В физике редко бывает год, который запоминается одним-единственным открытием. Чаще важные изменения проявляются иначе: в данных обнаруживаются странности, старые объяснения начинают требовать всё больше оговорок, а между теорией и наблюдениями возникает заметное напряжение. Прошедший год оказался именно таким. В разных областях (от квантовой механики до космологии и климатической науки) новые результаты не столько закрывали вопросы, сколько подчёркивали, насколько плохо мы пока что понимаем мир вокруг.
Квантовая механика спустя 100 лет: теория работает, смысл — под вопросом
Летом сотни ведущих специалистов по квантовой физике отправились на остров Гельголанд в Северном море — место, где 100 лет назад Вернер Гейзенберг сформулировал основы квантовой механики. За век эта теория стала фундаментом современной физики: без неё невозможны ни полупроводники, ни лазеры, ни квантовые технологии. При этом среди самих физиков до сих пор нет согласия, что именно квантовая механика говорит об устройстве реальности.
Именно этот разрыв — между безупречной работоспособностью формул и отсутствием единого понимания их смысла — стал главной темой юбилейной конференции. Дискуссии вспыхнули ещё по дороге: споры о том, что означают волновая функция, вероятность и измерение, шли на повышенных тонах уже на пароме, раскачивавшемся на волнах Северного моря.
Существует множество интерпретаций квантовой механики — от «копенгагенской» до многомировой, от объективного коллапса до скрытых параметров. Все они дают одинаковые экспериментальные предсказания, но предлагают разные ответы на вопрос, что происходит на самом деле. Спустя 100 лет теория по-прежнему не даёт физикам философского покоя — и это, пожалуй, самый наглядный итог её столетней истории.
Тёмная энергия может меняться: космос ведёт себя не так, как ожидали
Самые громкие новости в фундаментальной физике вновь пришли из космологии. В апреле 2024 года коллаборация DESI опубликовала карту Вселенной, включающую миллионы галактик, и заметила тревожный намёк: тёмная энергия — та самая сила, которая ускоряет расширение пространства, — может со временем ослабевать.
Весной этого года команда представила уже гораздо более масштабный анализ: вместо 6 миллионов галактик — 15 миллионов. И вывод стал заметно увереннее. Дополнительные данные от другого проекта, Dark Energy Survey, указали в том же направлении.
Тёмная энергия — одна из самых загадочных составляющих космоса. Она равномерно распределена по пространству и по плотности сопоставима всего с несколькими атомами на кубический метр. Её часто описывают как энергию самого вакуума. Если эта величина действительно меняется со временем, значит, стандартная космологическая модель нуждается в серьёзном пересмотре.
Пока статистической значимости для окончательного вывода не хватает. Но уже этим летом в Чили начал работу Обсерватория имени Веры Рубин. За 10 лет она составит карту положения около 20 миллиардов галактик. Этого должно хватить, чтобы окончательно понять, постоянна ли тёмная энергия или Вселенная расширяется по куда более сложному сценарию.
Чёрная дыра без галактики: ранняя Вселенная оказалась страннее
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» продолжает менять представления о первых миллиардах лет после Большого взрыва. Раньше этот период оставался почти полностью скрытым от наблюдений. Теперь астрономы регулярно находят в молодой Вселенной так называемые «маленькие красные точки».
Недавно физики смогли точно определить природу одной из них. Оказалось, что это чёрная дыра массой около 50 миллионов Солнц, существующая практически в одиночестве, без видимой галактики вокруг. Такой объект плохо вписывается в привычную картину эволюции космоса.
Ранее считалось, что сначала формируются галактики, затем в их центрах возникают чёрные дыры, которые постепенно растут. Здесь же наблюдается противоположная ситуация: массивная чёрная дыра существует сама по себе. Возможно, галактика сформировалась позже. Или же перед нами объект совершенно иного происхождения — вплоть до гипотезы о примордиальной чёрной дыре, возникшей вскоре после Большого взрыва. Ответов пока нет, но сама находка уже заставляет переписывать раннюю историю Вселенной.
Как учёные научились предсказывать климат
На фоне космических открытий отдельного внимания заслуживает история климатического моделирования — редкий пример того, как наука действительно сумела заглянуть в будущее заранее. За последние 60 лет исследователи шаг за шагом построили компьютерные модели Земли, способные описывать поведение атмосферы, океанов и ледников.
В основе климатических моделей лежат уравнения гидродинамики — те же самые законы, которые описывают движение жидкостей. Задача состоит в том, чтобы выбрать ключевые процессы, отбросить второстепенные и свести невероятную сложность планеты к вычислимой системе. Этот путь хорошо иллюстрирует сам принцип научного познания: понять мир можно, лишь научившись сокращать его сложность без потери сути.
Результаты этих моделей оказались мрачными, но их точность впечатляет. Многие прогнозы, сделанные десятилетия назад, уже сбылись.
Искусственный интеллект в физике: странные идеи и новые риски
Искусственный интеллект постепенно проникает и в фундаментальную физику. В ряде случаев алгоритмы предлагают необычные экспериментальные установки — такие, до которых человек вряд ли додумался бы сам. При этом эксперименты действительно работают, что делает ИИ неожиданным источником нестандартных идей.
Но есть и обратная сторона. Всё чаще появляются статьи с формально корректными вычислениями, которые при внимательной проверке оказываются бессмысленным набором формул. Один из таких случаев был связан с якобы решённой задачей о массовом разрыве Янга — Миллса, одной из самых сложных проблем современной теоретической физики, за решение которой обещан миллион долларов. Работа оказалась сгенерированной алгоритмами и всё же сумела пройти автоматические фильтры arXiv.
По словам администратора архива Пола Гинспарга, поток подобных материалов резко вырос с 2023 года и уже угрожает самой системе научной коммуникации. Физике приходится учиться сосуществовать с инструментами, которые одинаково способны ускорять открытия и засорять научное поле.
Прошедший год ясно показал: физика одновременно расширяет горизонты и сталкивается с новыми пределами — техничскими, концептуальными и даже социальными. Именно в этих точках напряжения сегодня и рождаются самые важные вопросы о том, как устроен мир.