Mēs vienmēr meklējam kaut ko vairāk. Pat mūsu labākie minējumi bieži neļauj mums zināt, kur mēs to atradīsim. 19. gadsimtā mēs strīdējāmies par to, kāpēc saule deg - gravitācija vai degšana, pat nenojaušot, ka tajā ir iesaistīta kodolsintēze. 20. gadsimtā mēs strīdējāmies par Visuma likteni, pat nedomājot, ka tas paātrinās nebūtībā. Taču zinātnes revolūcijas ir reālas, un, kad tās notiek, mums ir jāpārskata daudz kas - dažreiz pat viss - kas iepriekš tika uzskatīts par patiesu.
Mūsu zināšanās ir daudz fundamentālu patiesību, kuras mēs reti apšaubām, bet varbūt mums vajadzētu. Cik pārliecināti esam zināšanu tornī, ko esam uzbūvējuši sev?
Cik patiesa ir mūsu zinātne?
Saskaņā ar gaismas novecošanas hipotēzi, fotonu skaits sekundē, ko saņemam no katra objekta, samazinās proporcionāli attāluma kvadrātam līdz tam, savukārt redzamo objektu skaits palielinās līdz ar attāluma kvadrātu. Objektiem jābūt sarkanākiem, bet atkarībā no attāluma tie izstaro nemainīgu fotonu skaitu sekundē. Tomēr, paplašinoties Visumam, laika gaitā mēs saņemam mazāk fotonu sekundē, jo, paplašinoties Visumam, tiem ir jānoiet lieli attālumi, un sarkanās maiņas laikā samazinās arī viņu enerģija. Virsmas spilgtums samazinās līdz ar attālumu - tas atbilst mūsu novērojumiem.
Ja izrādījās, ka ātrāk par gaismu neitrīno, par kuriem runāja pirms dažiem gadiem, ir taisnība, mums būtu jāpārskata viss, ko zinājām par relativitāti un ātruma ierobežojumu Visumā. Ja Emdrive vai cita mūžīgā kustības mašīna izrādīsies reāla, mums būtu jāpārskata viss, ko zinājām par klasisko mehāniku un impulsa saglabāšanas likumu. Lai gan šie specifiskie rezultāti nebija pietiekami ticami - šie neitrīno parādījās eksperimentālu kļūdu dēļ, un Emdrive nav pārbaudīts nevienā nozīmīguma līmenī - kādu dienu mēs varam saskarties ar šādu rezultātu.
Reklāmas video:
Vissvarīgākais pārbaudījums nebūs tas, vai mēs nokļūsim šādā krustojumā. Mūsu patiesā ticība zinātniskajai patiesībai tiks pārbaudīta, kad mums būs jāizlemj, kā ar to rīkoties.
Eksperimentāla EmDrive uzstādīšana NASA Eagleworks, kur viņi mēģināja veikt atsevišķus nereaģējoša motora testus. Viņi atrada nelielu pozitīvu rezultātu, taču nebija skaidrs, vai tas ir saistīts ar jaunu fiziku vai ar sistemātisku kļūdu. Rezultāti nešķita ticami un tos nevarēja atkārtot neatkarīgi. Revolūcija vēl nav notikusi.
Zinātne vienlaikus ir:
- Zināšanu kopums, kas aptver visu, ko esam iemācījušies, novērojot, mainot un eksperimentējot mūsu Visumā.
- Process, kurā pastāvīgi tiek apšaubīti mūsu pieņēmumi, mēģināts atrast caurumus mūsu izpratnē par realitāti, meklētas loģiskas nepilnības un neatbilstības un jaunos, fundamentālos veidos definētas mūsu zināšanu robežas.
Viss, ko mēs redzam un dzirdam, viss, ko atrod mūsu instrumenti, un tā tālāk - tas viss var būt zinātnisku pierādījumu piemērs, ja tie ir pareizi ierakstīti. Mēģinot sastādīt Visuma ainu, mums jāizmanto viss pieejamo zinātnisko datu kopums. Mēs nevaram atlasīt rezultātus vai pierādījumus, kas atbilst mūsu vēlamajiem secinājumiem; mums jāsaskaras visas mūsu idejas ar visiem labo datu piemēriem, kas pastāv. Lai zinātne veiktos labi, mums šie dati ir jāapkopo, pa daļai jāievieto pašpietiekamā struktūrā un pēc tam jāpakļauj visādiem testiem, visādi, kā vien iespējams iedomāties.
Labākais darbs, uz kuru spēj zinātnieks, ir mēģinājums pastāvīgi atspēkot, nevis pierādīt, vissvētākās teorijas un idejas.
Habla kosmiskais teleskops (pa kreisi) ir mūsu lielākā observatorija astrofizikas vēsturē, bet daudz mazāka un mazāk spēcīga nekā topošais Džeimss Vebs (centrā). No četrām 2030. gadu piedāvātajām vadošajām misijām LUVOIR (labajā pusē) ir vērienīgākā. Mēģinot sasniegt visuma tumšāko, redzēt tos lielā izšķirtspējā un visos iespējamos viļņu garumos, mēs varam vēl nebijušā veidā uzlabot un pārbaudīt mūsu izpratni par kosmosu.
Tas nozīmē palielināt mūsu precizitāti līdz katrai papildu zīmei aiz komata, ko varam pievienot; tas nozīmē tiekšanos pēc augstākām enerģijām, zemākām temperatūrām, mazākām skalām un lielākiem paraugu lielumiem; tas nozīmē pārsniegt zināmo teorijas derīguma diapazonu; tas nozīmē jaunu novēroto efektu teorētiku un jaunu eksperimentālu metožu izstrādi.
Kādā brīdī jūs neizbēgami atrodat kaut ko tādu, kas neiederas iegūtās gudrības rāmjos. Jūs atrodat kaut ko pretēju tam, ko cerējāt atrast. Jūs saņemat rezultātu, kas ir pretrunā ar jūsu veco, jau esošo teoriju. Un, kad tas notiks - ja jūs varat apstiprināt šo pretrunu, ja tas izturēs pārbaudi un patiesībā izrādīsies ļoti, ļoti pastāvošs, jūs sasniegsiet kaut ko izcilu: jums būs zinātniska revolūcija.
Viens no relatīvistiskās kustības revolucionārajiem aspektiem, ko izvirzīja Einšteins, bet kuru iepriekš bija izklāstījuši Lorents, Ficdžeralds un citi, bija tāds, ka ātri kustīgi objekti šķita sarauties telpā un palēninājās laikā. Jo ātrāk jūs pārvietojaties attiecībā pret kaut ko miera stāvoklī, jo vairāk garums saraujas un jo vairāk laiks palēninās attiecībā pret ārpasauli. Šī glezna - relatīvistiskā mehānika - aizstāja veco Ņūtona klasiskās mehānikas skatījumu.
Zinātniskā revolūcija tomēr ietver ne tikai "vecās patiesības ir nepareizas"! Tas ir tikai pirmais solis. Tā var būt nepieciešama revolūcijas sastāvdaļa, bet pati par sevi tā nav pietiekama. Mēs varētu turpināt, vienkārši pamanot, kur un kā mūsu vecā ideja mums neizdodas. Lai virzītu zinātni uz priekšu - un ievērojami - mums jāatrod kritisks trūkums iepriekšējā domāšanas veidā un jāpārdomā, līdz nonākam pie patiesības.
Lai to izdarītu, mums jāpārvar nevis viens, bet trīs galvenie šķēršļi, cenšoties uzlabot izpratni par Visumu. Ir trīs komponenti, kas nonāk revolucionārajā zinātniskajā teorijā:
Tam vajadzētu atkārtot visus jau esošās teorijas panākumus.
Tai jāizskaidro jauni rezultāti, kas bija pretrunā ar veco teoriju.
Tai jāsniedz jaunas, pārbaudāmas prognozes, kas iepriekš nav pārbaudītas un kuras var vai nu apstiprināt, vai noraidīt.
Šī ir neticami augsta latiņa, kuru reti sasniedz. Bet, kad tas tiek sasniegts, atlīdzība neatšķiras no nekā cita.
Viens no lielākajiem 1500. gadu noslēpumiem bija tas, ka planētas pārvietojas šķietamā retrogrādā - tas ir, pretējā virzienā. To varētu izskaidrot vai nu ar Ptolemaja ģeocentrisko modeli (pa kreisi), vai ar Kopernika heliocentrisko modeli (pa labi). Tomēr, lai precīzi noskaidrotu detaļas, bija nepieciešami teorētiski sasniegumi izpratnē par novērotās parādības pamatā esošajiem noteikumiem, kas noveda pie Keplera likumiem un Ņūtona universālās gravitācijas teorijas.
Jaunpienācējai - jauna teorija - vienmēr ir pierādīšanas pienākums, aizstājot iepriekšējo dominējošo teoriju, un tas viņai prasa atrisināt vairākas ļoti sarežģītas problēmas. Kad parādījās heliocentrisms, tam bija jāpaskaidro visas planētas kustību prognozes, jāņem vērā visi rezultāti, kurus heliocentrisms nespēja izskaidrot (piemēram, komētu un Jupitera pavadoņu kustība), un jāizdara jaunas prognozes - piemēram, elipsveida orbītu esamība.
Kad Einšteins ierosināja vispārējo relativitāti, viņa teorijai vajadzēja atveidot visus Ņūtona gravitācijas panākumus, kā arī izskaidrot Merkura perihēlija precesiju un objektu fiziku, kuru ātrums tuvojas gaismai, turklāt viņai vajadzēja izteikt jaunas prognozes par to, kā gravitācija izliek zvaigžņu spīdēt.
Šis jēdziens attiecas pat uz mūsu domām par paša Visuma izcelsmi. Lai Lielais sprādziens kļūtu slavens, tam bija jāaizstāj vecā ideja par statisku Visumu. Tas nozīmē, ka tam bija jāatbilst vispārējai relativitātes teorijai, jāizskaidro Habla paplašināšanās Visumā, kā arī sarkanās nobīdes un attāluma attiecība un pēc tam jāizdara jaunas prognozes:
- Par kosmiskās mikroviļņu fona esamību un spektru
- Par gaismas elementu nukleosintētisko saturu
- Par vielas liela mēroga struktūras un īpašību veidošanos gravitācijas ietekmē.
Tas viss bija vajadzīgs tikai, lai aizstātu iepriekšējo teoriju.
Tagad padomājiet par to, kas būtu vajadzīgs, lai šodien aizstātu vienu no vadošajām zinātniskajām teorijām. Tas nav tik grūti, kā jūs varētu iedomāties: būtu nepieciešams tikai viens novērojums jebkurai parādībai, kas ir pretrunā ar Lielā sprādziena prognozēm. Ja vispārējās relativitātes kontekstā jūs varētu atrast teorētiskas sekas, ka Lielais sprādziens neatbilst mūsu novērojumiem, mēs patiešām būtu uz revolūcijas robežas.
Un šeit ir tas, kas ir svarīgi: no tā neizriet, ka viss par Lielo sprādzienu ir nepareizs. Vispārējā relativitāte nenozīmē, ka Ņūtona gravitācija ir nepareiza; tas tikai uzliek ierobežojumus tam, kur un kā var veiksmīgi pielietot Ņūtona gravitāciju. Tas joprojām precīzi aprakstīs Visumu, kas dzimis karstā, blīvā, paplašināmā stāvoklī; vienādi aprakstiet novērojamo Visumu ar daudzu miljardu gadu vecumu (bet ne bezgalīgu vecumu); viņš pastāstīs arī par pirmajām zvaigznēm un galaktikām, pirmajiem neitrālajiem atomiem, pirmajiem stabilajiem atomu kodoliem.
Paplašināmā Visuma redzamā vēsture ietver Lielā sprādziena karsto, blīvo stāvokli un tam sekojošo struktūras augšanu un veidošanos. Pilnīga datu kopa, ieskaitot gaismas elementu novērojumus un kosmisko mikroviļņu fonu, atstāj tikai Lielo sprādzienu kā piemērotu skaidrojumu tam, ko mēs redzam. Kosmiskā neitrīno fona prognozēšana bija viena no pēdējām lielajām neapstiprinātajām prognozēm, kas parādījās no Lielā sprādziena teorijas.
Lai kas arī nāktu klajā ar šo teoriju - neatkarīgi no tā, kas pārsniedz mūsu pašreizējo labāko teoriju (un tas attiecas uz visām zinātnes jomām) - pirmais solis ir atkārtot visus šīs teorijas panākumus. Statiskās Visuma teorijas, kas cīnās ar Lielo sprādzienu? Viņi to nespēj. Tas pats attiecas uz elektrisko Visumu un kosmoloģisko plazmu; to pašu var teikt par nogurušo gaismu, par topoloģisko defektu un kosmiskām stīgām.
Varbūt kādreiz mēs sasniegsim pietiekamu teorētisko progresu, lai viena no šīm alternatīvām pārvērstos par kaut ko, kas atbilst visam novērojamo elementu kopumam, vai arī varbūt parādīsies jauna alternatīva. Bet šī diena nav šodien, un tikmēr inflācijas Visums ar Lielo Sprādzienu, ar starojumu, parasto matēriju, tumšo matēriju un enerģiju izskaidro pilnu visu, ko mēs jebkad esam novērojuši. Un pagaidām viņa ir viena veida.
Bet ir svarīgi atcerēties, ka mēs nonācām pie šī attēla tieši tāpēc, ka neesam koncentrējušies uz vienu apšaubāmu iznākumu, kas varētu sabrukt. Mums ir desmitiem neatkarīgu pierādījumu rindu, kas mūs atkal un atkal noved pie tā paša secinājuma. Pat ja izrādās, ka mēs vispār nesaprotam supernovas, tumšā enerģija joprojām būs nepieciešama; pat ja izrādās, ka mēs vispār nesaprotam galaktiku rotāciju, tumšā viela joprojām būs nepieciešama; pat ja izrādās, ka mikroviļņu fona nav, Lielais sprādziens joprojām būs vajadzīgs.
Visums var izrādīties pilnīgi atšķirīgs detaļās. Un es ceru, ka es dzīvoju pietiekami ilgi, lai redzētu jaunu Einšteinu, kas izaicina mūsdienu teorijas un uzvar. Mūsu labākās teorijas nav kļūdainas, tās vienkārši nav pietiekami pilnīgas. Un tas nozīmē, ka tos var aizstāt tikai ar pilnīgāku teoriju, kas neizbēgami ietvers visu, kopumā visu šajā pasaulē - un to izskaidros.
Iļja Khels