 Небольшой экскурс в историю физики от Tома Зигфрида, главного редактора Science News.
Перевод - "Спросите науку".
Некоторые открытия требуют полной веры в определенные научные теории. Другие, например, решение загадки перигелия Меркурия, потребуют новых моделей.
Астрономы, одержимые поиском разгадки тайн темной материи или темной энергии должны помнить: иногда, чтобы сделать великое открытие, нужно знать, что искать.
К примеру, Мишель Лаланд. Он каталогизировал в Парижской обсерватории позиции звезд. 8 мая 1795 года Мишель отметил звезду в определенной позиции, через два дня он снова наблюдал эту звезду, но на этот раз она находилась в другом месте. Лаланд пришел к выводу, что он неправильно записал первые данные и включил в каталог только вторые координаты.
Он не рассмотрел возможность того, что "звезда" попросту в течение прошедших 48 часов немного переместилась, потому что это вовсе была не звезда, а планета Нептун.
В то время еще никто не знал о существовании Нептуна. Уран, открытый Уильямом Гершелем в 1781 году, был самым далеким из известных объектов в Солнечной системе. Хотя и Уран на самом деле был замечен задолго до этого - в 1690 году британским королевским астрономом Джоном Флемстидом, но он думал, что это звезда.
На самом деле, и Флемстид, и другие, неоднократно наблюдали именно Уран, но не осознавали этого до тех пор пока Гершель не догадался, что это планета. Кстати, сам Гершель не был окончательно в этом уверен - он думал, что обнаружил новую комету.
Вскоре все приняли Уран как планету. Но обнаружилась другая проблема: его орбита не соответствовала прогнозам, основанным на ньютоновской гравитации. В 1821 году, когда французский астроном Алексис Бувар опубликовал анализ орбиты Урана, он проигнорировал все наблюдения до открытия Гершеля - они не соответствовали математике. Он решил, что они, возможно, ошибочны. Но в последующие годы новые наблюдения орбиты Урана не вписались в математику Бувара.
Другие исследователи выявили многочисленные ошибки в опубликованных им данных. Даже когда эти ошибки были исправлены, несоответствие между орбитой Урана и ньютоновской гравитацией сохранялась. К 1840 году, «проблема орбиты Урана" считалась одним из самых загадочных астрономических вопросов эпохи, настолько же загадочным, как темная материя и темная энергия для сегодняшних астрономов.
И тогда эксперты того времени предложили несколько возможных решений этой задачи. Бувар, например, указал, что проблема может быть связана не с неточными измерениями, а скорее с "каким то неизвестным и невидимым источником возмущения, воздействующим на планету". Бувар и некоторые другие астрономы предполагали, что это возмущение может быть вызвано планетой, находящейся за Ураном. А британский астроном Джордж Эйри Биддел допускал оригинальную возможность, что закон тяготения Ньютона не применим на больших расстояниях от Земли .
В настоящее время некоторые физики думают о возможном существовании темной материи, предполагая, что отклонения от стандартной модели гравитации могут объяснить необычное вращение галактик, объекты в которых чем то сдерживаются от разлетания. И, возможно, новая теория гравитации, основанная на веру в темную энергию, была бы лучшим объяснением ускоренного расширения Вселенной.
Но большинство экспертов утверждают, что гравитация восторжествует, так же, как это было с Ураном в 1840 году.
Одаренный молодой английский математик Джон Коуч Адамс тщательно просчитал, где именно должна находиться орбита той самой более далекой планеты, оказывающей гравитационные эффекты, ответственные за странности на орбите Урана. Во Франции, химик Урбан Леверье, впоследствии ставший астрономом и специалистом в математике,сделал то же самое.
Адамс решил задачу первым, осенью 1845 г., но он послал свои результаты Эйри, который их практически проигнорировал. Леверье же довел свои вычисления до немецкого астронома Иоганна Галле, он просмотрел их, и 23 сентября 1846 года нашел эту новую планету.
Ученые признали открытие Нептуна захватывающим подтверждением теории Ньютона. Немецкий астроном Иоганн Энке написал Леверье: "Ваше имя навсегда будет связано с самым выдающимся доказательством правильности закона всемирного тяготения».
Возможно, на основании именно этого исторического урока, и сейчас считается, что для сохранения действующей теории гравитации и объяснения противоречивых наблюдении, нужно предложить существование невидимой материи. В случае с орбитой Урана роль невидимой материи играла новая планета. Для объяснения скорости вращения галактик, невидимая (темная) материя представляет собой (возможно) облако невидимых субатомных частиц. Аналогично, из-за наблюдения аномальной яркости далеких сверхновых звезд, астрономы предпочли ввести новый объект - темную энергию, а не изменить общую теорию относительности Эйнштейна так, чтобы ее формулы работали для расширяющейся Вселенной.
В случаях, из которых нельзя сделать однозначные выводы, никогда не знаешь, что лучше: следует ли ученым пойти на вариант модификации вспомогательных предположений (например, изменения числа планет в солнечной системе, как в случае с Нептуном), или выбрать альтернативный вариант пересмотра самих основ теории (как, например, из попыток решить проблему аномального перигелия Меркурия произошел переход от механики Ньютона к общей теории относительности).
Иными словами, доверяйте гравитации, но....
Вернемся к рассмотрению другого исторического эпизода с участием Леверье.
Еще до открытия Нептуна, Леверье проанализировал орбиту Меркурия, сталкиваясь с большими трудностями в создании математики, соответствующей наблюдениям. Перигелий Меркурия, его ближайшая точка к солнцу, немного изменяется от орбиты к орбите более, чем можно было ожидать, основываясь на законе тяготения Ньютона, даже если принималось во внимание гравитационное влияние всех других планет.
Некоторые астрономы того времени предполагали, что между Солнцем и Меркурием есть еще одна, неизвестная планета.
Леверье сомневался, что такая планета могла остаться незамеченной. Но когда один из астрономов-любителей стал утверждать, что видел пересечение неким объектом поверхности Солнца, Леверье решил, что такая планета может существовать и в конце концов, что она может объяснить аномалию в орбите Меркурия. Это казалось настолько логичным, что Леверье даже дал гипотетической планете имя - Вулкан. Он сделал расчеты, где и когда она должна быть видна. Она, конечно, так и не появилась. В этом случае ньютоновская гравитация действительно не работала так, как ожидалось. Чтобы вычислить орбиту Меркурия, потребовалась новая теория гравитации, общая теория относительности Эйнштейна.
История физики полна сюжетами, в которых ранее неизвестная интерпретация должным образом подтверждала существующую теорию.
Например, радиоактивный бета-распад, открытый в 1920-х, вызывал недоумение многих физиков. Казалось, что явление нарушает закон сохранения энергии. Некоторые ученые даже предполагали, что, возможно, энергия не сохраняется, или закон работает лишь статистически и может быть нарушен для отдельных событий. Правильным решением оказалось открытие существования нейтрино, почти безмассовых частиц, которые "тайно присваивали себе" недостающую энергию. Так что закон сохранения все-таки оказался незыблемым.
Но, как и в случае с орбитой Меркурия, были редкие случаи, когда красивая (и хорошо подтверждаемая) теория была убита каким-либо не вписывающимся в нее фактом.
Выдающийся французский философ Пьер Дюгем предложил ученым, которые сталкиваются с дилеммой такого рода "следовать здравому смыслу". Правильный ответ в конце концов будет найден. | 
