Може ли цялото ни научно познание да се разпадне като къща от карти?

Винаги търсим нещо повече. И дори най-добрите ни предположения често не ни позволяват да разберем къде ще го намерим. През 19-ти век ние спорихме за това как слънцето изгаря - гравитацията или горенето, без дори да подозираме, че е участвал термоядрен синтез. През 20-ти век ние спорихме за съдбата на Вселената, дори не приемаме, че тя се ускорява в несъществуването. Но революциите в науката са реални и когато се случват, ние трябва да преразгледаме много неща - понякога дори всичко - което преди беше счетено за вярно.

В нашето знание има много фундаментални истини, които рядко се поставят под въпрос, но може би трябва да го направим. Колко сме уверени в кулата на знанието, която сме построили за себе си?

Колко вярна е нашата наука?

Според хипотезата за стареенето на светлината, броят имфотони в секунда, които получаваме от всеки обект, намалява пропорционално на квадрата на разстоянието до него, докато броят на обектите, които виждаме, нараства с квадрата на разстоянието. Обектите трябва да са по-червени, но излъчват постоянно количество фотони в секунда в зависимост от разстоянието. Въпреки това, в разширяваща се вселена, ние получаваме по-малко фотони в секунда с течение на времето, защото те трябва да пътуват на дълги разстояния, докато Вселената се разширява, а енергията им също намалява по време на процеса на червеното преместване. Повърхностната яркост намалява с разстояние - това е в съответствие с нашите наблюдения.

Неочакваният отговор е, че ниесилно уверени в съвкупността от създадени научни знания. Това ще остане вярно до определен момент: докато не се постигне един надежден резултат, който ще влезе в конфликт с нашата картина.

Ако неутрино са по-бързи от светлината, което е отишлоразговорите преди няколко години се оказаха истина, ние трябваше да преразгледаме всичко, което знаехме за относителността и ограничението на скоростта във Вселената. Ако Emdrive или друг вечен двигател се окаже реален, ще трябва да преразгледаме всичко, което знаем за класическата механика и закона за запазване на инерцията. Въпреки че тези специфични резултати не са достатъчно надеждни, тези неутрино се появяват в резултат на експериментална грешка, а Emdrive не преминава тест при нивото на значимост - след като сме успели да срещнем такъв резултат.

Най-важният тест за това не е дали ще стигнем до такова пресичане. Истинската ни вяра в научната истина ще бъде изпитана, когато трябва да решим какво да правим с нея.

Експериментална инсталация на EmDrive в НАСАEagleworks, където те се опитват да проведат изолирани тестове на нереактивен двигател. Те откриха малък положителен резултат, но не беше ясно с какво е свързан: с нова физика или със системна грешка. Резултатите не изглеждат надеждни и не могат да бъдат повторени самостоятелно. Революцията не се е случила - все още.

Науката е и двете:

• Тяло от знания, което обхваща всичко, което сме научили от наблюдение, промяна и експериментиране в нашата Вселена.
• Процесът на постоянни съмнения в нашияпредположения, опити за откриване на дупки в нашето разбиране за реалността, търсене на логически пропуски и несъответствия и определяне на границите на нашето познание по нови, фундаментални начини.

Всичко, което виждаме и чуваме, всичко, което намирамеинструменти, и т.н. - всички от които могат да бъдат пример за научни данни, които са правилно записани. Когато се опитваме да направим картина на Вселената, трябва да използваме пълния набор от налични научни данни. Не можем да изберем резултати или доказателства, които да съответстват на нашите предпочитани заключения; трябва да се изправим пред всички наши идеи с всеки пример за добри данни, които съществуват. За да вършим добре науката, трябва да съберем тези данни, да ги поставим по част в самостоятелна структура и след това да я подложим на всякакви тестове, по всякакъв възможен начин.

Най-добрата работа, която един учен е способен, е непрекъснато да се опитва да опровергае, а не да докаже, най-свещените теории и идеи.

Космическият телескоп Хъбъл (вляво) е най-голямата водеща обсерватория в историята на астрофизиката, но тя е много по-малка и по-малко мощна, от бъдещето "Джеймс Уеб" (в центъра). От четирите предлагани водещи мисии за 2030-те години, LUVOIR (вдясно) е най-амбициозната. Като се опитваме да достигнем най-тъмната част от Вселената, за да ги видим с висока резолюция и при всички възможни дължини на вълните, можем да подобрим и тестваме нашето разбиране за космоса по безпрецедентен начин.

Това означава увеличаване на нашата точност до всекидопълнителни цифри след запетая, които можем само да добавим; това означава преследване на по-високи енергии, по-ниски температури, по-малки скали и по-големи размери на пробите; това означава надхвърляне на познатия диапазон на доверието на теорията; това означава теоретизиране на нови наблюдавани ефекти и разработване на нови експериментални методи.

В един момент вие неизбежно ще намерите нещотова не се вписва в откритата мъдрост. Ще намерите нещо, което е противно на това, което очаквате да намерите. Получавате резултат, който противоречи на вашата стара, вече съществуваща теория. И когато това се случи - ако можете да потвърдите това противоречие, ако издържите на задълбочен тест и се покаже, че е много, много съществуващо, ще постигнете нещо отлично: ще имате научна революция.

Един от революционните аспекти на релативизмаДвижението, представено от Айнщайн, но по-рано изложено от Лоренц, Фицджералд и други, беше, че бързо движещите се обекти се свиха в пространството и забавят във времето. Колкото по-бързо се движите спрямо нещо в покой, толкова по-голяма дължина ще се свие и колкото повече време ще се забави спрямо външния свят. Тази картина - релативистката механика - замени стария нютоновски поглед на класическата механика.

Научната революция обаче включванещо повече от изявлението „старите истини са грешни!“. Това е само първата стъпка. Може би това е необходима част от революцията, но сама по себе си тя е недостатъчна. Можем да продължим напред, просто да забележим къде и как ни носи старата ни идея. За да прокараме науката напред - и значително - трябва да намерим критичен недостатък в предишния си начин на мислене и да го ревизираме, докато стигнем до истината.

За да направим това, трябва да преодолеем не едно, а три основни пречки в усилията ни да подобрим разбирането си за Вселената. Има три компонента, които са част от революционната научна теория:

• Тя трябва да възпроизведе целия успех на съществуваща теория.
• Той трябва да обясни новите резултати, които противоречат на старата теория.
• Той трябва да предоставя нови, подлежащи на проверка прогнози, които не са били проверени преди, и които могат да бъдат потвърдени или опровергани.

Това е невероятно висок бар, който се постига много рядко. Но когато се постигне, наградите са като нищо друго.

Една от най-големите мистерии на 1500-те бешече планетите се движат очевидно ретроградно - тоест в обратна посока. Това може да се обясни или с геоцентричния модел на Птолемей (ляво), или с хелиоцентричния Коперник (вдясно). Но изясняването на детайлите с висока точност изискваше теоретични пробиви в нашето разбиране за правилата, залегнали в основата на наблюдаваното явление, което доведе до законите на Кеплер и теорията на Нютон за универсалната гравитация.

Новият, новата теория, винаги има тежестдоказателства, заместващи предишната доминираща теория, и това изисква решаване на редица много трудни проблеми. Когато се появи хелиоцентризъм, той трябваше да обясни всички предсказания за движенията на планетите, да вземе предвид всички резултати, които хелиоцентризмът не може да обясни (например движението на комети и спътници на Юпитер), и да направи нови предсказания като съществуването на елиптични орбити.

Когато Айнщайн предложи обща теориятеорията на относителността, неговата теория е да възпроизведе всички успехи на нютоновата гравитация, както и да обясни прецесията на перихелия на Меркурий и физиката на обектите, чиято скорост приближава светлината, и освен това е необходимо да се правят нови прогнози за това как гравитацията огъва звездната светлина.

Тази концепция се простира и върху нашите мислипроизхода на самата вселена. За да стане известен Големият взрив, той трябваше да замени предишната концепция за статична Вселена. Така че той трябваше да се съобразява с общата теория на относителността, да обяснява разширяването на Хъбъл на Вселената и съотношението на червеното преместване и разстоянието, а след това да прави нови прогнози:

• За съществуването и спектъра на космическия микровълнов фон
• Относно нуклеосинтетичното съдържание на леките елементи
• За формирането на мащабна структура и свойства на групирането на материята под влияние на гравитацията.

Всичко това се изискваше само за да се замени предишната теория.

Сега помислете какво ще е необходимо.да замени една от водещите научни теории днес. Това не е толкова трудно, колкото бихте си представили: би било необходимо само едно наблюдение на всяко явление, което противоречи на предсказанията на Големия взрив. В контекста на ГР, ако можете да намерите теоретична последица от факта, че Големият взрив не съответства на нашите наблюдения, наистина бихме били на ръба на революция.

И това е важно: от това не следва, че всичко по темата за Големия взрив е погрешно. Общата теория на относителността не означава, че нютоновата гравитация е погрешна; то само налага ограничения върху това къде и как ще се прилага Нютоновата гравитация. Тя все още точно ще описва Вселената, родена от горещо, плътно, разширяващо се състояние; също така описват наблюдавана Вселена с възраст от много милиарди години (но не и от безкрайна възраст); Той също така ще разкаже за първите звезди и галактики, първите неутрални атоми, първите стабилни атомни ядра.

Видимата история на разширяващата се вселена включвагорещо, плътно състояние на Големия взрив и последващия растеж и образуване на структурата. Пълният набор от данни, включително наблюденията на светлинните елементи и космическия микровълнов фон, оставя само Големия взрив като подходящо обяснение за това, което виждаме. Предсказанието на космическия фон на неутрино беше едно от последните големи непотвърдени прогнози, произтичащи от теорията за Големия взрив.

Каквото и да е на тази теория - каквото и да енадхвърлихме сегашната си най-добра теория (и това се отнася за всички научни области) - първото нещо, което трябва да направим, е да възпроизведем всички успехи на тази теория. Теориите за статичната вселена, които се борят с Големия взрив? Те не са способни на това. Същото се отнася и за електрическата вселена и за космологичната плазма; същото може да се каже за уморена светлина, за топологичен дефект и космически струни.

Може би някой ден ще постигнем достатъчнотеоретичен напредък, така че една от тези алтернативи да се превърне в нещо, съответстващо на пълния набор от наблюдавани, или може би ще се появи нова алтернатива. Но този ден не е днес и междувременно инфлационната Вселена с Големия взрив, с радиация, обикновена материя, тъмна материя и енергия обяснява пълния набор от абсолютно всичко, което сме виждали. А сега тя е единствена по рода си.

Но е важно да помним, че сме стигнали до тази картина.само защото не са се фокусирали върху един съмнителен резултат, който може да се срине. Имаме десетки редове от независими доказателства, които ни водят до същото заключение отново и отново. Дори ако се окаже, че изобщо не разбираме свръхнови, тъмната енергия ще е необходима; дори ако се окаже, че изобщо не разбираме въртенето на галактиките, тъмната материя ще е необходима; дори ако се окаже, че няма микровълнов фон, Големият взрив ще е необходим.

Вселената може да бъде напълно различнаподробности. И се надявам, че ще живея достатъчно дълго, за да видя новия Айнщайн, който предизвиква съвременните теории и печели. Най-добрите ни теории не са погрешни, те просто не са достатъчно пълни. А това означава, че те могат да бъдат заменени само от по-пълна теория, която неизбежно ще включва всичко, най-общо всичко в този свят - и ще го обясни.

Разкажете ни за вашите теории в нашата чат стая в Телеграма.