Otsime alati midagi enamat. Ja isegi meie parimad oletused ei anna meile sageli teada, kust me selle leiame. 19. sajandil vaidlesime selle üle, miks päike põleb - raskusjõud või põlemine, kahtlustamata isegi termotuumasünteesi osalemist. 20. sajandil vaidlesime universumi saatuse üle, eeldamata isegi, et see kiirenes olematuseks. Kuid revolutsioonid teaduses on tõelised ja kui need juhtuvad, peame läbi vaatama palju kõike - mõnikord isegi kõike -, mida varem usuti tõesena.
Meie teadmistes on palju põhitõdesid, mida me vaidlustame harva, kuid võib-olla peaksime seda tegema. Kui kindlad oleme teadmiste tornis, mille oleme endale ehitanud?
Kui tõsi on meie teadus?
Vastavalt valguse vananemise hüpoteesile väheneb igalt objektilt saadud footonite arv sekundis proportsionaalselt selle kauguse ruuduga, samal ajal kui meie poolt vaadatavate objektide arv suureneb koos kauguse ruuduga. Objektid peaksid olema punasemad, kuid kiirgama konstantset arvu footoneid sekundis, sõltuvalt kaugusest. Laienevas universumis saame aga aja jooksul vähem footoneid sekundis, kuna nad peavad universumi laienedes läbima pikki vahemaid ja punase nihke ajal väheneb ka nende energia. Pinna heledus väheneb kaugusega - see on kooskõlas meie tähelepanekutega.
Kui mõni aasta tagasi räägitud valgusest kiiremad neutriinod osutuksid tõeks, siis peaksime uuesti läbi mõtlema kõik, mida teadsime suhtelisuse ja kiiruse piiramise kohta universumis. Kui Emdrive või mõni muu igiliikur osutuks reaalseks, peaksime üle vaatama kõik, mida teadsime klassikalisest mehaanikast ja hoogu jäävuse seadusest. Ehkki need konkreetsed tulemused ei olnud piisavalt usaldusväärsed - need neutriinod ilmnesid eksperimentaalsete vigade tõttu ja Emdrive'i ei ole mingil olulisusastmel testitud - võime ühel päeval sellise tulemusega silmitsi seista.
Reklaamvideo:
Kõige olulisem test ei ole see, kas me sellisele ristmikule jõuame. Meie tõeline usk teaduslikku tõde pannakse proovile, kui peame otsustama, mida sellega teha.
Eksperimentaalne seadistus EmDrive'is NASA Eagleworksis, kus nad proovisid läbi viia reaktsioonitu mootori isoleeritud katseid. Nad leidsid väikese positiivse tulemuse, kuid ei olnud selge, kas see oli seotud uue füüsikaga või süstemaatilise veaga. Tulemused ei tundunud usaldusväärsed ja neid ei saanud iseseisvalt korrata. Revolutsiooni pole veel juhtunud.
Teadus on samaaegselt:
- Teadmiste kogum, mis hõlmab kõike, mida oleme õppinud oma universumi vaatlemisel, muutmisel ja katsetamisel.
- Protsess, kus pidevalt kahtlustatakse meie eeldusi, püütakse leida auke reaalsuse mõistmisel, otsitakse loogilisi auke ja vastuolusid ning määratletakse oma teadmiste piirid uuel, põhimõttelisel viisil.
Kõik, mida me näeme ja kuuleme, kõik, mida meie instrumendid leiavad, ja nii edasi - see kõik võib õigesti salvestatuna olla näide teaduslikest tõenditest. Kui proovime universumit välja selgitada, peame kasutama kõiki olemasolevaid teaduslikke andmeid. Me ei saa valida tulemusi ega tõendeid, mis vastavad meie eelistatud järeldustele; peame kõik oma ideed kokku lööma kõigi olemasolevate heade andmete näidetega. Teaduse edukaks läbiviimiseks peame need andmed koguma, panema need tükkhaaval enesekindlasse struktuuri ja seejärel tegema neile igasuguseid teste, mis tahes kujuteldaval viisil.
Parim töö, milleks teadlane on võimeline, on püha teooriate ja ideede pidev ümberlükkamine, mitte tõendamine.
Hubble'i kosmoseteleskoop (vasakul) on meie astrofüüsika ajaloo suurim lipulaeva observatoorium, kuid palju väiksem ja vähem võimas kui tulevane James Webb (keskel). Neljast 2030. aastate kavandatavast juhtimissioonist on LUVOIR (paremal) kõige ambitsioonikam. Püüdes jõuda universumi kõige hämaramani, näha neid suure eraldusvõimega ja kõigi võimalike lainepikkuste juures, saame enneolematul viisil parandada ja katsetada oma arusaama kosmosest.
See tähendab meie täpsuse suurendamist iga täiendava kümnendkohani, mida saame lisada; see tähendab suurema energia, madalama temperatuuri, väiksema skaala ja suurema valimi tagaajamist; see tähendab teooria teadaolevast kehtivuse ulatusest väljumist; see tähendab uute vaadeldud mõjude teoreetilisust ja uute katsemeetodite väljatöötamist.
Ühel hetkel leiad paratamatult midagi, mis ei mahu omandatud tarkuse raamidesse. Leiate midagi vastupidist sellele, mida eeldasite leida. Saate tulemuse, mis on vastuolus teie vana, juba olemasoleva teooriaga. Ja kui see juhtub - kui suudate selle vastuolu kinnitada, kui see seisab kontrolli all ja näitab end tegelikult väga-väga eksisteerivana - saavutate midagi suurepärast: teil on teaduslik revolutsioon.
Üks relatiivse liikumise revolutsioonilisi aspekte, mille esitas Einstein, kuid mille varem panid paika Lorentz, Fitzgerald ja teised, oli see, et kiiresti liikuvad objektid näisid ruumis kokku tõmbuvat ja ajas aeglustuvat. Mida kiiremini liigute millegi suhtes puhkeasendis, seda rohkem teie pikkus kokku tõmbub ja seda rohkem aeg välismaailma suhtes aeglustub. See maal - relativistlik mehaanika - asendas vana newtoniliku vaate klassikalisele mehaanikale.
Teaduslik revolutsioon hõlmab aga mitte ainult "vanu tõdesid on valed!" See on alles esimene samm. See võib küll olla vajalik osa revolutsioonist, kuid iseenesest pole see piisav. Me võiksime edasi liikuda, lihtsalt märgates, kus ja kuidas meie vana idee meid alt vedab. Teaduse edasiliikumiseks - ja märkimisväärseks - peame leidma oma varasemas mõtteviisis kriitilise vea ja mõtlema selle läbi, kuni jõuame tõeni.
Selleks peame ületama mitte ühe, vaid kolm peamist takistust oma püüdlustes universumi mõistmise parandamiseks. Revolutsioonilises teadusteoorias on kolm komponenti:
See peaks taastama kogu juba olemasoleva teooria edu.
Ta peab selgitama uusi tulemusi, mis olid vastuolus vana teooriaga.
See peab tegema uued, testitavad ennustused, mida pole varem testitud ja mida saab kas kinnitada või ümber lükata.
See on uskumatult kõrge latt, milleni jõutakse harva. Kuid kui see saavutatakse, ei ole hüved sarnased millelegi muule.
1500-ndate aastate üheks suureks saladuseks oli see, et planeedid liiguvad näilises retrograadis - see tähendab vastupidises suunas. Seda võiks seletada kas Ptolemaiose geotsentrilise mudeli (vasakul) või Koperniku heliotsentrilise mudeliga (paremal). Kuid detailide täpse välja nuputamine nõudis vaadeldava nähtuse aluseks olevate reeglite mõistmisel teoreetilisi läbimurde, mis viisid Kepleri seaduste ja Newtoni universaalse gravitatsiooni teooriani.
Uustulnuk - uus teooria - kannab alati tõendamiskoormust, asendades senise domineeriva teooria ja see nõuab temalt paljude väga raskete probleemide lahendamist. Kui heliotsentrism ilmus, pidi see selgitama kõiki planeedi liikumise ennustusi, võtma arvesse kõiki tulemusi, mida heliotsentrism ei suutnud seletada (näiteks komeetide liikumine ja Jupiteri kuud), ning teha uusi ennustusi - näiteks elliptiliste orbiitide olemasolu.
Kui Einstein pakkus üldrelatiivsusteooriat, pidi tema teooria reprodutseerima kõik Newtoni gravitatsiooni õnnestumised, samuti selgitama Merkuuri periheeliooni pretsessiooni ja objektide füüsikat, mille kiirus läheneb valgusele, ning lisaks pidi ta tegema uusi ennustusi selle kohta, kuidas gravitatsioon tähe paindub. sära.
See mõiste laieneb isegi meie mõtetele universumi enda päritolu kohta. Suure Paugu kuulsaks saamiseks pidi see asendama staatilise universumi vana idee. See tähendab, et see pidi vastama üldisele relatiivsusteooriale, selgitama Universumi Hubble'i laienemist ning punase nihke ja kauguse suhet ning tegema siis uued ennustused:
- Kosmilise mikrolaineausta olemasolu ja spektri kohta
- Valguselementide nukleosünteetilisest sisaldusest
- Massiivse struktuuri ja aine klastrite moodustumise kohta raskusjõu mõjul.
Seda kõike oli vaja ainult eelmise teooria asendamiseks.
Mõelge nüüd, mida oleks vaja ühe juhtiva teadusteooria asendamiseks tänapäeval. See pole nii keeruline, kui võite ette kujutada: selleks oleks vaja vaid ühte tähelepanekut mis tahes nähtuse kohta, mis on vastuolus Suure Paugu ennustustega. Kui leiate üldrelatiivsusteooria kontekstis teoreetilise tagajärje, et Suur Pauk ei vasta meie tähelepanekutele, oleksime tõesti revolutsiooni äärel.
Ja siin on oluline: sellest ei tulene, et kõik Suure Paugu kohta on valed. Üldrelatiivsusteooria ei tähenda, et Newtoni gravitatsioon oleks vale; see seab piirangud ainult sellele, kus ja kuidas saab Newtoni raskust edukalt rakendada. See kirjeldab endiselt täpselt kuumast, tihedast, paisuvast olekust sündinud Universumit; kirjeldage samal viisil vaadeldavat Universumit, mille vanus on mitu miljardit aastat (kuid mitte lõpmatu vanus); ta räägib ka esimestest tähtedest ja galaktikatest, esimestest neutraalsetest aatomitest, esimestest stabiilsetest aatomituumadest.
Laieneva universumi nähtav ajalugu hõlmab Suure Paugu kuuma ja tiheda oleku ning sellele järgneva struktuuri kasvu ja kujunemise. Täielik andmekogum, sealhulgas valguselementide ja kosmilise mikrolaineausta vaatlused, jätab nähtavaks sobivaks selgituseks ainult Suure Paugu. Kosmilise neutriinotausta ennustamine oli üks viimaseid Suure Paugu teooriast välja tulnud kinnitamata ennustusi.
Ükskõik, mis selle teooria peale jõuab - mis iganes ületab meie praeguse parima teooria (ja see kehtib kõigi teadusvaldkondade kohta) - esimene samm on selle teooria kõigi kordamiste reprodutseerimine. Staatilised universumi teooriad, mis võitlevad suure pauguga? Nad ei suuda seda teha. Sama kehtib elektrilise universumi ja kosmoloogilise plasma kohta; sama võib öelda ka väsinud valguse, topoloogilise defekti ja kosmiliste stringide kohta.
Võib-olla teeme kunagi piisavalt teoreetilisi edusamme, et üks nendest alternatiividest muutuks vaadeldavate kogu komplektile vastavaks või võib-olla ilmub uus alternatiiv. Kuid see päev pole täna ja vahepeal seletab Suure Pauguga, kiirguse, tavalise aine, tumeaine ja energiaga täispuhutav universum täieliku komplekti kõike, mida oleme kunagi täheldanud. Ja ta on praegu omamoodi.
Kuid on oluline meeles pidada, et jõudsime selle pildini just seetõttu, et me ei keskendunud ühele kahtlasele tulemusele, mis võib kokku kukkuda. Meil on kümneid ridu sõltumatuid tõendeid, mis viivad meid ikka ja jälle samale järeldusele. Isegi kui selgub, et me ei saa supernoovadest üldse aru, on siiski vaja tumedat energiat; isegi kui selgub, et me ei saa galaktikate pöörlemisest üldse aru, on tumeainet siiski vaja; isegi kui selgub, et mikrolaineahju pole olemas, on Suur Pauk ikkagi vajalik.
Universum võib osutuda detailidena täiesti erinevaks. Ja ma loodan, et elan piisavalt kaua, et näha uut Einsteini, mis paneb nüüdisaegsed teooriad proovile - ja võidab. Meie parimad teooriad pole valed, nad pole lihtsalt piisavalt täielikud. Ja see tähendab, et neid saab asendada ainult terviklikuma teooriaga, mis paratamatult hõlmab kõike, üldiselt kõike siin maailmas - ja selgitab seda.
Ilja Khel
