegrywa ona z odpowiedzią „brak zdania”, jak i „inne”. Fragmentacja poglądów jest tu szczególnie widoczna. W kwestii grawitacji kwantowej najczęstszą odpowiedzią jest właśnie „brak zdania”, a teoria strun uzyskuje zaledwie 18,9% poparcia – przy czym pogląd, że grawitacja w ogóle nie jest kwantowa, zajmuje trzecie miejsce z wynikiem 17,7%.

Analizy korelacji odpowiedzi wskazują na istnienie uporządkowanych podspołeczności, a nie dominującego paradygmatu. Najsilniejsze dodatnie powiązania łączą koncepcyjnie spójne odpowiedzi. Jak można się spodziewać, naukowiec skłaniający się ku konkretnej teorii wyjaśniającej pewne zagadnienie, będzie też zwolennikiem pasujących doń teorii wyjaśniających inne zagadnienia.

Fizycy są zatem znacznie bardziej podzieleni w wielu fundamentalnych kwestiach, niż sugerują media popularnonaukowe. Stanowiska, które często przedstawiane są jako konsensus, nie uzyskują większości. Najważniejszym wyjątkiem jest interpretacja terminu Wielki Wybuch, który dla ponad 2/3 respondentów oznacza „gorący, gęsty stan”, a nie początek czasu. Widać również, że podręcznikowe ujęcie modelu ΛCDM cieszy się ograniczonym poparciem. Inflacja kosmologiczna i problem zachowania informacji w czarnych dziurach mają za sobą większość, ale nieznaczną. Odnośnie zaś mechaniki kwantowej i grawitacji kwantowej, żadna z teorii nie znajduje uznania u większości badanych. To nie jest kryzys – to znak, że nauka wciąż żyje i szuka.