Кризис в космологии: когда ученые выдают желаемое за действительное

Наука стремительно развивается. Мы боремся с болезнями, углубляемся дальше в космос и открываем растущий зоопарк субатомных частиц. Но космология — которая пытается понять эволюцию целой Вселенной, используя теории, которые прекрасно работают для описания других систем, — зашла в тупик в поиске ответов на важнейшие вопросы. Мы до сих пор понятия не имеем, из чего состоит подавляющая часть Вселенной. Мы не можем понять, как Большой Взрыв мог мгновенно вырасти из ничего или откуда взялась энергия для «инфляции», короткого периода быстрого роста юной Вселенной. Но несмотря на эти пробелы в знаниях, именно человеческая природа — наша склонность подгонять данные под наши убеждения — остается большой угрозой для современной космологии.

Проблемы космологов

В нашей картине космоса преобладает два компонента: темная материя и темная энергия. Они составляют 95% энергетического содержания Вселенной, но мы так и не узнали, чем они являются. Эта проблема космологии справедливо оценивается одной из самых важных проблем физики — объяснения природы темной энергии варьируются от предложений отказаться от теории относительности Эйнштейна и добавить новое фундаментальное поле природы до существования параллельных вселенных, эффекты которых мы можем наблюдать.

Увы, но не проблема темной энергии грозит подорвать космологические эксперименты. Люди стремятся бессознательно интерпретировать информацию таким образом, что приходят к набору данных, подтверждающих их нынешние убеждения. Для космологов, такая бессознательная (или сознательная) подстройка результатов приводит к подтверждению того, что они допускали ранее. Но это особенно губительно для космологии, так как, в отличие от лабораторных экспериментов, мы не можем проводить множество повторяющихся экспериментов для изучения статистических аномалий — у нас всего одна вселенная.

Исследование всей опубликованной литературы по космологии между 1996 и 2008 годом показало, что статистика результатов была слишком хорошей, чтобы быть правдой. Статистический разброс результатов не согласовался с тем, что можно было ожидать математически, что означает согласие космологов между собой. Либо результаты как-то подстраивались, чтобы отражать статус-кво, либо выбирались лишь те документы, которые соотносились со статусом-кво принимающих журналов.

К сожалению, по мере повышения качества экспериментов, этой проблемы будет все сложнее избежать. Большинство космологов в ответ на вопрос, что такое темная энергия, ответят, что это, вероятнее всего, энергия вакуума. Спросите космологов, считают ли они теорию Эйнштейна верной на космических масштабах, и они скажут, мол, да, верная. Как после этого убедить широкое научное сообщество (и человечество), что любая космологическая находка не будет просто результатом выдавания желаемого за действительное?

Решение проблем

Есть три способа решить эту проблему, которые одинаково эффективны. Во-первых, это создание наборов данных, содержащих ложный сигнал, чтобы ученые, проводящие космологический анализ, могли выявить этот сигнал и повысить уровень доверия к собственной работе.

Слепой анализ и контрольный забор успешно используются в биологии. Проблема космологии в том, что у нас нет контрольной группы, контрольной вселенной, только одна, поэтому любые слепые данные придется подделывать или рандомизировать. Слепой анализ уже начали использовать в космологии, но это еще не конец истории.

В дополнение к слепому анализу есть еще два подхода, которые практикуются меньше, но остаются важными. Первый — инженерный подход к дизайну эксперимента. При таком подходе каждый крошечный аспект эксперимента имеет ряд требований или критериев, а также независимых от результата тестов, которые должен пройти перед включением. Идея в том, что если каждый подраздел анализа пройдет эти тесты, в общем получатся объективные результаты. Второй подход — прозрачность, публикация данных и кодов в открытом месте, чтобы любой мог скачать и проверить их на отсутствие скрыто подстроенных параметров и изворотливых данных.

Три таких подхода — ослепление, инженерные системы и прозрачность — позволят следующему поколению космологических экспериментов стать достаточно убедительными для людей в том, что космологи не выдают желаемое за действительное. Без этого, глядя в небеса, мы рискуем, что самой интересной находкой окажемся мы сами.