Stále hledáme něco víc. A ani naše nejlepší odhady nám často nedávají vědět, kde to najdeme. V 19. století jsme se dohadovali o tom, proč slunce hoří - gravitace nebo spalování, aniž bychom tušili, že jde o termonukleární fúzi. Ve 20. století jsme se hádali o osudu vesmíru, ani jsme nepředpokládali, že se zrychluje do nicoty. Ale revoluce ve vědě jsou skutečné, a když k nim dojde, musíme revidovat spoustu všeho - někdy dokonce všeho - o čem se dříve věřilo, že je to pravda.
V našich znalostech je mnoho základních pravd, které zřídka zpochybňujeme, ale možná bychom měli. Jak jsme si jisti ve věži vědění, kterou jsme si vybudovali pro sebe?
Jak pravdivá je naše věda?
Podle hypotézy stárnutí světla počet fotonů za sekundu, který dostáváme od každého objektu, klesá úměrně s druhou mocninou vzdálenosti k ní, zatímco počet objektů, které vidíme, se zvyšuje s druhou mocninou vzdálenosti. Objekty by měly být červenější, ale vyzařovat konstantní počet fotonů za sekundu v závislosti na vzdálenosti. V rozpínajícím se vesmíru však postupem času přijímáme méně fotonů za sekundu, protože s přibývajícím vesmírem musí cestovat na dlouhé vzdálenosti a jejich energie také klesá během červeného posuvu. Jas povrchu klesá se vzdáleností - to je v souladu s našimi pozorováními.
Pokud by se ukázalo, že neutrina rychlejší než světlo, o nichž se hovořilo před několika lety, jsou pravdivá, museli bychom přehodnotit vše, co jsme věděli o relativitě a rychlostním limitu ve vesmíru. Pokud by se ukázalo, že Emdrive nebo jiný stroj na neustálý pohyb jsou skuteční, museli bychom revidovat vše, co jsme věděli o klasické mechanice a zákonu zachování hybnosti. Ačkoli tyto konkrétní výsledky nebyly dostatečně spolehlivé - tato neutrina se objevila v důsledku experimentální chyby a Emdrive nebyl testován na žádné úrovni významnosti - jednoho dne se můžeme s takovým výsledkem setkat.
Propagační video:
Nejdůležitějším testem nebude, zda se dostaneme do takové křižovatky. Naše skutečná víra ve vědeckou pravdu bude otestována, až budeme muset rozhodnout, co s tím budeme dělat.
Experimentální nastavení EmDrive v NASA Eagleworks, kde se pokusili provést izolované testy bezreagního motoru. Zjistili malý pozitivní výsledek, ale nebylo jasné, zda to souvisí s novou fyzikou nebo se systematickou chybou. Výsledky se nezdály spolehlivé a nelze je nezávisle opakovat. Revoluce ještě nenastala - zatím.
Věda je současně:
- Soubor znalostí zahrnující vše, co jsme se naučili pozorováním, změnami a experimentováním v našem vesmíru.
- Proces neustálého zpochybňování našich předpokladů, hledání mezer v našem chápání reality, hledání logických mezer a nekonzistencí a definování mezí našich znalostí novými, zásadními způsoby.
Všechno, co vidíme a slyšíme, vše, co naše přístroje najdou atd. - to vše může být příkladem správného záznamu vědeckých důkazů. Když se snažíme pořídit obraz vesmíru, musíme použít celou sadu dostupných vědeckých údajů. Nemůžeme vybrat výsledky nebo důkazy, které odpovídají našim preferovaným závěrům; musíme srazit všechny naše nápady s každým příkladem dobrých dat, která existují. Abychom vědu zvládli dobře, musíme tato data shromáždit, dát je kousek po kousku do konzistentní struktury a poté je jakkoli možné představit všemožným testům.
Nejlepší prací, jaké je vědec schopen, je snaha neustále vyvracet, neprokazovat nejposvátnější teorie a myšlenky.
Hubblův kosmický dalekohled (vlevo) je naše největší vlajková loď v historii astrofyziky, ale mnohem menší a méně výkonná než budoucí James Webb (uprostřed). Ze čtyř navrhovaných vlajkových misí pro 30. léta 20. století je nejambicióznější LUVOIR (vpravo). Pokusem dosáhnout nejtemnějšího vesmíru, vidět je ve vysokém rozlišení a na všech možných vlnových délkách, můžeme nebývalým způsobem vylepšit a otestovat naše chápání vesmíru.
To znamená zvýšit naši přesnost na každé další desetinné místo, které můžeme přidat; to znamená honit vyšší energie, nižší teploty, menší váhy a větší velikosti vzorků; to znamená jít nad rámec známého rozsahu platnosti teorie; to znamená teoretizaci nových pozorovaných účinků a vývoj nových experimentálních metod.
V určitém okamžiku nevyhnutelně najdete něco, co nezapadá do rámce získané moudrosti. Najdete něco v rozporu s tím, co jste očekávali. Získáte výsledek, který je v rozporu s vaší starou, již existující teorií. A až se to stane - pokud dokážete potvrdit tento rozpor, pokud obstojí v kontrole a skutečně se ukáže jako velmi, velmi skutečný - dosáhnete něčeho vynikajícího: budete mít vědeckou revoluci.
Jedním z revolučních aspektů relativistického pohybu, který navrhl Einstein, ale který dříve položili Lorentz, Fitzgerald a další, bylo to, že se rychle pohybující objekty zdály ve vesmíru smršťovat a časem zpomalit. Čím rychleji se pohybujete ve vztahu k něčemu v klidu, tím více se vaše délka stahuje a tím více času se zpomaluje vzhledem k vnějšímu světu. Tato malba - relativistická mechanika - nahradila starý newtonovský pohled na klasickou mechaniku.
Vědecká revoluce však zahrnuje víc než jen „staré pravdy se mýlí!“Toto je jen první krok. Může to být nezbytná součást revoluce, ale sama o sobě nestačí. Mohli bychom jít dál jednoduše tím, že jsme si všimli, kde a jak nám naše stará myšlenka selhává. Abychom posunuli vědu vpřed - a významně -, musíme najít kritickou chybu v našem předchozím způsobu myšlení a přehodnotit ji, dokud nedospějeme k pravdě.
Abychom toho dosáhli, musíme překonat ne jednu, ale tři hlavní překážky v našem úsilí o lepší porozumění vesmíru. Do revoluční vědecké teorie vstupují tři složky:
Mělo by to reprodukovat veškerý úspěch již existující teorie.
Musí vysvětlit nové výsledky, které byly v rozporu se starou teorií.
Musí vytvářet nové, testovatelné předpovědi, které ještě nebyly testovány a které lze buď potvrdit, nebo vyvrátit.
Jedná se o neuvěřitelně vysokou laťku, které je zřídka dosaženo. Když je však dosaženo, odměny se nepodobají ničemu jinému.
Jednou z největších záhad tisíciletí bylo, že se planety pohybovaly ve zjevném retrográdním - tedy opačném směru. To lze vysvětlit buď Ptolemaiově geocentrickým modelem (vlevo), nebo Koperníkovým heliocentrickým modelem (vpravo). Zjištění podrobností s vysokou přesností však vyžadovalo teoretické průlomy v našem chápání pravidel, která jsou základem pozorovaného jevu, což vedlo ke Keplerovým zákonům a Newtonově teorii univerzální gravitace.
Nováček - nová teorie - vždy nese důkazní břemeno, které nahradilo předchozí dominantní teorii, a to od ní vyžaduje řešení řady velmi obtížných problémů. Když se objevil heliocentrismus, musel vysvětlit všechny předpovědi planetárních pohybů, vzít v úvahu všechny výsledky, které heliocentrismus nedokázal vysvětlit (například pohyb komet a Jupiterovy měsíce), a vytvořit nové předpovědi - například existenci eliptických oběžných drah.
Když Einstein navrhl obecnou relativitu, měla jeho teorie reprodukovat všechny úspěchy newtonovské gravitace, stejně jako vysvětlit precesi perihelia Merkuru a fyziku objektů, jejichž rychlost se blíží světlu, a navíc potřebovala učinit nové předpovědi o tom, jak gravitace ohýbá hvězdné lesk.
Tento koncept se vztahuje i na naše myšlenky o původu samotného vesmíru. Aby se Velký třesk stal slavným, musel nahradit starou myšlenku statického vesmíru. To znamená, že to muselo odpovídat obecné teorii relativity, vysvětlovat Hubblovu expanzi vesmíru a poměr rudého posuvu a vzdálenosti a pak dělat nové předpovědi:
- O existenci a spektru kosmického mikrovlnného pozadí
- Na nukleosyntetickém obsahu lehkých prvků
- O formování velkoplošné struktury a vlastnostech shlukování hmoty pod vlivem gravitace.
To vše bylo zapotřebí pouze k nahrazení předchozí teorie.
Nyní přemýšlejte o tom, co by bylo zapotřebí k nahrazení jedné z předních vědeckých teorií současnosti. To není tak obtížné, jak si dokážete představit: stačilo by jediné pozorování jakéhokoli jevu, který je v rozporu s předpovědi Velkého třesku. Pokud byste v kontextu obecné relativity našli teoretický důsledek toho, že Velký třesk neodpovídá našim pozorováním, byli bychom opravdu na pokraji revoluce.
A tady je důležité: z toho nebude vyplývat, že všechno o Velkém třesku je špatné. Obecná relativita neznamená, že newtonovská gravitace je špatná; ukládá pouze omezení, kde a jak lze úspěšně aplikovat Newtonovu gravitaci. Stále bude přesně popisovat vesmír zrozený z horkého, hustého, rozpínajícího se stavu; popsat pozorovatelný vesmír s věkem mnoha miliard let (ale ne nekonečným věkem) stejným způsobem; řekne také o prvních hvězdách a galaxiích, prvních neutrálních atomech, prvních stabilních atomových jádrech.
Viditelná historie rozpínajícího se vesmíru zahrnuje horký a hustý stav velkého třesku a následný růst a formování struktury. Kompletní datový soubor, včetně pozorování světelných prvků a kosmického mikrovlnného pozadí, ponechává pouze Velký třesk jako vhodné vysvětlení toho, co vidíme. Predikce pozadí kosmického neutrina byla jednou z posledních velkých nepotvrzených předpovědí, které vyplynuly z teorie velkého třesku.
Ať už na tuto teorii přijde cokoli - ať už jde o cokoli přesahující naši současnou nejlepší teorii (a to platí pro všechny vědecké obory) - prvním krokem je reprodukovat všechny úspěchy této teorie. Teorie statického vesmíru, které bojují proti velkému třesku? Nedokáží to udělat. Totéž platí pro elektrický vesmír a kosmologickou plazmu; totéž lze říci o unaveném světle, o topologické vadě a kosmických řetězcích.
Možná jednoho dne dosáhneme dostatečného teoretického pokroku, aby se jedna z těchto alternativ změnila v něco, co odpovídá celé sadě pozorovatelných, nebo se možná objeví nová alternativa. Ale tento den není dnes a mezitím inflační vesmír s velkým třeskem, s radiací, obyčejnou hmotou, temnou hmotou a energií, vysvětluje celou sadu absolutně všeho, co jsme kdy pozorovali. A prozatím je jediná svého druhu.
Je však důležité si uvědomit, že k tomuto obrázku jsme dospěli právě proto, že jsme se nezaměřili na jeden pochybný výsledek, který by se mohl zhroutit. Máme desítky řádků nezávislých důkazů, které nás vedou ke stejnému závěru znovu a znovu. I když se ukáže, že vůbec nerozumíme supernovám, bude stále potřebná temná energie; i když se ukáže, že rotaci galaxií vůbec nerozumíme, temná hmota bude stále zapotřebí; i když se ukáže, že mikrovlnné pozadí neexistuje, Velký třesk bude stále nezbytný.
Vesmír může být v detailech úplně odlišný. A doufám, že žiji dost dlouho na to, abych viděl nový Einstein, který bude výzvou pro moderní teorie - a vyhraje. Naše nejlepší teorie se nemýlí, prostě nejsou dostatečně úplné. A to znamená, že je lze nahradit pouze úplnější teorií, která bude nevyhnutelně zahrnovat všechno, obecně všechno na tomto světě - a vysvětlit to.
Ilya Khel