Η ομαδοποίηση γαλαξιών στο Σύμπαν στις μεγαλύτερες παρατηρήσιμες κλίμακες, όπου κάθε εικονοστοιχείο αντιπροσωπεύει έναν γαλαξία. Πιστοποίηση εικόνας: συνεργασία Michael Blanton και SDSS

5 επιστημονικοί μύθοι που πιθανώς πιστεύετε για το Σύμπαν

Πώς λίγη γνώση μπορεί να προκαλέσει τεράστιες παρανοήσεις… και πώς να το διορθώσουμε.

«Επειδή η φιλοσοφία προκύπτει από δέος, ένας φιλόσοφος δεσμεύεται να είναι λάτρης των μύθων και των ποιητικών μύθων. Οι ποιητές και οι φιλόσοφοι μοιάζουν να είναι μεγάλοι με θαύμα. " -Θομάς Ακίνας

Το Σύμπαν είναι ένα απέραντο, μυστηριώδες μέρος, που περιλαμβάνει όλα όσα γνωρίζουμε, παρατηρήσαμε ή θα μπορούσαμε ποτέ να ελπίζουμε να έρθουμε σε επαφή. Για χιλιετίες, μια ματιά στον ουρανό - το παράθυρο στο σύμπαν πέρα ​​από τον κόσμο μας - συναντήθηκε με θαύμα, δέος και γοητεία με το άγνωστο. Χάρη σε όλες τις επιστημονικές εξελίξεις των πολιτισμών σε όλο τον κόσμο, τώρα γνωρίζουμε ότι τα σημεία του φωτός στον ουρανό είναι αστέρια, που βρέθηκαν ομαδοποιημένα σε γαλαξίες, που συγκεντρώνονται μαζί στις μεγαλύτερες κλίμακες, σε ένα Σύμπαν που ξεκίνησε με το Big Bang μας ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα: 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, γνωρίζοντας ότι δεν σημαίνει ότι γνωρίζουμε τα πάντα. Στην πραγματικότητα, γνωρίζοντας ότι κάποια φυσική ανοίγει την πόρτα για κάποιες πολύ μεγάλες παρανοήσεις, μερικές από τις οποίες πλήττουν ακόμη και επαγγελματίες επιστήμονες. Περιλαμβάνουν…

Τα παρατηρήσιμα (κίτρινα) και προσβάσιμα (ματζέντα) τμήματα του Σύμπαντος, που είναι αυτά που είναι χάρη στην επέκταση του χώρου και των ενεργειακών συστατικών του Σύμπαντος. Πιστωτική εικόνα: E. Siegel, με βάση το έργο των χρηστών του Wikimedia Commons Azcolvin 429 και Frédéric MICHEL.

1.) Εάν το Σύμπαν είναι 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, τότε δεν θα πρέπει να μπορούμε να δούμε αντικείμενα 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Σε τελική ανάλυση, τίποτα δεν μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός! Το φως από τον Ήλιο είναι ηλικίας 8 λεπτών και 20 δευτερολέπτων επειδή χρειάζεται φως 8 λεπτά και 20 δευτερόλεπτα για να διασχίσει την απόσταση από τον Ήλιο προς τη Γη. Αλλά υπάρχουν δύο σημαντικά σημεία που πρέπει να συνειδητοποιήσουμε εκεί: το ένα είναι ότι ο Ήλιος και η Γη δεν κινούνται μακριά ή το ένα προς το άλλο κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του φωτός, το άλλο είναι ότι ο χώρος μεταξύ του Ήλιου και της Γης δεν επεκτείνεται. Στις μεγαλύτερες κοσμικές κλίμακες, το Σύμπαν έχει και τους δύο αυτούς παράγοντες.

Φανταστείτε έναν γαλαξία που ήταν 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από εκεί που είμαστε τώρα 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Φανταστείτε ότι εκπέμπει φως. Εάν το ύφασμα του Σύμπαντος δεν επεκτείνεται, θα χρειαστούν 10 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσουμε σε εμάς. Αλλά αν ο γαλαξίας απομακρύνθηκε από εμάς, περιοριζόμενος από την ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσε να φτάσει έως και 20 δισεκατομμύρια έτη φωτός από εμάς όταν φτάσει εκεί το φως. Και αν το Σύμπαν επεκτάθηκε, θα μπορούσε να είναι ακόμη πιο μακριά! Εάν το Σύμπαν μας φτιάχτηκε από κυρίως ακτινοβολία, θα μπορούσαμε να δούμε έως και 27,6 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά σε ένα Σύμπαν ηλικίας 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Εάν φτιάχτηκε ως επί το πλείστον από ύλη, ο αριθμός αυτός θα ανερχόταν σε 41,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Και με τον συνδυασμό της ύλης, της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας που έχουμε, η επέκταση φέρνει αυτόν τον αριθμό έως και 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Έτσι μπορούμε να δούμε αντικείμενα τόσο μακριά στο Σύμπαν μας.

Φως και κυματισμοί στο διάστημα. καθώς το φως διέρχεται από μη επίπεδο χώρο, αλλάζει πώς ένας παρατηρητής σε οποιαδήποτε άλλη θέση αντιλαμβάνεται το πέρασμα του χρόνου για το φως. Πιστωτική εικόνα: Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο Βαρύτητας, Lionel BRET / EUROLIOS.

2.) Κανείς δεν ξέρει πώς λειτουργεί πραγματικά η βαρύτητα.

Οι δυνάμεις που επηρεάζουν το Σύμπαν μας - η βαρύτητα, που διέπεται από τη Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν και οι ηλεκτρομαγνητικές, αδύναμες και ισχυρές δυνάμεις, που περιγράφονται από την κβαντική θεωρία πεδίου - είναι εύκολο να παρατηρηθούν και να μετρηθούν. Οι θεωρίες που τις διέπουν είναι ξεχωριστές, με τη Γενική Σχετικότητα να περιγράφει τη σχέση μεταξύ ύλης και ενέργειας με την καμπυλότητα του χώρου και του χρόνου και της θεωρίας κβαντικού πεδίου που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων που συμβαίνουν σε αυτόν τον χωροχρόνο. Ίσως ανησυχείτε ότι η βαρύτητα πρέπει εγγενώς να είναι μια κβαντική δύναμη στη φύση και ότι πρέπει να υπάρχουν gravitons που μεσολαβούν σε αυτήν την αλληλεπίδραση. Μπορεί επίσης να ανησυχείτε ότι δεν μπορούμε να υπολογίσουμε πώς η βαρυτική δύναμη ή το πεδίο πρέπει να λειτουργεί σε κβαντικές καταστάσεις, όπως για ένα ηλεκτρόνιο που διέρχεται από μια διπλή σχισμή και παρεμβαίνει στον εαυτό του.

Αλλά ο σκοπός της επιστήμης είναι να εξηγήσει τις παρατηρήσεις και η Γενική Σχετικότητα το κάνει για όλα αυτά. Όχι μόνο αρκετά, αλλά τέλεια, στα όρια αυτού που είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε. Κάθε θεωρία έχει ένα όριο στο εύρος ισχύος της. Η γενική σχετικότητα θα καταρρεύσει κάποια στιγμή, όπως στις ιδιαιτερότητες των μαύρων οπών. Αλλά οι θεωρίες κβαντικών πεδίων έχουν και αυτά τα όρια: στην κλίμακα Planck, ή σε αποστάσεις περίπου 10 ^ -33 μέτρων περίπου. Τα Gravitons έπρεπε να υπάρχουν, αλλά είναι παρόμοια με τα φωτόνια: τα πραγματικά μπορούν να ανιχνευθούν ως βαρυτικά κύματα (όπως τα πραγματικά φωτόνια μπορούν να ανιχνευθούν ως φωτεινά κύματα), ενώ τα εικονικά δεν μπορούν να ανιχνευθούν και είναι απλώς ένα υπολογιστικό εργαλείο. Η περιγραφή του Einstein είναι απολύτως έγκυρη. Αν και ελπίζουμε ότι θα αντικατασταθεί κάποια μέρα από μια κβαντική περιγραφή της βαρύτητας, η εικόνα μας για τον καμπύλο χωροχρόνο που επηρεάζεται από την ύλη και την ενέργεια, όπου ο κυρτός χωροχρόνος καθορίζει τις διαδρομές των αντικειμένων, είναι θεμελιωδώς έγκυρος με την πιο σημαντική έννοια: περιγράφει τέλεια κάθε παρατήρηση που μπορούμε σύλληψη της δημιουργίας.

Το χρονοδιάγραμμα της ιστορίας του παρατηρήσιμου Σύμπαντος. Πιστωτική εικόνα: NASA / WMAP Science Team.

3.) Το Big Bang ήταν η γέννηση του χώρου και του χρόνου.

Το Σύμπαν επεκτείνεται και ψύχεται για δισεκατομμύρια χρόνια. όλα ήταν πιο ζεστά και πιο πυκνά στο παρελθόν, και αν παρεκκλίνουμε αυθαίρετα πίσω, θα φτάσουμε σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας. Θεωρητικά, αυτό πραγματοποιήθηκε ήδη από τη δεκαετία του 1920 από κοσμολόγους όπως ο Alexandr Friedmann και ο Georges Lemaître, με τον τελευταίο να αποκαλεί αυτό το κράτος το «αρχέγονο άτομο» από το οποίο προέκυψαν τα πάντα. Όταν η εναπομένουσα λάμψη ακτινοβολίας που προέβλεπε αυτή η εικόνα - μετατοπίστηκε στο τμήμα μικροκυμάτων του φάσματος από την επέκταση του Σύμπαντος - ανιχνεύτηκε στη δεκαετία του 1960, επιβεβαιώθηκε το Big Bang. Επεκτείνετε πίσω αυθαίρετα, και φτάνετε σε μια μοναδικότητα: από όπου προήλθε ο χώρος και ο χρόνος όπως γνωρίζουμε.

Μόνο, αυτή η εικόνα δεν είναι σωστή. Εάν η θερμοκρασία του Σύμπαντος (και συνεπώς, οι ενέργειές του) ανέβαινε ποτέ πάνω από ένα ορισμένο σημείο, νωρίς, οι διακυμάνσεις στο Κοσμικό Φούρνο Μικροκυμάτων θα ήταν μεγαλύτερες από αυτές που παρατηρούμε. Το γεγονός ότι είναι μόνο μερικά μέρη στα 100.000 - που μετρήθηκαν για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 1990 από την COBE - μας λέει ότι πρέπει να υπήρχε μια κατάσταση πριν από το καυτό Big Bang ότι το ζεστό, πυκνό, γεμάτο ύλη και ακτινοβολία σύμπαν μας εμφανίστηκε από. Υπήρξε μια πρόβλεψη για το τι θα ήταν αυτή η πολιτεία στη δεκαετία του 1980: κοσμικός πληθωρισμός, που δημιουργήθηκε και προκάλεσε το Big Bang. Οι λεπτομέρειες σχετικά με το ποιες θα ήταν οι διακυμάνσεις της CMB, και παρατηρήθηκαν ότι ταιριάζουν με λεπτομερή λεπτομέρεια με αυτά που παρατηρήσαμε από τους COBE, WMAP (2000s) και Planck (2010s). Ο πληθωρισμός ήρθε πριν από το καυτό Big Bang. Αυτό που ήρθε πριν από τον πληθωρισμό, και ειλικρινά, αυτό που ήρθε πριν από τα τελευταία 10 ^ -32 δευτερόλεπτα του πληθωρισμού, είναι ακόμα ένα μυστήριο.

Δύο πιθανά μοτίβα εμπλοκής στον χώρο de Sitter, που αντιπροσωπεύουν μπερδεμένα κομμάτια κβαντικών πληροφοριών που μπορούν να επιτρέψουν την εμφάνιση χώρου, χρόνου και βαρύτητας. Πιστωτική εικόνα: Erik Verlinde, μέσω https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.

4.) Ο χώρος, ο χρόνος και η βαρύτητα θα μπορούσαν να είναι απλώς ψευδαισθήσεις.

Ίσως δεν είναι θεμελιώδεις. ίσως δεν είναι πραγματικά «πραγματικοί» με κάποια έννοια. Υπήρξε πολλή φήμη για μια πρόσφατη ιδέα: ότι ορισμένες από αυτές τις ιδιότητες μπορεί να προκύψουν από κάτι πιο θεμελιώδες. Τα ηχητικά κύματα προκύπτουν από μοριακές αλληλεπιδράσεις. άτομα προέρχονται από κουάρκ, γλουόνια και ηλεκτρόνια και τις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. πλανητικά συστήματα προκύπτουν από τη βαρύτητα στη Γενική Σχετικότητα. Αλλά στην ιδέα της εντροπικής βαρύτητας - καθώς και σε άλλα σενάρια (όπως qbits) - η βαρύτητα ή ακόμη και ο ίδιος ο χώρος και ο χρόνος ενδέχεται να προκύψουν από άλλες οντότητες με παρόμοιο τρόπο.

Αλλά στη ρίζα αυτού είναι το γεγονός ότι υπάρχουν στενές σχέσεις στις εξισώσεις που διέπουν τη βαρύτητα και εκείνες που διέπουν τη θερμοδυναμική. Κανονικά, παίρνουμε την άποψη ότι η βαρύτητα και τα σωματίδια είναι θεμελιώδεις οντότητες και ότι η θερμοδυναμική εμφανίζεται: περιγράφοντας τις συνολικές ιδιότητες ενός μεγάλου αριθμού πιο θεμελιωδών πραγμάτων. Στην πραγματικότητα, οι νόμοι της θερμοδυναμικής προκύπτουν από ένα διαφορετικό, πιο θεμελιώδες πεδίο. στατιστική μηχανική. Η βαρύτητα μπορεί ακόμη να προκύψει από κάτι πιο θεμελιώδες: χορδές, βρόχους, τριχωτές μαύρες τρύπες, σωματίδια Planck ή κάποια άλλη θεωρητική κατασκευή. Το κλειδί, ωστόσο, είναι ότι οι προβλέψεις αυτής της «πιο θεμελιώδους» ιδέας πρέπει να διαφέρουν από αυτές που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα και ότι δεν έχει παρουσιαστεί με κανέναν επαληθευμένο τρόπο. Αλλά το πιο σημαντικό, η βαρύτητα δεν είναι μια ψευδαίσθηση ακόμα κι αν δεν είναι θεμελιώδης. υπάρχει εξίσου σίγουρα με κάθε αναδυόμενη ιδιοκτησία. Και ως προς το διάστημα και το χρόνο; Μπορεί επίσης να μην είναι θεμελιώδεις, αλλά δεν υπάρχει καλή ιδέα εκεί έξω για το τι θα μπορούσαν να προκύψουν από αυτό που συνδέεται με οτιδήποτε δοκιμάζεται. Ούτως ή άλλως, ο χώρος, ο χρόνος και η βαρύτητα υπάρχουν σίγουρα όλοι, και το να τους αποκαλούμε «ψευδαίσθηση» είναι απλά αναληθές.

Οι διακυμάνσεις στον ίδιο τον χωροχρόνο στην κβαντική κλίμακα εκτείνονται σε όλο το Σύμπαν κατά τον πληθωρισμό, προκαλώντας ατέλειες τόσο στα κύματα πυκνότητας όσο και στα βαρυτικά κύματα. Πιστοποίηση εικόνας: E. Siegel, με εικόνες που προέρχονται από το ESA / Planck και τη διαθεματική ομάδα DoE / NASA / NSF για την έρευνα CMB.

5.) Όλα είναι απλά μια θεωρία.

Το Big Bang: απλώς μια θεωρία. Βαρύτητα: μόνο μια θεωρία. Ακόμη και ολόκληρος ο τομέας της ενοποίησης αυτών των ιδεών ονομάζεται θεωρητική φυσική. Δεν είναι ότι αυτά είναι γεγονότα, αλήθειες ή ακόμη και νόμοι. Είναι μόνο θεωρίες.

Αλλά αυτό χάνει εντελώς το νόημα της επιστημονικής θεωρίας. Τα γεγονότα είναι τα πιο βασικά στοιχεία της επιστήμης. Κάνεις μια παρατήρηση και αυτό είναι γεγονός. Κάνετε μια μέτρηση και αυτό είναι γεγονός. Ένα μόνο σημείο πειραματικών δεδομένων είναι γεγονός και έτσι συλλέγουμε όσα περισσότερα μπορούμε και σχεδιάζουμε ρυθμίσεις για τη συλλογή ακόμη περισσότερων. Όταν παρατηρήσετε ότι τα πράγματα συσχετίζονται, ότι οι σχέσεις μεταξύ διαφόρων μετρήσιμων / παρατηρήσιμων υπακούουν σε μια συγκεκριμένη μορφή ή εξίσωση, αυτός είναι ένας νόμος. Μόνο όταν μπορείτε να δημιουργήσετε ένα γενικό πλαίσιο που όχι μόνο εξηγεί τα γεγονότα και περιλαμβάνει τους νόμους, αλλά κάνει και νέες προβλέψεις για πράγματα που μπορείτε να βγείτε και να παρατηρήσετε ότι έχετε μια επιστημονική θεωρία. Εάν μετά βγείτε, επικυρώστε και επαληθεύστε τις θεωρίες σας και τις ωθήσετε στα απόλυτα όρια, ότι έχετε μια θεωρία τόσο καλή όσο το Big Bang ή η Γενική Σχετικότητα.

Και είναι αλήθεια: ακόμη και μια θεωρία τόσο ισχυρή και αποδεκτή ως αυτά τα παραδείγματα δεν θα είναι ποτέ η τελική απάντηση. Υπάρχουν πάντα περισσότερα για να μάθεις, περισσότερα όρια για να διασχίσεις και περισσότερες ερωτήσεις για να αποκαλύψεις και να διερευνήσεις. Αλλά οι πιο αποδεκτές θεωρίες της ημέρας είναι τόσο κοντά στην αλήθεια όσο η επιστήμη μπορεί να πάρει ποτέ, ακόμα και όταν προσπαθούμε πάντα να πλησιάσουμε. Καλύτερα να κατανοήσουμε την πραγματικότητα, με όλη την απόχρωση που σχετίζεται με αυτήν, όσο καλύτερα μπορούμε στην πραγματικότητα, από το να επιμείνουμε σε έναν ανακουφιστικό μύθο.

Αυτή η ανάρτηση εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο Forbes και σας προσφέρεται χωρίς διαφημίσεις από τους υποστηρικτές του Patreon. Σχολιάστε το φόρουμ μας και αγοράστε το πρώτο μας βιβλίο: Beyond The Galaxy!