Etsimme aina jotain enemmän. Eikä edes parhaat arvauksemme anna meille tietää mistä löydämme sen. 1800-luvulla keskustelimme siitä, miksi aurinko palaa - painovoima tai palaminen, edes epäilemättä, että lämpöydinfuusio oli mukana asiassa. 1900-luvulla riitelimme maailmankaikkeuden kohtalosta emmekä edes olettaneet, että se kiihtyisi olemattomuuteen. Mutta tieteen vallankumoukset ovat todellisia, ja kun ne tapahtuvat, meidän on tarkistettava paljon kaikkea - joskus jopa kaikkea -, jonka aiemmin uskottiin olevan totta.
Tietämyksessämme on monia perustotuuksia, joita kyseenalaistamme harvoin, mutta ehkä meidän pitäisi. Kuinka luottavaisia olemme tietotornissa, jonka olemme rakentaneet itsellemme?
Kuinka totta tiede on?
Valon ikääntymishypoteesin mukaan jokaisesta kohteesta vastaanotettavien fotonien määrä sekunnissa pienenee suhteessa sen etäisyyden neliöön, kun taas näkemiemme esineiden määrä kasvaa etäisyyden neliön kanssa. Kohteiden tulisi olla punaisempia, mutta niiden tulisi lähettää tasainen määrä fotoneja sekunnissa etäisyydestä riippuen. Laajentuvassa maailmankaikkeudessa saamme kuitenkin vähemmän fotoneja sekunnissa ajan myötä, koska niiden on kuljettava pitkiä matkoja maailmankaikkeuden laajentuessa ja myös heidän energiansa vähenee punasiirron aikana. Pinnan kirkkaus pienenee etäisyyden myötä - tämä on yhdenmukaista havaintojemme kanssa.
Jos muutama vuosi sitten puhutut valoa nopeammat neutriinot osoittautuisivat totta, meidän olisi harkittava uudelleen kaikkea mitä tiesimme suhteellisuusteoriasta ja nopeuden rajoituksesta maailmankaikkeudessa. Jos Emdrive tai jokin muu ikuinen liike osoittautuisi todellisiksi, meidän olisi päivitettävä kaikki, mitä tiesimme klassisesta mekaniikasta ja liikkeen säilymisen laista. Vaikka nämä spesifiset tulokset eivät olleet riittävän luotettavia - nämä neutriinot ilmestyivät kokeellisen virheen takia, eikä Emdriveä ole testattu millään merkitsevyystasolla - jonain päivänä voimme hyvinkin kohdata tällaisen tuloksen.
Mainosvideo:
Tärkein testi ei ole, pääsemmekö tällaiseen risteykseen. Todellinen uskomme tieteelliseen totuuteen testataan, kun meidän on päätettävä, mitä tehdä asialle.
Kokeellinen EmDrive-asennus NASA Eagleworksissa, jossa he yrittivät suorittaa yksittäisiä testejä reaktiottomalle moottorille. He löysivät pienen positiivisen tuloksen, mutta ei ollut selvää, liittyikö se uuteen fysiikkaan vai systemaattiseen virheeseen. Tulokset eivät vaikuttaneet luotettavilta, eikä niitä voitu toistaa itsenäisesti. Vallankumousta ei ole tapahtunut - vielä.
Tiede on samanaikaisesti:
- Tietokokonaisuus, joka kattaa kaiken, mitä olemme oppineet tarkkailemalla, muuttamalla ja kokeilemalla maailmankaikkeudessamme.
- Prosessi, jossa oletuksemme kyseenalaistetaan jatkuvasti, yritetään löytää reikiä todellisuuden ymmärtämisessä, etsitään loogisia porsaanreikiä ja epäjohdonmukaisuuksia ja määritetään tietämyksemme rajat uusilla, perustavanlaatuisilla tavoilla.
Kaikki mitä näemme ja kuulemme, kaikki mitä instrumenttimme löytävät ja niin edelleen - kaikki tämä voi olla esimerkki tieteellisistä todisteista, jotka on kirjattu oikein. Kun yritämme säveltää kuvan maailmankaikkeudesta, meidän on käytettävä kaikkia käytettävissä olevia tieteellisiä tietoja. Emme voi valita tuloksia tai todisteita, jotka vastaavat haluamiamme päätelmiä. meidän on yhteistettävä kaikki ajatuksemme kaikkien olemassa olevien hyvien tietojen esimerkkien kanssa. Tehdäksemme tieteen hyvin, meidän on kerättävä nämä tiedot, asetettava ne palalta palasiksi itsensä mukaiseen rakenteeseen ja tehtävä sitten kaikenlaisia testejä kaikin mahdollisin tavoin.
Paras työ, johon tutkija kykenee, on yrittää jatkuvasti kumota, ei todistaa, kaikkein pyhimmät teoriat ja ideat.
Hubble-avaruusteleskooppi (vasemmalla) on suurin tähtitieteellinen observatorio astrofysiikan historiassa, mutta paljon pienempi ja vähemmän voimakas kuin tuleva James Webb (keskellä). Neljästä 2030-luvulle ehdotetusta lippulaivaoperaatiosta LUVOIR (oikealla) on kunnianhimoisin. Yrittämällä päästä maailmankaikkeuden himmeimpään, nähdä ne korkealla resoluutiolla ja kaikilla mahdollisilla aallonpituuksilla voimme parantaa ja testata ymmärrystä kosmoksesta ennennäkemättömällä tavalla.
Tämä tarkoittaa tarkkuuden lisäämistä jokaiseen lisättävään desimaaliin; tämä tarkoittaa pyrkimystä korkeampiin energioihin, matalampiin lämpötiloihin, pienempiin asteikoihin ja suurempiin näytekokoihin; tämä tarkoittaa teorian tunnetun pätevyysalueen ylittämistä; tämä tarkoittaa uusien havaittujen vaikutusten teoriointia ja uusien kokeellisten menetelmien kehittämistä.
Jossain vaiheessa väistämättä löydät jotain, joka ei sovi hankitun viisauden kehykseen. Löydät jotain vastoin sitä, mitä odotit löytävän. Saat tuloksen, joka on ristiriidassa vanhan, jo olemassa olevan teorian kanssa. Ja kun se tapahtuu - jos pystyt vahvistamaan tämän ristiriidan, jos se kestää valvonnan ja todellakin osoittaa olevansa hyvin, hyvin olemassa, saavutat jotain erinomaista: sinulla on tieteellinen vallankumous.
Yksi relativistisen liikkeen vallankumouksellisista näkökohdista, jonka Einstein esitti, mutta jonka Lorentz, Fitzgerald ja muut olivat aiemmin asettaneet, oli se, että nopeasti liikkuvat esineet näyttivät supistuvan avaruudessa ja hidastuvan ajassa. Mitä nopeammin liikut suhteessa johonkin levossa olevaan, sitä enemmän pituus supistuu ja sitä enemmän aika hidastuu ulkomaailmaan nähden. Tämä maalaus - relativistinen mekaniikka - korvasi vanhan Newtonin käsityksen klassisesta mekaniikasta.
Tieteellinen vallankumous sisältää kuitenkin muutakin kuin "vanhat totuudet ovat väärässä!" Tämä on vasta ensimmäinen askel. Se voi olla välttämätön osa vallankumousta, mutta sinänsä se ei riitä. Voisimme siirtyä eteenpäin yksinkertaisesti huomaamalla, missä ja miten vanha ideamme epäonnistuu. Tieteen eteenpäin viemiseksi - ja merkittävästi - meidän on löydettävä kriittinen virhe edellisessä ajattelutavassa ja ajateltava sitä uudelleen, kunnes pääsemme totuuteen.
Tätä varten meidän on voitettava ei yksi, vaan kolme suurta estettä pyrkimyksissämme parantaa ymmärrystä maailmankaikkeudesta. Vallankumoukselliseen tieteelliseen teoriaan on kolme osaa:
Sen pitäisi toistaa kaikki jo olemassa olevan teorian menestys.
Sen on selitettävä uudet tulokset, jotka olivat ristiriidassa vanhan teorian kanssa.
Sen on tehtävä uusia, testattavia ennusteita, joita ei ole testattu aikaisemmin ja jotka voidaan joko vahvistaa tai kumota.
Tämä on uskomattoman korkea palkki, johon päästään harvoin. Mutta kun se saavutetaan, palkkiot ovat toisin kuin mikään muu.
Yksi 1500-luvun suurimmista salaisuuksista oli, että planeetat liikkuvat ilmeisessä taaksepäin - toisin sanoen vastakkaiseen suuntaan. Tämä voidaan selittää joko Ptolemaioksen geokeskisellä mallilla (vasemmalla) tai Copernicuksen heliosentrisellä mallilla (oikealla). Yksityiskohtien tarkka selvittäminen vaati kuitenkin teoreettisia läpimurtoja ymmärrettäessä havaitun ilmiön taustalla olevia sääntöjä, mikä johti Keplerin lakeihin ja Newtonin universaalin painovoiman teoriaan.
Uusi tulokas - uusi teoria - on aina todistustaakka, korvaa edellisen hallitsevan teorian, ja tämä vaatii häntä ratkaisemaan useita erittäin vaikeita ongelmia. Kun heliocentrismi ilmestyi, sen oli selitettävä kaikki planeetan liikkeiden ennusteet, otettava huomioon kaikki tulokset, joita heliocentrismi ei voinut selittää (esimerkiksi komeettojen liike ja Jupiterin kuut), ja tehdä uusia ennusteita, kuten elliptisten kiertoradojen olemassaolo.
Kun Einstein ehdotti yleistä suhteellisuusteoriaa, hänen teoriansa oli tarkoitus toistaa kaikki Newtonin painovoiman menestykset sekä selittää Merkuruksen perihelionin precession ja esineiden fysiikka, joiden nopeus lähestyy valoa, ja lisäksi hänen oli tehtävä uusia ennusteita siitä, kuinka painovoima taipuu tähtiä paistaa.
Tämä käsite ulottuu jopa ajatuksiimme maailmankaikkeuden alkuperästä. Jotta Big Bangista tulisi kuuluisa, sen oli korvattava vanha ajatus staattisesta universumista. Tämä tarkoittaa, että sen oli vastattava yleistä suhteellisuusteoriaa, selitettävä maailmankaikkeuden Hubble-laajeneminen sekä punasiirtymän ja etäisyyden suhde ja tehtävä sitten uusia ennusteita:
- Kosmisen mikroaaltotaustan olemassaolosta ja spektristä
- Valoelementtien nukleosynteettisestä sisällöstä
- Laajan rakenteen muodostumisesta ja aineen klustereiden ominaisuuksista painovoiman vaikutuksesta.
Kaikki tämä vaadittiin vain korvaamaan edellinen teoria.
Mieti nyt, mitä yhden johtavan tieteellisen teorian korvaaminen vie. Tämä ei ole niin vaikeaa kuin voit kuvitella: se vie vain yhden havainnon kaikista ilmiöistä, jotka ovat ristiriidassa Suuren räjähdyksen ennusteiden kanssa. Jos löytäisit yleisen suhteellisuusteorian yhteydessä teoreettisen seurauksen siitä, ettei Suuri Räjähdys vastaa havaintojamme, olisimme todellakin vallankumouksen partaalla.
Ja tässä on tärkeää: Tästä ei seuraa, että kaikki Suuresta Bangista on väärin. Yleinen suhteellisuusteoria ei tarkoita, että Newtonin painovoima on väärä; se asettaa vain rajoituksia missä ja miten Newtonin painovoimaa käytetään onnistuneesti. Se kuvaa edelleen tarkasti kuumasta, tiheästä, laajenevasta tilasta syntynyttä maailmankaikkeutta; kuvaile havaittavaa maailmankaikkeutta, jolla on monien miljardien vuosien ikä (mutta ei loputon ikä) samalla tavalla; hän kertoo myös ensimmäisistä tähdistä ja galakseista, ensimmäisistä neutraaleista atomeista, ensimmäisistä vakaista atomituumista.
Laajentuvan maailmankaikkeuden näkyvä historia sisältää Ison Bangin kuuman, tiheän tilan ja sen jälkeisen rakenteen kasvun ja muodostumisen. Täydellinen tietojoukko, mukaan lukien valoelementtien ja kosmisen mikroaaltotaustan havainnot, jättää vain Ison räjähdyksen sopivaksi selitykseksi näkemällemme. Kosmisen neutriinon taustan ennuste oli yksi viimeisistä suurista vahvistamattomista ennusteista, jotka syntyivät Big Bang -teoriassa.
Mitä tämä teoria tulee - mikä ylittää nykyisen parhaan teoriamme (ja tämä koskee kaikkia tieteenaloja) - ensimmäinen askel on toistaa kaikki tämän teorian menestykset. Staattisen maailmankaikkeuden teoriat, jotka taistelevat suurta räjähdystä vastaan? He eivät pysty tekemään tätä. Sama koskee sähkömaailmaa ja kosmologista plasmaa; sama voidaan sanoa väsyneestä valosta, topologisesta virheestä ja kosmisista jousista.
Ehkä jonain päivänä saavutamme tarpeeksi teoreettista edistystä, jotta jokin näistä vaihtoehdoista muuttuisi jotain, joka vastaa koko havaittavissa olevaa joukkoa, tai ehkä uusi vaihtoehto ilmestyy. Mutta tämä päivä ei ole tänään, ja sillä välin inflaatiomainen maailmankaikkeus, jossa on iso bang, jossa on säteilyä, tavallista ainetta, pimeää ainetta ja energiaa, selittää kaiken kaiken, mitä olemme koskaan havainneet. Ja hän on toistaiseksi ainutlaatuinen.
Mutta on tärkeää muistaa, että pääsimme tähän kuvaan juuri siksi, että emme keskittyneet yhteen epäilyttävään lopputulokseen, joka voisi romahtaa. Meillä on kymmeniä riippumattomia todisteita, jotka johtavat meidät samaan johtopäätökseen uudestaan ja uudestaan. Vaikka käy ilmi, että emme ymmärrä lainkaan supernovoja, pimeää energiaa tarvitaan silti; vaikka käy ilmi, ettemme ymmärrä lainkaan galaksien pyörimistä, pimeää ainetta tarvitaan silti; vaikka käy ilmi, että mikroaaltotausta ei ole olemassa, iso paukku on silti välttämätön.
Maailmankaikkeus voi osoittautua täysin erilaiseksi yksityiskohdissa. Toivon, että elän tarpeeksi kauan nähdäkseni uuden Einsteinin syntymisen, joka haastaa modernit teoriat - ja voittaa. Parhaat teoriamme eivät ole vääriä, ne eivät ole riittävän täydellisiä. Ja tämä tarkoittaa, että ne voidaan korvata vain täydellisemmällä teorialla, joka väistämättä sisältää kaiken, yleensä kaiken tämän maailman - ja selittää sen.
Ilya Khel