Mes visada ieškome kažko daugiau. Net ir patys geriausi spėjimai dažnai nepraneša mums, kur jį rasime. XIX amžiuje mes ginčijomės, kodėl dega saulė - gravitacija ar degimas, net nežinodami, kad tai susiję su termobranduoline sinteze. XX amžiuje mes ginčijomės apie visatos likimą, net nemanydami, kad ji pagreitėjo į nieką. Tačiau mokslo revoliucijos yra tikros, o kai jos įvyksta, turime peržiūrėti daugelį dalykų - kartais net ir viską, kas anksčiau buvo tikra.
Mūsų žiniose yra daugybė pagrindinių tiesų, kurių mes retai abejojame, bet galbūt turėtume. Ar pasitikime savimi pastatytame žinių bokšte?
Kiek tiesa yra mūsų mokslas?
Pagal šviesos senėjimo hipotezę fotonų skaičius per sekundę, kuriuos gauname iš kiekvieno objekto, mažėja proporcingai atstumo iki jo kvadratui, tuo tarpu matomų objektų skaičius didėja kartu su atstumo kvadratu. Objektai turėtų būti raudonesni, tačiau, atsižvelgiant į atstumą, per sekundę skleidžia pastovų fotonų skaičių. Tačiau besiplečiančioje visatoje laikui bėgant mes gauname mažiau fotonų per sekundę, nes plečiantis visatai jie turi nuvažiuoti didelius atstumus, o raudonojo poslinkio metu jų energija taip pat mažėja. Paviršiaus ryškumas mažėja atstumu - tai atitinka mūsų pastebėjimus.
Jei pasirodytų, kad greitesni už šviesą neutrinai, apie kuriuos kalbėta prieš kelerius metus, būtų tiesa, turėtume iš naujo apsvarstyti viską, ką žinojome apie reliatyvumą ir greičio apribojimą visatoje. Jei „Emdrive“ar kita amžinojo judesio mašina pasirodytų reali, turėtume patikslinti viską, ką žinojome apie klasikinę mechaniką ir impulso išsaugojimo dėsnį. Nors šie konkretūs rezultatai nebuvo pakankamai patikimi - tie neutrinai atsirado dėl eksperimentinės klaidos, o „Emdrive“nebuvo išbandytas jokiu reikšmingumo lygiu - vieną dieną mes galime susidurti su tokiu rezultatu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Svarbiausias išbandymas nebus tai, ar pateksime į tokią sankryžą. Tikrasis mūsų įsitikinimas moksline tiesa bus patikrintas, kai turėsime nuspręsti, ką su tuo daryti.
Eksperimentinė „EmDrive“sąranka NASA „Eagleworks“, kur jie bandė atlikti atskirus nereaguojančio variklio bandymus. Jie rado nedidelį teigiamą rezultatą, tačiau nebuvo aišku, ar jis susijęs su nauja fizika, ar su sistemine klaida. Rezultatai neatrodė patikimi ir negalėjo būti pakartoti savarankiškai. Revoliucija dar neįvyko.
Mokslas vienu metu yra:
- Žinių visuma, apimanti viską, ko išmokome stebėdami, keisdamiesi ir eksperimentuodami savo visatoje.
- Procesas, kai nuolat keliame abejones dėl mūsų prielaidų, bandome rasti skylių realybės supratime, ieškome loginių spragų ir neatitikimų ir naujais, esminiais būdais apibrėžiame savo žinių ribas.
Viskas, ką mes matome ir girdime, viskas, ką randa mūsų instrumentai ir pan. - visa tai gali būti teisingai užfiksuotų mokslinių įrodymų pavyzdys. Bandydami susidaryti visatos vaizdą, turime naudoti visą turimą mokslinių duomenų rinkinį. Mes negalime pasirinkti rezultatų ar įrodymų, kurie atitiktų mūsų pageidaujamas išvadas; mes turime sutapti visas savo idėjas su kiekvienu esamų gerų duomenų pavyzdžiu. Kad gerai atliktume mokslą, turime surinkti šiuos duomenis, sudėti juos po gabalą į nuoseklią struktūrą ir tada atlikti bet kokius bandymus, bet kokiu būdu.
Geriausias darbas, kurį sugeba mokslininkas, yra bandymas nuolat paneigti, o ne įrodyti, švenčiausias teorijas ir idėjas.
Hablo kosminis teleskopas (kairėje) yra didžiausia mūsų observatorija astrofizikos istorijoje, tačiau daug mažesnė ir mažiau galinga nei būsimasis Jamesas Webbas (centre). Iš keturių siūlomų pavyzdinių misijų 2030-aisiais LUVOIR (dešinėje) yra ambicingiausias. Bandydami pasiekti tamsiausią visatos vaizdą, pamatyti juos didele raiška ir visais įmanomais bangos ilgiais, galime precedento neturinčiu būdu pagerinti ir išbandyti savo supratimą apie kosmosą.
Tai reiškia, kad tikslumas turi būti padidintas iki kiekvieno papildomo skaičiaus po kablelio, kurį galime pridėti; tai reiškia, kad reikia persekioti didesnę energiją, žemesnę temperatūrą, mažesnes skales ir didesnį imties dydį; tai reiškia, kad peržengiama žinoma teorijos pagrįstumo riba; tai reiškia naujo pastebėto poveikio teoriją ir naujų eksperimentinių metodų kūrimą.
Tam tikru momentu neišvengiamai randi tai, kas netelpa į įgytos išminties rėmus. Rasite kažką priešingo tam, ką tikėjotės rasti. Gaunate rezultatą, kuris prieštarauja jūsų senai, jau egzistuojančiai teorijai. Ir kai tai nutiks - jei sugebėsite patvirtinti šį prieštaravimą, jei jis atsilaikys prieš tikrinimą ir iš tikrųjų pasirodys esąs labai labai egzistuojantis, jūs pasieksite ką nors puikaus: turėsite mokslinę revoliuciją.
Vienas iš revoliucinių reliatyvistinio judėjimo aspektų, kurį pateikė Einšteinas, bet kurį anksčiau išdėstė Lorentzas, Fitzgeraldas ir kiti, buvo tai, kad greitai judantys objektai tarsi susitraukė erdvėje ir sulėtėjo laiku. Kuo greičiau jūs judate, palyginti su kažkuo ramybės būsenoje, tuo labiau jūsų ilgis susitraukia ir tuo daugiau laiko sulėtėja, palyginti su išoriniu pasauliu. Šis paveikslas - reliatyvistinė mechanika - pakeitė senąjį Niutono klasikinės mechanikos požiūrį.
Tačiau mokslinė revoliucija apima ne tik „senas tiesas yra neteisinga“! Tai tik pirmas žingsnis. Tai gali būti būtina revoliucijos dalis, tačiau pati savaime to nepakanka. Galėtume judėti toliau tiesiog pastebėdami, kur ir kaip mūsų senoji idėja mums žlunga. Kad mokslas judėtų į priekį - ir reikšmingai - turime surasti kritinį ankstesnio mąstymo trūkumą ir jį permąstyti, kol pasieksime tiesą.
Norėdami tai padaryti, turime įveikti ne vieną, o tris pagrindines kliūtis stengiantis pagerinti visatos supratimą. Yra trys komponentai, kurie eina į revoliucinę mokslinę teoriją:
Tai turėtų atkurti visą jau egzistuojančios teorijos sėkmę.
Ji turi paaiškinti naujus rezultatus, kurie prieštaravo senajai teorijai.
Ji turi pateikti naujas, išbandomas prognozes, kurios dar nebuvo išbandytos ir kurias galima patvirtinti arba paneigti.
Tai neįtikėtinai aukšta juosta, kurios pasiekiama retai. Bet kai tai pasiekiama, atlygis nėra panašus į nieką kitą.
Viena iš didžiųjų 1500-ųjų paslapčių buvo ta, kad planetos juda tariamai atgaline kryptimi - tai yra priešinga kryptimi. Tai galima paaiškinti arba Ptolemėjaus geocentriniu modeliu (kairėje), arba Koperniko heliocentriniu modeliu (dešinėje). Tačiau norint tiksliai išsiaiškinti detales, reikėjo teorinių proveržių suprantant taisykles, kuriomis grindžiamas stebimas reiškinys, o tai lėmė Keplerio dėsnius ir Niutono visuotinės traukos teoriją.
Naujokė - nauja teorija - visada tenka įrodinėjimo naštą, pakeičiant ankstesnę dominuojančią teoriją, ir tai reikalauja jos išspręsti daugybę labai sunkių problemų. Atsiradus heliocentrizmui, jis turėjo paaiškinti visas planetos judesių prognozes, atsižvelgti į visus rezultatus, kurių heliocentrizmas negalėjo paaiškinti (pavyzdžiui, kometų ir Jupiterio mėnulių judesys), ir pateikti naujas prognozes - pavyzdžiui, elipsinių orbitų egzistavimą.
Kai Einšteinas pasiūlė bendrą reliatyvumą, jo teorija turėjo atkurti visas Niutono gravitacijos sėkmes, taip pat paaiškinti Merkurijaus periheliono precesiją ir objektų, kurių greitis artėja link šviesos, fiziką, be to, jai reikėjo iš naujo numatyti, kaip gravitacija lenkia žvaigždę. šviesti.
Ši sąvoka apima net mūsų mintis apie pačios visatos kilmę. Kad Didysis sprogimas išgarsėtų, jis turėjo pakeisti seną statinės visatos idėją. Tai reiškia, kad jis turėjo atitikti bendrą reliatyvumo teoriją, paaiškinti Hablo plėtimąsi Visatoje ir raudonojo poslinkio bei atstumo santykį, o tada pateikti naujas prognozes:
- Apie kosminio mikrobangų fono egzistavimą ir spektrą
- Apie šviesos elementų nukleosintetinį turinį
- Dėl didelės apimties medžiagos susitelkimo struktūros ir savybių susidarymo veikiant gravitacijai.
Visa tai buvo reikalinga tik pakeisti ankstesnę teoriją.
Dabar pagalvokite, ko reikėtų norint pakeisti vieną iš pirmaujančių mokslo teorijų šiandien. Tai nėra taip sunku, kaip galite įsivaizduoti: tereikėtų pastebėti bet kurį reiškinį, prieštaraujantį Didžiojo sprogimo prognozėms. Bendrojo reliatyvumo kontekste, jei galėtumėte rasti teorinių padarinių, kad Didysis sprogimas neatitinka mūsų pastebėjimų, mes tikrai būtume ties revoliucijos riba.
Ir štai kas yra svarbu: iš to neišplauks, kad viskas apie Didįjį Sprogimą yra neteisinga. Bendras reliatyvumas nereiškia, kad Niutono gravitacija yra neteisinga; jis tik nustato apribojimus kur ir kaip sėkmingai bus pritaikytas Niutono gravitacija. Jis vis tiek tiksliai apibūdins Visatą, gimusią iš karštos, tankios, besiplečiančios būsenos; taip pat apibūdinkite stebimą Visatą, kurios amžius yra daugybė milijardų metų (bet ne begalinis); jis taip pat pasakos apie pirmąsias žvaigždes ir galaktikas, pirmuosius neutralius atomus, pirmuosius stabilius atomų branduolius.
Matoma besiplečiančios visatos istorija apima karštą, tankią Didžiojo Sprogimo būseną ir paskesnį struktūros augimą bei formavimąsi. Visas duomenų rinkinys, įskaitant šviesos elementų stebėjimą ir kosminį mikrobangų foną, palieka tik Didįjį sprogimą kaip tinkamą paaiškinimą tam, ką matome. Kosminio neutrino fono prognozavimas buvo vienas iš paskutinių didelių nepatvirtintų prognozių, atsiradusių iš Didžiojo sprogimo teorijos.
Kad ir kas kiltų iš šios teorijos - kad ir kas viršytų mūsų dabartinę geriausią teoriją (ir tai taikoma visoms mokslo sritims) - pirmas žingsnis yra atkartoti visas šios teorijos sėkmes. Statinės visatos teorijos, kovojančios su didžiuoju sprogimu? Jie negali to padaryti. Tas pats pasakytina apie elektrinę visatą ir kosmologinę plazmą; tą patį galima pasakyti ir apie pavargusią šviesą, apie topologinį defektą ir kosmines stygas.
Galbūt kada nors pasieksime pakankamai teorinės pažangos, kad viena iš šių alternatyvų pavirstų kažkuo, atitinkančiu visą stebimų dalykų rinkinį, arba galbūt atsiras nauja alternatyva. Bet ši diena nėra šiandien, o tuo tarpu infliacinė Visata su didžiuoju sprogimu, sklindančia radiacija, įprasta materija, tamsiąja materija ir energija, paaiškina visą visko, ką mes kada nors stebėjome, rinkinį. O kol kas ji yra vienetinė.
Tačiau svarbu nepamiršti, kad šį vaizdą pasiekėme būtent todėl, kad nesutelkėme dėmesio į vieną abejotiną rezultatą, kuris gali žlugti. Turime keliasdešimt nepriklausomų įrodymų, leidžiančių vėl ir vėl padaryti tą pačią išvadą. Net jei paaiškės, kad mes visiškai nesuprantame supernovų, tamsioji energija vis tiek bus reikalinga; net jei paaiškės, kad mes visiškai nesuprantame galaktikų sukimosi, tamsiosios materijos vis tiek reikės; net jei paaiškės, kad mikrobangų fono nėra, Didžiojo sprogimo vis tiek reikės.
Visata gali būti visiškai kitokia. Ir tikiuosi, kad gyvenu pakankamai ilgai, kad galėčiau pamatyti naują Einšteiną, kuris meta iššūkį šiuolaikinėms teorijoms - ir laimi. Geriausios mūsų teorijos nėra klaidingos, jos nėra pakankamai išsamios. Tai reiškia, kad juos galima pakeisti tik išsamesne teorija, kuri neišvengiamai apims viską, apskritai viską šiame pasaulyje - ir paaiškins.
Ilja Khelis