Mindig keresünk még valamit. És még a legjobb tippjeink is gyakran nem tudatják velünk, hol találjuk meg. A 19. században azon vitatkoztunk, hogy miért ég a nap - a gravitáció vagy az égés, anélkül, hogy sejtettük volna, hogy termonukleáris fúzióról van szó. A 20. században vitatkoztunk az univerzum sorsáról, nem is feltételezve, hogy a semmibe gyorsul. De a forradalom a tudományban valóságos, és amikor megtörténnek, akkor sok mindent - néha még mindent - is felül kell vizsgálnunk, amit korábban igaznak hittek.
Sok alapvető igazság van tudomásunkban, amelyet ritkán kérdőjelezünk meg, de talán meg kellene. Mennyire vagyunk magabiztosak a tudás tornyában, amelyet magunknak építettünk?
Mennyire igaz a tudományunk?
A fény öregedési hipotézise szerint az egyes tárgyaktól kapott fotonok száma másodpercenként a hozzá tartozó távolság négyzetével arányosan csökken, míg a látott tárgyak száma a távolság négyzetével növekszik. Az objektumoknak vörösebbeknek kell lenniük, de a távolságtól függően állandó számú fotont bocsátanak ki másodpercenként. Egy táguló univerzumban azonban idővel másodpercenként kevesebb fotont kapunk, mivel az univerzum tágulásakor nagy távolságokat kell megtenniük, és az energiájuk is csökken a vöröseltolódás során. A felület fényereje a távolságtól függően csökken - ez összhangban áll megfigyeléseinkkel.
Ha a fénynél gyorsabb neutrínók, amelyekről néhány évvel ezelőtt beszéltek, igaznak bizonyulnak, át kell gondolnunk mindazt, amit a relativitásról és a világegyetem sebességkorlátozásáról tudtunk. Ha az Emdrive vagy egy másik örökmozgó gép valóságosnak bizonyulna, akkor mindent felül kellene vizsgálnunk, amit a klasszikus mechanikáról és a lendület megőrzésének törvényéről tudtunk. Bár ezek a specifikus eredmények nem voltak elég megbízhatóak - ezek a neutrínók kísérleti hibák miatt jelentek meg, és az Emdrive-t még nem tesztelték semmilyen jelentőségi szinten - egy nap szembesülhetünk egy ilyen eredménnyel.
Promóciós videó:
A legfontosabb teszt nem az lesz, hogy eljutunk-e egy ilyen kereszteződésig. A tudományos igazságba vetett valódi hitünket akkor teszteljük, amikor el kell döntenünk, mit tegyünk ez ellen.
Kísérleti EmDrive-beállítás a NASA Eagleworksnél, ahol egy reakció nélküli motor izolált tesztelését próbálták elvégezni. Apró pozitív eredményt találtak, de nem volt világos, hogy az új fizikához vagy szisztematikus hibához kapcsolódik-e. Az eredmények nem tűntek megbízhatónak és nem ismételhetők meg önállóan. A forradalom még nem történt meg.
A tudomány egyszerre:
- Olyan tudásanyag, amely mindent felölel, amit univerzumunk megfigyeléséből, megváltoztatásából és kísérletezéséből tanultunk.
- Folyamatunk, hogy feltételezéseinket folyamatosan megkérdőjelezzük, megpróbálunk lyukakat találni a valóság megértésében, logikai kiskapukat és következetlenségeket keressünk, és új, alapvető módszerekkel határozzuk meg ismereteink határait.
Minden, amit látunk és hallunk, minden, amit műszereink találnak, és így tovább - mindez a tudományos bizonyítékok példája lehet, ha helyesen rögzítik őket. Amikor megpróbálunk képet alkotni az univerzumról, a rendelkezésre álló tudományos adatok teljes készletét fel kell használnunk. Nem választhatunk olyan eredményeket vagy bizonyítékokat, amelyek megfelelnek az általunk preferált következtetéseknek; össze kell ütnünk minden elképzelésünket a létező jó adatok minden példájával. A tudomány jól elvégzéséhez ezeket az adatokat össze kell gyűjtenünk, darabonként önálló struktúrába kell helyezni, majd mindenféle tesztnek alá kell vetnünk, bármilyen elképzelhető módon.
A legjobb munka, amire egy tudós képes, az a legszentebb elméletek és elképzelések állandó megcáfolása, nem bizonyítása.
A Hubble űrtávcső (bal oldalon) a legnagyobb zászlóshajó csillagvizsgálónk az asztrofizika történetében, de sokkal kisebb és kevésbé erős, mint a leendő James Webb (középen). A 2030-as évek négy javasolt zászlóshajója közül a LUVOIR (jobbra) a legambiciózusabb. Ha megpróbáljuk elérni a világegyetem legsötétebb részét, nagy felbontásban és minden lehetséges hullámhosszon látni őket, példátlan módon javíthatjuk és tesztelhetjük a kozmosz megértését.
Ez azt jelenti, hogy növeljük a pontosságunkat minden további tizedesjegyig, amit hozzáadhatunk; ez magasabb energiák, alacsonyabb hőmérsékletek, kisebb mérlegek és nagyobb mintaméretek üldözését jelenti; ez azt jelenti, hogy túllépünk az elmélet ismert érvényességi tartományán; ez új megfigyelt hatások elméleti felfogását és új kísérleti módszerek kidolgozását jelenti.
Valamikor elkerülhetetlenül talál valamit, ami nem fér bele a megszerzett bölcsesség kereteibe. Talál valamit, ami ellentétes azzal, amit várt. Olyan eredményt kap, amely ellentmond a régi, már létező elméletének. És amikor ez megtörténik - ha igazolni tudja ezt az ellentmondást, ha kiáll az ellenőrzés mellett, és valóban nagyon-nagyon létezőnek mutatja magát -, akkor valami kiválót fog elérni: tudományos forradalmat fog elérni.
A relativisztikus mozgás egyik forradalmi aspektusa, amelyet Einstein terjesztett elő, de korábban Lorentz, Fitzgerald és mások megfogalmazták, az volt, hogy a gyorsan mozgó tárgyak a térben összehúzódni látszottak és az időben lassultak. Minél gyorsabban mozog valamihez a nyugalmi helyzetben, annál jobban összehúzódik a hossza, és annál inkább lelassul az idő a külvilághoz képest. Ez a festmény - relativisztikus mechanika - felváltotta a klasszikus mechanika régi newtoni nézetét.
A tudományos forradalom azonban nem csupán a "régi igazságokat tévedik"! Ez csak az első lépés. Lehet, hogy a forradalom szükséges része, de önmagában nem elegendő. Haladhatunk egyszerűen azzal, hogy észrevesszük, hol és hogyan bukik meg bennünk régi elképzelésünk. A tudomány előrelépéséhez - és jelentősen - meg kell találnunk egy kritikus hibát a korábbi gondolkodásmódunkban, és át kell gondolnunk, amíg el nem jutunk az igazsághoz.
Ehhez nem egy, hanem három fő akadályt kell leküzdenünk az univerzum megértésének javítására irányuló erőfeszítéseinkben. A forradalmi tudományos elméletnek három összetevője van:
Meg kell reprodukálnia egy már létező elmélet összes sikerét.
Meg kell magyaráznia az új eredményeket, amelyek ellentétesek a régi elmélettel.
Új, tesztelhető előrejelzéseket kell tennie, amelyeket korábban még nem teszteltek, és amelyek megerősíthetők vagy cáfolhatók.
Ez egy hihetetlenül magas léc, amelyet ritkán érnek el. De ha ez megvalósul, a jutalmak nem hasonlítanak másra.
Az 1500-as évek egyik nagy rejtélye az volt, hogy a bolygók látszólagos retrográdban mozognak - vagyis ellentétes irányba. Ez akár Ptolemaiosz geocentrikus modelljével (balra), akár Copernicus heliocentrikus modelljével (jobbra) magyarázható. A részletek nagy pontosságú kitalálása azonban elméleti áttöréseket igényelt a megfigyelt jelenség alapjául szolgáló szabályok megértésében, amelyek Kepler törvényeihez és Newton univerzális gravitációs elméletéhez vezettek.
Az újonnan érkező - új elmélet - mindig a bizonyítás terhe, a korábbi domináns elmélet helyébe lép, és ez számos nagyon nehéz probléma megoldására kötelezi. Amikor a heliocentrizmus megjelent, meg kellett magyaráznia a bolygó mozgásának összes jóslatát, figyelembe kellett vennie mindazokat az eredményeket, amelyeket a heliocentrizmus nem tudott megmagyarázni (például az üstökösök mozgása és a Jupiter holdjai), és új jóslatokat kellett megfogalmaznia - például az elliptikus pályák létezését.
Amikor Einstein általános relativitáselméletet javasolt, elméletének vissza kellett állítania a newtoni gravitáció összes sikerét, valamint meg kellett magyaráznia a Merkúr perihéliumának precesszióját és az objektumok fizikáját, amelyek sebessége megközelíti a fényt, ráadásul új előrejelzéseket kellett tennie arról, hogy a gravitáció hogyan hajlítja a csillagokat ragyog.
Ez a koncepció kiterjed még a világegyetem eredetével kapcsolatos gondolatainkra is. Az ősrobbanás híressé válásához a statikus univerzum régi elképzelését kellett felváltania. Ez azt jelenti, hogy meg kellett felelnie az általános relativitáselméletnek, meg kellett magyaráznia az Univerzum Hubble-tágulását, valamint a vöröseltolódás és a távolság arányát, majd új előrejelzéseket kellett tennie:
- A kozmikus mikrohullámú háttér létezéséről és spektrumáról
- A fényelemek nukleoszintetikus tartalmáról
- Az anyag klaszterezésének nagyméretű szerkezetének és tulajdonságainak kialakulásáról a gravitáció hatására.
Minderre csak az előző elmélet pótlására volt szükség.
Most gondold át, mi kellene a mai egyik vezető tudományos elmélet helyettesítéséhez. Ez nem olyan nehéz, mint azt elképzelheti: csupán egyetlen megfigyelésre lenne szükség minden olyan jelenségről, amely ellentmond az ősrobbanás jóslatainak. Az általános relativitáselmélet összefüggésében, ha találna egy elméleti következményt, miszerint az Ősrobbanás nem felel meg megfigyeléseinknek, valóban a forradalom küszöbén állnánk.
És itt van a fontos: ebből nem következik, hogy az ősrobbanással kapcsolatban minden rossz lenne. Az általános relativitáselmélet nem azt jelenti, hogy a newtoni gravitáció téves; csak korlátozásokat szab arra vonatkozóan, hogy hol és hogyan lehet sikeresen alkalmazni a newtoni gravitációt. Még mindig pontosan leírja az univerzumot, amely forró, sűrű, táguló állapotban született; a sok milliárd éves (de nem a végtelen) korú megfigyelhető Világegyetemet azonos módon írja le; mesélni fog az első csillagokról és galaxisokról, az első semleges atomokról, az első stabil atommagokról is.
A táguló világegyetem látható története magában foglalja az Ősrobbanás forró, sűrű állapotát és az azt követő növekedést és a szerkezet kialakulását. A teljes adatkészlet, beleértve a fényelemek és a kozmikus mikrohullámú háttér megfigyeléseit, csak az ősrobbanást hagyja megfelelő magyarázatként arra, amit látunk. A kozmikus neutrínó háttér jóslata volt az utolsó nagy, meg nem erősített jóslat, amely az ősrobbanás elméletéből merült fel.
Bármi is áll elő ezen az elmélettel - bármi is meghaladja a jelenlegi legjobb elméletünket (és ez minden tudományos területre vonatkozik) - az első lépés ennek az elméletnek az összes sikere megismétlése. Az ősrobbanással küzdő statikus világegyetemi elméletek? Képtelenek erre. Ugyanez vonatkozik az elektromos univerzumra és a kozmológiai plazmára; ugyanez elmondható a fáradt fényről, a topológiai hibáról és a kozmikus húrokról.
Talán valamikor elegendő elméleti előrelépést fogunk elérni ahhoz, hogy ezen alternatívák egyike a megfigyelhetőek teljes sorozatának megfelelővé váljon, vagy esetleg megjelenik egy új alternatíva. De ez a nap nem ma van, és közben egy nagy durranással járó inflációs Világegyetem, sugárzással, hétköznapi anyaggal, sötét anyaggal és energiával magyarázza el mindennek a teljes készletét, amit valaha megfigyeltünk. És egyelőre egyedülálló.
De fontos megjegyezni, hogy pontosan azért jutottunk el ehhez a képhez, mert nem egy kétes eredményre összpontosítottunk, amely összeomolhat. Több tucat független bizonyíték áll rendelkezésünkre, amelyek újra és újra ugyanazon következtetésre vezetnek minket. Még ha kiderül is, hogy egyáltalán nem értjük a szupernóvákat, akkor is szükség lesz sötét energiára; még ha kiderül is, hogy egyáltalán nem értjük a galaxisok forgását, akkor is szükség lesz sötét anyagra; még akkor is, ha kiderül, hogy a mikrohullámú háttér nem létezik, akkor is szükség lesz az ősrobbanásra.
Kiderülhet, hogy az univerzum részletesen teljesen más. Remélem, hogy elég sokáig élek ahhoz, hogy új Einstein alakuljon ki, amely kihívást jelent a modern elméletekre - és győz. Legjobb elméleteink nem tévesek, egyszerűen nem eléggé teljesek. És ez azt jelenti, hogy csak egy teljesebb elmélettel helyettesíthetők, amely elkerülhetetlenül mindent, általában mindent a világon magában foglal - és megmagyarázza.
Ilya Khel