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我们现在对世界的认知,有可能某一天被发现是错误的么?

时间:2020-04-21 12:50:38 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

我们已经收集了很多关于宇宙的知识。他们有可能被证明是错误的吗?

我们总是在通往下一个重大发现的路上,但是当我们想要准确预测它将从哪里来时,即使是我们最好的猜测也总是看起来很糟糕。在19世纪,我们争论是燃烧还是重力为太阳提供能量,但从未想到会发生核聚变。在20世纪,我们反复讨论宇宙的命运,从未想到它会以加速湮灭而告终。

科学和技术革命是真实的,当它出现时,它将引导我们重新思考许多事情——那些曾经被认为是正确的理论。有许多种基本知识构成了我们现有的知识。我们很少质疑他们,但也许我们应该提问。当革命性的存在主义走得越来越远时,这就是我们的终极问题:我们对自己建造的科学塔有多自信?

根据累光理论,我们每秒从每个物体接收到的光子数的减少与其距离的平方成正比,而我们看到的物体数随着距离的平方而增加。随着距离的增加,物体会变得更红,但每秒钟会发射出恒定数量的光子。然而,在一个膨胀的宇宙中,随着时间的变化,我们每秒接收到的光子越来越少,因为随着宇宙的膨胀,它们需要行进更远的距离,同时红移产生的能量也减少了。即使考虑到星系演化也会导致表面亮度变化的因素,亮度在很长一段距离后会变弱,这与我们所看到的一致。

这个结论可能出乎意料。我们对自己积累的科学知识非常有信心。它将正确地保持正确,直到一个特定的时间:直到一个简单和粗糙的实验结果与它激烈冲突。

如果许多年前超光速中微子的结果被证实,我们可能不得不重新思考我们认为已经知道的关于相对论和宇宙中光速极限的一切。如果电磁推进或另一种永久发动机成为现实,我们将不得不重新思考我们认为已经掌握的经典力学和动量守恒定律。尽管这些特殊的结论还不够强——中微子被证明是实验错误,而电磁推进器以任何有意义的方式逃避验证——有一天我们可能会遇到这样的结果。

对我们来说,最重要的考验不是我们是否到达了岔路口。当这种情况发生时,我们对科学真理的保证将在处理这个问题的过程中得到检验。

美国宇航局鹰工厂的电磁推进器实验装置是他们试图隔离和测试无反应推进器的地方。他们得到了一些积极的结果,但是他们不确定这是一个新的物理现象还是一个系统错误。这个实验的结果还没有被独立地和完全地反复证实。在此之前,这不可能是新革命的前兆。

科学也是:

1.我们在观察、测量和实验宇宙中所学到的全部知识的总和。

2.不断地问关于我们猜想的问题,试图在我们已知的真理上戳洞,寻找逻辑上的洞和矛盾,在异常中测试我们知识的有限性,这些都是基本的方法。

我们看到的一切,听到的一切,仪器检测到的一切,只要记录正确,都可以成为科学数据的一部分。当我们试图拼凑我们所知道的关于宇宙的图片时,我们肯定会使用所有可用的科学数据。我们不能选择实验结果或一些与我们想要的结果相一致的现象。我们需要将我们的想法与所有现有的实验数据进行比较。为了更好地研究科学,我们需要收集这些数据,将这些碎片组合成一个合适的框架,然后以我们能想象的所有方式挑战这个框架。

哈勃太空望远镜(左)是我们天文史上最大的天文观测台,但它比即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜(中)小得多,也弱得多。在20世纪30年代计划的四个旗舰任务中,红外天空观测望远镜(右)是迄今为止最雄心勃勃的。通过探索宇宙中更小的物质、更高的分辨率和更宽的波长范围,我们可以以前所未有的方式优化和测试我们对宇宙的理解。(马特·希尔/奥拉)

这意味着将我们实验的精度提高到我们能掌握的每一个小数点,这意味着达到更高的能量水平、更低的温度、更小的距离尺度和更宽的采样范围,这意味着理论化新的观察结果和发明新的测量方法。

在某种程度上,你必须找到不符合主流知识的东西。你需要找到一些与你预期结果相冲突的东西,你会得到一些与旧的、预先存在的理论相矛盾的结果。当这种情况发生时(如果你能证明这种矛盾,如果它能经得起检验并显示出它自己的真实性),你将能够做一些非常奇妙的事情:进行一场科学革命。

爱因斯坦提出了相对论运动,但洛伦茨和其他人首先建立了一个革命性的性能:物体快速移动时,会在空和时间膨胀之间表现出压缩。相对于静止的人,你移动得越快,你的长度似乎被压缩得越厉害,而相对于外部世界,时间似乎被夸大了。这幅相对论力学的图片已经取代了老牛顿对经典力学的看法。(库尔特·伦肖)

但是科学革命不仅仅是一个简单的陈述。“原始的观点总是深深扎根于人民的心中”,这只是简单的第一步。这可能是一场革命的重要组成部分,但不幸的是,它并不孤单。我们必须超越的不仅仅是注意我们的旧思想从何而来,以及它们是如何欺骗我们的。为了让科学向前发展,我们必须找到我们以前想法中的决定性缺陷,并加以修正,直到我们得到正确的结果。

这要求我们消除三个主要障碍来提高我们对宇宙的理解。革命科学理论需要的三个证据如下:

1.有必要重新推断所有现有理论的结果。

2.需要能够解释与先前理论相反的新研究结果。

3.需要做出以前从未被测试过的新的可测试的预测,这些预测可以被证实为真,也可以被反驳。

这一要求高得离谱,而且很少发生。但是一旦它发生,结果将是非同寻常的。

16世纪的一个重要难题是行星是如何在明显逆行的轨道上运动的。这可以用托勒密的地心说(左)或哥白尼的日心说(右)来解释。然而,细节的精确性要求我们在基于观察到的现象理解定律方面取得理论上的进步,这将导致开普勒定律,并最终导致牛顿万有引力的基本定律。

举证责任总是落在新来者身上,取代了以前流行的理论。这需要面对许多非常困难的挑战。当日心说被提出时,它需要解释所有关于行星运动的推测,重现一些地心说无法解释的实验结果(例如彗星和木星环的运动),并做出新的推论,例如椭圆轨道的存在。

当爱因斯坦提出广义相对论时,他的理论需要重新检验经典引力的所有成就,并且需要解释水星近日点的近运动和物体接近光速的物理现象。此外,它还需要对重力如何弯曲星光做出新的假设。

根据爱丁顿1919年探险的结果,广义相对论决定性地描绘了恒星围绕大质量物体的弯曲,推翻了经典力学的图画书。这是对爱因斯坦相对论对的第一次观察,展示了空之间结构扭曲的可视化。

这个概念甚至延伸到我们对宇宙本身起源的思考。从大爆炸到上升阶段,然后到突出阶段,它必须取代以前的稳定宇宙的概念。这意味着它必须符合广义相对论,解释哈勃膨胀和宇宙红移/距离的关系,然后对这些做出新的推论:

宇宙微波背景辐射的存在及其光谱

轻元素的核合成丰度

重力作用下大规模结构的形成和聚集特征

所有这些都需要取代以前的理论。

封闭暗能量的三个独立来源:超新星、宇宙微波背景辐射和大尺度结构相关中的可观测波特征。注意,即使没有超新星,我们也需要暗能量。图像已经更新,但结果基本保持不变。

现在,考虑一下如何反驳一个领先的科学理论。这并不像你想的那么复杂:所需要的只是观察一个与大爆炸理论相矛盾的现象。在广义相对论的范围内,如果你能找到一个与我们的观测结果不一致的关于大爆炸的理论结果,我们就能为一场革命的到来做相应的准备。

但关键是,这并不意味着大爆炸的一切都是错的。广义相对论并不意味着经典力学的一切都是错误的。它只是揭示了牛顿力学可以成功应用的场合和方式的限制。它仍然能够准确地描述高温、高密度和膨胀状态下宇宙的起源。它仍然可以精确地描述数十亿年内的可观测宇宙(但不是无限的)。它仍然能够准确地讨论第一个行星和星系,最早的中性原子和最早的稳定原子核。

膨胀宇宙历史的视觉图像,包括最早的高温致密状态,称为大爆炸,以及随后的生长和结构形成。所有的数据,包括对光元素和宇宙微波背景辐射的观察,使得大爆炸成为我们能想到的唯一有效的解释。关于宇宙中微子背景的推论是最后一个未经证实的大爆炸推论,它的踪迹现在可以在宇宙微波背景和大尺度结构中观察到。(美国航天局/CXC/魏斯先生)

无论什么将取代它,无论什么将取代它成为我们最好的理论(这可以应用到所有的科学领域),它的首要目标是推导出那个理论的所有成功。稳态和静态宇宙理论想取代大爆炸理论吗?他们做不了那么多。不管谁相信电宇宙/宇宙等离子体;他也是疲倦光理论的信徒。或者量子类星体红移研究人员;以及拓扑缺陷/弦理论爱好者,同样无法做到这一点。

也许有一天,我们会取得足够的理论进展,使一种可能性方案发展成与观察到的现象相一致的正方形理论,或者出现新的可能性。但那不是现在,在这一时期,膨胀的大爆炸宇宙、辐射、常规物质、暗物质和暗能量可以完全解释我们观察到的所有现象,其他任何理论都无法做到。

宇宙膨胀过程中空之间固有的量子涨落在宇宙中穿梭,会在宇宙的微波背景中留下痕迹,质量涨落是今天宇宙中出现恒星、星系等大尺度结构的原因。这是我们所拥有的关于整个宇宙是如何出现的最好的图片,其中膨胀先于大爆炸。

但必须记住,我们没有因为关注可能导致其崩溃的可疑结果而走到这一步。几十条独立的证据让我们得出了同样的结论。即使我们放弃超新星,我们根本不了解它,暗能量理论仍然是需要的。即使我们放弃了我们一无所知的星系旋转,暗物质的推论仍然存在。即使微波背景理论是错误的,需要被抛弃,大爆炸理论仍然是需要的。

可能会发现这个宇宙在细节上与我们现在想象的完全不同。像你们中的许多人一样,我希望我们能够活着看到新的理论挑战超越了什么,并最终禁止我们现在对宇宙最好的理解。但是当这种情况发生时,它并没有使我们现在所知道的变得毫无意义。我们今天的领导理论没有错,只是不完美。只有允许一些成功的理论取代当前的理论,并在它们成立或不成立的地方被采用,科学才能朝着许多有意义的方向发展。

作者:伊森·西格尔

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