Može li se sva naša znanstvena spoznaja raspasti kao kuća od karata?

Uvijek tražimo nešto više. Čak nam i najbolje pretpostavke često ne dopuštaju da shvatimo gdje ćemo je pronaći. U 19. stoljeću raspravljali smo o tome kako sunce gori - gravitacija ili izgaranje, čak i bez sumnje da je uključena termonuklearna fuzija. U 20. stoljeću raspravljali smo o sudbini svemira, čak ni uz pretpostavku da on ubrzava u nepostojanje. No, revolucije u znanosti su stvarne, a kad se pojave, moramo revidirati mnoge stvari - ponekad čak i sve - što se ranije smatralo istinitim.

Postoji mnoštvo temeljnih istina u našem znanju koje rijetko propitujemo, ali možda bismo to trebali učiniti. Koliko smo sigurni u tornju znanja koji smo izgradili za sebe?

Koliko je naša znanost istinita?

Prema hipotezi o starenju svjetlosti, brojfotona u sekundi, koji dobivamo od svakog objekta, smanjuje se proporcionalno kvadratu udaljenosti do njega, dok se broj objekata koje vidimo povećava s kvadratom udaljenosti. Objekti trebaju biti crveniji, ali emitiraju konstantan broj fotona u sekundi, ovisno o udaljenosti. Međutim, u svemiru koji se širi, s vremenom dobivamo manje fotona u sekundi, jer moraju putovati na velike udaljenosti dok se svemir širi, a njihova energija se također smanjuje tijekom procesa crvenog pomaka. Površinska svjetlina se smanjuje s udaljenosti - to je u skladu s našim opažanjima.

Neočekivani odgovor je da smo mivrlo samouvjeren u sveukupnost znanstvenih spoznaja koje je stvorio. To će ostati istina do određene točke: dok se ne postigne jedan pouzdan rezultat, koji će doći u sukob s našom slikom.

Ako su neutrini brži od svjetlosti, što je išloprije nekoliko godina ispostavilo se da su razgovori istiniti, morali bismo ponovno razmotriti sve ono što smo znali o relativnosti i ograničenju brzine u svemiru. Ako se Emdrive ili neki drugi stroj za vječnu pokretu ispostavi stvarnim, morat ćemo revidirati sve što smo znali o klasičnoj mehanici i zakonu očuvanja zamaha. Iako ti specifični rezultati nisu bili dovoljno pouzdani - ti su se neutrini pojavili kao rezultat eksperimentalne pogreške, a Emdrive nije prošao test na bilo kojoj razini značajnosti - kad se jednom sretnemo s takvim rezultatom.

Najvažniji test za to neće biti da li ćemo doći do takvog raskrižja. Naša istinska vjera u znanstvenu istinu bit će ispitana kada moramo odlučiti što ćemo s njom.

Eksperimentalna instalacija sustava EmDrive u NASA-iEagleworks, gdje su pokušali provesti izolirana ispitivanja nereaktivnog motora. Pronašli su mali pozitivan rezultat, ali nije bilo jasno s čime je povezana: novom fizikom ili sustavnom pogreškom. Rezultati se ne čine pouzdanim i ne mogu se ponavljati neovisno. Revolucija se još nije dogodila.

Znanost je i:

• Tijelo znanja koje obuhvaća sve što smo naučili iz promatranja, promjene i eksperimentiranja u našem Svemiru.
• Proces stalne sumnje u našupretpostavkama, pokušajima pronalaženja rupa u našem razumijevanju stvarnosti, traženju logičkih rupa i nedosljednosti i određivanju granica našeg znanja na nove, temeljne načine.

Sve što vidimo i čujemo, sve što naš nalazialate, itd. - sve to može biti primjer znanstvenih podataka koji se ispravno bilježe. Kada pokušamo napraviti sliku svemira, moramo koristiti cijeli skup dostupnih znanstvenih podataka. Ne možemo odabrati rezultate ili dokaze koji su u skladu s našim poželjnim zaključcima; moramo se suočiti sa svim našim idejama sa svakim primjerom dobrih podataka koji postoje. Da bismo mogli dobro provesti znanost, moramo prikupiti te podatke, smjestiti ih dio po dio u samodostatnu strukturu, a zatim je podvrgnuti svim vrstama testova, na bilo koji zamisliv način.

Najbolje što je znanstvenik sposoban je stalno pokušavati pobiti, a ne dokazati, najsvetije teorije i ideje.

Svemirski teleskop Hubble (lijevo) naš je najveći vodeći opservatorij u povijesti astrofizike, ali je mnogo manji i manje moćan, od budućnosti "james webb" (u sredini). Od četiri predložene vodeće misije za 2030-e, LUVOIR (desno) je najambiciozniji. Pokušavajući doprijeti do tupa svemira, vidjeti ih u visokoj rezoluciji i na svim mogućim valnim duljinama, možemo poboljšati i testirati naše razumijevanje kozmosa na neviđeni način.

To znači povećati našu točnost na svakidodatne znamenke nakon zareza, koje možemo samo dodati; to znači loviti veće energije, niže temperature, manje skale i veće veličine uzoraka; to znači ići dalje od poznatog raspona pouzdanja teorije; to znači teoretizirati nove vidljive učinke i razviti nove eksperimentalne metode.

U nekom trenutku neizbježno ćete naći neštokoji se ne uklapa u pronađenu mudrost. Nađete nešto suprotno onome što očekujete. Dobivate rezultat koji je u suprotnosti s vašom starom, već postojećom teorijom. A kad se to dogodi - ako možete potvrditi ovu kontradikciju, ako izdrži temeljit test i pokaže se vrlo, vrlo postojećim, postići ćete nešto izvrsno: imat ćete znanstvenu revoluciju.

Jedan od revolucionarnih aspekata relativizmapokret koji je iznio Einstein, ali koji su prethodno postavili Lorentz, Fitzgerald i drugi, bio je da su se objekti koji se brzo kreću činili kao da se smanjuju u prostoru i usporavaju s vremenom. Što se brže krećete u odnosu na nešto u mirovanju, to će se vaša duljina smanjiti i više vremena će se usporiti u odnosu na vanjski svijet. Ova slika - relativistička mehanika - zamijenila je stari Newtonov pogled klasične mehanike.

Znanstvena revolucija ipak uključujenešto više od izjave "stare istine su pogrešne!". Ovo je samo prvi korak. Možda je to nužan dio revolucije, ali je sam po sebi nedovoljan. Mogli bismo krenuti dalje, samo primijetiti gdje i kako nas dovodi naša stara ideja. Gurati znanost naprijed - i značajno - moramo pronaći kritičnu manu u našem prethodnom načinu razmišljanja i revidirati je dok ne dođemo do istine.

Da bismo to učinili, moramo prevladati ne jednu, nego tri glavne prepreke u našim naporima da poboljšamo naše razumijevanje svemira. Postoje tri komponente koje su dio revolucionarne znanstvene teorije:

• Ona mora reproducirati sav uspjeh postojeće teorije.
• Trebalo bi objasniti nove rezultate koji su u suprotnosti sa starom teorijom.
• Mora pružiti nove, provjerljive prognoze koje prije nisu bile provjerene i koje se mogu potvrditi ili odbiti.

Ovo je nevjerojatno visoka traka, koja se vrlo rijetko postiže. Ali kada se to postigne, nagrade su kao ništa drugo.

Jedna od najvećih tajni 1500-ih bila jeda se planeti kreću očigledno retrogradno - to jest, u suprotnom smjeru. To se može objasniti Ptolemejevim geocentričnim modelom (lijevo) ili Copernicusovom heliocentričnom (desno). Međutim, razjašnjavanje detalja s velikom točnošću zahtijevalo je teorijska otkrića u našem razumijevanju pravila koja su temelj promatranog fenomena, što je dovelo do Keplerovih zakona i Newtonove teorije univerzalne gravitacije.

Novajlija, nova teorija, uvijek ima teretdokazima, zamjenjujući bivšu dominantnu teoriju, a to zahtijeva rješavanje niza vrlo teških problema. Kad se pojavio heliocentrizam, morao je objasniti sva predviđanja kretanja planeta, uzeti u obzir sve rezultate koje heliocentrizam nije mogao objasniti (na primjer, kretanje kometa i satelita Jupitera), te izraditi nova predviđanja kao što je postojanje eliptičnih orbita.

Kada je Einstein predložio opću teorijunjegova teorija bila je reproducirati sve uspjehe newtonske gravitacije, ali i objasniti precesiju Merkurijeva perihelija i fiziku objekata čija brzina prilazi svjetlu, i štoviše, trebalo je napraviti nova predviđanja o tome kako gravitacija savija svjetlost zvijezda.

Ovaj koncept se čak proširuje i na naše mislipodrijetlo svemira. Da bi Veliki prasak postao poznat, morao je zamijeniti prethodni koncept statičnog svemira. Dakle, morao se pridržavati opće teorije relativnosti, objasniti Hubble ekspanziju Svemira i omjer crvenog pomaka i udaljenosti, a zatim napraviti nova predviđanja:

• O postojanju i spektru kozmičke mikrovalne pozadine
• O nukleosintetičkom sadržaju svjetlosnih elemenata
• O formiranju velike strukture i svojstvima grupiranja tvari pod utjecajem gravitacije.

Sve je to bilo potrebno samo da bi se zamijenila prethodna teorija.

Sada razmislite o tome što bi bilo potrebno.zamijeniti jednu od vodećih znanstvenih teorija danas. To nije tako teško kao što biste mogli zamisliti: trebalo bi samo jedno promatranje svake pojave koja je u suprotnosti s predviđanjima Velikog praska. U kontekstu GR-a, ako biste mogli pronaći teorijsku posljedicu činjenice da Veliki prasak ne odgovara našim zapažanjima, doista bismo bili na rubu revolucije.

I to je važno: iz toga ne slijedi da je sve na temu Velikog praska pogrešno. Opća teorija relativnosti ne znači da je Newtonova gravitacija pogrešna; ona nameće samo ograničenja gdje i kako se Newtonova gravitacija uspješno primjenjuje. Ona će još uvijek točno opisati svemir, rođen iz vrućeg, gustog stanja koje se širi; na sličan način opisuju vidljivi svemir s dobi od mnogo milijardi godina (ali ne beskonačne dobi); također će govoriti o prvim zvijezdama i galaksijama, prvim neutralnim atomima, prvim stabilnim atomskim jezgrama.

Vidljiva povijest širenja svemira uključujevruće, gusto stanje Velikog praska i kasniji rast i formiranje strukture. Kompletan skup podataka, uključujući opažanja svjetlosnih elemenata i kozmičke mikrovalne pozadine, ostavlja samo Big Bang kao prikladno objašnjenje za ono što vidimo. Predviđanje kozmičke pozadine neutrina bilo je jedno od posljednjih velikih nepotvrđenih predviđanja koje proizlaze iz teorije Velikog praska.

Što god dođe na ovu teoriju - što godotišao dalje od naše trenutne najbolje teorije (a to se odnosi na sva znanstvena područja) - prva stvar koju treba učiniti je reproducirati sve uspjehe te teorije. Teorije statičnog svemira, koje se bore s Velikim praskom? Oni su nesposobni za to. Isto vrijedi za električni svemir i kozmološku plazmu; isto se može reći za umorno svjetlo, o topološkom defektu i kozmičkim žicama.

Možda ćemo jednog dana postići dovoljnoteorijski napredak, tako da se jedna od tih alternativa pretvori u nešto što odgovara punom skupu promatranih, ili će se pojaviti nova alternativa. Ali ovaj dan nije danas, au međuvremenu inflatorni svemir s Velikim praskom, s radijacijom, običnom tvari, tamnom tvari i energijom objašnjava kompletan skup apsolutno svega što smo ikada vidjeli. A ona je za sada jedinstvena.

Ali važno je zapamtiti da smo došli do ove slike.samo zato što se nisu usredotočili na jedan sumnjiv rezultat koji bi se mogao srušiti. Imamo desetke redova neovisnih dokaza koji nas dovode do istog zaključka iznova i iznova. Čak i ako se ispostavi da uopće ne razumijemo supernove, tamna će energija i dalje biti potrebna; čak i ako se ispostavi da uopće ne razumijemo rotaciju galaksija, tamna tvar će i dalje biti potrebna; čak i ako se ispostavi da nema mikrovalne pozadine, Big Bang će i dalje biti nužan.

Svemir može biti potpuno drugačijipojedinosti. I nadam se da ću živjeti dovoljno dugo da vidim kako se pojavljuje novi Einstein, koji osporava moderne teorije - i pobjeđuje. Naše najbolje teorije nisu pogrešne, one jednostavno nisu dovoljno cjelovite. A to znači da ih se može zamijeniti samo potpunijom teorijom, koja će neizbježno uključiti sve, općenito, sve u ovom svijetu - i to objasniti.

Pričajte nam o svojim teorijama u našoj sobi za razgovor u Telegramu.