Generelt

Kan al vores videnskabelige viden smuldre som et korthus?

Vi leder altid efter noget mere. Og selv vores bedste gæt kan ikke lade os forstå, hvor vi finder den. I det 19. århundrede argumenterede vi for, hvordan solen brændte - tyngdekraft eller forbrænding, uden selv at antage, at termonukleær fusion var involveret. I det 20. århundrede argumenterede vi for universets skæbne, ikke engang at antage, at det accelererer til ikke-eksistens. Men omdrejninger i videnskaben er virkelige, og når de opstår, skal vi revidere mange ting - undertiden endda alt - som tidligere blev betragtet som sande.

Der er en masse grundlæggende sandheder, som vi ved, at vi sjældent stiller spørgsmålstegn ved, men måske skal vi gøre det. Hvor trygge er vi i det vidensstårn, vi har bygget for os selv?

Hvor sandt er vores videnskab?

Ifølge hypotesen om lysets aldring, talletfotoner pr. sekund, som vi kommer fra hvert objekt, falder i forhold til kvadratet af afstanden til det, mens antallet af objekter vi ser stiger med kvadratet af afstanden. Objekter skal være redder, men udsender et konstant antal fotoner per sekund afhængigt af afstanden. I et ekspanderende univers får vi imidlertid færre fotoner per sekund over tid, fordi de er nødt til at rejse lange afstande som universet udvider, og deres energi falder også under redshiftet. Overfladen lysstyrke falder med afstand - dette er i overensstemmelse med vores observationer.

Det uventede svar er, at vistærkt overbevist om den samlede videnskabelige viden, der har skabt. Dette vil forblive rigtigt indtil et bestemt punkt: indtil et enkelt pålideligt resultat opnås, hvilket vil komme i konflikt med vores billede.

Hvis neutrinos er hurtigere end lys, som gikSamtaler for nogle år siden viste sig at være sande, vi skulle genoverveje alt, hvad vi vidste om relativitet og hastighedsgrænsen i universet. Hvis Emdrive eller en anden evigvarende maskine viste sig at være reel, ville vi skulle revidere alt, hvad vi vidste om klassisk mekanik og loven om bevarelse af momentum. Selvom disse specifikke resultater ikke var tilstrækkeligt pålidelige - de neutrinos dukkede op som følge af forsøgsfeil, og Emdrive passerede ikke en test på noget signifikansniveau - når vi måske kan støde på et sådant resultat.

Den vigtigste test for vil ikke være, om vi kommer til et sådant skæringspunkt. Vores sande tro på videnskabelig sandhed vil blive testet, når vi skal beslutte, hvad vi skal gøre med det.

Eksperimentel installation af EmDrive i NASAEagleworks, hvor de forsøgte at gennemføre isolerede tests af en ikke-reaktiv motor. De fandt et lille positivt resultat, men det var ikke klart, hvad det er forbundet med: med en ny fysik eller med en systematisk fejl. Resultaterne virket ikke pålidelige og kunne ikke gentages uafhængigt. Revolutionen er ikke sket - endnu.

Videnskaben er begge:

  • Et kendskab til viden, der omfatter alt, hvad vi har lært af observation, forandring og eksperimentering i vores univers.
  • Processen med konstant tvivl i voresantagelser, forsøg på at finde huller i vores forståelse af virkeligheden, søge efter logiske smuthuller og inkonsekvenser og fastlægge grænserne for vores viden på nye, grundlæggende måder.

Alt, hvad vi ser og hører, alt hvad vores finderværktøjer osv. - som alle kan være et eksempel på videnskabelige data, registreres korrekt. Når vi forsøger at lave et billede af universet, skal vi bruge det fulde sæt af tilgængelige videnskabelige data. Vi kan ikke vælge resultater eller beviser, som er i overensstemmelse med vores foretrukne konklusioner; vi skal stå over for alle vores ideer med ethvert eksempel på gode data, der eksisterer. For at kunne gøre videnskaben godt, skal vi indsamle disse data, placere den hver for sig i en selvstændig konsistent struktur og derefter underkaste den alle mulige tests på enhver tænkelig måde.

Det bedste arbejde, som en videnskabsmand er i stand til, er hele tiden at forsøge at afvise, snarere end at bevise, de mest hellige teorier og ideer.

Hubble Space Telescope (venstre) er vores største flagskib observatorium i astrofysik historie, men det er meget mindre og mindre magtfulde, end fremtiden "james webb" (i midten). Af de fire foreslåede flagskibsopgaver i 2030'erne er LUVOIR (højre) den mest ambitiøse. Ved at forsøge at nå det kedelige univers, for at se dem i høj opløsning og med alle mulige bølgelængder, kan vi forbedre og teste vores forståelse af kosmos på en hidtil uset måde.

Det betyder at øge vores nøjagtighed for alleyderligere cifre efter komma, som vi kun kan tilføje dette betyder at jage højere energier, lavere temperaturer, mindre skalaer og større stikstørrelser; dette betyder at gå ud over det kendte interval af teoriens tillid; dette betyder at teoretisere nye observerbare effekter og udvikle nye eksperimentelle metoder.

På et tidspunkt finder du uundgåeligt nogetdet passer ikke ind i den fundne visdom. Du finder noget i strid med det, du forventer at finde. Du får et resultat, der modsiger din gamle, allerede eksisterende teori. Og når det sker - hvis du kan bekræfte denne modsigelse, hvis den modstår en grundig test og viser sig at være meget, meget eksisterende, vil du opnå noget godt: du vil få en videnskabelig revolution.

Et af de revolutionerende aspekter af relativistiskDen bevægelse, der blev fremsat af Einstein, men som tidligere blev lagt af Lorentz, Fitzgerald og andre, var, at hurtige genstande syntes at falde i rummet og sænke i tide. Jo hurtigere du bevæger sig i forhold til noget i ro, desto mere vil din længde falde, og jo mere tid vil bremse i forhold til omverdenen. Dette billede - relativistisk mekanik - erstattede den gamle newtonske opfattelse af klassisk mekanik.

Den videnskabelige revolution omfatter ikke desto mindreNoget mere end blot erklæringen "de gamle sandheder er forkerte!". Dette er kun det første skridt. Måske er dette en nødvendig del af revolutionen, men det er i sig selv utilstrækkelig. Vi kunne gå videre og bare bemærke, hvor og hvordan vores gamle ide bringer os. For at skubbe videnskaben fremad - og betydeligt - skal vi finde en kritisk fejl i vores tidligere tankegang og gennemgå den, indtil vi når sandheden.

For at gøre dette skal vi overvinde ikke en, men tre største hindringer i vores bestræbelser for at forbedre vores forståelse af universet. Der er tre komponenter, der er en del af revolutionær videnskabsteori:

  • Det skal gengive al succes for en eksisterende teori.
  • Det bør forklare de nye resultater, der modsatte den gamle teori.
  • Det skal give nye, verificerbare prognoser, som ikke er blevet bekræftet før, og som enten kan bekræftes eller afvises.

Dette er en utrolig høj bar, som opnås meget sjældent. Men når det er opnået, er belønningerne som intet andet.

En af de største mysterier i 1500'erne varat planeterne bevæger sig selvfølgelig retrograd - det vil sige i modsat retning. Dette kunne forklares enten af ​​den ptolemyske geocentriske model (venstre) eller Copernicus heliocentric (højre). Men at præcisere detaljerne med høj nøjagtighed krævede teoretiske gennembrud i vores forståelse af de regler, der ligger til grund for det observerede fænomen, hvilket førte til Keplers love og Newtons teori om universel tyngdekraft.

Nybegynderen, den nye teori, har altid en byrdebeviser, der erstatter den tidligere dominerende teori, og dette kræver at løse en række meget vanskelige problemer. Når heliocentrismen dukkede op, måtte han forklare alle forudsigelser af planeternes bevægelser, tage hensyn til alle de resultater, som heliocentrismen ikke kunne forklare (for eksempel bevægelsen af ​​kometer og satellitter af Jupiter) og lave nye forudsigelser som eksistensen af ​​elliptiske kredsløb.

Da Einstein foreslog en generel teorirelativitet, hans teori var at reproducere alle de succeser i den newtonske tyngdekraft, og også forklare præcessionen af ​​kviksølvs perihelion og fysikken af ​​objekter, hvis hastighed nærmer sig lys, og derudover er det nødvendigt at lave nye forudsigelser om, hvordan tyngdekraften bøjer stjernelys.

Dette begreb strækker sig til vores tanker omuniversets oprindelse. For at Big Bang skulle blive berømt, måtte den erstatte det tidligere koncept for et statisk univers. Så han var nødt til at overholde den generelle relativitetsteori, forklare universets Hubble-ekspansion og forholdet mellem redshift og afstand og derefter lave nye forudsigelser:

  • På eksistensen og spektret af kosmisk mikrobølge baggrund
  • På det nukleosyntetiske indhold af lyselementer
  • På dannelsen af ​​storskala strukturer og egenskaber ved klyngning af materiale under indflydelse af tyngdekraften.

Alt dette var kun nødvendigt for at erstatte den tidligere teori.

Nu tænk over, hvad der ville være nødvendigt.at erstatte en af ​​de førende videnskabelige teorier i dag. Dette er ikke så svært, som du kunne forestille dig: det ville kun tage en observation af ethvert fænomen, der modsiger Big Bangs forudsigelser. I forbindelse med GR, hvis du kunne finde en teoretisk konsekvens af, at Big Bang ikke stemmer overens med vores observationer, ville vi virkelig være på randen af ​​en revolution.

Og det er det, der er vigtigt: det følger ikke af dette, at alt om emnet Big Bang er forkert. Den generelle relativitetsteori betyder ikke, at den newtonske tyngdekraft er forkert; det pålægger kun begrænsninger for, hvor og hvordan newtonsk tyngdekraft vil blive anvendt med succes. Hun vil stadig omhyggeligt beskrive universet, født fra en varm, tæt, ekspanderende stat; på samme måde beskrive et observerbart univers med en alder på mange milliarder år (men ikke af uendelig alder); han vil også fortælle om de første stjerner og galakser, de første neutrale atomer, de første stabile atomkerner.

Den ekspanderende universs synlige historie omfatterHot, tæt tilstand af Big Bang og den efterfølgende vækst og dannelse af strukturen. Det komplette datasæt, herunder observationer af lette elementer og den kosmiske mikrobølge baggrund, efterlader kun Big Bang som en passende forklaring på det vi ser. Forudsigelsen af ​​den kosmiske neutrino-baggrund var en af ​​de sidste store ubekræftede forudsigelser, der stammer fra Big Bang-teorien.

Uanset hvad der kommer på denne teori - hvad som helstgik ud over vores nuværende bedste teori (og det gælder alle videnskabelige felter). Det første er at reproducere alle succeser i denne teori. Teorier om det statiske univers, der kæmper med big bang? De er ude af stand til det. Det samme gælder for det elektriske univers og det kosmologiske plasma; Det samme kan siges om træt lys, om en topologisk defekt og kosmiske strenge.

Måske en dag vil vi opnå nokteoretiske fremskridt, så en af ​​disse alternativer bliver til noget, der svarer til det fulde sæt af observerbare værdier, eller måske vises et nyt alternativ. Men i dag er det ikke i dag, og i mellemtiden forklarer det inflationsunivers med Big Bang, med stråling, almindelig materie, mørk materie og energi det komplette sæt af alt, hvad vi nogensinde har set. Og hun er en slags, for nu.

Men det er vigtigt at huske, at vi er kommet til dette billede.bare fordi de ikke fokuserede på et tvivlsomt resultat, der kunne falde sammen. Vi har snesevis af linjer af uafhængige beviser, som fører os til den samme konklusion igen og igen. Selv om det viser sig, at vi slet ikke forstår supernovaer, vil der stadig være behov for mørk energi. selvom det viser sig, at vi ikke forstår galaksernes rotation, vil der stadig være behov for mørkt materiale. selvom det viser sig, at der ikke er mikrobølgeovn, vil Big Bang stadig være nødvendigt.

Universet kan være helt anderledes idetaljer. Og jeg håber, at jeg vil leve længe nok til at se den nye Einstein dukke op, hvem udfordrer moderne teorier - og vinder. Vores bedste teorier er ikke forkerte, de er bare ikke færdige nok. Og det betyder, at de kun kan erstattes af en mere fuldstændig teori, som uundgåeligt omfatter alt generelt, alt i denne verden - og forklar det.

Fortæl os om dine teorier i vores chatrum i Telegram.