Групирането на галактики във Вселената на най-големите наблюдателни скали, където всеки пиксел представлява галактика. Кредитна снимка: Майкъл Блантън и SDSS сътрудничество.

5 научни мита, на които вероятно вярвате за Вселената

Как малко знание може да доведе до огромни погрешни схващания ... и как да се поправи.

„Тъй като философията се поражда от страхопочитание, философът е обвързан по пътя си да бъде любител на митовете и поетичните басни. Поетите и философите си приличат по голям начин с чудото. " -Тома Аквински

Вселената е огромно, мистериозно място, обхващащо всичко, което някога сме знаели, наблюдавали или някога бихме могли да се надяваме да влезем в контакт. От хилядолетия погледът към небето - прозорецът ни в Космоса отвъд нашия свят - беше посрещнат с учудване, страхопочитание и очарование от непознатото. Благодарение на всички научни постижения, постигнати от цивилизациите по целия свят, сега знаем, че точките на светлината в небето са звезди, намерени групирани в галактики, които се групират по най-големите скали, във Вселената, която започна с нашия Голям взрив ограничен период от време: 13,8 милиарда години. И все пак това, че това не означава, че знаем всичко. Всъщност познаването на някаква физика отваря вратата за някои наистина големи погрешни схващания, някои от които засяга дори професионални учени. Те включват…

Наблюдаваните (жълти) и достижими (пурпурни) части на Вселената, които са това, което са благодарение на разширяването на пространството и енергийните компоненти на Вселената. Кредитна картина: E. Siegel, базирана на работата на потребителите на Wikimedia Commons Azcolvin 429 и Frédéric MICHEL.

1.) Ако Вселената е на 13,8 милиарда години, тогава не трябва да можем да виждаме обекти на 46 милиарда светлинни години.

В крайна сметка нищо не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината! Светлината от Слънцето е на 8 минути и 20 секунди, тъй като за отминаване на разстоянието от Слънцето до Земята са необходими 8 минути и 20 секунди. Но има две важни точки, които трябва да осъзнаем там: единият е, че Слънцето и Земята не се отдалечават един от друг или един към друг по време на пътуването на светлината, а другият е, че пространството между Слънцето и Земята не се разширява. В най-големите космически мащаби Вселената играе и двата фактора.

Представете си галактика, която беше на 10 милиарда светлинни години от мястото, където сме сега преди 10 милиарда години. Представете си, че излъчва светлина. Ако тъканта на Вселената не се разширяваше, щеше да отнеме 10 милиарда години, за да достигне до нас. Но ако галактиката се отдалечаваше от нас, ограничена от скоростта на светлината, това би могло да бъде на 20 милиарда светлинни години от нас по времето, когато светлината стигне до там. И ако Вселената се разширяваше, тя можеше да бъде още по-далеч! Ако нашата Вселена беше направена предимно от радиация, бихме могли да видим до 27,6 милиарда светлинни години в 13,8 милиарда годишна Вселена. Ако се направи от предимно материя, този брой ще нарасне до 41,4 милиарда светлинни години. И с комбинацията от материя, тъмна материя и тъмна енергия, с която разполагаме, разширяването довежда това число до 46 милиарда светлинни години. Ето как можем да видим обекти толкова отдалечени във нашата Вселена.

Светлина и пулсации в пространството; докато светлината преминава през неравномерно пространство, тя променя начина, по който наблюдател на всяко друго място възприема преминаването на времето за светлината. Кредит за изображение: Европейска гравитационна обсерватория, Lionel BRET / EUROLIOS.

2.) Никой не знае как всъщност действа гравитацията.

Силите, засягащи нашата Вселена - гравитацията, управлявана от Общата относителност на Айнщайн, и електромагнитните, слаби и силни сили, описани от теорията на квантовото поле - са лесни за наблюдение и измерване. Теориите, които са в основата им, са отделни, като общата относителност описва връзката между материя и енергия към кривината на пространството и времето, и квантовата теория на полето, описваща взаимодействията между частиците, възникващи в това космическо време. Може да се притеснявате, че гравитацията по своята същност трябва да бъде квантова сила и че трябва да има гравитони, медииращи това взаимодействие. Можете също така да се притеснявате, че не можем да изчислим как гравитационната сила или поле трябва да работят в квантови ситуации, например за електрон, преминаващ през двойна цепка и пречи на себе си.

Но целта на науката е да обясни наблюденията, а Общата относителност го прави за абсолютно всички тях. Не просто достатъчно, но перфектно, до самите граници на това, което сме способни да наблюдаваме. Всяка теория има граница на своя обхват на валидност; Общата относителност ще се разпадне в даден момент, като при особеностите вътре в черните дупки. Но квантовите теории на полето също имат тези граници: при скалата на Планк или разстояния от около 10 ^ -33 метра или повече. Гравитоните би трябвало да съществуват, но те са подобни на фотоните: истинските могат да бъдат открити като гравитационни вълни (точно както истинските фотони могат да бъдат открити като светлинни вълни), докато виртуоните не могат да бъдат открити и са просто изчислителен инструмент. Описанието на Айнщайн е напълно валидно. Въпреки че се надяваме, че някой ден ще бъде заместена от квантово описание на гравитацията, нашата картина на извити пространствено време, повлияна от материята и енергията, където извитото пространствено време определя пътищата на обектите, е фундаментално валидно в най-важния смисъл: тя отлично описва всяко наблюдение, което можем замислям да направя.

Графикът на историята на нашата Вселена, която се наблюдава Кредит за изображение: NASA / WMAP Science Team.

3.) Големият взрив е раждането на пространството и времето.

Вселената се разширява и охлажда от милиарди години; всичко беше по-горещо и по-плътно в миналото и ако екстраполираме обратно произволно далеч, щяхме да стигнем до точка с безгранична плътност. Теоретично това е осъществено още през 20-те години на миналия век от космолози като Александър Фридман и Жорж Лемаотре, като последният нарича тази държава „първичен атом“, от който всичко се е появило. Когато през 60-те години на миналия век бе открит остатъчният лъчеви лъч, предвиден от тази картина - изместен в микровълновата част на спектъра чрез разширяването на Вселената, Големият взрив беше потвърден. Екстраполирайте произволно назад и стигате до една особеност: откъде произлизат пространството и времето, както ги познаваме.

Само че тази картина не е правилна. Ако температурата на Вселената (и следователно нейните енергии) някога се повиши над определена точка, в началото на време колебанията в космическия микровълнов фон ще бъдат по-големи от тези, които наблюдаваме. Фактът, че те са само няколко части от 100 000 - първо измерени в началото на 90-те години от COBE - ни говори, че трябва да е имало държава преди горещия Голям взрив, че нашата гореща, плътна, пълна с материя и радиация Вселена от. Беше направено предсказание какво ще бъде това състояние през 80-те години: космическа инфлация, която създаде и породи Големия взрив. Подробностите за това, какви ще бъдат колебанията на CMB, бяха предвидени и наблюдавани, за да съвпаднат в детайли с това, което наблюдавахме от COBE, WMAP (2000s) и Planck (2010s). Инфлацията дойде преди горещия Голям взрив. Какво е станало преди инфлацията и честно казано, какво е станало преди последните 10 ^ -32 секунди на инфлацията или така, все още е загадка.

Два възможни модела на заплитане в пространството на Де Ситер, представляващи заплетени битове на квантова информация, които могат да позволят появата на пространство, време и гравитация. Кредит за изображение: Erik Verlinde, чрез https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.

4.) Космосът, времето и гравитацията могат да бъдат просто илюзии.

Може би не са фундаментални; може би не са наистина „истински“ в някакъв смисъл. Има много бръмчане по скорошна идея: че някои от тези свойства могат да излязат от нещо по-фундаментално. Звукови вълни възникват от молекулярни взаимодействия; атомите излизат от кваркове, глуони и електрони и силните и електромагнитни взаимодействия; планетарните системи излизат от гравитацията в обща относителност. Но в идеята за ентропичната гравитация - както и някои други сценарии (като qbits) - гравитацията или дори пространството и времето могат да се появят от други образувания по подобен начин.

Но в основата на това стои фактът, че в уравненията, които управляват гравитацията, съществуват тесни връзки и тези, които управляват термодинамиката. Обикновено ние приемаме гледната точка, че гравитацията и частиците са основни същества и че възниква термодинамика: описвайки съвкупните свойства на голям брой по-фундаментални неща. Всъщност законите на термодинамиката излизат от различно, по-фундаментално поле; статистическа механика. Гравитацията все още може да се появи от нещо по-фундаментално: струни, бримки, космати черни дупки, частици на Планк или някаква друга теоретична конструкция. Ключът обаче е, че предсказанията на тази „по-фундаментална“ идея трябва да се различават от предвиденото от Общата относителност и това не е представено по никакъв проверен начин. Но най-важното е, че гравитацията не е илюзия, дори и да не е основна; тя съществува също толкова сигурно, както и всяка нововъзникваща собственост. А що се отнася до пространството и времето? Те може да не са фундаментални, но няма добра идея за това, което може да излезе от това, което се свързва с нещо, което може да се тества. Така или иначе, пространството, времето и гравитацията със сигурност съществуват, а наричането им „илюзия“ е просто неистинно.

Колебанията в самото космическо време в квантовата скала се разтягат по вселената по време на инфлация, което поражда несъвършенства както в плътността, така и в гравитационните вълни. Кредит за изображения: Е. Сийгъл, с изображения, получени от ESA / Planck и междуведомствената работна група DoE / NASA / NSF за изследвания на CMB.

5.) Всичко това е просто теория.

Големият взрив: просто теория. Гравитация: само теория. Дори цялото поле за обединяване на тези идеи се нарича теоретична физика. Не е като това са факти, истини или дори закони. Те са само теории.

Но това напълно пропуска смисъла на това, което е научна теория. Фактите са най-основните елементи на науката. Правиш наблюдение и това е факт. Правите измерване и това е факт. Една експериментална точка от данни е факт и затова ние събираме колкото се може повече от тях и създаваме настройки, за да съберем още повече. Когато забележите, че нещата са свързани, че отношенията между различни измерими / наблюдаеми се подчиняват на определена форма или уравнение, това е закон. Само когато можете да съставите всеобхватна рамка, която не само обяснява фактите и обхваща законите, но и прави нови прогнози за нещата, които можете да излезете и да наблюдавате, че имате научна теория. Ако след това излезете, утвърдете и проверете теориите си и ги избутайте до абсолютните граници, че имате теория толкова добра, колкото Големият взрив или Общата относителност.

И е истина: дори една теория, колкото е здрава и приета, тъй като тези примери никога няма да бъдат окончателният отговор. Винаги има какво да научите, повече граници за пресичане и повече въпроси за разкриване и проучване. Но най-добре приетите теории за деня са толкова близки до истината, колкото науката винаги може да получи, дори когато винаги се стремим да се приближим. По-добре да разберем реалността, с всички нюанси, свързани с нея, доколкото е възможно всъщност, отколкото да упорстваме в успокояващия мит.

Тази публикация за пръв път се появи във Forbes и е предоставена без реклами от нашите привърженици на Patreon. Коментирайте на нашия форум и купете първата ни книга: Beyond The Galaxy!