Темная материя и кризис теоретической физики

Астрономы Николай и Елена Питьевы из Петербурга проанализировали все данные по движению тел Солнечной системы и установили верхний предел на плотность темной материи в 10^-20 грамм на куб.см. http://arxiv.org/abs/1306.5534.
Какой-то горе-энтузиаст из MIT решил, что это страшный удар по концепции темной материи: http://www.technologyreview.com/view/516681/the-incredible-dark-matter-mystery-why-astronomers-say-it-is-missing-in-action/. Наша пресса послушно пересказала статью этого горе-энтузиаста: http://lenta.ru/news/2013/07/03/nodark/.

Я не люблю концепию темной материи и всяко за то, чтобы наблюдатели её закопали. Но просмотрев статью Питьевых, я не нашел нигде утверждений о кризисе концепции темной материи. Подсчитав на бумажке, я получил, что согласно галактическому содержанию темной материи, её в Солнечной системе должно быть что-то около 10^-24 грамм на куб.см. То есть Питьевы наложили самое строгое на данный момент небесно-механическое ограничение на темную материю вокруг нас, но это ограничение все еще на 4 порядка недотягивает до её обнаружения или запрета. А чтобы уверенно сказать об её отсутствии, желательно добавить еще 5-6 порядков на нынешнее ограничение. Кстати, в трех десятках комментариях к статье в о обзоре МИТ ошибку автора статьи быстро установили. Комментариев к статье в Ленте.ру в несколько раз больше, но истину там не нашли. Высокие технологии быстро вытеснили умение расчетов на салфетках.

Новость про незакрытие темной материи, в пересечении с реформой РАН, дает повод поговорить о теоретической науке и о её кризисе. Экспериментальная и наблюдательная наука США и ЕС шествует от победы к победе, от крупнейшего космического телескопа к крупнейшему ускорителю и т.д. Главный секрет развития экспериментальной науки совсем не секрет: деньги. Нет вложений - нет результатов. А вот в теоретической физике и астрономии и т.д. все сложнее. Она денег потребляет сравнительно немного – считанные проценты от всего научного бюджета, но в ней есть дополнительное условие развития: свобода. В настоящее время западная модель развития теоретической науки, которой занимаются в основном преподаватели университетов, подерживаемые грантовой системой, привела теоретическую физику к ужасающему кризису. Первые три четверти 20 века были отмечены десятком концептуальных прорывов в теоретической науке:
- специальная теория относительности
- эйнштейновская теория гравитации
- квантовая механика
- теория ядерных сил
- единая теория электро-слабого взаимодействия
- стандартная модель элементарных частиц
- открытие квантового испарения черных дыр
- концепция темной материи в галактиках
- теория инфляции
- теория струн

Я не говорю, что все эти теории правильные, но это были и есть вехи в теоретической науке. Области планетологии и геологии тоже рвались вперед: там были выдвинуты концепция подвижных плит Вегенера, аккреционная теория образования Луны (модель Сафронова-Рускол), теория образования Луны в результате мегаимпакта (концепция Дэвиса-Хартманна).

В последние же 30-40 лет область теоретической науки представляет собой выжженную пустыню.

Я не припомню ни одной значительной теории за это время (возьмем для определенности физику и астрономию). Теории, которая бы решила застарелую проблему или объяснила бы широкий набор наблюдаемых данных. Если я что-то упустил – дайте мне знать. Что-то новое появляется только под невыносимым давлением наблюдательных фактов. Так в конце 90-х наблюдательное открытие ускоренного расширения Вселенной вызвало к жизни концепцию темной энергии – концепцию, слабенькую с теоретической точки зрения, и, вообще говоря, не новую, а всего лишь возвращающую в обиход лямда-член из одной работ Эйнштейна. Ещё приходит на ум работа Хокинга, который сделал вывод, что испарение черной дыры несет в себе информацию.

Кто-то видит в этом конец физики, я же вижу лишь кризис западной системы развития теоретической науки, где понятие независимый теоретик отсутствует как класс. Чтобы выжить – получить должность в университете или грант на исследования, теоретик должен примкнуть к одной из господствующих теоретических концепций. Это наблюдается везде – от лунной теории мегаимпаката, от которой геохимики в ужасе, но которую никто уже не остановит, до теории струн, где я не специалист, но есть книга профессионала, которая открывает ту же самую картину: http://www.rodon.org/sl/nsfvtsunichzes/. Сами подумайте – с какой вероятностью молодой теоретик, который хочет выдвинуть новую теорию и опровергнуть старую, получит единогласную (иначе грант не дадут) поддержку от десятка приверженцев старых теорий?

Пример темной материи демонстрирует ту же самую картину кризиса: имеется факт избыточной скорости вращения галактик на окраине, что свидетельствует о повышенной силе гравитации. Есть два варианта – или не работает ньютоновский закон гравитации, или есть избыток невидимой материи. Общество теоретиков склонилось к поиску темной материи и отвергло другие варианты. Независимый израильский теоретик Мордехай Милгром осмелился выдвинуть в 1983 году (опять 30 лет назад!) модифицированную ньютоновскую динамику: он отломал на краю галактики ньютоновскую ветку 1/r^2 и приклеил слюнями к этому месту закон 1/r. Некрасиво, необоснованно с точки зрения теории – но даже на таком костыле он смог конкурировать с моделью темной материи, где есть свои серьезный проблемы.

С учетом того, что темная материя никак не находится, логично было бы провести следующее исследование – забыв о теориях и их распрях, взять наблюдаемые данные (распределение наблюдаемой материи и кривые вращения галактик) и проанализировать – а какой закон гравитации мог бы объяснить наблюдаемую картину, без введения темной материи. Если бы единая картина не сложилась – это один результат, а если бы анализ наблюдений четко указал на существование закона 1/r^2 +alfa/r ? Это был экстра-результат и повод начать строить теории в этом направлении. Кто ответит – почему это трудоемкий, но простой по логике анализ наблюдений не был сделан? Отвечу сам – потому что на Западе на такое исследование сторонники темной материи никогда денег не дадут. В России меньше возможностей для такого анализа, но несколько лет назад я попросил одного галактиста из Института Астрономии РАН проверить закономерность 1/r^2 +alfa/r для пары галактик – и результаты получились очень обнадеживающие.
Но нужна систематическая работа в данном направлении. Рекомендую молодым астрономам поработать с этой проблемой.

У меня давно есть идея института независимых теоретиков. Правительствам стран, заинтересованных в развитии фундаментальной науки, стоит подумать над ней. Предлагается профинансировать работу тысячи молодых теоретиков, независимых от грантов и рецензентов. Срок работы – 10 лет, с промежуточным отчетом через 5 лет. Набрать молодых и талантливых, блестяще защитивших свои кандидатские диссертации, и которые бы хотели развить новые теоретические концепции. Не спрашивать о сути будущих исследований – просто оценить нынешний уровень человека и дать ему свободу. Набирать по сто человек в год, через 10 лет будет тысяча. Пусть они будут иметь свой нерецензируемый журнал. Цена вопроса – 20 миллионов долларов в первый год (западный уровень зарплат, в Росиии и Китае может быть и поменьше), через 10 лет финансирование должно выйти на постоянный уровень в 200 миллионов. Очень скромная сумма для крупной страны. Даже если каждый десятый такой теоретик даст новый толчок своей области науки – то все расходы окупятся. Это не голословная идея – именно в таких условиях научной свободы (но не в условиях достаточной зарплаты) я проработал 12 лет после защиты кандидатской диссертации – с 1986 по 1998 год. Это были самые плодотворные годы в моей жизни. Результат отражен в шпрингеровской монографии 1999 года A.M.Fridman, N.N.Gorkavyi, «Physics of Planetary Rings: Celestial Mechanics of Continuous Media», которая до сих пор значительно пережает уровень теоретических исследований в данной области – именно потому, что мы были свободны и независимы.