See suur, hägusa väljanägemisega galaktika on nii hajus, et astronoomid kutsuvad seda “läbitungimise” galaktikaks, kuna nad näevad selle taga kaugeid galaktikaid. Kummituslikul objektil, mis on kataloogitud kui NGC 1052-DF2, ei ole spiraalgalaktika tüüpilisi tunnuseid märgatavat keskpiirkonda ega isegi spiraalivarre ja ketast. Kuid ka see ei tundu olevat elliptiline galaktika, kuna selle kiiruse hajutamine on kõik vale. Isegi selle ümmargused klastrid on veidrad: need on kaks korda suuremad kui teistes galaktikates nähtud tüüpilised tähekujulised rühmitused. Kõik need veidrused on selle galaktika veidraima küljega võrreldes kahvatud: NGC 1052-DF2 on tumeda aine ilmse puudumise tõttu väga vaieldav. See võib lahendada tohutu kosmilise mõistatuse. (NASA, ESA ja P. VAN DOKKUM (Jaapani ülikool)

Kosmoloogia ainsad suured probleemid on tekkinud arusaamatustest

Tume aine, tume energia, inflatsioon ja Suur Pauk on tõelised ning kõik alternatiivid kukuvad suurejooneliselt läbi.

Kui olete kursis viimaste teadusuudistega, olete tõenäoliselt tuttav paljude vaidlustega Universumi enda olemuse üle. Tume aine, mis arvatakse, et kaalub normaalse aatomi 5: 1 suhtes üles, võib osutuda ebavajalikuks ja asendada meie raskusjõuseaduse muutmisega. Tume energia, mis moodustab kaks kolmandikku Universumist, vastutab kosmose kiirendatud laienemise eest, kuid laienemise kiiruses ise pole isegi kokku lepitud. Ja kosmilist inflatsiooni on viimasel ajal mõned ebateaduslikena leevendanud, kuna mõned selle hävitajad väidavad, et ta suudab midagi ette ennustada ega ennusta seetõttu midagi.

Kui liita need kõik kokku, nagu tegi filosoof Bjørn Ekeberg oma värskes teoses Scientific American, võiksite arvata, et kosmoloogia oli kriisis. Aga kui sa oled põhjalik teadlane, siis on täpselt vastupidi. Siin on miks.

Kui vaatate kaugemale ja kaugemale, siis vaatate ka kaugemale ja kaugemale minevikku. Mida varem te lähete, seda kuumem ja tihedam ning vähem arenenud on universum. Varasemad signaalid võivad meile potentsiaalselt isegi rääkida sellest, mis juhtus enne kuuma Suure Paugu hetki. (NASA / STSCI / A. FEILD (STSCI))

Teadus on midagi enamat kui lihtsalt faktide kogumine, kuigi see tugineb kindlasti täielikule andmestikule ja teabele, mille oleme loodusmaailma kohta kogunud. Teadus on ka protsess, kus valitsevad teooriad ja raamistikud seisavad silmitsi võimalikult paljude uudsete katsetega, püüdes kas kinnitada või ümber lükata meie kõige edukamate ideede järeldused.

Siin asuvad teaduse piirid: meie juhtivate teooriate paikapidavuse äärel. Teeme ennustusi, läheme välja ja katsetame neid eksperimentaalselt ja vaatluslikult ning seejärel piirame, vaatame läbi või laiendame oma ideid, et koguda saadud uut teavet. Paljude ülim unistus on pöörduda revolutsiooniliselt selle poole, kuidas me oma maailmast aru saame, ja asendada oma praegused teooriad millegi veelgi edukama ja põhjalikumaga.

Ammu enne BOOMERanG-i andmete tagasi jõudmist näitas COBE-st saadud CMB spektri mõõtmine, et Suurest Paugust tulenev sära oli täiuslik must keha. Üks võimalik alternatiivne seletus oli peegeldunud tähtvalgus, nagu kvaasi-püsiseisundi mudel ennustas, kuid ennustatud ja vaadeldava vahelise spektraaltugevuse erinevus näitas, et see alternatiiv ei suutnud nähtut seletada. (E. SIEGEL / GALAXIA JÄRGI)

Kuid meie juhtivate teaduslike teooriate õnnestumiste reprodutseerimine pole nii lihtne ülesanne, veel vähem, et minna kaugemale nende praegustest piirangutest. Inimestel, kes on lummatud ideedest, mis on vastuolus tugevate tähelepanekutega, on olnud kurikuulsalt keerulised ajad, kui nad on lasknud oma eelistused teha. See on olnud kogu teaduse ajaloo jooksul korduv teema ja hõlmab järgmist:

  • Fred Hoyle keeldus Suure Paugu aktsepteerimisest ligi 40 aastat pärast kosmilise mikrolaine tausta avastamist,
  • Halton Arp rõhutas, et kvasarid ei ole kauged objektid, vaatamata aastakümnete pikkustele andmetele, mis näitavad, et nende punanihked pole kvantiseeritud;
  • Hannes Alfven ja tema hilisemad järgijad rõhutasid, et gravitatsioon ei domineeri universumis suurtel skaaladel ja et plasmad määravad universumi suuremahulise struktuuri ka pärast seda, kui lugematu arv vaatlusi on selle idee ümber lükanud.

Ehkki teadus ise võib olla erapooletu, pole teadlased seda. Võime sattuda samade tunnetuslike eelarvamuste ohvriks, mida keegi teine ​​suudab. Kui oleme oma eelistatud järeldused valinud, lollitame end sageli motiveeritud mõttekäikude eksitava praktika kaudu.

Universumi ajaloo skemaatiline diagramm, rõhutades reioniseerimist. Enne tähtede või galaktikate moodustumist oli Universum täis valgust blokeerivaid neutraalseid aatomeid. Ehkki enamikku universumist ei saa reioniseerida enne 550 miljonit aastat pärast seda, kui esimesed suured lained toimuvad umbes 250 miljoni aasta pärast, võivad mõned õnnelikud tähed moodustuda vaid 50–100 miljonit aastat pärast Suurt Pauku ja koos õiged tööriistad, võime avaldada varaseimad galaktikad. (SG DJORGOVSKI ET AL. CALTECH DIGITAL MEDIA KESKUS)

Sealt sai alguse kuulus aforism, et “füüsika edendab korraga ühte matust”. Selle idee esitas algselt Max Planck järgmise avaldusega:

Uus teaduslik tõde ei triumfeeri veendes oma vastaseid ja pannes neid valgust nägema, vaid pigem seetõttu, et tema vastased lõpuks surevad ja kasvab uus põlvkond, kes on sellega tuttav.

Suur probleem, mida paljud teadlased (ja isegi mõned teadlased) kunagi ei teadvusta, on see: saate alati oma teoreetilisi ideesid väänata, et sundida neid olema elujõulised ja vastama jälgitule. Sellepärast on mis tahes teooria võtmeks kindlate ennustuste esitamine enne tähtaega: enne kriitilise vaatluse või mõõtmise tegemist. Sel moel võite olla kindel, et katsetate oma teooriat, selle asemel, et uurida parameetreid pärast fakti.

Väsinud kerge hüpoteesi kohaselt langeb igast objektist saadavate footonite arv sekundis proportsionaalselt selle kauguse ruuduga, samal ajal kui objektide arv, mida näeme, suureneb kauguse ruuduga. Objektid peaksid olema punasemad, kuid kauguse funktsioonina peaksid kiirgama konstantset arvu footoneid sekundis. Laienevas universumis saame aja möödudes siiski vähem footoneid sekundis, kuna Universumi paisumisel peavad nad läbima suuremaid vahemaid ning punase nihkega väheneb ka energia. Isegi galaktika evolutsiooni arvesse võtmine põhjustab pinna muutuva heleduse, mis on suurte vahemaade korral õhem, vastavalt meie nägemusele. (WIKIMEDIA ÜHENDAB KASUTAJAT STIGMATELLA AURANTIACA)

Nagu selgub, lõpetasime täpselt selle juhitava kosmoloogilise mudeli, mis meil täna on, peaaegu igas mõttes.

Laieneva Universumi mõiste ennustas teoreetiliselt Alexander Friedmann 1922. aastal, kui ta tuletas selle, mida ma olen nimetanud universumi kõige olulisemaks võrrandiks. Vesto Slipheri, Edwin Hubble'i ja Milton Humasoni tähelepanekud kinnitasid seda vaid mõni aasta hiljem, viies laieneva Universumi tänapäevase arusaamani.

Penzias ja Wilsoni esialgsete tähelepanekute kohaselt eraldas galaktiline lennuk mõningaid astrofüüsilisi kiirgusallikaid (kese), samal ajal kui selle tasapinna kohal ja all oli radiatsiooni peaaegu täiuslik ühtlane taust. Selle kiirguse temperatuuri ja spektrit on nüüd mõõdetud ning kokkulepe Suure Paugu ennustustega on erakordne. (NASA / WMAP SCIENCE TEAM)

Seejärel kerkis esile palju konkureerivaid selgitusi Universumi päritolu kohta ja Suurel Paugul oli neli selget nurgakivi:

  1. laienev universum,
  2. Suure paugu kuumal, tihedal ja varasel etapil tekkinud valguselementide ennustatud arvukus,
  3. järelejäänud footonite hõõgus vaid mõni kraad üle absoluutse nulli,
  4. ja suuremahuliste struktuuride moodustumine koos struktuuridega, mis peavad arenema kaugusega.

Neid kõiki nelja on nüüd täheldatud, kusjuures kolm viimast toimusid pärast Suure Paugu esmakordset ettepanekut. Eelkõige oli tippunktiks footonite allesjäänud kuma avastamine 1960. aastate keskel. Kuna ükski teine ​​raamistik ei saa neid nelja tähelepanekut arvesse võtta, pole nüüd Suurele Paugule toimivaid alternatiive.

CMB kõikumised, suuremahuliste struktuuride moodustumine ja korrelatsioonid ning gravitatsioonilise läätse tänapäevased vaatlused viitavad paljude teiste seas ühe ja sama pildi poole: kiirenevale Universumile, mis sisaldab ja on täis tumedat ainet ja tumedat energiat. Arvestada tuleb ka alternatiividega, mis pakuvad erinevaid vaadeldavaid ennustusi, kuid neid tuleks võrrelda kõigi vaatlusaluste tõendite kogumiga. (CHRIS-MUST ja SAM MOORFIELD)

Laieneva jahutava Universumiga, mis algas kuumast, tihedast, mateeria ja kiirgusega täidetud olekust, mida kõik juhib Einsteini üldine relatiivsus, on mitmeid võimalusi, kuidas Universum oleks võinud avaneda, kuid see pole lõpmatu number. Universumis toimuva ja selle laienemise kiiruse vahel on seoseid ning see piirab tohutult seda, mis võimalik.

See on ainus väide, mis on Ekebergi tükis ühemõtteliselt õige.

Kui olete vastu võtnud Suure Paugu ja Universumi, mida juhib üldine relatiivsus, on tohutu hulk tõendeid, mis viitavad tumeda aine ja tumeda energia olemasolule. Ka see pole uus sviit, vaid see, mida on paigaldatud alates 1970. aastatest. Tumeenergia peamine konkurent langes umbes 15 aastat tagasi ära, jättes täieliku tõendite kogumi selgitamiseks elujõuliseks kosmoloogiaks ainult tumeda aine ja tumeda energiaga universumi.

Kolmest sõltumatust allikast tulenevad tumeda energia piirangud: supernoovad, CMB ja BAO (mis on Universumi suuremahulises struktuuris tunnusjoon.) Pange tähele, et isegi ilma supernoovadeta oleks meil vaja tumedat energiat ja ainult 1 / 6th leitud aine võib olla tavaline aine; ülejäänud peab olema tume aine. (SUPERNOVA KOSMOLOOGIAPROJEKT, AMANULLAH, ET AL., AP.J. (2010))

See on võti, mida nii sageli kahe silma vahele jäetakse: oma teooria või raamistiku õnnestumise või ebaõnnestumise hindamisel peate uurima kõiki tõendeid. Muidugi, võite alati leida üksikuid tähelepanekuid, mis on teie teooria selgitamiseks keerulised, kuid see ei tähenda, et saaksite selle lihtsalt asendada millegagi, mis seda tähelepanekut edukalt seletab.

Peate arvestama kõigega, pluss uus vaatlus, pluss uued nähtused, mida pole veel täheldatud.

See on kõigi alternatiivide probleem. Kõik alternatiivid laienevale Universumile, Suurele Paugule, tumedale ainele, tumedale energiale või inflatsioonile ei suuda kõik isegi arvesse võtta seda, mida on juba täheldatud, veelgi vähem ülejäänud seda. Sellepärast peab praktiliselt iga töötav teadlane neid pakutud alternatiive pelgalt liivakastiks, mitte aga tavapärase konsensuse tõsiseks väljakutseks.

Carina kääbusgalaktikal, mis on suuruse, tähejaotuse ja morfoloogia poolest väga sarnane Draco kääbusgalaktikaga, on väga erinev Graco gravitatsiooniprofiil. Seda saab tumeda ainega puhtalt seletada, kui seda saab kuumutada tähtede moodustumisega, kuid mitte modifitseeritud raskusega. (ESO / G. BONO ja CTIO)

Seal on tõepoolest galaktikaid, kus pole tumedat ainet, kuid seda ennustab teooria. Tegelikult märkis üks silmapaistev kontrarimees kümmekond aastat tagasi tumeda aineta galaktikate puudumist ja väitis, et see on tumeaine mudelit võltsinud. Kui avastati need tumeda aineta galaktikad, väitis sama teadlane kohe, et need on modifitseeritud raskusega kooskõlas. Kuid Universumi kohta käivate tõendite täielik komplekt seletab ainult tumeaine.

Universumi paisumiskiirust mõõta püüdvate kahe erineva rühma vahel on tõepoolest lahknevus. Erinevus on 9% ja see võib olla põhimõtteline viga ühe grupi tehnikas. Veel põnevam, see võiks olla märk sellest, et tume energia või mõni muu universumi aspekt on keerulisem kui meie naiivsed eeldused. Kuid tume energia on ikkagi vajalik kummalgi viisil; ainus “kriis” on aritiliselt toodetud.

Nähtava paisumiskiiruse (y-telg) ja vahemaa (x-telg) graafik on kooskõlas Universumiga, mis varem laienes kiiremini, kuid kus kaugemad galaktikad kiirenevad täna oma languses. See on kaasaegne versioon Hubble'i originaalteosest tuhandeid kordi kaugemale. Pange tähele asjaolu, et punktid ei moodusta sirgjoont, mis näitab laienemiskiiruse muutust aja jooksul. Fakt, et Universum järgib selle kõverat, näitab tumeda energia olemasolu ja hilise aja domineerimist. (NED WRIGHT, põhinedes BETOULE ET ALi värskeimatel andmetel. (2014))

Lõpuks on olemas kosmiline inflatsioon, Universumi faas, mis toimus enne kuuma Suurt Pauku ja millega loodi algsed tingimused, millega meie Universum sündis. Kuigi inflatsioon on sageli paljude poolt peetud, ei olnud inflatsioon kunagi mõeldud lõpliku ja lõpliku vastusena, vaid pigem raamistikuna mõistatuste lahendamiseks, mida Suur Pauk ei suuda seletada, ja uute ennustuste tegemiseks, mis kirjeldavad varajast universumit.

Nendel kontodel on see suurepäraselt edukas. Inflatsioon:

  1. kordab edukalt kõiki kuuma Suure Paugu ennustusi,
  2. lahendab horisondi, tasasuse ja monopoolsed mõistatused, mis vaevavad inflatsioonivaba Suure Paugu,
  3. ja tegi kuus uudset ennustust, mis erinesid vanas stiilis Suurest Paugust, kusjuures vähemalt neli neist on nüüd kinnitatud.
Inflatsiooni ajal esinevad kvant kõikumised ulatuvad üle Universumi ja inflatsiooni lõppedes muutuvad need tiheduse kõikumisteks. See viib aja jooksul nii universumi suuremahulisele struktuurile kui ka CMB-s täheldatud temperatuurikõikumistele. Need uued ennustused on hädavajalikud, et näidata täpsustava mehhanismi kehtivust. (E. SIEGEL, ESA / PLANCKist TÄHELEPANEKUTEGA NING CME-UURIMISTE JÄTKAKE JÄTKAKE NASA / NSF-i NING / NSF-i ÜLESANDED)

Öelda, et kosmoloogial on huvitavaid mõistatusi, on veenev; öelda, et sellel on suured probleemid, pole enamus kosmoloogidest nõus. Ekeberg arutleb inflatsiooni tekitava Suure Paugu ja tumeda aine ning energia vahel järgmiselt:

Seda tuntud lugu võetakse tavaliselt enesestmõistetava teadusliku faktina, hoolimata empiiriliste tõendite suhtelisest puudumisest - ja vaatamata kauge universumi vaatlustega ilmnevatele pidevatele erinevustele.

Väites, et selleks puuduvad empiirilised tõendid, saab täiesti valesti aru, mis on teadus või kuidas teadus töötab, üldiselt ja konkreetselt selles konkreetses valdkonnas, kus andmeid on ohtralt ja kvaliteetselt. Osutada "pidevale lahknevuste saakile" on ebaühtlane - ja ma julgen seda sihilikult - tõendite vääriti tõlgendamine, mida Ekeberg kasutas solipsistliku, filosoofiliselt tühja, teadusevastase tegevuskava edendamiseks.

Paljud läheduses asuvad galaktikad, sealhulgas kõik kohaliku rühma galaktikad (enamasti rühmitatud vasakpoolsesse äärmisse), näitavad nende massi ja kiiruse hajutatuse vahelist seost, mis näitab tumeaine olemasolu. NGC 1052-DF2 on esimene teadaolev galaktika, mis näib olevat tehtud ainult normaalsest ainest. (DANIELI ET AL. (2019), ARXIV: 1901.03711)

Me peaksime alati olema teadlikud meie esitatud püstitatud hüpoteeside piirangutest ja eeldustest. Igal teoorial on kindel väljakujunenud kehtivusvahemik ja vahemik, kus me laiendame oma ennustusi teadaolevatest piiridest kaugemale. Teooria on ainult nii hea, kui kontrollitavad ennustused suudavad teha; Uue vaatlus- või eksperimentaalterritooriumi poole liikumine on koht, kuhu peame vaatama, kui loodame kunagi oma praeguse arusaama asendada.

Kuid me ei tohi unustada ega visata välja üldise suhtelisuse, laieneva Universumi, Suure Paugu, tumeaine, tumeda energia või inflatsiooni olemasolevaid õnnestumisi. Meie praegustest teooriatest kaugemale minek hõlmab kohustusliku nõudena nende võidukäiku ja nende taasesitamist. Seni, kuni jõuline alternatiiv selle künniseni jõuab, tuleks kõiki valitseva paradigmaga „suurte probleemide” väljaütlemisi käsitleda sellisena, nagu nad on: ideoloogiliselt juhitud jaotused, ilma et oleks vaja teaduslikku tuge nende toetamiseks.

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".