我們現在對世界的認知，有可能某一天被發現是錯誤的麼？

2023-04-01 03:53:46 1

我們已經收集了很多關於宇宙的知識。他們有可能被證明是錯誤的嗎？

我們總是在通往下一個重大發現的路上，但是當我們想要準確預測它將從哪裡來時，即使是我們最好的猜測也總是看起來很糟糕。在19世紀，我們爭論是燃燒還是重力為太陽提供能量，但從未想到會發生核聚變。在20世紀，我們反覆討論宇宙的命運，從未想到它會以加速湮滅而告終。

科學和技術革命是真實的，當它出現時，它將引導我們重新思考許多事情——那些曾經被認為是正確的理論。有許多種基本知識構成了我們現有的知識。我們很少質疑他們，但也許我們應該提問。當革命性的存在主義走得越來越遠時，這就是我們的終極問題:我們對自己建造的科學塔有多自信？

根據累光理論，我們每秒從每個物體接收到的光子數的減少與其距離的平方成正比，而我們看到的物體數隨著距離的平方而增加。隨著距離的增加，物體會變得更紅，但每秒鐘會發射出恆定數量的光子。然而，在一個膨脹的宇宙中，隨著時間的變化，我們每秒接收到的光子越來越少，因為隨著宇宙的膨脹，它們需要行進更遠的距離，同時紅移產生的能量也減少了。即使考慮到星系演化也會導致表面亮度變化的因素，亮度在很長一段距離後會變弱，這與我們所看到的一致。

這個結論可能出乎意料。我們對自己積累的科學知識非常有信心。它將正確地保持正確，直到一個特定的時間:直到一個簡單和粗糙的實驗結果與它激烈衝突。

如果許多年前超光速中微子的結果被證實，我們可能不得不重新思考我們認為已經知道的關於相對論和宇宙中光速極限的一切。如果電磁推進或另一種永久發動機成為現實，我們將不得不重新思考我們認為已經掌握的經典力學和動量守恆定律。儘管這些特殊的結論還不夠強——中微子被證明是實驗錯誤，而電磁推進器以任何有意義的方式逃避驗證——有一天我們可能會遇到這樣的結果。

對我們來說，最重要的考驗不是我們是否到達了岔路口。當這種情況發生時，我們對科學真理的保證將在處理這個問題的過程中得到檢驗。

美國宇航局鷹工廠的電磁推進器實驗裝置是他們試圖隔離和測試無反應推進器的地方。他們得到了一些積極的結果，但是他們不確定這是一個新的物理現象還是一個系統錯誤。這個實驗的結果還沒有被獨立地和完全地反覆證實。在此之前，這不可能是新革命的前兆。

科學也是:

1.我們在觀察、測量和實驗宇宙中所學到的全部知識的總和。

2.不斷地問關於我們猜想的問題，試圖在我們已知的真理上戳洞，尋找邏輯上的洞和矛盾，在異常中測試我們知識的有限性，這些都是基本的方法。

我們看到的一切，聽到的一切，儀器檢測到的一切，只要記錄正確，都可以成為科學數據的一部分。當我們試圖拼湊我們所知道的關於宇宙的圖片時，我們肯定會使用所有可用的科學數據。我們不能選擇實驗結果或一些與我們想要的結果相一致的現象。我們需要將我們的想法與所有現有的實驗數據進行比較。為了更好地研究科學，我們需要收集這些數據，將這些碎片組合成一個合適的框架，然後以我們能想像的所有方式挑戰這個框架。

哈勃太空望遠鏡(左)是我們天文史上最大的天文觀測臺，但它比即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(中)小得多，也弱得多。在20世紀30年代計劃的四個旗艦任務中，紅外天空觀測望遠鏡(右)是迄今為止最雄心勃勃的。通過探索宇宙中更小的物質、更高的解析度和更寬的波長範圍，我們可以以前所未有的方式優化和測試我們對宇宙的理解。(馬特·希爾/奧拉)

這意味著將我們實驗的精度提高到我們能掌握的每一個小數點，這意味著達到更高的能量水平、更低的溫度、更小的距離尺度和更寬的採樣範圍，這意味著理論化新的觀察結果和發明新的測量方法。

在某種程度上，你必須找到不符合主流知識的東西。你需要找到一些與你預期結果相衝突的東西，你會得到一些與舊的、預先存在的理論相矛盾的結果。當這種情況發生時(如果你能證明這種矛盾，如果它能經得起檢驗並顯示出它自己的真實性)，你將能夠做一些非常奇妙的事情:進行一場科學革命。

愛因斯坦提出了相對論運動，但洛倫茨和其他人首先建立了一個革命性的性能:物體快速移動時，會在空和時間膨脹之間表現出壓縮。相對於靜止的人，你移動得越快，你的長度似乎被壓縮得越厲害，而相對於外部世界，時間似乎被誇大了。這幅相對論力學的圖片已經取代了老牛頓對經典力學的看法。(庫爾特·倫肖)

但是科學革命不僅僅是一個簡單的陳述。「原始的觀點總是深深紮根於人民的心中」，這只是簡單的第一步。這可能是一場革命的重要組成部分，但不幸的是，它並不孤單。我們必須超越的不僅僅是注意我們的舊思想從何而來，以及它們是如何欺騙我們的。為了讓科學向前發展，我們必須找到我們以前想法中的決定性缺陷，並加以修正，直到我們得到正確的結果。

這要求我們消除三個主要障礙來提高我們對宇宙的理解。革命科學理論需要的三個證據如下:

1.有必要重新推斷所有現有理論的結果。

2.需要能夠解釋與先前理論相反的新研究結果。

3.需要做出以前從未被測試過的新的可測試的預測，這些預測可以被證實為真，也可以被反駁。

這一要求高得離譜，而且很少發生。但是一旦它發生，結果將是非同尋常的。

16世紀的一個重要難題是行星是如何在明顯逆行的軌道上運動的。這可以用託勒密的地心說(左)或哥白尼的日心說(右)來解釋。然而，細節的精確性要求我們在基於觀察到的現象理解定律方面取得理論上的進步，這將導致克卜勒定律，並最終導致牛頓萬有引力的基本定律。

舉證責任總是落在新來者身上，取代了以前流行的理論。這需要面對許多非常困難的挑戰。當日心說被提出時，它需要解釋所有關於行星運動的推測，重現一些地心說無法解釋的實驗結果(例如彗星和木星環的運動)，並做出新的推論，例如橢圓軌道的存在。

當愛因斯坦提出廣義相對論時，他的理論需要重新檢驗經典引力的所有成就，並且需要解釋水星近日點的近運動和物體接近光速的物理現象。此外，它還需要對重力如何彎曲星光做出新的假設。

根據愛丁頓1919年探險的結果，廣義相對論決定性地描繪了恆星圍繞大質量物體的彎曲，推翻了經典力學的圖畫書。這是對愛因斯坦相對論對的第一次觀察，展示了空之間結構扭曲的可視化。

這個概念甚至延伸到我們對宇宙本身起源的思考。從大爆炸到上升階段，然後到突出階段，它必須取代以前的穩定宇宙的概念。這意味著它必須符合廣義相對論，解釋哈勃膨脹和宇宙紅移/距離的關係，然後對這些做出新的推論:

宇宙微波背景輻射的存在及其光譜

輕元素的核合成豐度

重力作用下大規模結構的形成和聚集特徵

所有這些都需要取代以前的理論。

封閉暗能量的三個獨立來源:超新星、宇宙微波背景輻射和大尺度結構相關中的可觀測波特徵。注意，即使沒有超新星，我們也需要暗能量。圖像已經更新，但結果基本保持不變。

現在，考慮一下如何反駁一個領先的科學理論。這並不像你想的那麼複雜:所需要的只是觀察一個與大爆炸理論相矛盾的現象。在廣義相對論的範圍內，如果你能找到一個與我們的觀測結果不一致的關於大爆炸的理論結果，我們就能為一場革命的到來做相應的準備。

但關鍵是，這並不意味著大爆炸的一切都是錯的。廣義相對論並不意味著經典力學的一切都是錯誤的。它只是揭示了牛頓力學可以成功應用的場合和方式的限制。它仍然能夠準確地描述高溫、高密度和膨脹狀態下宇宙的起源。它仍然可以精確地描述數十億年內的可觀測宇宙(但不是無限的)。它仍然能夠準確地討論第一個行星和星系，最早的中性原子和最早的穩定原子核。

膨脹宇宙歷史的視覺圖像，包括最早的高溫緻密狀態，稱為大爆炸，以及隨後的生長和結構形成。所有的數據，包括對光元素和宇宙微波背景輻射的觀察，使得大爆炸成為我們能想到的唯一有效的解釋。關於宇宙中微子背景的推論是最後一個未經證實的大爆炸推論，它的蹤跡現在可以在宇宙微波背景和大尺度結構中觀察到。(美國航天局/CXC/魏斯先生)

無論什麼將取代它，無論什麼將取代它成為我們最好的理論(這可以應用到所有的科學領域)，它的首要目標是推導出那個理論的所有成功。穩態和靜態宇宙理論想取代大爆炸理論嗎？他們做不了那麼多。不管誰相信電宇宙/宇宙等離子體；他也是疲倦光理論的信徒。或者量子類星體紅移研究人員；以及拓撲缺陷/弦理論愛好者，同樣無法做到這一點。

也許有一天，我們會取得足夠的理論進展，使一種可能性方案發展成與觀察到的現象相一致的正方形理論，或者出現新的可能性。但那不是現在，在這一時期，膨脹的大爆炸宇宙、輻射、常規物質、暗物質和暗能量可以完全解釋我們觀察到的所有現象，其他任何理論都無法做到。

宇宙膨脹過程中空之間固有的量子漲落在宇宙中穿梭，會在宇宙的微波背景中留下痕跡，質量漲落是今天宇宙中出現恆星、星系等大尺度結構的原因。這是我們所擁有的關於整個宇宙是如何出現的最好的圖片，其中膨脹先於大爆炸。

但必須記住，我們沒有因為關注可能導致其崩潰的可疑結果而走到這一步。幾十條獨立的證據讓我們得出了同樣的結論。即使我們放棄超新星，我們根本不了解它，暗能量理論仍然是需要的。即使我們放棄了我們一無所知的星系旋轉，暗物質的推論仍然存在。即使微波背景理論是錯誤的，需要被拋棄，大爆炸理論仍然是需要的。

可能會發現這個宇宙在細節上與我們現在想像的完全不同。像你們中的許多人一樣，我希望我們能夠活著看到新的理論挑戰超越了什麼，並最終禁止我們現在對宇宙最好的理解。但是當這種情況發生時，它並沒有使我們現在所知道的變得毫無意義。我們今天的領導理論沒有錯，只是不完美。只有允許一些成功的理論取代當前的理論，並在它們成立或不成立的地方被採用，科學才能朝著許多有意義的方向發展。

作者:伊森·西格爾

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