Co vlastně víme o našem vesmíru?
Rodí z kosmické exploze 13.8 miliardy let, vesmír rychle nafouknutý a pak se ochladí, je stále rozpíná stále větší rychlostí a většinou tvoří neznámá temná hmota a temná energie … že?,
Tento známý příběh je obvykle bráno jako evidentní vědecký fakt, i přes relativní nedostatek empirických důkazů—a to i přes stabilní úrodu nesrovnalosti vyplývající s pozorování vzdáleného vesmíru.
V posledních měsících nové měření Hubblova konstanta, rychlost univerzální rozšíření, navrhl hlavní rozdíly mezi dvěma nezávislými metodami výpočtu., Nesrovnalosti v rychlosti expanze mají obrovské důsledky nejen pro výpočet, ale pro platnost současného standardního modelu kosmologie v extrémních měřítcích vesmíru.
další nedávná sonda zjistila, že galaxie jsou v rozporu s teorií temné hmoty, která předpokládá, že tato hypotetická látka je všude. Podle nejnovějších měření to však není, což naznačuje, že teorie musí být znovu prozkoumána.
možná stojí za to se zeptat, proč astrofyzici předpokládají, že temná hmota je všude ve vesmíru., Odpověď spočívá ve zvláštním rysu kosmologické fyziky, který není často poznamenán. Klíčovou funkci teorie, např. temná hmota, temná energie a inflace—každý svým vlastním způsobem vázána na paradigma velkého třesku—není popsat známé empirické jevy, ale spíše k udržení matematické soudržnost samotného rámce, zatímco účetnictví pro protichůdných vyjádření. V zásadě jsou to jména pro něco, co musí existovat, pokud se předpokládá, že rámec je všeobecně platný.,
každý nový rozpor mezi pozorováním a teorií může být samozřejmě sám o sobě považován za vzrušující příslib dalšího výzkumu, postupného zdokonalování pravdy. Ale když se sečtou, mohli by také navrhnout matoucí problém, který není vyřešen vylepšením parametrů nebo přidáním nových proměnných.
zvažte kontext problému a jeho historii. Jako matematicky řízená věda je kosmologická fyzika obvykle považována za extrémně přesnou., Ale vesmír je na rozdíl od jakéhokoli vědeckého předmětu na zemi. Teorie celého vesmíru, založená na našem malém sousedství jako jediném známém vzorku, vyžaduje mnoho zjednodušujících předpokladů. Když jsou tyto předpoklady násobeny a roztaženy na velké vzdálenosti, zvyšuje se potenciál chyb, což je dále umocněno našimi velmi omezenými prostředky testování.
Historicky, newtonovy fyzikální zákony tvoří teoretický rámec, který pracoval pro naši vlastní solární systém s pozoruhodnou přesností., Například Uran i Neptun byly objeveny prostřednictvím předpovědí založených na Newtonově modelu. Ale jak se váhy zvětšovaly, jeho platnost se ukázala jako omezená. Einsteinův obecný rámec relativity poskytl rozšířený a přesnější dosah za nejvzdálenější dosah naší vlastní galaxie. Ale jak daleko by to mohlo jít?,
paradigma velkého třesku, která se objevila v polovině 20. století skutečně táhne modelu je platnost do jakési nekonečno, definované buď jako hranice poloměr vesmíru (počítáno na 46 miliard světelných let), nebo ve smyslu počátku času. Tento obří úsek je založena na několika konkrétních objevů, jako je Edwin Hubble pozorování, že vesmír se zdá být rozšíření (v roce 1929) a detekci mikrovlnného záření na pozadí (v roce 1964)., Ale s ohledem na rozsah, tyto omezené pozorování měly nadměrný vliv na kosmologickou teorii.
je samozřejmě zcela věrohodné, že platnost obecné relativity se rozpadá mnohem blíže k našemu vlastnímu domovu než na okraji hypotetického konce vesmíru., A kdyby to tak bylo, dnes je vícevrstvý teoretické stavba paradigma velkého třesku by se ukáže být matoucí mix fiktivní zvířata vynalezl prosazovat model, spolu s empiricky platné proměnné vzájemně závislé jeden na druhého bodu, takže je možné třídit vědu od fikce.
Skládání tohoto problému, většina pozorování vesmíru vyskytují experimentálně a nepřímo., Dnešní vesmírné dalekohledy neposkytují přímý pohled na nic-vytvářejí měření Prostřednictvím souhry teoretických předpovědí a ohebných parametrů, do kterých je model zapojen na každém kroku. Rámec doslova rámuje problém; určuje, kde a jak pozorovat. A tak, navzdory pokročilým technologiím a metodám, hluboká omezení úsilí také zvyšují riziko, že budou vedeni na scestí druhem předpokladů, které nelze vypočítat.,
Poté, co strávil mnoho let zkoumáním základů kosmologické fyziky od filosofie vědy pohledu, nebyl jsem překvapen, slyšet někteří vědci se otevřeně mluví o krizi kosmologie. Ve velkém „inflace debata“ ve Scientific American před několika lety, hlavní část paradigma velkého třesku byl kritizován jedna teorie je původní navrhovatelé za to, že stát neobhajitelné jako vědecké teorie.
proč?, Protože inflační teorie se opírá o ad hoc vynálezy ubytovat téměř žádné údaje, a proto, že jeho navrhované fyzické oblasti není založeno na cokoliv empirické odůvodnění. Je to pravděpodobně proto, že klíčovou funkcí inflace je překlenout přechod od nepoznatelného velkého třesku k fyzice, kterou dnes můžeme rozpoznat. Takže je to věda nebo vhodný vynález?
několik astrofyziků, jako je Michael J.Disney, kritizovalo paradigma velkého třesku za nedostatek prokázaných jistot., Ve své analýze má teoretický rámec mnohem méně určitých pozorování než volné parametry, které je vylepšují-takzvaný „negativní význam“, který by byl alarmujícím znamením pro jakoukoli vědu. Jako Disney píše Americký Vědec: „skeptik je oprávněn pocit, že negativní význam, po tolik času, úsilí a ořezávání, není nic víc, než by se dalo očekávat z folktale neustále re-editoval, aby se vešly nevhodné nová pozorování.“
jak jsem diskutoval ve své nové knize metafyzické experimenty, za současnými problémy je hlubší historie., Samotná hypotéza velkého třesku se původně objevila jako nepřímý důsledek obecné relativity procházející přestavbou. Einstein učinil základní předpoklad o vesmíru, že byl statický v prostoru i čase, a aby jeho rovnice sečetly, přidal „kosmologickou konstantu“, pro kterou volně připustil, že neexistuje žádné fyzické ospravedlnění.,
Ale když Hubble pozoroval, že se vesmír rozpíná a Einsteinova řešení již zdálo, že dává smysl, některé matematické fyziky se snažil změnit základní předpoklad modelu: že vesmír byl stejný ve všech prostorových směrech, ale varianta v čase. Ne nevýznamně, tato teorie přišla s velmi slibnou výhodou: možnou fúzí mezi kosmologií a jadernou fyzikou. Mohl by statečný nový model atomu také vysvětlit náš vesmír?,
Od počátku, teorie mluvil jen na bezprostřední následky výslovně hypotetické události, jejichž hlavní funkce byla jako limitní stav, bod, ve kterém teorii rozbije. Teorie velkého třesku neříká nic o Velkém třesku; je to spíše možný hypotetický předpoklad pro řešení obecné relativity.
Na vrcholu tohoto undemonstrable, ale velmi produktivní hypotéza, patro po patře byla přidána neporušený, s výrazně rozšířeným váhy a nové rozpory., Vysvětlit pozorování galaxií v rozporu s obecnou teorií relativity, existence temné hmoty byla zmíněna jako neznámá a neviditelná forma hmoty, vypočte se tvoří více než čtvrtinu všech hmota-obsah energie ve vesmíru—za předpokladu, samozřejmě, že rámec je univerzálně platný. V roce 1998, kdy soubor supernova měření zrychlování galaxií se zdálo v rozporu s rámcem, objevila nová teorie o tajemné síly, tzv. temná energie, vypočtené vyplnit cca 70 procent hmoty-energie vesmíru.,
jádro dnešní kosmologické paradigma je, že v zájmu zachování matematicky jednotné teorie platné pro celý vesmír, musíme akceptovat, že 95 procent našeho vesmíru je zařízený zcela neznámých prvků a sil, pro které nemáme žádný empirický důkaz. Aby si vědec byl jistý tímto obrazem, vyžaduje výjimečnou víru v sílu matematického Sjednocení.
nakonec je hlavolam pro kosmologii jeho spoléhání se na rámec jako nezbytný předpoklad pro provádění výzkumu., Pro nedostatek jasné alternativy, jak poznamenává astrofyzik Disney, je to v jistém smyslu uvízlé v paradigmatu. Zdá se pragmatičtější přidat nové teoretické podlahy než přehodnotit základy.
na Rozdíl od vědeckého ideálu čím dál tím blíže k pravdě, to vypadá spíše jako kosmologie, abych si vypůjčil termín z technických studií, se stala cesta-závislé: overdetermined tím, že důsledky z jeho posledních vynálezů.,
Tento článek je založen na upravené výňatky z knihy Metafyzické Experimenty: Fyzika a Vynález Vesmíru, nakladatelství University of Minnesota Press.