ce știm cu adevărat despre universul nostru?
Născut dintr-o explozie cosmică 13.8 miliarde de ani, universul rapid umflate și apoi răcit, este încă în creștere la o rată de creștere și cea mai mare parte alcătuit din necunoscut de materie întunecată și energie întunecată … corect?,
această poveste binecunoscută este de obicei luată ca un fapt științific evident, în ciuda lipsei relative a dovezilor empirice-și în ciuda unei culturi constante de discrepanțe apărute cu observațiile universului îndepărtat.
În ultimele luni, noi măsurători de constanta Hubble, rata expansiunii universului, a sugerat că există diferențe majore între două metode independente de calcul., Discrepanțele privind rata de expansiune au implicații uriașe nu doar pentru calcul, ci pentru validitatea modelului standard actual al cosmologiei la scara extremă a cosmosului.
o altă sondă recentă a găsit galaxii incompatibile cu teoria materiei întunecate, care afirmă că această substanță ipotetică este peste tot. Dar, conform ultimelor măsurători, nu este, sugerând că teoria trebuie reexaminată.
poate că merită să ne oprim să ne întrebăm de ce astrofizicii presupun că materia întunecată este peste tot în univers., Răspunsul constă într-o trăsătură particulară a fizicii cosmologice care nu este adesea remarcată. O funcție crucială a teoriilor precum materia întunecată, energia întunecată și inflația—fiecare în felul său legat de paradigma big bang—nu este de a descrie fenomenele empirice cunoscute, ci mai degrabă de a menține coerența matematică a cadrului în sine, contabilizând observațiile discrepante. În mod fundamental, ele sunt nume pentru ceva care trebuie să existe în măsura în care se presupune că cadrul este universal valabil.,
fiecare nouă discrepanță între observație și teorie poate, desigur, în sine, să fie considerată o promisiune interesantă de mai multă cercetare, o rafinare progresivă către adevăr. Dar când se adaugă, ar putea sugera, de asemenea, o problemă mai confuză, care nu este rezolvată prin modificarea parametrilor sau adăugarea de noi variabile.
luați în considerare contextul problemei și istoricul acesteia. Ca știință matematică, fizica cosmologică este de obicei considerată a fi extrem de precisă., Dar cosmosul este diferit de orice subiect științific de pe pământ. O teorie a întregului univers, bazată pe propriul nostru cartier mic ca singurul eșantion cunoscut al acestuia, necesită o mulțime de ipoteze simplificatoare. Atunci când aceste ipoteze sunt multiplicate și întinse pe distanțe mari, potențialul de eroare crește, iar acest lucru este agravat și mai mult de mijloacele noastre foarte limitate de testare.
istoric, legile fizice ale lui Newton au constituit un cadru teoretic care a lucrat pentru propriul nostru sistem solar cu o precizie remarcabilă., Atât Uranus, cât și Neptun, de exemplu, au fost descoperite prin predicții bazate pe modelul lui Newton. Dar, pe măsură ce cântarul creștea, valabilitatea sa s-a dovedit limitată. Cadrul relativității generale a lui Einstein a oferit o acoperire extinsă și mai precisă dincolo de cele mai îndepărtate zone ale galaxiei noastre. Dar cât de departe ar putea merge?,
big bang paradigmă, care a apărut în mijlocul secolului 20 eficient se intinde validitatea modelului de la un fel de infinit, definit ca limita de raza universului (calculat la 46 miliarde de ani-lumină), sau în termeni de la începutul timpului. Această întindere uriașă se bazează pe câteva descoperiri concrete, cum ar fi observația lui Edwin Hubble că universul pare să se extindă (în 1929) și detectarea radiației de fond cu microunde (în 1964)., Dar având în vedere amploarea implicată, aceste observații limitate au avut o influență exagerată asupra teoriei cosmologice.
este, desigur, în întregime plauzibil faptul că validitatea relativității generale se descompune mult mai aproape de propria noastră casă decât la marginea capătului ipotetic al universului., Și dacă ar fi așa, edificiul teoretic multistrat de astăzi al paradigmei big bang s-ar dovedi a fi un amestec confuz de fiare fictive inventate pentru a susține modelul, împreună cu variabile empiric valide care se bazează reciproc unul pe celălalt până la punctul de a face imposibilă sortarea științei de ficțiune.
compunând această problemă, majoritatea observațiilor universului apar experimental și indirect., Telescoapele spațiale de astăzi nu oferă nicio vedere directă asupra nimic—ele produc măsurători printr-o interacțiune de predicții teoretice și parametri pliabili, în care modelul este implicat la fiecare pas. Cadrul încadrează literalmente problema, determină unde și cum să observe. Și astfel, în ciuda tehnologiilor avansate și a metodelor implicate, limitările profunde ale efortului cresc, de asemenea, riscul de a fi rătăcit de tipul de ipoteze care nu pot fi calculate.,
după ce am petrecut mulți ani cercetând bazele fizicii cosmologice dintr-o perspectivă a filosofiei științei, nu am fost surprins să aud unii oameni de știință vorbind deschis despre o criză în cosmologie. În marea „dezbatere a inflației” din Scientific American în urmă cu câțiva ani, o piesă cheie a paradigmei big bang a fost criticată de unul dintre susținătorii originali ai teoriei pentru că a devenit de neșters ca teorie științifică.
de ce?, Deoarece teoria inflației se bazează pe contrivanțe ad-hoc pentru a găzdui aproape orice date și pentru că câmpul său fizic propus nu se bazează pe nimic cu justificare empirică. Acest lucru se datorează probabil faptului că o funcție crucială a inflației este de a trece de la un big bang necunoscut la o fizică pe care o putem recunoaște astăzi. Deci, este știință sau o invenție convenabilă?
câțiva astrofizicieni, cum ar fi Michael J. Disney, au criticat paradigma big bang pentru lipsa de certitudini demonstrate., În analiza sa, cadrul teoretic are mult mai puține observații decât parametrii liberi pentru a le modifica—o așa-numită „semnificație negativă” care ar fi un semn alarmant pentru orice știință. După cum scrie Disney în American Scientist :” un sceptic are dreptul să simtă că o semnificație negativă, după atât de mult timp, efort și tăiere, nu este nimic mai mult decât s-ar aștepta de la un folclor reeditat constant pentru a se potrivi observațiilor incomode noi.”
așa cum am discuta în noua mea carte, experimente metafizice, există o istorie mai profundă în spatele problemelor actuale., Ipoteza big bang în sine a apărut inițial ca o consecință indirectă a relativității generale în curs de remodelare. Einstein a făcut o presupunere fundamentală despre univers, că era static atât în spațiu, cât și în timp, și pentru a face ecuațiile sale să se adauge, a adăugat o „constantă cosmologică”, pentru care a recunoscut în mod liber că nu există nicio justificare fizică.,
Dar când Hubble a observat că universul era în expansiune și soluția lui Einstein nu mai părea să aibă sens, unele matematice fizicienii au încercat să schimbe o presupunere fundamentală a modelului: că universul a fost același în toate direcții spațiale, dar varianta în timp. Nu nesemnificativ, această teorie a venit cu un avantaj foarte promițător: o posibilă fuziune între cosmologie și fizica nucleară. Ar putea noul model curajos al atomului să explice și universul nostru?,
De la început, teoria vorbit doar imediat după explicit ipotetic eveniment, a cărui funcție principală era ca o limită condiție, punctul în care teoria se descompune. Teoria Big bang-ului nu spune nimic despre big bang; este mai degrabă o posibilă premisă ipotetică pentru rezolvarea relativității generale.
pe lângă această ipoteză nedemonstrabilă, dar foarte productivă, podea după podea a fost adăugată intactă, cu scale extinse și noi discrepanțe., Pentru a explica observațiile de galaxii în contradicție cu teoria relativității generale, existența materiei întunecate a fost postulat ca un necunoscut și invizibil formă de materie calculat pentru a face mai mult de un sfert din toate mass-conținutul de energie din univers—presupunând, desigur, cadrul este universal valabil. În 1998, când un set de măsurători de supernove ale galaxiilor accelerate păreau în contradicție cu cadrul, a apărut o nouă teorie a unei forțe misterioase numită energie întunecată, calculată pentru a umple aproximativ 70% din energia de masă a universului.,
esența paradigmei cosmologice de astăzi este că, pentru a menține o teorie unificată matematic valabilă pentru întregul univers, trebuie să acceptăm că 95% din cosmosul nostru este furnizat de elemente și forțe complet necunoscute pentru care nu avem nicio dovadă empirică. Pentru ca un om de știință să fie încrezător în această imagine necesită o credință excepțională în puterea unificării matematice.
în cele din urmă, Enigma pentru Cosmologie este dependența sa de cadru ca o presupoziție necesară pentru efectuarea cercetării., Din lipsa unei alternative clare, după cum observă și astrofizicianul Disney, este într-un sens blocat de paradigmă. Pare mai pragmatic să adăugăm noi etaje teoretice decât să regândim fundamentele.
Contrar științifice ideal de a obține progresiv mai aproape de adevăr, arată mai degrabă ca cosmologie, pentru a împrumuta un termen de la tehnologia de studii, a devenit dependentă de cale: overdetermined prin implicațiile sale, ultimele invenții.,
acest articol se bazează pe fragmente editate din cartea experimente metafizice: fizica și invenția Universului, publicată de Universitatea din Minnesota Press.