Заблуждения науки и их опровержения
10 заблуждений науки
Откуда берутся и куда уходят большие теории
Чем лучше ученый работает, тем больше успевает ошибиться. Мы предлагаем подборку теорий, касающихся мироустройства всех масштабов: от элементарной частицы до Вселенной. Их авторы - вполне респектабельные исследователи. В XX веке в тот или иной период все эти теории пользовались признанием, но в итоге были бесповоротно опровергнуты. И это повод задуматься о судьбе тех идей, вокруг которых сосредоточена современная наука. ©В науке, как ее представляют в школе, не бывает вторых мест. Если теория верна, то ее ближайший конкурент просто уходит с арены. Так исчезают самые яркие гипотезы - где «единиц смысла» хватает с избытком.
Авторы таких ошибочных идей ближе к нобелевским лауреатам, чем к неудачникам, сочиняющим свои законы Вселенной на досуге, после трудовой недели в каком-нибудь шарикоподшипниковом НИИ. Все опровергнутые теории были настолько научными, насколько это было возможно в момент их появления. Поэтому в нашем списке нет ни торсионных полей, ни интеллектуальной воды, запоминающей комплименты и молитвы.
Впрочем, у заблуждения есть свои плюсы. Если теория верна, то ей предстоит обрастать уточнениями, пока она не изменится до неузнаваемости: рассказ про эволюцию в современном учебнике имеет мало общего с тем, что писал Дарвин. Зато ошибочная концепция запоминается именно такой, как ее впервые сформулировали, - и остается памятником самому автору, авторскому стилю и в конечном счете эпохе.
Частица
Быстрые мнимые. Некоторые частицы движутся из будущего в прошлое
Гипотезы. Физику удобно считать набором запретов: скорость не бывает больше скорости света, масса строго положительна, следствие не наступает раньше причины.
Тахионы - это частицы, которые нарушают все правила сразу: у них мнимая масса и скорость всегда больше световой. А еще тахионы движутся обратно во времени.
Теоретик Джеральд Фейнберг ввел их в 1967 году - прекрасно в общем-то сознавая, что можно рядовой частице, а чего нельзя. Поэтому Фейнберг объявил тахионы новым классом частиц, а все традиционные отнес к тардионам (то есть «запаздывающим»: они не обгоняют свет) и люксонам (это фотон, квант света, и гравитон, квант гравитации: только они перемещаются со световой скоростью).
Грубо говоря, тахионы - смелое обобщение идеи антиматерии. Античастицы - противоположность частиц только отчасти: достаточно, чтобы всего одна характеристика - заряд - сменила знак, и вот уже вместо вещества мы имеем антивещество. А свойства тахионов - это все свойства привычной материи наизнанку. У единомышленников Фейнберга так и не вышло договориться, как тахионы взаимодействуют с тардионами, - не исключалось, что вообще никак. В последнем случае исчезают парадоксы причинности: ни воздействия из будущего на прошлое, ни передачи информации быстрее света, которую запрещает эйнштейновская теория, не случится. В Стандартной модели тахионам как группе не нашлось места. Тем не менее некоторые физики допускали, что бозон Хиггса, последняя неоткрытая частица оттуда, и окажется первым тахионом, который обнаружат люди.
Чем еще знамениты авторы. Сама идея тахионов (без выкладок) принадлежит Арнольду Зоммерфельду, классику квантовой физики. Он, к примеру, ввел постоянную тонкой структуры - число ?, определяющее возможность жизни во Вселенной.
Другой автор - Фейнберг - знаменит тем, что предсказал существование разных типов нейтрино (кстати, задолго до тахионов - ему тогда было всего 25 лет). И действительно, сейчас известны три их сорта. Частицы считают настолько важными, что для охоты на них строят самые громоздкие обсерватории в мире. Еще Фейнберга знают как популяризатора крионики - замораживания умерших, чтобы оживить их потом.
Как опровергли. Тахионы не ушли из физики насовсем. Просто в современных моделях им приписывают исчезающе малое время жизни. Поэтому появление «устойчивых» тахионов в какой-нибудь теории считается признаком того, что ее придется пересмотреть. За четыре десятилетия, прошедшие с выхода статьи Фейнберга, никаких признаков тахионов - ни в космосе, ни внутри ускорителей - так и не обнаружили.
Если бы гипотеза была верна Можно было бы отправить письма нашим прапрадедам.
Электроны
Кубом покати. Атомы имеют форму кубов
Гипотеза. Атомы - простейшие кирпичи материи. Так нас учили в школе. Имея это в виду, вообразить их кубами проще простого. По углам такого куба расставлены электроны, чтобы соединяться с атомами-соседями - образовывать химические связи.
По-настоящему популярной эта теория стала в начале 1920-х - благодаря поправкам и активной рекламе со стороны Ирвинга Ленгмюра, будущего нобелевского лауреата по химии. К тому моменту химические рассуждения про атом имели мало общего с физикой. Можно сказать, что физики и химики называли одним словом две разные вещи: у первых атом хорошо умел распадаться на части, у вторых - соединяться с себе подобными.
При помощи кубов впервые внятно объяснили, откуда берется валентность и почему она чаще равна двум, трем или четырем и никогда не заходит за отметку в восемь. «Восьмерки», или октеты из школьных учебников, - это число электронов, до которого атом стремится дополнить свою оболочку. А куб - тот же октет, перенесенный с бумаги в трехмерное пространство.
Чем еще знамениты авторы. Нобелевская премия досталась Ленгмюру с формулировкой «за открытия и исследования в химии поверхностей». На уровне отдельных молекул он объяснил, как работает противогаз, как пачкается ткань и как частица платины взрывает баллон водорода, - или, точнее, разработал теорию адсорбции, из которой все эти явления вытекают. Он же изобрел электрическую лампочку в нынешнем ее виде. Ленгмюр первым предложил наполнять ее инертным газом, чтобы вольфрамовая нить не выгорала за считанные дни.
Гилберта Льюиса, выдвинувшего свою идею еще в 1902 году, на Нобелевскую премию номинировали несколько раз. Химики до сих пор пользуются его понятием «ковалентная связь», а физики - льюисовским словом «фотон».
Как опровергли. Все прежние модели атома, как физические, так и химические, потеряли смысл с появлением в середине 1920-х квантовой механики. Уравнение Шредингера описывает атом как предмет, не имеющий в строгом смысле ни формы, ни границ: электроны «размазаны» по всему пространству сразу, и есть ненулевой (хотя и очень небольшой) шанс обнаружить их как угодно далеко от ядра.
Если бы гипотеза была верна Всех химиков учили бы играть в Lego на предмете «кубическая химия».
Атомы
Нулевой номер. На Солнце есть сверхлегкий элемент, которого нет на Земле
Гипотеза. Короний, самый легкий химический элемент, найден в обход химических опытов: в солнечной короне, по одной спектральной линии. Чтобы вписать его в таблицу Менделеева, предстояло подвинуть вниз все остальные клетки. По оценкам, отдельному атому этого элемента полагалось быть даже легче атома водорода, то есть в конечном счете он претендовал на нулевую клетку таблицы.
Незадолго до корония таким способом открыли гелий - элемент, следующий за водородом. «Гелий» и переводится как «солнечный». Найти его на Земле было невероятно сложно, потому что он не только редок, но и инертен (не вступает в химические реакции). Периодический закон Менделеева предсказывал коронию похожие свойства, тем самым оставляя химиков почти без шансов вовлечь его в какие-нибудь реакции.
Сам Менделеев не только признавал нулевой элемент, но даже придумал ему соседа по «нулевой» группе: это практически невесомый ньютоний. Из него, по Менделееву, состоит мировой эфир, заполняющий все пространство.
Чем еще знамениты авторы. Астрономы Чарльз Янг и Уильям Харкнесс во время затмения 1869 года сделали открытие независимо друг от друга, зато истолковали его совместно. Янг, помимо открытия мнимого элемента, заработал научную репутацию тем, что по спектрам измерил скорость, с которой вращается Солнце, и предсказал неизвестный слой его короны. Харкнесса теория интересовала меньше - он изобрел несколько астрономических приборов, возглавлял Морскую обсерваторию США и был за это произведен в контр-адмиралы.
Как опровергли. Элемент разоблачили только в 1939-м, спустя 70 лет после открытия. Как следовало из квантовых расчетов, зеленая «линия корония» в спектре на самом деле принадлежит сверхвозбужденному железу, атому без 13 электронов - такой может возникать только в экстремальных условиях: на Земле оторвать от атома хотя бы 4 электрона очень трудно. Отсюда становится понятно, почему «линия корония» никому не попадалась на глаза прежде.
Если бы гипотеза была верна Вместо водородной бомбы нас пугали бы коронной.
Вещество
Другая вода. Капля водяного полимера уничтожит океаны
Гипотеза. Воду можно превратить в полимер - вещество, где отдельные молекулы становятся звеньями больших цепей. Свойства воды при этом резко меняются, хотя формальный состав - два атома водорода на каждый атом кислорода - остается прежним.
Гипотеза выросла из одного опыта с труднообъяснимым результатом. Если водяной пар загнать в узкий кварцевый капилляр, там сконденсировать и повторить процедуру несколько раз, то получится совершенно другая жидкость. Эта производная воды будет кипеть при 150 °С и замерзать при минус 40, ее плотность увеличится на 10-20%, а вязкость - во много раз. В начале 1960-х, как раз во время полимерного бума, это обнаружил никому не известный костромской химик Николай Федякин. Потом его эксперимент успешно повторили в московском Институте физической химии, а после и в нескольких западных лабораториях.
Серьезных применений «поливоде» не успели придумать, зато успели понять, чем она вредна. Одни физики списывали на нее проблемы с трансатлантическими кабелями на дне океана. Другие предсказывали глобальную катастрофу: они говорили, что, попав в мировой океан, «поливода» способна превратить в полимер всю воду планеты. Сюжет про лед-9 у Воннегута - отсюда.
Чем еще знамениты авторы. О Николае Федякине практически ничего не известно. На западных конференциях открытие представлял Борис Дерягин, к тому моменту членкор Академии наук СССР. Дерягин занимался коллоидной химией, то есть поведением сильно измельченного вещества (сейчас это чаще называют нанотехнологиями). Он же опубликовал классическую работу о том, как рассасывается туман, и одним из первых синтезировал искусственные алмазы.
Как опровергли. Биофизик Деннис Руссо из Bell Labs повторил опыт Федякина, только чистую воду заменил своей слюной - и получил тот же результат. Скорее всего, в капилляре у Федякина были загрязнения: достаточно нескольких биомолекул, чтобы испортить весь образец. Они изменяют воду точно так же, как небольшая порция желатина превращает жидкость в желе.
Если бы гипотеза была верна Океаны, реки и все живое превратилось бы в студень.
Клетка
Белковые гены. Наследственную информацию передает не ДНК, а белок
Гипотеза. Наследственные признаки закодированы в гигантских полимерных молекулах - белках. Из этих молекул состоят хромосомы, а ДНК является лишь добавкой. Белки могут самокопироваться, размножаться и передаваться от клетки к клетке, от поколения к поколению. Вместе с ними передаются и все признаки организма.
К мнению, что гены - это белки, в первые десятилетия прошлого века склонялось большинство ученых. Никто не верил, что ДНК может кодировать наследственную информацию: состав молекулы казался слишком простым для такой сложной задачи. Идея пришла из XIX века. Еще толком не была установлена роль хромосом в наследственности, а классик генетики Эдмунд Бичер Уилсон заявлял в своей книге, что гены состоят из белков. В следующем издании, впрочем, он уже говорил, что самое главное в наследственности - нуклеиновые кислоты.
Самую подробную гипотезу сформулировал русский биолог Николай Кольцов. В 1927 году он обнародовал свою идею двухцепочечного белка - основы хромосом. На белках, как на матрице, собираются их точные копии: маленькие молекулы из раствора сначала выстраиваются вдоль родительской молекулы, а затем химически сшиваются - таким образом гены передаются по наследству.
Чем еще знаменит автор. Кольцов первым показал, что у клетки есть белковый «скелет», и провел несколько крупных работ по генетике до начала кампании против «вейсманистов-морганистов» в 1930 году. Сама идея копирования молекул наследственности оказалась верной, только позже выяснилось, что копируется молекула ДНК, а не белка.
Как опровергли. В 1944 году микробиолог Освальд Эйвери и его коллеги из Института Рокфеллера в Нью-Йорке перенесли ДНК от одной бактерии к другой и вместе с ДНК передали наследственные свойства. Сам Эйвери тогда писал, что это было совершенно неожиданно для него, так как все предполагали, что носителями генов являются молекулы белков.
Если бы гипотеза была верна Уже раскрыли бы тайну происхождения жизни.
Мозг
Скотофобин. Для каждого воспоминания есть отдельная молекула
Гипотеза. Крысу можно обучить чужому опыту, если скормить ей натренированный мозг. Когда мозг обучается, его клетки вырабатывают особые вещества, которые хранятся очень долго. Для каждого воспоминания есть свой вид молекул.
В 1960-е годы сразу несколько групп нейрофизиологов занимались «переносом памяти». Первые опыты проводил Джеймс Макконнел из Анн-Арбора (штат Мичиган): он обучал плоских червей - планарий - реагировать на свет. Черви плавали в небольшом бассейне, где их ударяли током и одновременно включали свет. От электрического разряда мышцы червей сокращались, а затем они стали сокращаться и без тока, просто при вспышке света. Макконнел разрезал «обученных» планарий на части и скармливал «необученным». По результатам, опубликованным в солидных научных журналах, получалось, что необученные черви тоже реагировали на свет.
Эти эксперименты проверили в нескольких лабораториях, но подтвердить не смогли. Затем выяснилось, что планарий вообще нельзя научить реагировать на свет. А еще позже Макконнел сообщил, что он всех разыграл.
Хотя розыгрыш был раскрыт, исследования «переноса памяти» продолжались в других лабораториях. Гипотеза казалась правильной, считалось, что просто для экспериментов был выбран неудачный объект.
Самые яркие результаты получил Джорджес Унгар из Бэйлорского медицинского колледжа в Техасе. Унгар экспериментировал на крысах. Он помещал животных в клетки, где один угол был затемнен. Если крыса забегала в темноту, то получала удар током. Когда животное приучалось избегать темного угла, его забивали, а вытяжку из мозга впрыскивали необученным мышам. По сообщениям Унгара, эти грызуны приобретали «боязнь темноты». В 1972 году в журнале Nature появилась статья, где Унгар с коллегами доложил об открытии первого «белка памяти», названного скотофобином. Именно этот белок и переносил боязнь темноты от крыс мышам. Унгар сформулировал тезис: «Один пептид - один акт поведения».
Чем еще знаменит автор. Джорджес Унгар - известный фармацевт, работал над созданием антигистаминных препаратов (веществ, предотвращающих аллергию), за разработку которых в 1957 году его коллегам была вручена Нобелевская премия.
Как опровергли. Как только в 70-х обнаружили, что долговременная память - это устойчивые контакты между клетками, необходимость в теории Унгара отпала. Впрочем, сомнения появились еще раньше: скотофобин проверяли в нескольких лабораториях, и результаты воспроизводились редко. А затем выяснилось, что это вещество очень похоже на один из общих регуляторов нервной системы.
Если бы гипотеза была верна Можно было бы дарить воспоминания друг другу и обучать с помощью инъекций.
Земля
Надуться и сдуться. Наша планета стынет и сжимается
Гипотеза. Догадка, что мы живем на планете переменных размеров, возникла еще в середине XIX века и оставалась популярной почти 50 лет. Ведь расширяющийся (или сжимающийся) мир - это не обязательно обо всей Вселенной сразу. Хватит и отдельно взятой Земли.
Чтобы восстановить логику автора, Джеймса Дуайта Даны, нужно представить Землю в разрезе, не вдаваясь в детали: под тонкой поверхностью спрятана горячая начинка. А горячие тела имеют свойство остывать и сжиматься. Поэтому время от времени на догадку Даны ссылаются как на теорию глобального похолодания. Последствия глобального потепления на его фоне выглядят скромнее.
Первой, утверждал Дана, страдает земная кора. От сжатия на ней появляются складки и разрывы, свидетельство тому - горные хребты. Тем временем гигантские фрагменты поверхности всплывают, тонут и обламывают друг другу края.
Если предположить, что планета родилась расплавленной, то за следующие 100 млн лет она потеряла сотни километров в обхвате. И, разумеется, продолжает убывать в размерах, пусть даже не так быстро.
Чем еще знаменит автор. Американца Джеймса Дуайта Дану, минеролога и зоолога, часто сравнивают с Дарвином: оба отправились в многолетнюю тихоокеанскую экспедицию, оба вернулись с новой версией мироустройства. Кстати, за историю планеты Дана взялся, чтобы объяснить происхождения видов. То, что в Южной Америке и Африке живут одни и те же рептилии, Дана объяснял существовавшим сухопутным маршрутом между континентами, который от сжатия Земли ушел под воду.
Как опровергли. Явного опровержения у геологов не было. В 1910-х годах гипотезу просто сменила более правдоподобная (но неверная в деталях) теория о медленном горизонтальном движении материков. Настоящий контраргумент пришел из физики, когда открыли распад атомных ядер. Оказалось, горячим слоям не обязательно остывать, если в них спрятаны радиоизотопы: они подогревают планету и не дают ей сжаться.
Если бы гипотеза была верна Через какое-то время материки покрылись бы льдом и лопнули.
Планеты
Тело Икс. За орбитой Плутона спрятана планета-гигант
Гипотеза. «Планета X» тоже обращается вокруг Солнца и проявляет себя тем, что искривляет орбиты других тел - от планет до комет. Разглядеть ее с Земли в телескоп практически невозможно. В «лишние» планеты астрономы всерьез поверили еще в позапрошлом веке после открытия Нептуна, существование которого заблаговременно предсказали математики. Находись тот же Нептун - последний видимый гигант - хотя бы в 10 раз дальше, он уже казался бы в 10 тыс. раз тусклее. Такой слабый объект на небе ничего не стоит спутать с мелким астероидом или кометой, каких тысячи.
В 1930-м, когда гипотеза о существовании «планеты X» была в моде, ее поиски прервались открытием Плутона - тот в гиганты не метил, но тоже считался планетой, способной влиять на другие. 48 лет спустя размеры Плутона наконец аккуратно сосчитали и пришли к выводу, что его массы не хватит для сдвига чужих орбит. Так «планета X» снова стала востребована. А в 2006 году Плутон и вовсе исключили из планет, и их осталось восемь, как в самом начале поисков «икса».
Чем еще знаменит автор. Охоту за новой планетой обосновал Персиваль Лоуэлл, бостонский предприниматель, известный своими книгами о японской культуре. В 1894 году Лоуэлл на собственные средства построил обсерваторию и начал поиски. Лоуэлла даже похоронили в мавзолее в форме обсерваторской башни, а астрономический символ планеты Плутон обыгрывает его инициалы - P. L.
Как опровергли. Зонд Voyager-2 в начале 90-х доказал, что астрономы просто не там искали. По его наблюдениям, аномалия, сбивающая планеты с пути, оказалась внутри Нептуна, массу которого в свое время переоценили. Из-за недостатка веса он притягивал другие планеты слабее, чем мог бы, и сам двигался по «неправильной» орбите. То есть никакая третья планета для объяснения эффекта не нужна.
Если бы гипотеза была верна В 2060 году туда прилетел бы аппарат с посланием Брежнева или Никсона.
Солнечная система
Антикометы. Солнечная система наполнена антиматерией
Гипотеза. Из антивещества состоят кометы и, возможно, часть метеоритов. Это объясняет, почему все видели вспышки вошедших в атмосферу космических обломков, а вот собранное внеземное вещество - большая редкость. При любом контакте с обычными атомами антиматерия, как известно, аннигилирует с огромным выбросом энергии. Поэтому даже крупицы исчезающего со взрывом антивещества хватит для вспышки в небе.
Авторство идеи принадлежит ленинградским физикам-ядерщикам. Академика Бориса Константинова и его сотрудников в 1965 году поддержал нобелевский лауреат Уиллард Либби: он утверждал, что антивеществом был Тунгусский метеорит, от которого не осталось ни одного фрагмента.
Чем еще знаменит автор. Борис Константинов, вице-президент Академии наук СССР, занимался в основном ядерной физикой и акустикой. Если первое и соприкасается с астрономией, то второе - весьма условно. Докторская диссертация Константинова называлась «Теория деревянных духовых инструментов».
Как опровергли. Работа по этой теме была засекречена: считалось, что по ее результатам антивещество смогут так или иначе добывать из космоса в «оружейных» количествах. Из-за этого несколько лет физики не советовались с астрономами. Расчет, опровергающий гипотезу, принадлежит астрофизику Шкловскому: он просто подсчитал суммарную энергию аннигиляции метеоритного вещества в воздухе за год - и та оказалась равной сотням водородных бомб.
Если бы гипотеза была верна Метеорит размером с мяч уничтожил бы нашу планету.
Вселенная
Космос навсегда. Большого взрыва никогда не было
Гипотеза. Вместо того чтобы раздуваться из одной точки последние 14 млрд лет, Вселенная всегда существовала в своем нынешнем виде. Для честного ученого в такой идее нет ничего крамольного. Во всяком случае, не надо уклоняться от вопроса, что было до Большого взрыва, - физикам заведомо негде искать на него ответ. А так - одной неизвестностью меньше плюс оптимистический прогноз: если космос не рождался, то, наверное, и не погибнет.
Гипотеза появилась в конце 1940-х и сразу завоевала сторонников среди астрономов. Модель «взорвавшейся» Вселенной, которой пользуются сейчас, на 20 лет старше. Но тогда она считалась малопонятной экзотикой, интересной разве что физикам-теоретикам. Непреложным фактом было только то, что галактики разбегаются во все стороны, - это выяснил Эдвин Хаббл в 1929 году. Но вывод Хаббла, что когда-то давно все они «сбежали» из одной точки, сбивал с толку.
Выход из затруднения нашли Фред Хойл, Герман Бонди и Томас Голд. Если галактики удаляются друг от друга, то промежутки между ними заполняет новая материя, рождающаяся из ниоткуда. Требуется всего ничего - по атому водорода на кубометр пустоты раз в миллиард лет. Этого хватило бы, чтобы плотность космоса не менялась. Со временем из атомов складывались бы газовые облака, а из них - звезды со всем прочим.
Чем еще знамениты авторы. Британскому астроному Фреду Хойлу, главному противнику теории Большого взрыва, мы обязаны самим термином «Большой взрыв». Хойл впервые произнес его в прямом эфире Би-би-си в 1949 году - желая, видимо, обидеть оппонентов.
Впрочем, право вести цикл радиопередач про Вселенную он получил за другие заслуги, каковых к концу 40-х годов накопилось уже немало. Позже, в 1957-м, он выяснил, откуда в космосе взялись углерод и другие тяжелые атомы - за эту статью его соавтору Уильяму Фаулеру позже дадут Нобелевскую премию. В свободное от физики время Хойл успевал писать сценарии для британского фантастического сериала про кибермонстра Андромеду, угрожающего всему человечеству.
Другой автор гипотезы о неизменной Вселенной - математик Герман Бонди - первым описал, как именно черные дыры поглощают вещество: астрономическое открытие было неожиданным довеском к закрытому исследованию про военные радары. Бонди долгое время был главным теоретиком британского Министерства обороны, а лондонские власти обязаны ему схемой дамб для защиты городского метро от разливов Темзы.
Третьего соавтора, Томаса Голда, сделали знаменитым пульсары - космические радиомаяки, которые посылают строго повторяющиеся сигналы. Когда первооткрыватели в 1967 году приняли их за сообщения инопланетян и засекретили исследование, именно Голд опознал в пульсарах нейтронные звезды, сверхплотные остатки взорвавшихся сверхновых. Нобелевская премия, однако, досталась наблюдателям, а не теоретикам.
Как опровергли. Момент окончательной ясности - открытие, сделанное в 1965 году радиофизиками Пензиасом и Вильсоном. При испытании радиоантенны они случайно зафиксировали реликтовое излучение, приходящее со всех сторон Вселенной сразу, - своего рода эхо Большого взрыва. Возраст излучения равен 13,7 млрд лет, что хорошо согласовывалось с Большим взрывом и никак - со стационарным космосом.
Вторым контраргументом были квазары - объекты с гигантской светимостью на границе видимой Вселенной. На более близком к нам расстоянии их нет, поэтому все квазары мы видим такими, какими они были 10 и больше миллиардов лет назад. И если ранняя Вселенная настолько отличалась от нынешней, то разговоры о космической неизменности теряют смысл.
Если бы гипотеза была верна Звезды рождались бы из пустоты.
Борислав Козловский, Алексей Торгашев
Иллюстрации: Мария Соснина
«Русский репортёр», Ноябрь 2008