Винаги търсим нещо повече. И дори най-добрите ни предположения често не ни казват къде ще го намерим. През 19 век спорихме защо слънцето изгаря - гравитация или изгаряне, без дори да знаем, че е налице термоядрен синтез. През 20 век спорихме за съдбата на Вселената, без дори да предполагаме, че тя се ускорява в нищото. Но революциите в науката са реални и когато се случат, трябва да преразгледаме много от всичко - понякога дори всичко - за което преди се смяташе, че е истина.
В нашето знание има много основни истини, които рядко поставяме под съмнение, но може би трябва. Доколко сме уверени в кулата на знанието, която сме изградили за себе си?
Колко вярна е нашата наука?
Според хипотезата за стареене на светлината, броят на фотоните в секунда, които получаваме от всеки обект, намалява пропорционално на квадрата на разстоянието до него, докато броят на обектите, които виждаме, се увеличава с квадрата на разстоянието. Обектите трябва да са по-червени, но излъчват постоянен брой фотони в секунда в зависимост от разстоянието. Въпреки това, в една разширяваща се вселена, ние получаваме по-малко фотони в секунда с течение на времето, тъй като те трябва да изминат големи разстояния, когато Вселената се разширява, а тяхната енергия също намалява по време на червеното изместване. Яркостта на повърхността намалява с разстоянието - това е в съответствие с нашите наблюдения.
Ако неутрините, по-бързи от светлината, за които се говореше преди няколко години, се окажат верни, ще трябва да преразгледаме всичко, което сме знаели за относителността и ограничението на скоростта във Вселената. Ако Emdrive или друга вечна машина за движение се окаже реална, ще трябва да преразгледаме всичко, което сме знаели за класическата механика и закона за запазване на импулса. Въпреки че тези специфични резултати не бяха достатъчно надеждни - тези неутрино се появиха поради експериментална грешка и Emdrive не е тестван на никое ниво на значимост - един ден може да се сблъскаме с такъв резултат.
Промоционално видео:
Най-важният тест няма да бъде дали ще стигнем до такова кръстовище. Истинската ни вяра в научната истина ще бъде изпитана, когато трябва да решим какво да правим по въпроса.
Експериментална настройка на EmDrive в NASA Eagleworks, където те се опитаха да проведат изолирани тестове на безреакционен двигател. Те откриха малък положителен резултат, но не беше ясно дали е свързан с нова физика или със системна грешка. Резултатите не изглеждаха надеждни и не можеха да бъдат повторени независимо. Революцията не се е случила - все още.
Науката е едновременно:
- Съвкупност от знания, обхващаща всичко, което сме научили от наблюдение, промяна и експерименти в нашата Вселена.
- Процесът на непрекъснато поставяне под съмнение на нашите предположения, опит за откриване на дупки в разбирането ни за реалността, търсене на логически вратички и несъответствия и определяне на границите на нашите знания по нови, основни начини.
Всичко, което виждаме и чуваме, всичко, което намират нашите инструменти и т.н. - всичко това може да бъде пример за научни доказателства, които са правилно записани. Когато се опитваме да съставим картина на Вселената, трябва да използваме пълния набор от налични научни данни. Не можем да изберем резултати или доказателства, които съответстват на нашите предпочитани заключения; трябва да сблъскаме всички наши идеи с всеки пример за добри данни, които съществуват. За да се справим добре с науката, трябва да съберем тези данни, да ги поставим парче по парче в самопоследователна структура и след това да ги подложим на всякакви тестове, по какъвто и да е начин, който можем да си представим.
Най-добрата работа, на която е способен един учен, се опитва постоянно да опровергава, а не да доказва най-свещените теории и идеи.
Космическият телескоп Хъбъл (вляво) е най-голямата ни водеща обсерватория в историята на астрофизиката, но много по-малка и по-малко мощна от бъдещия Джеймс Уеб (в центъра). От четирите предложени водещи мисии за 2030-те, LUVOIR (вдясно) е най-амбициозният. Опитвайки се да достигнем най-тъмната част на Вселената, да ги видим с висока разделителна способност и при всички възможни дължини на вълните, ние можем да подобрим и тестваме нашето разбиране за Космоса по безпрецедентен начин.
Това означава да увеличим нашата точност до всеки допълнителен десетичен знак, който можем да добавим; това означава преследване на по-високи енергии, по-ниски температури, по-малки мащаби и по-големи размери на пробата; това означава излизане извън известния обхват на валидност на теорията; това означава теоретизиране на нови наблюдавани ефекти и разработване на нови експериментални методи.
В един момент неизбежно намирате нещо, което не се вписва в рамките на придобитата мъдрост. Намирате нещо противно на това, което сте очаквали да намерите. Получавате резултат, който противоречи на вашата стара, вече съществуваща теория. И когато това се случи - ако можете да потвърдите това противоречие, ако то се изправи на контрол и всъщност се покаже като много, много съществуващо - ще постигнете нещо отлично: ще имате научна революция.
Един от революционните аспекти на релативисткото движение, предложен от Айнщайн, но по-рано заложен от Лоренц, Фицджералд и други, е, че бързо движещите се обекти изглежда се свиват в пространството и се забавят във времето. Колкото по-бързо се движите спрямо нещо в покой, толкова повече се съкращава дължината ви и толкова повече време се забавя спрямо външния свят. Тази картина - релативистка механика - замени стария нютонов възглед за класическата механика.
Научната революция обаче включва не само „старите истини грешат!“Това е само първата стъпка. Може да е необходима част от революцията, но сама по себе си тя не е достатъчна. Можем да продължим напред, просто като забележим къде и как старата ни идея ни проваля. За да придвижим науката напред - и то значително - трябва да намерим критичен недостатък в предишния си начин на мислене и да го преосмислим, докато стигнем до истината.
За да направим това, трябва да преодолеем не една, а три основни пречки в усилията си да подобрим разбирането си за Вселената. Има три компонента, които влизат в революционната научна теория:
То трябва да възпроизведе целия успех на вече съществуваща теория.
Той трябва да обясни нови резултати, които са в разрез със старата теория.
Той трябва да прави нови, проверими прогнози, които не са били тествани преди и които могат да бъдат потвърдени или опровергани.
Това е невероятно висока лента, която рядко се достига. Но когато се постигне, наградите са за разлика от нищо друго.
Една от големите загадки от 1500-те години е, че планетите се движат в очевидна ретроградна форма - тоест в обратната посока. Това може да се обясни или с геоцентричния модел на Птолемей (вляво), или с хелиоцентричния модел на Коперник (вдясно). Разбирането на детайлите с висока точност обаче изискваше теоретични пробиви в нашето разбиране на правилата, лежащи в основата на наблюдаваното явление, което доведе до законите на Кеплер и теорията на Нютон за универсалната гравитация.
Новодошлата - нова теория - винаги носи тежестта на доказване, замествайки предишната доминираща теория и това изисква от нея да реши редица много трудни проблеми. Когато се появи хелиоцентризмът, той трябваше да обясни всички прогнози на планетарните движения, да вземе предвид всички резултати, които хелиоцентризмът не може да обясни (например движението на комети и луните на Юпитер), и да направи нови прогнози, като съществуването на елиптични орбити.
Когато Айнщайн предлага обща теория на относителността, неговата теория трябва да възпроизведе всички успехи на Нютоновата гравитация, както и да обясни прецесията на перихелия на Меркурий и физиката на обектите, чиято скорост се приближава до светлината, и освен това тя трябва да направи нови прогнози за това как гравитацията се огъва звезда блясък.
Тази концепция обхваща дори нашите мисли за произхода на самата Вселена. За да стане известен Големият взрив, той трябваше да замени старата идея за статична вселена. Това означава, че трябва да отговаря на общата теория на относителността, да обясни разширяването на Хъбъл на Вселената и съотношението на червеното изместване и разстоянието и след това да направи нови прогнози:
- Относно съществуването и спектъра на космическия микровълнов фон
- Относно нуклеосинтетичното съдържание на леките елементи
- Относно формирането на мащабна структура и свойства на групирането на материята под влиянието на гравитацията.
Всичко това се изискваше само за замяна на предишната теория.
А теперь подумайте о том, что было бы нужно, чтобы заменить одну из ведущих научных теорий сегодня. Это не так сложно, как вы могли бы вообразить: понадобилось бы всего одно наблюдение любого явления, которое противоречит прогнозам Большого Взрыва. В контексте ОТО, если бы вы могли найти теоретическое следствие того, что Большой Взрыв не соответствует нашим наблюдениям, мы реально оказались бы на грани революции.
И ето какво е важно: от това няма да следва, че всичко за Големия взрив е грешно. Общата теория на относителността не означава, че Нютоновата гравитация е грешна; то само налага ограничения къде и как нютоновата гравитация може да се приложи успешно. Той все още ще опише точно Вселената, родена от горещо, плътно, разширяващо се състояние; опишете наблюдаваната Вселена с възраст от много милиарди години (но не безкрайна възраст) по същия начин; той ще разкаже и за първите звезди и галактики, първите неутрални атоми, първите стабилни атомни ядра.
Видимата история на разширяващата се вселена включва горещото, плътно състояние на Големия взрив и последващия растеж и формиране на структура. Пълният набор от данни, включително наблюдения на светлинни елементи и космическия микровълнов фон, оставя само Големия взрив като подходящо обяснение за това, което виждаме. Прогнозата за космическия неутринен фон е една от последните големи непотвърдени прогнози, излезли от теорията за Големия взрив.
Каквото и да се появи на тази теория - каквото и да надхвърля нашата най-добра теория (и това се отнася за всички научни области) - първата стъпка е да се възпроизведат всички успехи на тази теория. Теории за статичната Вселена, които се борят с Големия взрив? Те не са в състояние да направят това. Същото важи и за електрическата вселена и космологичната плазма; същото може да се каже за уморена светлина, за топологичен дефект и космически струни.
Може би някой ден ще постигнем достатъчно теоретичен напредък, за да може една от тези алтернативи да се превърне в нещо, съответстващо на пълния набор от наблюдаеми, или може би ще се появи нова алтернатива. Но този ден не е днес, а междувременно една инфлационна Вселена с Голям взрив, с радиация, обикновена материя, тъмна материя и енергия, обяснява пълния набор от абсолютно всичко, което някога сме наблюдавали. И тя засега е единствена по рода си.
Но е важно да запомним, че стигнахме до тази картина именно защото не се фокусирахме върху един съмнителен резултат, който може да рухне. Имаме десетки редове независими доказателства, които ни водят до един и същ извод отново и отново. Дори да се окаже, че изобщо не разбираме свръхнови, пак ще е необходима тъмна енергия; дори да се окаже, че изобщо не разбираме въртенето на галактиките, пак ще е необходима тъмна материя; дори да се окаже, че микровълновият фон не съществува, Големият взрив пак ще е необходим.
Вселената може да е напълно различна в детайли. И се надявам да живея достатъчно дълго, за да видя появата на нов Айнщайн, който оспорва съвременните теории - и побеждава. Най-добрите ни теории не грешат, те просто не са достатъчно пълни. И това означава, че те могат да бъдат заменени само с по-пълна теория, която неизбежно ще включва всичко, като цяло всичко на този свят - и ще го обясни.
Иля Хел
