Спросите Итана №113: готовы ли учёные поставить на кон свою жизнь ради теории?

http://www.forbes.com/sites/startswithabang/2015/11/06/ask-ethan-113-how-does-a-scientist-deal-with-science-denial/#494fe3073321
  • Перевод
Среди обязанностей эксперта, надеющегося передать человечеству свою страсть и свои познания в конкретной области, существует необходимость диалога с разнообразной аудиторией. Иногда это разнообразие порождает проблемы для самой аудитории. Среди вопросов и предложений я нашёл следующий запрос от Криса Шоу:
Если кто-нибудь спросит вас, и вам нужно будет отвечать начистоту, скажете ли вы, что расширение вселенной от горячего плотного состояния – это не просто теория, а реальный факт? Если бы вам нужно было поставить на кон свою жизнь, что бы вы сказали?

В этом вопросе кроется много важных нюансов, так что начнём с одного из них: с Большого взрыва.

image

В отличие от того, что вы, возможно, слышали, теория Большого взрыва не постулирует обязательного наличия сингулярности, с которой началась Вселенная. Она говорит, что Вселенная начала существование с горячего, плотного и расширяющегося состояния, и с тех пор охлаждается. Роль в построении этой теории сыграло одно ключевое наблюдение и одна теоретическая разработка:



• Было замечено, что спиральные туманности, в которых в 1920-х годах были распознаны отдельные галактики, двигаются от нас с огромными скоростями, и что чем дальше они от нас находятся, тем быстрее в среднем они двигаются от нас.
• Примерно в то же время было обнаружено, что общая теория относительности Эйнштейна, проверенная в 1919 году наблюдением искривления звёздного света гравитацией во время полного солнечного затмения, запрещает существование статичной Вселенной, и что ткань пространства обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься со временем.



Сопоставив наблюдение с предсказанием лучшей, наиболее успешной теории, учёные сделали неизбежный вывод: ткань Вселенной расширяется, и причина видимого убегания галактик в том, что свет от удалённых источников растягивается из-за расширения пространства. Большой взрыв продвинул теорию на следующий уровень, объявив, что расширяющуюся Вселенную можно экстраполировать назад во времени, до горячего, плотного и расширяющегося состояния.



Но эта комбинация сама по себе не делает Большой взрыв обязательным. Он был всего лишь одной из многих гипотез, вышедших наружу, вместе с теорией уставшего света, моделью статичного состояния, а затем моделью плазменной космологии и электрической Вселенной. Выделилась же теория Большого взрыва такими уникальными предсказаниями:

• Вселенная когда-то была такой горячей и плотной, что в ней не могли сформироваться атомные ядра. Из этого следовало изобилие лёгких элементов в ранней Вселенной, включая дейтерий, гелий-3, гелий-4 и литий, и это состояние не должно было меняться до появления первых звёзд.
• Вселенная затем должна была, остывая, пройти через состояние, в котором могли формироваться нейтральные атомы, в результате чего она должна была стать прозрачной для всего присутствовавшего тогда излучения. Значит, этот свет должен быть растянут, т.е., охлаждён, расширением Вселенной, и должен оставить нам остаточное свечение Большого взрыва, всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, и со спектром чёрного тела.
• Кроме того, она предсказывала Вселенную, структуры которой – звёзды, галактики, скопления – появлялись со временем во всё более сложных формах, и чем дальше в прошлое, тем менее эволюционировавшей она должна была выглядеть.



Наблюдение остаточного свечения Большого взрыва, в момент открытия в 1960-х известное, как «первобытный огненный шар», а сегодня – как реликтовое излучение, доказало модель Большого взрыва и отбросило остальные. После этого наблюдение его несовершенств, измерение температурного спектра и другие свойства полностью исключили другие альтернативы. Научная теория происхождения Вселенной, Большой взрыв, уже никуда не денется.



Это не означает, что это факт – в том смысле, что это не конечный ответ, объясняющий всё. Это один из шагов пути, успешно и недвусмысленно объясняющий много свойств Вселенной. Не существует иного объяснения, совпадающего со всеми наблюдениями. Но остались ещё вопросы, которые Большой взрыв объяснить не может:

• Откуда взялись зародыши структур – более плотные регионы, на месте которых получились звёзды, галактики, скопления?
• Почему везде во Вселенной абсолютно одинаковая температура, плотность, и все другие свойства, во всех направлениях?
• Почему пространственная кривизна Вселенной идеально ровная, а не положительная или отрицательная?
• Почему скорость расширения ведёт себя во времени именно так, а не иначе?
• Почему не осталось реликтов сверхвысоких энергий, типа магнитных монополей?
• Почему формирующиеся структуры намекают на то, что существует компонент вещества, большая часть вещества, не взаимодействующая с излучением?



Поэтому у нас есть дополнительные улучшения изначальной версии теории Большого взрыва, влючающие существование космической инфляции (предшествовавшей и приведшей к Большому взрыву), тёмной материи (чья природа пока не определена) и тёмной энергии (чьи свойства ещё только изучаются). Поэтому мы ждём новых космических открытий, объясняющих массу нейтрино, превосходство материи над антиматерией во Вселенной, и природу тёмной материи.

Смысл в том, что нам ещё нужно многое изучить, и если что-то придёт на смену Большому взрыву, оно не отменит его полностью. Ньютоновская гравитация не стала ложной после появления ОТО. У неё просто определился диапазон действия: она работает на малых скоростях и со слабыми гравитационными полями. Также и у Большого взрыва есть диапазон действия: только за последние 13,8 млрд лет, но не раньше.



Стоит отметить, что это так же верно для всех научных теорий! Теория эволюции объясняет разнообразие жизни на Земле, и механизм того, как оно появилось, но не объясняет, откуда появилась жизнь. Теория гравитации объясняет притяжение, испытываемое материей и энергией, и влияние на пространство и время, но не объясняет другие фундаментальные взаимодействия, или природу самого пространства и времени. У каждой теории есть область действия, а за её пределами должна найтись лучшая научная теория, расширяющая эту область.

Поставлю ли я на кон свою жизнь ради этой теории? В некотором смысле, уже поставил. Я изучаю её профессионально. Вся наука – самоисправляющийся метод сбора данных, сравнения их с наблюдениями, и улучшений на основе открытий – и является процессом, в котором мы получаем такие знания и понимание. Моя жизнь «поставлена» на предположение, что это хороший, правильный и полезный способ изучения населяемой нами реальности. И всё же я знаю, что единственное наблюдение может перевернуть всё, что мы знаем, и все наши самые неприкосновенные выводы и теории могут быть опровергнуты, если данные будут противоречить их предсказаниям. Но они не опровергнут имеющиеся у нас знания; они просто предложат путь улучшения понимания Вселенной. И когда это случается, это приносит с собой наивысшее научное удовольствие: удовольствие открытий.
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 22
  • 0
    Вот бы ещё такие материалы, как блог Итана, только не по астрофизике, а физике микромира. Может есть что стоящее на русском языке?
    • 0
      http://igorivanov.blogspot.com/
      Блог Игоря Иванова. Гораздо лучше, чем у Итана. К сожалению, в последние пару лет автор блог по большому счету не ведет, но много информации можно почерпнуть из старых записей и комментариев.
      • 0
        Игорь намного лаконичней и чётче пишет, жаль что совсем мало сейчас, у Итона же водянище и словно какой то заготовленный на все вопросы файл skeleton.txt в конце которого немного сути. Но зато есть что почитать :)
    • +1
      Так и не ответил на вопрос. Вод под тобой разжигают поленья, сломанные руки крепко привязаны к необработанному бревну. Тут дискретный ответ и времени немного на разглагольствования.

      напоминает мем про ответ Путина на вопрос «сколько будет 2x2»
      • 0

        Интересно, показания в суде он тоже давал бы, начиная с Большого Взрыва?

        • 0
          Если задуматься о брёвнах, то вопрос теряет всякий изначальный смысл.
          • Он ответил.
            Если в вашем контексте, то ответ: «нет, не готов».
            Итан в каждом своем ответе пишет о том, почему вопрос некорректен, потом задает правильный вопрос, потом на него отвечает.
          • +2
            Похоже, картинка с расширяющейся Вселенной является эдаким Hello World для дизайнеров, связанных с астрономией — уже сколько их чуть отличающихся мы тут видели на Хабре.
            Спросите Итана, почему её постоянно рисуют? Каждому не нравится предыдущий вариант? Или авторские права? =)
            • 0
              Антиматерия аннигилирует материю — почему она не может быть в центре чёрной дыры? И если уничтожает, то как быть с потерей информации?
              • 0
                Аннигилирует != уничтожает. При столкновении частицы с античастицей рождаются 2 фотона (+ возможно другие частицы). Их свойства зависят от свойств оригинальной пары, так что информация сохраняется.

                Что в центре черной дыры — вопрос довольно-таки спекулятивный, так как узнать это непосредственно невозможно по определению.
                • 0
                  Как говорит Википедия, может быть и три фотона.
                  https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Аннигиляция
              • –2

                Вселенная расширяется как поверхность воздушного шарика, а не тупо вперед как показано на картинке. Это и объясняет то, что галактики разбегаются, и скорее всего вселенная замкнута сама на себя как сфера. А потом шарик лопнет, вселенная схлопнется, а затем опять взорвется/надуется. Начнется новый цикл. Все повторится заново.

                • 0
                  Немного странно видеть в контексте физических теорий фразу «доказана». Разве в физике можно что-то однозначно доказать экспериментально? Просто же получается, что теория наиболее полно соответствует эмпирическим данным, не обязательно при этом являясь «верной».
                  • 0
                    Если вы имеете в виду математический способ доказательства, то учтите, что математика не очень-то и наука.
                    Термин «доказано» в практической науке скорее означает «аргументы убеждают большинство людей с близкой к вопросу компетенцией».
                  • 0
                    «Теория гравитации объясняет притяжение, испытываемое материей и энергией, и влияние на пространство и время, но не объясняет другие фундаментальные взаимодействия, или природу самого пространства и времени.»

                    Не объясняет, а описывает, это разные вещи. Теории Ньютона и Эйнштейна выражаются формулами, которые количественно описывают «притяжение...» На качественном уровне они этого не делают, природа гравитации физикам не известна.
                    Поэтому, например, столкнувшись с необъяснимо высокой скоростью вращения звёзд в дисках галактик, учёные не придумали ничего лучше, как добавить в галактики незримой тёмной материи, сохранив известное им формульное выражение гравитации. И другие нестыковки наблюдений с теорией они «замазывали» добавлением ТМ — в скопления галактик, в слишком быстрый процесс их образования. Однако ни частиц тёмной материи, ни множества галактик среднего звена — типа Магеллановых Облаков, полагающихся для LCDM-модели, до сих пор не обнаружено.
                    И с EmDrive проблемы, вплоть до непризнания у него тяги. Знали бы природу гравитации — не было бы проблем.
                    Поэтому сомневаюсь, что так будет: «И всё же я знаю, что единственное наблюдение может перевернуть всё, что мы знаем, и все наши самые неприкосновенные выводы и теории могут быть опровергнуты, если данные будут противоречить их предсказаниям». Наблюдали, и не раз — и плоскую шкалу вращения галактик, и тягу «невозможного двигателя», но ничего не опровергнуто, а всё приспособлено к наблюдаемым данным.
                    • 0
                      Природу электромагнетизма мы знаем не больше.
                    • 0
                      О! Итан рассказывает о ТБВ! Никогда такого не было и вот опять…
                      • 0
                        И в который раз чудная картинка, где между «inflation» и «first stars» появился прогноз погоды (ветра)
                      • –2

                        Теория Ньютона все таки не верна, но законы, т.е. формулы верны и работают при определенных условиях и с погрешностью. Все таки надо различать понятия теории и законов(формул), которые остаются верными всегда.

                        • 0
                          [...] законов(формул), которые остаются верными всегда.

                          А много ли таких формул вообще есть?

                          • –1
                            Я не считал, но много. Если формула подтверждается на практике, то она не может быть не верной, погрешность конечно же тоже есть.
                        • 0
                          Читая новости/статьи об астрономии/космологии для меня всё более привлекательной становится идея о метавселенской «пене», где наша вселенная один из пузырей (возможно, что размерность при этом >3).

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                          Самое читаемое