Galaktikate rühmitamine Universumis suurimatel vaadeldavatel skaaladel, kus iga piksel tähistab galaktikat. Kujutise krediit: Michael Blantoni ja SDSS-i koostöö.

5 teaduslikku müüti, millesse usute tõenäoliselt universumit

Kuidas võivad vähesed teadmised põhjustada tohutuid väärarusaamu ... ja kuidas neid parandada.

„Kuna filosoofia tuleneb aukartusest, on filosoof kohustatud oma moodi müütide ja poeetiliste muinasjuttude väljavalitu. Poeedid ja filosoofid on sarnased suure imestusega. ” -Thomas Aquinas

Universum on lai, salapärane paik, mis hõlmab kõike seda, mida me oleme kunagi teada saanud, täheldanud või võiksime kunagi loota, et võime sellega kokku puutuda. Aastatuhandeid kestnud pilk taevasse - meie aken kosmosest, mis asub meie maailmast kaugemal - kohtus imestuse, aukartuse ja lummusega tundmatuseni. Tänu kõikidele tsivilisatsioonide teaduslikele edusammudele kogu maailmas, teame nüüd, et taeva valgusepunktid on tähed, mis on kokku rühmitatud galaktikates, mis koonduvad suurimatele skaaladele, universumis, mis algas meie Suure Pauguga lõppenud aeg tagasi: 13,8 miljardit aastat. Ometi ei tähenda see teadmine, et teame kõike. Tegelikult avab mõne füüsika tundmine ukse tõeliselt suurtele väärarusaamadele, millest mõned vaevavad isegi professionaalseid teadlasi. Nad sisaldavad…

Universumi jälgitavad (kollased) ja saavutatavad (magenta) osad, mis nad on tänu kosmose laienemisele ja Universumi energiakomponentidele. Kujutise krediit: E. Siegel, põhineb Wikimedia Commonsi kasutajate Azcolvin 429 ja Frédéric MICHEL töödel.

1.) Kui Universum on 13,8 miljardit aastat vana, siis ei peaks me nägema objekte 46 miljardi valgusaasta kaugusel.

Lõppude lõpuks ei saa miski liikuda kiiremini kui valguse kiirus! Päikesevalgus on 8 minutit ja 20 sekundit, kuna Päikese ja Maa vahemaa läbimiseks kulub 8 minutit ja 20 sekundit. Kuid seal on vaja mõista kahte olulist punkti: üks on see, et Päike ja Maa ei liigu valguse teekonna ajal teineteisest eemale või teise poole, teine ​​on see, et ruum Päikese ja Maa vahel ei laiene. Suurima kosmilise skaala korral on Universumil mõlemad need tegurid mängus.

Kujutage ette galaktikat, mis asus 10 miljardi valgusaasta kaugusel sellest, kus me praegu oleme 10 miljardit aastat tagasi. Kujutage ette, et see kiirgas valgust. Kui Universumi kangas ei laieneks, kulub meieni jõudmiseks 10 miljardit aastat. Kuid kui galaktika eemalduks meist valguse kiiruse piires, võib see valguse sinna jõudmise ajal olla meist 20 miljardi valgusaasta kaugusel. Ja kui Universum laieneks, võiks see olla veelgi kaugem! Kui meie Universum oleks valmistatud peamiselt kiirgusest, võiksime 13,8 miljardit aastat vanas universumis näha kuni 27,6 miljardit valgusaastat. Kui see oleks tehtud peamiselt asjadest, tõuseks see arv 41,4 miljardi valgusaastani. Ja tänu aine, tumeda aine ja tumeda energia segule, mis meil on, viib laienemine selle arvu kaugele - kuni 46 miljardit valgusaastat. Nii näeme oma universumis nii kaugel asuvaid objekte.

Valgus ja kortsud ruumis; kui valgus läbib mittetasapinnalist ruumi, muudab see seda, kuidas vaatleja mõnes muus asukohas tajub valguse käes möödumist. Pildikrediit: Euroopa gravitatsiooni vaatluskeskus, Lionel BRET / EUROLIOS.

2.) Keegi ei tea, kuidas gravitatsioon tegelikult töötab.

Meie universumit mõjutavaid jõude - gravitatsiooni, mida juhib Einsteini üldine relatiivsus, ning elektromagnetilisi, nõrku ja tugevaid jõude, mida kirjeldab kvantvälja teooria - on lihtne jälgida ja mõõta. Nende aluseks olevad teooriad on eraldi ning üldine relatiivsus kirjeldab mateeria ja energia vahelist suhet ruumi ja aja kumerusega ning kvantvälja teooria kirjeldab sellel ruumajal esinevate osakeste vahelist interaktsiooni. Võite muretseda, et gravitatsioon peab oma olemuselt olema oma olemuselt kvantjõud ja seda interaktsiooni peaksid vahendama gravitonid. Samuti võite muretseda, et me ei saa arvutada, kuidas gravitatsioonijõud või -väli peaks kvantolukordades toimima, nagu näiteks topeltpilu läbiva ja ennast segava elektroni puhul.

Kuid teaduse eesmärk on selgitada tähelepanekuid ja üldrelatiivsus teeb seda absoluutselt kõigi nende jaoks. Mitte just piisavalt, kuid ideaalselt selle piirini, mida me suudame jälgida. Igal teoorial on oma kehtivusvahemiku piir; Üldine relatiivsus laguneb mingil hetkel, nagu näiteks mustade aukude sees. Kuid ka kvantväljade teooriatel on need piirid: Plancki skaalal või umbes 10–33 meetri kaugusel. Gravitonid peaksid eksisteerima, kuid need on sarnased footonitega: tõelisi saab tuvastada gravitatsiooniliste lainetena (samamoodi nagu reaalseid footoneid saab tuvastada valguslainetena), samas kui virtuaalseid ei saa tuvastada ja need on lihtsalt arvutusvahend. Einsteini kirjeldus on täiesti kehtiv. Ehkki loodame, et see on ühel päeval asendatud gravitatsiooni kvantkirjeldusega, on meie pilt mateeria ja energia poolt mõjutatud kõverast kosmoseajast, kus kõverjooneline kosmoseaeg määrab objektide teed, põhimõtteliselt kehtivas kõige tähtsamas tähenduses: see kirjeldab suurepäraselt iga vaatlust, mida me suudame ette valmistama.

Meie vaadeldava Universumi ajaloo ajatelg. Kujutise krediit: NASA / WMAP Science Team.

3.) Suur Pauk oli ruumi ja aja sünd.

Universum on laienenud ja jahutanud miljardeid aastaid; kõik oli minevikus kuumem ja tihedam ning kui me suvaliselt kaugele ekstrapoleerime, jõuaksime piiritu tiheduseni. Teoreetiliselt mõistsid seda juba 1920. aastatel sellised kosmoloogid nagu Alexandr Friedmann ja Georges Lemaître, kusjuures viimased nimetasid seda riiki “ürgseks aatomiks”, millest kõik tekkis. Kui 1960. aastatel avastati selle pildi järgi ennustatud jääkkiirguse hõõgus - universumi laienemise tõttu nihkunud spektri mikrolaine osasse -, kinnitati Suur Pauk. Ekstrapoleerige suvaliselt kaugele tagasi ja jõuate eripära: kus tekkis ruum ja aeg, nagu me neid teame.

Ainult see pilt pole õige. Kui Universumi temperatuur (ja seega ka tema energiad) tõuseks kunagi mingist punktist kõrgemale, siis oleks varakult kosmilise mikrolaine fooni kõikumised suuremad kui meie täheldatud. Fakt, et need on vaid mõned osad 100 000-st - mida mõõtis esmakordselt 1990-ndate aastate alguses COBE - ütleb meile, et enne kuuma suurt pauku peab olema olnud seisund, et meie kuum, tihe, mateeria ja kiirgusega täidetud universum tekkis alates. Pandi ennustus, milline see riik 1980ndatel saab olema: kosmiline inflatsioon, mis lõi ja põhjustas Suure Paugu. CMB kõikumiste üksikasju ennustati ja jälgiti, et need vastavad väga detailselt COBE, WMAP (2000ndad) ja Plancki (2010ndad) tähelepanekutele. Inflatsioon tuli enne kuuma suurt pauku. Mis saabus enne inflatsiooni ja kui aus olla, siis see, mis saabus enne inflatsiooni viimase 10–32 sekundi möödumist, on endiselt mõistatus.

Kaks võimalikku takerdumismustrit de Sitteri ruumis, mis tähistavad kvantteabe takerdunud bitti, mis võib võimaldada ruumi, aja ja raskuse tekkimist. Pildikrediit: Erik Verlinde, https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf kaudu.

4.) Ruum, aeg ja gravitatsioon võiksid kõik olla ainult illusioonid.

Võib-olla pole nad fundamentaalsed; võib-olla pole nad mingis mõttes “päris”. Viimase aja idee kohta on palju suminat: et mõned neist omadustest võivad tuleneda millestki põhimõttelisemast. Helilained tekivad molekulaarsest interaktsioonist; aatomid tekivad kvarkidest, glüloonidest ja elektronidest ning tugevast ja elektromagnetilisest koostoimest; planeedisüsteemid tekivad üldrelatiivsuse gravitatsioonist. Ent entroopilise gravitatsiooni idees - nagu ka mõnes muus stsenaariumis (näiteks bittides) - võib gravitatsioon või isegi ruum ja aeg ise ilmneda sarnaselt teistest üksustest.

Kuid selle põhjuseks on tõsiasi, et gravitatsiooni ja termodünaamikat reguleerivates võrrandites on lähedased suhted. Tavaliselt lähtume seisukohast, et gravitatsioon ja osakesed on põhiolemid ja et tekkiv on termodünaamika: kirjeldatakse suure hulga fundamentaalsemate asjade agregeeritud omadusi. Tegelikult tekivad termodünaamika seadused teistsugusest, põhimõttelisemast väljast; statistiline mehaanika. Gravitatsioon võib siiski tekkida millestki põhimõttelisemast: stringid, silmused, karvased mustad augud, Plancki osakesed või mõni muu teoreetiline konstruktsioon. Peamine on aga see, et selle “fundamentaalsema” idee ennustused peavad erinema sellest, mida üldine relatiivsus ennustab, ja seda ei ole esitatud mingil kontrollitud viisil. Kuid mis kõige tähtsam - gravitatsioon ei ole illusioon, isegi kui see pole fundamentaalne; see eksisteerib sama kindlalt kui iga tekkiv vara. Ja mis puutub ruumi ja aega? Ka need ei pruugi olla põhimõttelised, kuid pole mingit head ideed, mille jaoks need võivad ilmneda, mis seostub millegi kontrollitavaga. Mõlemal juhul on ruum, aeg ja raskus kindlasti olemas ning neid “illusiooniks” nimetada on lihtsalt vale.

Kosmose aja kõikumised kvantmõõteskaalas sirutuvad inflatsiooni ajal kogu Universumis, põhjustades nii tiheduse kui ka gravitatsioonilainete ebatäiuslikkust. Kujutise krediit: E. Siegel, piltidega, mis on saadud ESA / Plancki ja DoE / NASA / NSF interaktsiooni töörühma CMB uuringutest.

5.) See kõik on niikuinii ainult teooria.

Suur pauk: lihtsalt teooria. Gravitatsioon: ainult teooria. Isegi kogu nende ideede koondamise valdkonda nimetatakse teoreetiliseks füüsikaks. See pole nii, nagu need oleksid faktid, tõed või isegi seadused. Nad on ainult teooriad.

Kuid see jätab täiesti teadmata teooria mõtte. Faktid on teaduse kõige põhielemendid. Teete vaatluse ja see on fakt. Teete mõõtmise ja see on fakt. Üks eksperimentaalne andmepunkt on fakt ja seetõttu kogume neid võimalikult palju ja kavandame seadistusi, et veelgi rohkem koguda. Kui märkate, et asjad on korrelatsioonis, et erinevate mõõdetavate / jälgitavate vahelised suhted vastavad teatud vormile või võrrandile, on see seadus. Alles siis, kui saate kokku panna kõikehõlmava raamistiku, mis mitte ainult ei selgita fakte ja hõlmab seadusi, vaid teeb ka uusi ennustusi asjade kohta, mida võite välja käia, ja jälgida, et teil on teaduslik teooria. Kui te siis välja lähete, valideerige ja kontrollige oma teooriaid ning lükake need absoluutsete piirideni, on teil sama hea teooria nagu Suur Pauk või Üldine relatiivsus.

Ja see on tõsi: isegi nii jõuline ja aktsepteeritud teooria, kuna need näited ei saa kunagi lõplikku vastust. Alati on veel õppida, rohkem piire ületada ja rohkem küsimusi paljastamiseks ja uurimiseks. Kuid tänapäeval kõige paremini aktsepteeritud teooriad on tõele nii lähedal kui teadus võib kunagi jõuda, isegi kui me alati püüdleme lähemale. Parem mõista tegelikkust koos kõigi sellega kaasnevate nüanssidega nii hästi, kui me tegelikult suudame, kui püsida lohutavas müüdis.

See postitus ilmus esmakordselt Forbes ja meie Patreoni toetajad on teile reklaamivabad. Kommenteerige meie foorumit ja ostke meie esimene raamat: Beyond The Galaxy!