Stále hľadáme niečo viac. A ani naše najlepšie odhady nám často nedajú vedieť, kde to nájdeme. V 19. storočí sme sa dohadovali o tom, prečo slnko horí - gravitácia alebo spaľovanie, pričom sme ani len netušili, že v hmote figuruje termonukleárna fúzia. V 20. storočí sme polemizovali o osude vesmíru bez toho, aby sme predpokladali, že sa zrýchľuje do prázdna. Ale revolúcie vo vede sú skutočné, a keď k nim dôjde, musíme zrevidovať veľa všetkého - niekedy dokonca všetkého - o čom sa predtým verilo, že je pravda.
V našom poznaní je veľa základných právd, ktoré zriedka spochybňujeme, ale možno by sme mali. Nakoľko sme si istí vežou poznania, ktorú sme si sami vytvorili?
Aká pravdivá je naša veda?
Podľa hypotézy starnutia svetla počet fotónov za sekundu, ktoré dostávame od každého objektu, klesá úmerne so štvorcom vzdialenosti od neho, zatiaľ čo počet objektov, ktoré vidíme, rastie so štvorcom vzdialenosti. Objekty by mali byť červenšie, ale emitovať konštantný počet fotónov za sekundu v závislosti od vzdialenosti. Avšak v rozpínajúcom sa vesmíre prijímame časom menej fotónov za sekundu, pretože musia pri rozširovaní vesmíru cestovať na veľké vzdialenosti a ich energia tiež klesá počas červeného posuvu. Jas povrchu klesá so vzdialenosťou - to je v súlade s našimi pozorovaniami.
Keby sa ukázalo, že neutrína rýchlejšie ako svetlo, o ktorých sa hovorilo pred niekoľkými rokmi, sú pravdivé, museli by sme prehodnotiť všetko, čo sme vedeli o relativite a rýchlostnom limite vo vesmíre. Ak by sa Emdrive alebo iný stroj na trvalý pohyb ukázal ako skutočný, museli by sme revidovať všetko, čo sme vedeli o klasickej mechanike a zákone zachovania hybnosti. Aj keď tieto konkrétne výsledky neboli dostatočne spoľahlivé - tieto neutrína sa objavili kvôli experimentálnej chybe a Emdrive nebol testovaný na žiadnej významnej úrovni - jedného dňa sa takémuto výsledku môžeme stretnúť.
Propagačné video:
Najdôležitejšou skúškou nebude, či sa dostaneme na takúto križovatku. Naša pravá viera vo vedeckú pravdu bude preverená, keď sa budeme musieť rozhodnúť, čo s tým urobíme.
Experimentálne nastavenie EmDrive v NASA Eagleworks, kde sa pokúsili vykonať izolované testy bezreagovaného motora. Zistili malý pozitívny výsledok, ale nebolo jasné, či to súviselo s novou fyzikou alebo so systematickou chybou. Výsledky sa nejavili spoľahlivé a nebolo ich možné opakovať nezávisle. Revolúcia sa ešte nestala - zatiaľ.
Veda je súčasne:
- Súbor poznatkov obsahujúcich všetko, čo sme sa naučili pozorovaním, zmenami a experimentmi v našom vesmíre.
- Proces neustáleho spochybňovania našich predpokladov, pokusov o nájdenie dier v našom chápaní reality, hľadania logických medzier a nezrovnalostí a definovania hraníc našich vedomostí novými, zásadnými spôsobmi.
Všetko, čo vidíme a počujeme, všetko, čo naše prístroje nájdu, atď. - to všetko môže byť príkladom vedeckých dôkazov, ktoré sa môžu správne zaznamenať. Keď sa pokúšame zostaviť obraz vesmíru, musíme použiť celú dostupnú sadu vedeckých údajov. Nemôžeme zvoliť výsledky alebo dôkazy, ktoré zodpovedajú našim preferovaným záverom; musíme spojiť všetky svoje nápady s každým príkladom dobrých údajov, ktoré existujú. Aby sme vedu zvládli dobre, musíme tieto údaje zhromaždiť, vložiť ich kúsok po kúsku do konzistentnej štruktúry a potom ich podrobiť všemožným testom, a to akýmkoľvek možným spôsobom.
Najlepšou prácou, akej je vedec schopný, je snažiť sa neustále vyvracať, nie dokazovať najposvätnejšie teórie a nápady.
Hubblov vesmírny ďalekohľad (vľavo) je naše najväčšie vlajkové observatórium v histórii astrofyziky, ale oveľa menšie a menej výkonné ako budúci James Webb (v strede). Zo štyroch navrhovaných vlajkových misií do 30. rokov 20. storočia je najambicióznejší LUVOIR (vpravo). Pokusom dostať sa do najtemnejších častí vesmíru, vidieť ich vo vysokom rozlíšení a na všetkých možných vlnových dĺžkach, môžeme bezprecedentným spôsobom vylepšiť a otestovať naše chápanie vesmíru.
To znamená zvýšiť našu presnosť na každé ďalšie desatinné miesto, ktoré môžeme pridať; to znamená honiť vyššie energie, nižšie teploty, menšie váhy a väčšie veľkosti vzoriek; to znamená ísť nad rámec známeho rozsahu platnosti teórie; to znamená teoretizáciu nových pozorovaných účinkov a vývoj nových experimentálnych metód.
V určitom okamihu nevyhnutne nájdete niečo, čo nezapadá do rámca získanej múdrosti. Nájdete niečo, čo je v rozpore s tým, čo ste očakávali. Získate výsledok, ktorý je v rozpore s vašou starou, už existujúcou teóriou. A keď sa to stane - ak môžete tento rozpor potvrdiť, ak sa postaví na kontrolu a skutočne sa preukáže ako veľmi, veľmi existujúci - dosiahnete niečo vynikajúce: budete mať vedeckú revolúciu.
Jedným z revolučných aspektov relativistického pohybu, ktorý predložil Einstein, ale ktorý predtým položili Lorentz, Fitzgerald a ďalší, bolo to, že sa rýchlo pohybujúce sa objekty akoby sťahovali vo vesmíre a spomalili v čase. Čím rýchlejšie sa pohybujete vo vzťahu k niečomu v pokoji, tým viac sa vaša dĺžka sťahuje a tým viac času sa oproti vonkajšiemu svetu spomaľuje. Táto maľba - relativistická mechanika - nahradila starý newtonovský pohľad na klasickú mechaniku.
Vedecká revolúcia však nezahŕňa iba „staré pravdy sa mýlia!“Toto je iba prvý krok. Môže to byť nevyhnutná súčasť revolúcie, ale sama o sebe nie je dostatočná. Mohli by sme ísť ďalej jednoducho tým, že si všimneme, kde a ako nám zlyháva náš starý nápad. Aby sme posunuli vedu vpred - a významne -, musíme nájsť kritickú chybu v našom predchádzajúcom spôsobe myslenia a prehodnotiť ju, kým nedospejeme k pravde.
Aby sme to dosiahli, musíme prekonať nie jednu, ale tri hlavné prekážky v našom úsilí o zlepšenie porozumenia vesmíru. Existujú tri komponenty, ktoré vstupujú do revolučnej vedeckej teórie:
Mala by reprodukovať všetok úspech už existujúcej teórie.
Musí vysvetliť nové výsledky, ktoré boli v rozpore so starou teóriou.
Musí obsahovať nové, testovateľné predpovede, ktoré ešte neboli testované a ktoré je možné potvrdiť alebo vyvrátiť.
Toto je neuveriteľne vysoká latka, na ktorú sa málokedy dosiahne. Keď sa to však dosiahne, odmeny sa nepodobajú ničomu inému.
Jednou z veľkých záhad 1500-tych rokov bolo, že planéty sa pohybujú zdanlivo retrográdne - teda opačným smerom. To by sa dalo vysvetliť buď Ptolemaiovým geocentrickým modelom (vľavo), alebo Koperníkovým heliocentrickým modelom (vpravo). Avšak zisťovanie detailov s vysokou presnosťou si vyžadovalo teoretické objavy v chápaní pravidiel, ktoré sú základom pozorovaného javu, čo viedlo ku Keplerovým zákonom a Newtonovej teórii univerzálnej gravitácie.
Nováčik - nová teória - vždy nesie dôkazné bremeno, ktoré nahradzuje predchádzajúcu dominantnú teóriu, a to si vyžaduje riešenie mnohých veľmi zložitých problémov. Keď sa objavil heliocentrizmus, musel vysvetliť všetky predpovede planetárnych pohybov, zohľadniť všetky výsledky, ktoré heliocentrizmus nedokázal vysvetliť (napríklad pohyb komét a Jupiterove mesiace), a vytvoriť nové predpovede - napríklad existenciu eliptických dráh.
Keď Einstein navrhol všeobecnú teóriu relativity, mala jeho teória reprodukovať všetky úspechy newtonovskej gravitácie, ako aj vysvetliť precesiu perihélia Merkúra a fyziku objektov, ktorých rýchlosť sa blíži k svetlu, a navyše potrebovala nové predpovede o tom, ako gravitácia ohýba hviezdne svietiť.
Tento koncept sa rozširuje aj na naše myšlienky o pôvode samotného vesmíru. Aby sa Veľký tresk stal slávnym, musel nahradiť starú myšlienku statického vesmíru. To znamená, že to muselo zodpovedať všeobecnej teórii relativity, vysvetľovať Hubblovu expanziu vesmíru a pomer červeného posunu a vzdialenosti a potom robiť nové predpovede:
- O existencii a spektre kozmického mikrovlnného pozadia
- Na nukleosyntetickom obsahu ľahkých prvkov
- O formovaní rozsiahlej štruktúry a vlastnostiach zhlukovania hmoty pod vplyvom gravitácie.
Toto všetko bolo potrebné iba na nahradenie predchádzajúcej teórie.
Teraz sa zamyslite nad tým, čo by bolo potrebné na nahradenie jednej z popredných vedeckých teórií súčasnosti. To nie je také ťažké, ako si dokážete predstaviť: stačilo by iba jedno pozorovanie každého javu, ktorý je v rozpore s predpoveďami Veľkého tresku. Ak by ste v kontexte všeobecnej teórie relativity mohli nájsť teoretický dôsledok toho, že Veľký tresk nezodpovedá našim pozorovaniam, boli by sme skutočne na pokraji revolúcie.
A tu je dôležité: z toho nebude vyplývať, že všetko okolo Veľkého tresku je zlé. Všeobecná relativita neznamená, že newtonovská gravitácia je nesprávna; ukladá iba obmedzenia v tom, kde a ako sa úspešne použije newtonovská gravitácia. Stále bude presne popisovať Vesmír zrodený z horúceho, hustého, rozpínavého stavu; opísať pozorovateľný Vesmír s vekom mnohých miliárd rokov (nie však s nekonečným vekom) rovnakým spôsobom; povie tiež o prvých hviezdach a galaxiách, prvých neutrálnych atómoch, prvých stabilných atómových jadrách.
Viditeľná história rozpínajúceho sa vesmíru zahŕňa horúci a hustý stav Veľkého tresku a následný rast a formovanie štruktúry. Celý súbor údajov vrátane pozorovaní svetelných prvkov a kozmického mikrovlnného pozadia ponecháva iba Veľký tresk ako vhodné vysvetlenie toho, čo vidíme. Predpoveď kozmického neutrínového pozadia bola jednou z posledných veľkých nepotvrdených predpovedí, ktoré vyplynuli z teórie Veľkého tresku.
Nech už na túto teóriu príde čokoľvek - čokoľvek ide nad rámec našej súčasnej najlepšej teórie (a platí to pre všetky vedecké oblasti) - prvým krokom je zopakovanie všetkých úspechov tejto teórie. Teórie statického vesmíru, ktoré bojujú proti veľkému tresku? Nie sú schopní to urobiť. To isté platí pre elektrický vesmír a kozmologickú plazmu; to isté sa dá povedať o unavenom svetle, topologickom defekte a kozmických strunách.
Možno niekedy urobíme dostatok teoretického pokroku, aby sa jedna z týchto alternatív zmenila na niečo, čo zodpovedá celej množine pozorovateľných, alebo sa možno objaví nová alternatíva. Ale tento deň nie je dnes a medzitým inflačný vesmír s veľkým treskom, so žiarením, bežnou hmotou, temnou hmotou a energiou, vysvetľuje celú sadu absolútne všetkého, čo sme kedy pozorovali. A zatiaľ je jediná svojho druhu.
Je však dôležité pamätať na to, že k tomuto obrázku sme dospeli práve preto, že sme sa nesústredili na jeden pochybný výsledok, ktorý by sa mohol zrútiť. Máme desiatky riadkov nezávislých dôkazov, ktoré nás vedú stále k rovnakému záveru znova a znova. Aj keď sa ukáže, že vôbec nerozumieme supernovám, bude stále potrebná tmavá energia; aj keď sa ukáže, že rotácii galaxií vôbec nerozumieme, tmavá hmota bude stále potrebná; aj keď sa ukáže, že mikrovlnné pozadie neexistuje, Veľký tresk bude stále nevyhnutný.
Vesmír môže byť v detailoch úplne iný. A dúfam, že budem žiť dosť dlho na to, aby som sa objavil nový Einstein, ktorý bude výzvou pre moderné teórie - a vyhrá. Naše najlepšie teórie sa nemýlia, len nie sú dosť úplné. A to znamená, že ich môže nahradiť iba úplnejšia teória, ktorá bude nevyhnutne obsahovať všetko, vo všeobecnosti všetko na tomto svete - a vysvetliť to.
Iľja Khel