Căutăm mereu ceva mai mult. Și chiar și cele mai bune presupuneri ale noastre nu ne anunță adesea unde o vom găsi. În secolul al XIX-lea, ne-am certat de ce arde soarele - gravitația sau arderea, fără a bănui măcar că a fost implicată fuziunea termonucleară. În secolul al XX-lea, ne-am certat despre soarta universului, fără a presupune nici măcar că se accelerează în neant. Dar revoluțiile în știință sunt reale și, atunci când se întâmplă, trebuie să revizuim o mulțime de tot - uneori chiar și tot - despre care se credea anterior că este adevărat.
Există multe adevăruri fundamentale în cunoștințele noastre pe care rareori le punem la îndoială, dar poate că ar trebui. Cât de încrezători suntem în turnul cunoașterii pe care l-am construit pentru noi?
Cât de adevărată este știința noastră?
Conform ipotezei de îmbătrânire a luminii, numărul de fotoni pe secundă pe care îl primim de la fiecare obiect scade proporțional cu pătratul distanței până la acesta, în timp ce numărul obiectelor pe care le vedem crește cu pătratul distanței. Obiectele ar trebui să fie mai roșii, dar să emită un număr constant de fotoni pe secundă, în funcție de distanță. Cu toate acestea, într-un univers în expansiune, primim mai puțini fotoni pe secundă de-a lungul timpului, deoarece aceștia trebuie să parcurgă distanțe mari pe măsură ce universul se extinde, iar energia lor scade și în timpul deplasării spre roșu. Luminozitatea suprafeței scade odată cu distanța - acest lucru este în concordanță cu observațiile noastre.
Dacă neutrinii mai rapizi decât lumina despre care s-a vorbit în urmă cu câțiva ani s-ar dovedi a fi adevărat, ar trebui să reconsiderăm tot ce știam despre relativitate și limita de viteză în univers. Dacă Emdrive sau o altă mașină de mișcare perpetuă s-ar dovedi reală, ar trebui să revizuim tot ce știam despre mecanica clasică și legea conservării impulsului. Deși aceste rezultate specifice nu au fost suficient de fiabile - acești neutrini au apărut din cauza unei erori experimentale, iar Emdrive nu a fost testat la nici un nivel de semnificație - într-o zi ne putem confrunta cu un astfel de rezultat.
Video promotional:
Cel mai important test pentru nu va fi dacă ajungem la o astfel de intersecție. Adevărata noastră credință în adevărul științific va fi testată atunci când vom decide ce să facem în legătură cu acesta.
O configurație experimentală EmDrive la NASA Eagleworks, unde au încercat să efectueze teste izolate ale unui motor fără reacție. Au găsit un mic rezultat pozitiv, dar nu a fost clar dacă a fost legat de o fizică nouă sau de o eroare sistematică. Rezultatele nu păreau fiabile și nu puteau fi repetate independent. Revoluția nu s-a întâmplat - încă.
Știința este simultană:
- Un corp de cunoștințe care cuprinde tot ceea ce am învățat de la observarea, schimbarea și experimentarea în universul nostru.
- Procesul de a ne pune în mod constant în discuție ipotezele, de a încerca să găsim găuri în înțelegerea realității, de a căuta lacune logice și inconsecvențe și de a defini limitele cunoștințelor noastre în moduri noi și fundamentale.
Tot ceea ce vedem și auzim, tot ceea ce găsesc instrumentele noastre și așa mai departe - toate acestea pot fi un exemplu de dovezi științifice, fiind înregistrate corect. Când încercăm să compunem o imagine a universului, trebuie să folosim setul complet de date științifice disponibile. Nu putem selecta rezultate sau dovezi care să corespundă concluziilor noastre preferate; trebuie să ciocnim toate ideile noastre cu fiecare exemplu de date bune care există. Pentru a face bine știința, trebuie să colectăm aceste date, să le punem bucată cu bucată într-o structură auto-consistentă și apoi să le supunem la tot felul de teste, în orice mod imaginabil.
Cea mai bună slujbă de care este capabil un om de știință este să încerce să respingă în mod constant, nu să dovedească, cele mai sacre teorii și idei.
Telescopul spațial Hubble (stânga) este cel mai mare observator emblematic al nostru din istoria astrofizicii, dar mult mai mic și mai puțin puternic decât viitorul James Webb (centru). Dintre cele patru misiuni pilot propuse pentru anii 2030, LUVOIR (dreapta) este cea mai ambițioasă. Încercând să ajungem la cel mai slab univers din univers, să-i vedem la rezoluție înaltă și la toate lungimile de undă posibile, putem îmbunătăți și testa înțelegerea noastră despre cosmos într-un mod fără precedent.
Aceasta înseamnă creșterea preciziei noastre la fiecare zecimală suplimentară pe care o putem adăuga; aceasta înseamnă urmărirea unor energii superioare, temperaturi mai scăzute, scări mai mici și dimensiuni mai mari ale eșantionului; aceasta înseamnă a depăși domeniul de validitate cunoscut al teoriei; aceasta înseamnă teoretizarea noilor efecte observate și dezvoltarea de noi metode experimentale.
La un moment dat, veți găsi inevitabil ceva care nu se încadrează în cadrul înțelepciunii dobândite. Găsiți ceva contrar a ceea ce vă așteptați să găsiți. Obții un rezultat care contrazice vechea ta teorie deja existentă. Și când se întâmplă acest lucru - dacă puteți valida această contradicție, dacă se supune controlului și se arată de fapt foarte, foarte existent - veți realiza ceva excelent: veți avea o revoluție științifică.
Unul dintre aspectele revoluționare ale mișcării relativiste, propus de Einstein, dar pus anterior de Lorentz, Fitzgerald și alții, a fost că obiectele în mișcare rapidă păreau să se contracte în spațiu și să încetinească în timp. Cu cât te miști mai repede față de ceva în repaus, cu atât lungimea ta se contractă și cu atât mai mult timp încetinește față de lumea exterioară. Această pictură - mecanica relativistă - a înlocuit vechea viziune newtoniană asupra mecanicii clasice.
Revoluția științifică presupune totuși mai mult decât „vechile adevăruri sunt greșite!” Acesta este doar primul pas. Poate fi o parte necesară a revoluției, dar în sine nu este suficientă. Am putea merge mai departe pur și simplu observând unde și cum ne eșuează vechea noastră idee. Pentru a avansa știința - și semnificativ - trebuie să găsim un defect critic în modul nostru de gândire anterior și să o regândim până ajungem la adevăr.
Pentru a face acest lucru, trebuie să depășim nu unul, ci trei obstacole majore în eforturile noastre de a ne îmbunătăți înțelegerea universului. Există trei componente care intră în teoria științifică revoluționară:
Ar trebui să reproducă tot succesul unei teorii deja existente.
Trebuie să explice noi rezultate care erau contrare vechii teorii.
Trebuie să facă predicții noi, testabile, care nu au fost testate înainte și care pot fi confirmate sau respinse.
Aceasta este o bară incredibil de înaltă, la care se ajunge rar. Dar atunci când se realizează, recompensele sunt diferite de orice altceva.
Unul dintre marile mistere ale anilor 1500 a fost că planetele se mișcă într-o direcție aparent retrogradă - adică în direcția opusă. Acest lucru ar putea fi explicat fie prin modelul geocentric al lui Ptolemeu (stânga), fie prin modelul heliocentric al lui Copernic (dreapta). Cu toate acestea, pentru a afla detaliile cu precizie ridicată au fost necesare descoperiri teoretice în înțelegerea regulilor care stau la baza fenomenului observat, ceea ce a dus la legile lui Kepler și la teoria gravitației universale a lui Newton.
Noul venit - o nouă teorie - poartă întotdeauna povara de a dovedi, înlocuind teoria dominantă anterioară, iar acest lucru îi cere să rezolve o serie de probleme foarte dificile. Când a apărut heliocentrismul, a trebuit să explice toate predicțiile mișcărilor planetare, să ia în considerare toate rezultatele pe care heliocentrismul nu le-a putut explica (de exemplu, mișcarea cometelor și a lunilor lui Jupiter) și să facă noi predicții, precum existența orbitelor eliptice.
Când Einstein a propus relativitatea generală, teoria sa trebuia să reproducă toate succesele gravitației newtoniene, precum și să explice precesiunea periheliului lui Mercur și fizica obiectelor a căror viteză se apropie de lumină și, mai mult, ea trebuia să facă noi predicții despre modul în care gravitația se îndoaie stelară strălucire.
Acest concept se extinde chiar și la gândurile noastre despre originea universului în sine. Pentru ca Big Bang-ul să devină celebru, a trebuit să înlocuiască vechea idee de univers static. Aceasta înseamnă că a trebuit să corespundă cu teoria generală a relativității, să explice expansiunea Hubble a Universului și raportul de deplasare la roșu și distanță și apoi să facă noi predicții:
- Despre existența și spectrul fundalului cosmic cu microunde
- Despre conținutul nucleosintetic al elementelor ușoare
- Cu privire la formarea unei structuri pe scară largă și a proprietăților de grupare a materiei sub influența gravitației.
Toate acestea erau necesare doar pentru a înlocui teoria anterioară.
Acum gândiți-vă la ce ar fi nevoie pentru a înlocui una dintre cele mai importante teorii științifice de astăzi. Acest lucru nu este atât de dificil pe cât ți-ai putea imagina: ar fi nevoie de o singură observație a oricărui fenomen care contrazice previziunile Big Bang-ului. În contextul relativității generale, dacă ați putea găsi o consecință teoretică că Big Bang-ul nu corespunde observațiilor noastre, am fi cu adevărat la un pas de revoluție.
Și iată ce este important: nu va rezulta din aceasta că totul despre Big Bang este greșit. Relativitatea generală nu înseamnă că gravitația newtoniană este greșită; impune doar restricții asupra locului și modului în care gravitația newtoniană va fi aplicată cu succes. Va descrie încă cu exactitate Universul născut dintr-o stare fierbinte, densă, în expansiune; descrie Universul observabil cu o vârstă de multe miliarde de ani (dar nu o vârstă infinită) în același mod; el va povesti și despre primele stele și galaxii, primii atomi neutri, primii nuclei atomici stabili.
Istoria vizibilă a universului în expansiune include starea fierbinte și densă a Big Bang-ului și creșterea și formarea ulterioară a structurii. Setul de date complet, inclusiv observațiile elementelor luminoase și a fundalului cosmic cu microunde, lasă doar Big Bang-ul ca explicație adecvată pentru ceea ce vedem. Predicția fondului cosmic de neutrini a fost una dintre ultimele mari predicții neconfirmate care au ieșit din teoria Big Bang.
Orice ar veni pe această teorie - orice depășește cea mai bună teorie a noastră actuală (și aceasta se aplică tuturor domeniilor științifice) - primul pas este reproducerea tuturor succeselor acestei teorii. Teoriile statice ale universului care luptă împotriva Big Bang-ului? Ei nu pot face acest lucru. Același lucru este valabil și pentru universul electric și plasma cosmologică; același lucru se poate spune despre lumina obosită, despre un defect topologic și corzile cosmice.
Poate că într-o bună zi vom obține suficiente progrese teoretice pentru ca una dintre aceste alternative să se transforme în ceva care corespunde întregului set de observabile, sau poate va apărea o nouă alternativă. Dar această zi nu este astăzi și, între timp, un Univers inflaționist cu un Big Bang, cu radiații, materie obișnuită, materie întunecată și energie, explică setul complet de tot ceea ce am observat vreodată. Și deocamdată este unică.
Dar este important să ne amintim că am ajuns la această imagine tocmai pentru că nu ne-am concentrat pe un rezultat dubios care s-ar putea prăbuși. Avem zeci de linii de dovezi independente care ne conduc la aceeași concluzie din nou și din nou. Chiar dacă se dovedește că nu înțelegem deloc supernove, va fi totuși nevoie de energie întunecată; chiar dacă se dovedește că nu înțelegem deloc rotația galaxiilor, va fi totuși nevoie de materie întunecată; chiar dacă se dovedește că fundalul microundelor nu există, Big Bang va fi totuși necesar.
Universul se poate dovedi complet diferit în detaliu. Și sper să trăiesc suficient de mult timp pentru a vedea cum apare un nou Einstein care provoacă teoriile moderne - și câștigă. Cele mai bune teorii ale noastre nu sunt greșite, pur și simplu nu sunt suficient de complete. Și acest lucru înseamnă că ele pot fi înlocuite doar de o teorie mai completă, care va include inevitabil totul, în general totul în această lume - și o va explica.
Ilya Khel
