Mitä me todella tiedämme maailmankaikkeudesta?
Syntynyt kosminen räjähdys 13.8 miljardia vuotta sitten, maailmankaikkeuden liian nopeasti, ja sitten se jäähdytettiin, se laajenee yhä kiihtyvällä nopeudella ja enimmäkseen koostuu tuntematon pimeä aine ja pimeä energia … eikö niin?,
Tämä tunnettu tarina otetaan yleensä itsestään selvä tieteellinen fakta, vaikka suhteellinen puute empiiristä näyttöä—ja huolimatta tasaisen sadon erot johtuvat havaintoja kaukaisesta maailmankaikkeuden.
viime kuukausina, uusi mittaukset Hubblen vakio, rate of universal laajennus, ehdotti suuria eroja kahden riippumattoman laskentamenetelmiä., Eroja on kasvuvauhtimme on valtavia vaikutuksia, ei vain laskettaessa, mutta validiteetin kannalta kosmologia on nykyinen standardi malli äärilaidassa asteikot cosmos.
Toinen tuore-luotain löysi galaksit ristiriidassa teoria pimeän aineen, joka arvelee, tämä hypoteettinen ainetta täytyy olla kaikkialla. Mutta uusimpien mittausten mukaan se ei ole, mikä viittaa siihen, että teoriaa on tarkasteltava uudelleen.
kannattaa ehkä pysähtyä kysymään, miksi astrofyysikot hypotesoivat pimeän aineen olevan kaikkialla maailmankaikkeudessa., Vastaus piilee kosmologisen fysiikan erikoispiirteessä, josta ei usein huomauteta. Keskeinen toiminto teorioita, kuten pimeä aine, pimeä energia-ja inflaatio—kukin omalla tavallaan sidottu big bang paradigma—ei ole kuvaamaan tunnettuja empiirisiä ilmiöitä, vaan pikemminkin ylläpitää matemaattinen johdonmukaisuutta puitteet itse, kun osuus poikkeavien havaintojen. Pohjimmiltaan ne ovat nimiä johonkin, jonka on oltava olemassa, sikäli kuin puitteiden oletetaan olevan yleisesti päteviä.,
Jokainen uusi ristiriita havainto ja teoria voi, tietenkin, ja itse katsotaan jännittävä lupaus lisää tutkimusta, asteittainen tarkentaminen kohti totuutta. Mutta kun ne täsmäävät, ne voisivat myös ehdottaa enemmän hämmentävä ongelma, jota ei ratkaista säätämällä parametreja tai lisäämällä uusia muuttujia.
harkitse ongelman kontekstia ja sen historiaa. Matemaattisesti suuntautuneena tieteenä kosmologisen fysiikan ajatellaan yleensä olevan äärimmäisen tarkkaa., Mutta kosmos on erilainen kuin mikään tieteellinen aihe maan päällä. Teoria maailmankaikkeudesta, joka perustuu meidän oma pieni naapuruston ainoa tunnettu näyte, vaatii paljon yksinkertaistaa oletuksia. Kun nämä oletukset ovat moninkertaistuneet ja venytetty koko pitkät etäisyydet, mahdollinen virhe kasvaa, ja tämä on edelleen pahentaa meidän hyvin rajalliset keinot testaus.
Historiallisesti, Newtonin fysiikan lakien koostuu teoreettisesta viitekehyksestä, joka toimi aurinkokuntamme huomattavan tarkasti., Sekä Uranus että esimerkiksi Neptunus löydettiin Newtonin malliin perustuvien ennusteiden avulla. Mutta kun vaaka kasvoi suuremmaksi, sen pätevyys osoittautui vähäiseksi. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria tarjosi laajemman ja tarkemman ulottuvuuden oman galaksimme kauimmaisimpiin ulottuvuuksiin. Mutta kuinka pitkälle se voisi mennä?,
big bang paradigma, joka syntyi puolivälissä 20-luvulla tehokkaasti ulottuu malli on voimassa eräänlainen ääretön, on määritelty joko rajan säde maailmankaikkeuden (laskettuna 46 miljardia valovuotta), tai suhteen alusta asti. Tämä jättiläinen venyttää perustuu muutamia konkreettisia löytöjä, kuten Edwin Hubblen havainto, että maailmankaikkeus näyttää laajenevan (1929) ja havaitseminen taustasäteilyä (vuonna 1964)., Mutta kun otetaan huomioon mittakaava, nämä vähäiset havainnot ovat vaikuttaneet huomattavasti kosmologiseen teoriaan.
– Se on, tietenkin, täysin uskottavalta, että voimassa yleinen suhteellisuusteoria hajoaa paljon lähempänä omaa kotia kuin reunalla hypoteettinen maailmankaikkeuden loppu., Ja jos niin on, tänään on monikerroksinen teoreettinen rakennelma big bang paradigma olisi osoittautua hämmentävä sekoitus kuvitteellinen petoja keksi puolustaa malli, sekä empiirisesti valideja muuttujia keskenään riippuvaisia toisiaan siihen pisteeseen, jolloin se on mahdotonta lajitella science fiction.
Pahentaa tätä ongelmaa, useimmat havainnot maailmankaikkeuden esiintyä kokeellisesti ja välillisesti., Tänään on tilaa kaukoputket tarjoavat ei suoraan näytä mitään—ne tuottavat mittausten kautta saatu teoreettinen ennustukset ja taipuisa parametrit, jossa malli on mukana joka askeleella. Kehys kirjaimellisesti kehystää ongelmaa; se määrittää, missä ja miten tarkkailla. Ja niin, vaikka kehittynyttä teknologiaa ja menetelmiä mukana, syvällinen rajoituksia pyrkimys on myös lisätä riskiä on johtanut harhaan sellaisia oletuksia, joita ei voida laskea.,
vietettyään monta vuotta tutkimiseen perustan kosmologisen fysiikan, filosofian, tieteen näkökulmasta, en ole yllättynyt kuullessani, että jotkut tutkijat avoimesti puhua kriisistä kosmologia. Iso ”inflaatio keskustelu” Scientific American muutama vuosi sitten, avain pala big bang paradigma on arvostellut yksi teoria on alkuperäinen kannattajat varten on tullut kestämätön kuin tieteellinen teoria.
Miksi?, Koska inflaatio-teoria nojaa ad hoc päähänpistosta mahtuu lähes mitään tietoja, ja koska sen ehdotettu fyysinen kenttä ei perustu mitään empiiristä perustetta. Tämä johtuu luultavasti siitä, että inflaation keskeinen tehtävä on yhdistää siirtyminen tuntemattomasta alkuräjähdyksestä fysiikkaan, jonka voimme nykyään tunnistaa. Onko se siis tiedettä vai kätevä keksintö?
muutama astrofyysikkoja, kuten Michael J. Disney, ovat arvostelleet big bang paradigma sen puute osoittaa varmuutta., Hänen analyysi, teoreettinen viitekehys on paljon vähemmän tiettyjä havaintoja kuin vapaita parametreja nipistää niitä—niin sanottu ”negatiivinen merkitys”, että olisi hälyttävä merkki mistään tiedettä. Kuten Disney kirjoittaa Amerikkalainen Tiedemies: ”skeptikko on oikeus tuntea, että negatiivinen merkitys, kun niin paljon aikaa, vaivaa ja leikkaus, ei ole mitään muuta kuin voisi odottaa kansantarina jatkuvasti uudelleen muokattu sopivaksi hankalaa uusia havaintoja.”
kun käsittelen uudessa kirjassani metafyysisiä kokeita, nykyisten ongelmien taustalla on syvempi historia., Alkuräjähdyshypoteesi itsessään syntyi alun perin epäsuorana seurauksena yleisestä suhteellisuusteoriasta, joka uudistuu. Einstein oli tehty perusoletus siitä, että se oli staattinen sekä tilaa ja aikaa, ja tehdä hänen yhtälöt lisätä ylös, hän lisäsi, ”kosmologinen vakio”, jonka hän vapaasti myönsi, ei ollut mitään fyysistä perustetta.,
Mutta kun Hubble havaittiin, että maailmankaikkeus laajeni ja Einsteinin ratkaisu ei enää tuntunut järkevältä, jotkut matemaattiset fyysikot yrittivät muuttaa perustavanlaatuinen oletus malli: että maailmankaikkeus oli sama kaikissa paikkatietojen suuntiin, mutta variantti ajoissa. Ei vähäpätöisesti, tämä teoria tuli erittäin lupaava etu: mahdollinen yhdistyminen kosmologian ja ydinfysiikan. Voisiko atomin Uljas uusi malli selittää myös universumimme?,
alusta Alkaen, teoria vain puhui jälkimainingeissa nimenomaisesti hypoteettinen tapahtuma, jonka pääasiallinen tehtävä oli rajoittaa ehto, kohta, jossa teoria hajoaa. Alkuräjähdysteoria ei sano alkuräjähdyksestä mitään, vaan se on pikemminkin mahdollinen hypoteettinen lähtökohta yleisen suhteellisuusteorian ratkaisemiseksi.
tämän Päälle undemonstrable mutta erittäin tuottava hypoteesi, lattia, kun lattia on lisätty, ehjä, huomattavasti laajennettu asteikot ja uuden eroja., Selittää galaksit ristiriidassa yleisen suhteellisuusteorian, olemassaolon pimeää ainetta oli posited kuin tuntematon ja näkymätön muoto väliä laskettu muodostavat yli neljänneksen kaikista massa-energiasisältö maailmankaikkeudessa—olettaen tietenkin, puitteissa on yleisesti voimassa. Vuonna 1998, kun joukko supernova mittaukset nopeuttaa galaksit näyttivät ristiriidassa framework, uusi teoria syntyi salaperäinen voima nimeltä pimeä energia, joka on laskettu täyttää noin 70 prosenttia massa-energia maailmankaikkeuden.,
ydin tänään on kosmologisen paradigma on, että voidakseen säilyttää matemaattisesti yhtenäinen teoria, joka on voimassa koko maailmankaikkeuden, meidän on hyväksyttävä, että 95 prosenttia meidän kosmos on kalustettu täysin tuntemattomia tekijöitä ja voimia, joista meillä ei ole empiirisiä todisteita. Jotta tiedemies voi luottaa tähän kuvaan, se vaatii poikkeuksellista uskoa matemaattisen yhdistymisen voimaan.
lopulta arvoitus kosmologia on sen riippuvuus framework on välttämätön edellytys tutkimuksen harjoittamiseen., Selkeän vaihtoehdon puutteessa, kuten astrofyysikko Disney myös toteaa, se on tavallaan kiinni paradigmasta. Tuntuu pragmaattisemmalta lisätä uusia teoreettisia kerroksia kuin miettiä perusasioita uudelleen.
Vastoin tieteen ihannetta saada asteittain lähempänä totuutta, se näyttää pikemminkin kuin kosmologia, lainata termi teknologia tutkimuksissa on tullut polku-riippuvainen: overdetermined, jonka vaikutukset menneisyyden keksintöjä.,
Tämä artikkeli perustuu muokattu otteita kirjasta Metafyysinen Kokeet: Fysiikka ja Keksintö Maailmankaikkeuden julkaisema University of Minnesota Press.