Klynge af galakser i universet på de største observerbare skalaer, hvor hver pixel repræsenterer en galakse. Billedkredit: Michael Blanton og SDSS-samarbejde.

5 videnskabelige myter, som du sandsynligvis tror om universet

Hvordan en lille viden kan medføre nogle enorme misforståelser… og hvordan man løser det.

”Fordi filosofi stammer fra ærefrygt, er en filosof på sin måde bundet til at være en elsker af myter og poetiske fabler. Digtere og filosoffer er ens i at være store med undring. ” -Tomas Aquinas

Universet er et stort, mystisk sted, der omfatter alt, hvad vi nogensinde har kendt, observeret eller nogensinde kunne håbe på at komme i kontakt med. I årtusinder blev et blik op på himlen - vores vindue ind i kosmos uden for vores verden - mødt med forundring, ærefrygt og en fascination af det ukendte. Takket være alle de videnskabelige fremskridt, der er gjort af civilisationer over hele kloden, ved vi nu, at lyspunkterne i himlen er stjerner, fundet samlet i galakser, der klynger sig sammen på de største skalaer, i et univers, der begyndte med vores Big Bang for en endelig tid siden: 13,8 milliarder år. Ikke desto mindre betyder det ikke at vi ved alt. Faktisk åbner døren for nogle virkelig store misforståelser at kende nogle fysik, hvoraf nogle også rammer professionelle videnskabsfolk. De omfatter…

De observerbare (gule) og tilgængelige (magenta) dele af universet, hvilket er, hvad de er takket være udvidelsen af ​​rummet og universets energikomponenter. Billedkredit: E. Siegel, baseret på arbejde fra Wikimedia Commons-brugere Azcolvin 429 og Frédéric MICHEL.

1.) Hvis universet er 13,8 milliarder år gammelt, skulle vi ikke være i stand til at se objekter 46 milliarder lysår væk.

Når alt kommer til alt kan intet bevæge sig hurtigere end lysets hastighed! Lyset fra solen er 8 minutter og 20 sekunder gammelt, fordi det tager lys 8 minutter og 20 sekunder at krydse afstanden fra solen til jorden. Men der er to vigtige punkter at indse der: det ene er, at Solen og Jorden ikke bevæger sig væk fra eller mod hinanden under lysets rejse, den anden er, at rummet mellem Solen og Jorden ikke udvides. På de største kosmiske skalaer har universet begge disse faktorer i spil.

Forestil dig en galakse, der var 10 milliarder lysår væk fra hvor vi nu er for 10 milliarder år siden. Forestil dig, at det udsendte lys. Hvis stoffet i universet ikke udvides, ville det tage 10 milliarder år at nå os. Men hvis galaksen bevægede sig væk fra os, begrænset af lysets hastighed, kunne det være så langt som 20 milliarder lysår fra os, når lyset kommer der. Og hvis universet ekspanderede, kunne det være endnu længere! Hvis vores univers var lavet af for det meste stråling, kunne vi se op til 27,6 milliarder lysår væk i et 13,8 milliarder år gammelt univers. Hvis det blev lavet af hovedsageligt stof, ville dette antal stige til 41,4 milliarder lysår. Og med den blanding af stof, mørk stof og mørk energi, som vi har, bringer udvidelsen dette antal op til 46 milliarder lysår fjernt. Sådan kan vi se objekter, der er så fjerne i vores univers.

Lys og krusninger i rummet; når lyset passerer gennem et ikke-fladt rum, ændrer det, hvordan en observatør på ethvert andet sted opfatter lysets tid. Billedkredit: Det europæiske gravitationsobservatorium, Lionel BRET / EUROLIOS.

2.) Ingen ved, hvordan tyngdekraften virkelig, grundlæggende fungerer.

De kræfter, der påvirker vores univers - gravitation, styret af Einsteins generelle relativitet, og de elektromagnetiske, svage og stærke kræfter, beskrevet af kvantefeltteori - er lette at observere og måle. Teorierne, der ligger til grund for dem, er adskilte, hvor General Relativity beskriver forholdet mellem stof og energi til rum-og-tidens krumning og kvantefeltteori, der beskriver samspillet mellem partikler, der forekommer i denne rumtid. Du kan bekymre dig om, at tyngdekraften i sagens natur skal være en kvantekraft i naturen, og at der skal være gravitationer, der mægler den interaktion. Du kan også bekymre dig for, at vi ikke kan beregne, hvordan tyngdekraften eller feltet skal arbejde i kvantesituationer, som for en elektron, der passerer gennem en dobbelt spalte og forstyrrer sig selv.

Men formålet med videnskaben er at forklare observationer, og den generelle relativitet gør det for absolut dem alle. Ikke bare tilstrækkeligt, men perfekt, helt til grænserne for, hvad vi er i stand til at observere. Hver teori har en grænse for dens gyldighedsområde; Generel relativitet vil på et tidspunkt bryde sammen, som ved singulariteterne i sorte huller. Men kvantefeltteorier har også disse grænser: i Planck-skalaen eller afstande på ca. 10 ^ -33 meter eller deromkring. Gravitoner burde eksistere, men de ligner fotoner: reelle kan detekteres som gravitationsbølger (ligesom rigtige fotoner kan detekteres som lysbølger), mens virtualones ikke kan detekteres, og kun er et beregningsværktøj. Einsteins beskrivelse er perfekt gyldig. Selvom vi håber, det er en dag erstattet af en kvantebeskrivelse af tyngdekraften, er vores billede af buet rumtid påvirket af stof og energi, hvor den buede rumtid bestemmer objekter, det er grundlæggende gyldigt i den vigtigste forstand: det beskriver perfekt enhver observation, vi kan forestille sig at fremstille.

Tidslinjen for vores observerbare universets historie. Billedkredit: NASA / WMAP Science Team.

3.) Big Bang var fødslen af ​​rum og tid.

Universet har ekspanderet og afkølet i milliarder af år; alt var varmere og tættere i fortiden, og hvis vi ekstrapolerer tilbage vilkårligt langt, ville vi ankomme til et punkt med uendelig tæthed. Teoretisk blev dette realiseret allerede i 1920'erne af kosmologer som Alexandr Friedmann og Georges Lemaître, hvor sidstnævnte kalder denne stat ”det oprindelige atom”, hvorfra alt opstod. Da den resterende strålingsglød, der blev forudsagt af dette billede - skiftet ind i mikrobølgedelen af ​​spektret ved universets udvidelse - blev påvist i 1960'erne, blev Big Bang bekræftet. Ekstrapolér tilbage vilkårligt langt, og du når frem til en enestående karakter: hvor plads og tid som vi kender dem opstod fra.

Kun det billede er ikke rigtigt. Hvis universets temperatur (og dermed dens energier) nogensinde steg over et bestemt punkt, tidligt, ville udsvingene i den kosmiske mikrobølgebakgrund være større end hvad vi observerer. Det faktum, at de kun er nogle få dele i 100.000 - først målt i de tidlige 1990'ere af COBE - fortæller os, at der må have været en tilstand inden den varme Big Bang, at vores varme, tætte, materie-og-strålingfyldte univers opstod fra. Der blev forudsagt, hvad denne stat ville være i 1980'erne: kosmisk inflation, der satte op og gav anledning til Big Bang. Detaljerne om, hvad CMB's udsving ville blive forudsagt, og observeret matcher i pragtfulde detaljer, hvad vi observerede af COBE, WMAP (2000s) og Planck (2010s). Inflationen kom inden den varme Big Bang. Hvad der kom før inflationen, og ærligt talt, hvad der kom før de sidste 10 ^ -32 sekunder af inflation eller deromkring, er stadig et mysterium.

To mulige sammenfiltringsmønstre i de Sitter-rum, der repræsenterer sammenfiltrede bit af kvanteinformation, der muliggør rum, tid og tyngdekraft frem. Billedkredit: Erik Verlinde, via https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.

4.) Rum, tid og tyngdekraft kunne alle bare være illusioner.

Måske er de ikke grundlæggende; måske er de ikke rigtig "rigtige" i en eller anden forstand. Der har været en masse brummer omkring en nylig idé: at nogle af disse egenskaber kan komme fra noget mere grundlæggende. Lydbølger kommer fra molekylære interaktioner; atomer kommer fra kvarker, gluoner og elektroner og de stærke og elektromagnetiske interaktioner; planetariske systemer dukker op fra gravitation i den generelle relativitet. Men i ideen om entropisk tyngdekraft - såvel som nogle andre scenarier (som qbits) - kan tyngdekraften eller endda rum og tid selv fremstå fra andre enheder på lignende måde.

Men i roden til dette er det faktum, at der er nære relationer i ligningerne, der styrer gravitation og dem, der styrer termodynamik. Normalt tager vi det synspunkt, at tyngdekraft og partikler er grundlæggende enheder, og at termodynamik er fremkommende: beskriver de samlede egenskaber ved et stort antal mere grundlæggende ting. Faktisk fremgår termodynamikens love fra et andet, mere grundlæggende felt; statistisk mekanik. Tyngdekraften kan endnu komme ud af noget mere grundlæggende: strenge, løkker, behårede sorte huller, Planck-partikler eller en anden teoretisk konstruktion. Det centrale er imidlertid, at forudsigelserne af denne "mere grundlæggende" idé skal adskille sig fra, hvad General Relativity forudsiger, og som ikke er fremsat på nogen verificeret måde. Men vigtigst er, at tyngdekraften ikke er en illusion, selvom den ikke er grundlæggende; den eksisterer lige så sikkert som enhver opstået ejendom. Og hvad angår plads og tid? De er måske heller ikke grundlæggende, men der er ingen god ide derude, hvad de måtte komme ud af, der forbinder til noget, der kan testes. Uanset hvad, rum, tid og tyngdekraft findes bestemt alle, og at kalde dem en "illusion" er simpelthen usandt.

Svingninger i selve rumtiden ved kvanteskala strækkes over hele universet under inflation, hvilket giver anledning til ufuldkommenheder i både densitet og tyngdekraftsbølger. Billedkredit: E. Siegel, med billeder afledt af ESA / Planck og DoE / NASA / NSF interagency taskforce på CMB-forskning.

5.) Det hele er bare en teori.

The Big Bang: bare en teori. Tyngdekraft: kun en teori. Selv hele området med at sammensætte disse ideer kaldes teoretisk fysik. Det er ikke som om dette er kendsgerninger, sandheder eller endda love. Det er kun teorier.

Men det går helt glip af pointen med, hvad en videnskabelig teori er. Fakta er de mest grundlæggende elementer i videnskaben. Du foretager en observation, og det er et faktum. Du foretager en måling, og det er et faktum. Et enkelt eksperimentelt datapunkt er en kendsgerning, og derfor samler vi så mange af dem, som vi kan, og udtænker opsætninger for at indsamle endnu mere. Når du bemærker, at ting er sammenhængende, at forholdet mellem forskellige målbare / observerbare ting adlyder en bestemt form eller ligning, er det en lov. Det er kun, når du kan sammensætte en overordnet ramme, der ikke kun forklarer fakta og omfatter lovene, men også fremsætter nye forudsigelser om ting, du kan gå ud og observere, at du har en videnskabelig teori. Hvis du derefter går ud, validerer og verificerer dine teorier og skubber dem til de absolutte grænser, at du har en teori, der er så god som Big Bang eller General Relativity.

Og det er sandt: Selv en teori, der er så robust og accepteret som disse eksempler, vil aldrig være det endelige svar. Der er altid mere at lære, flere grænser at krydse og flere spørgsmål til at afsløre og undersøge. Men dagens bedst accepterede teorier er så tæt på sandheden, som videnskaben nogensinde kan komme, selvom vi altid stræber efter at komme nærmere. Bedre at forstå virkeligheden med al den nuance, der er involveret i det, så godt som vi faktisk kan, end at fortsætte med en trøstende myte.

Dette indlæg blev første gang vist på Forbes og bringes til dig annoncefrit af vores Patreon-tilhængere. Kommenter til vores forum, og køb vores første bog: Beyond The Galaxy!