Siempre buscamos algo más. E incluso nuestras mejores conjeturas a menudo no nos permiten saber dónde lo encontraremos. En el siglo XIX, discutimos sobre por qué arde el sol, la gravedad o la combustión, sin siquiera sospechar que estaba involucrada la fusión termonuclear. En el siglo XX, discutimos sobre el destino del universo, sin siquiera asumir que se estaba acelerando hacia la nada. Pero las revoluciones en la ciencia son reales, y cuando suceden, tenemos que revisar mucho de todo, a veces incluso todo, que antes se creía cierto.
Hay muchas verdades fundamentales en nuestro conocimiento que rara vez cuestionamos, pero quizás deberíamos hacerlo. ¿Qué confianza tenemos en la torre del conocimiento que nos hemos construido?
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¿Qué tan verdadera es nuestra ciencia?
Según la hipótesis del envejecimiento de la luz, el número de fotones por segundo que recibimos de cada objeto disminuye en proporción al cuadrado de la distancia a él, mientras que el número de objetos que vemos aumenta con el cuadrado de la distancia. Los objetos deberían ser más rojos pero emitir un número constante de fotones por segundo dependiendo de la distancia. Sin embargo, en un universo en expansión, recibimos menos fotones por segundo a lo largo del tiempo, ya que tienen que viajar largas distancias a medida que el universo se expande, y su energía también disminuye durante el desplazamiento al rojo. El brillo de la superficie disminuye con la distancia, esto es consistente con nuestras observaciones.
Si los neutrinos más rápidos que la luz de los que se habló hace unos años resultaran ser ciertos, tendríamos que reconsiderar todo lo que sabemos sobre la relatividad y el límite de velocidad en el universo. Si Emdrive u otra máquina de movimiento perpetuo resultara ser real, tendríamos que revisar todo lo que sabíamos sobre la mecánica clásica y la ley de conservación del momento. Aunque estos resultados específicos no fueron lo suficientemente confiables (esos neutrinos aparecieron debido a un error experimental, y Emdrive no se ha probado en ningún nivel de significancia), es muy posible que algún día encontremos tal resultado.
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La prueba más importante no será si llegamos a esa intersección. Nuestra verdadera creencia en la verdad científica se pondrá a prueba cuando tengamos que decidir qué hacer al respecto.
Una configuración experimental de EmDrive en NASA Eagleworks, donde intentaron realizar pruebas aisladas de un motor sin reacción. Encontraron un pequeño resultado positivo, pero no estaba claro si estaba relacionado con la nueva física o con un error sistemático. Los resultados no parecían fiables y no podían repetirse de forma independiente. La revolución no ha sucedido, todavía.
La ciencia es simultáneamente:
- Un conjunto de conocimientos que abarca todo lo que hemos aprendido al observar, cambiar y experimentar en nuestro universo.
- El proceso de cuestionar constantemente nuestras suposiciones, tratar de encontrar huecos en nuestra comprensión de la realidad, buscar lagunas e inconsistencias lógicas y definir los límites de nuestro conocimiento de formas nuevas y fundamentales.
Todo lo que vemos y oímos, todo lo que encuentran nuestros instrumentos, etc., todo esto puede ser un ejemplo de evidencia científica cuando se registra correctamente. Cuando intentamos componer una imagen del universo, debemos utilizar el conjunto completo de datos científicos disponibles. No podemos seleccionar resultados o pruebas que coincidan con nuestras conclusiones preferidas; tenemos que hacer coincidir todas nuestras ideas con cada ejemplo de buenos datos que exista. Para hacer ciencia bien, debemos recopilar estos datos, ponerlos pieza por pieza en una estructura autoconsistente y luego someterlos a todo tipo de pruebas, de cualquier forma imaginable.
El mejor trabajo del que es capaz un científico es tratar de refutar constantemente, no probar, las teorías e ideas más sagradas.
El telescopio espacial Hubble (izquierda) es nuestro observatorio insignia más grande en la historia de la astrofísica, pero mucho más pequeño y menos poderoso que el futuro James Webb (centro). De las cuatro misiones insignia propuestas para la década de 2030, LUVOIR (derecha) es la más ambiciosa. Al tratar de llegar a lo más oscuro del universo, verlos en alta resolución y en todas las longitudes de onda posibles, podemos mejorar y poner a prueba nuestra comprensión del cosmos de una manera sin precedentes.
Esto significa aumentar nuestra precisión a cada decimal adicional que podamos agregar; esto significa la búsqueda de energías más altas, temperaturas más bajas, escalas más pequeñas y tamaños de muestra más grandes; esto significa ir más allá del rango conocido de validez de la teoría; esto significa la teorización de nuevos efectos observados y el desarrollo de nuevos métodos experimentales.
En algún momento, inevitablemente encontrará algo que no encaja en el marco de la sabiduría adquirida. Encuentra algo contrario a lo que esperaba encontrar. Obtienes un resultado que contradice tu vieja teoría ya existente. Y cuando eso suceda, si puede validar esta contradicción, si resiste el escrutinio y realmente se muestra muy, muy existente, logrará algo excelente: tendrá una revolución científica.
Uno de los aspectos revolucionarios del movimiento relativista propuesto por Einstein, pero establecido previamente por Lorentz, Fitzgerald y otros, fue que los objetos en movimiento rápido parecían contraerse en el espacio y ralentizarse en el tiempo. Cuanto más rápido se mueve en relación con algo en reposo, más se contrae su longitud y más se ralentiza el tiempo en relación con el mundo exterior. Esta pintura, la mecánica relativista, reemplazó la vieja visión newtoniana de la mecánica clásica.
La Revolución Científica, sin embargo, involucra más que simplemente "¡las viejas verdades están equivocadas!" Este es sólo el primer paso. Puede que sea una parte necesaria de la revolución, pero en sí misma no es suficiente. Podríamos seguir adelante simplemente notando dónde y cómo nos está fallando nuestra vieja idea. Para hacer avanzar la ciencia, y de manera significativa, debemos encontrar un defecto crítico en nuestra forma de pensar anterior y repensarlo hasta que lleguemos a la verdad.
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Para hacer esto, necesitamos superar no uno, sino tres obstáculos principales en nuestros esfuerzos por mejorar nuestra comprensión del universo. Hay tres componentes que forman parte de la teoría científica revolucionaria:
Debería reproducir todo el éxito de una teoría ya existente.
Debe explicar nuevos resultados que sean contrarios a la vieja teoría.
Debe hacer predicciones nuevas y comprobables que no se hayan probado antes y que puedan ser confirmadas o refutadas.
Esta es una barra increíblemente alta que rara vez se alcanza. Pero cuando se logra, las recompensas son diferentes a cualquier otra cosa.
Uno de los grandes misterios del siglo XVI fue que los planetas se mueven en una dirección aparentemente retrógrada, es decir, en la dirección opuesta. Esto podría explicarse por el modelo geocéntrico de Ptolomeo (izquierda) o el modelo heliocéntrico de Copérnico (derecha). Sin embargo, descubrir los detalles con alta precisión requirió avances teóricos en nuestra comprensión de las reglas que subyacen al fenómeno observado, lo que llevó a las leyes de Kepler y la teoría de la gravedad universal de Newton.
El recién llegado, una nueva teoría, siempre tiene la carga de probar, reemplazando la teoría dominante anterior, y esto requiere que ella resuelva una serie de problemas muy difíciles. Cuando apareció el heliocentrismo, tuvo que explicar todas las predicciones de los movimientos planetarios, tener en cuenta todos los resultados que el heliocentrismo no podía explicar (por ejemplo, el movimiento de los cometas y las lunas de Júpiter), y hacer nuevas predicciones, como la existencia de órbitas elípticas.
Cuando Einstein propuso la relatividad general, se suponía que su teoría reproducía todos los éxitos de la gravedad newtoniana, además de explicar la precesión del perihelio de Mercurio y la física de los objetos cuya velocidad se aproxima a la de la luz y, además, necesitaba hacer nuevas predicciones sobre cómo la gravedad se dobla estelar. brillar.
Este concepto se extiende incluso a nuestros pensamientos sobre el origen del propio universo. Para que el Big Bang se hiciera famoso, tuvo que reemplazar la vieja idea de un universo estático. Esto significa que tenía que corresponder a la teoría general de la relatividad, explicar la expansión Hubble del Universo y la proporción de corrimiento al rojo y distancia, y luego hacer nuevas predicciones:
- Sobre la existencia y el espectro del fondo cósmico de microondas
- Sobre el contenido nucleosintético de elementos ligeros
- Sobre la formación de una estructura a gran escala y propiedades de agrupamiento de materia bajo la influencia de la gravedad.
Todo esto fue necesario solo para reemplazar la teoría anterior.
Ahora piense en lo que haría falta para reemplazar una de las principales teorías científicas de la actualidad. Esto no es tan difícil como podría imaginarse: solo haría falta una observación de cualquier fenómeno que contradiga las predicciones del Big Bang. En el contexto de la relatividad general, si pudiera encontrar una consecuencia teórica de que el Big Bang no se corresponde con nuestras observaciones, realmente estaríamos al borde de la revolución.
Y esto es lo que es importante: de esto no se seguirá que todo lo relacionado con el Big Bang esté mal. La relatividad general no significa que la gravedad newtoniana esté equivocada; sólo impone restricciones sobre dónde y cómo se puede aplicar con éxito la gravedad newtoniana. Aún describirá con precisión el Universo nacido de un estado caliente, denso y en expansión; describir el Universo observable con una edad de muchos miles de millones de años (pero no una edad infinita) de la misma manera; también hablará de las primeras estrellas y galaxias, los primeros átomos neutros, los primeros núcleos atómicos estables.
La historia visible del universo en expansión incluye el estado denso y caliente del Big Bang y el posterior crecimiento y formación de la estructura. El conjunto de datos completo, incluidas las observaciones de elementos ligeros y el fondo cósmico de microondas, deja solo el Big Bang como una explicación adecuada de lo que vemos. La predicción del fondo de neutrinos cósmicos fue una de las últimas grandes predicciones no confirmadas que surgieron de la teoría del Big Bang.
Independientemente de lo que surja en esta teoría, lo que sea que vaya más allá de nuestra mejor teoría actual (y esto se aplica a todos los campos científicos), el primer paso es reproducir todos los éxitos de esta teoría. ¿Teorías del universo estático que luchan contra el Big Bang? No pueden hacer esto. Lo mismo ocurre con el universo eléctrico y el plasma cosmológico; lo mismo puede decirse de la luz cansada, de un defecto topológico y de cuerdas cósmicas.
Quizás algún día logremos el progreso teórico suficiente para que una de estas alternativas se convierta en algo que corresponda al conjunto completo de observables, o quizás aparezca una nueva alternativa. Pero este día no es hoy, y mientras tanto, un Universo inflacionario con un Big Bang, con radiación, materia ordinaria, materia oscura y energía, explica el conjunto completo de absolutamente todo lo que hemos observado. Y ella es única en su clase, por ahora.
Pero es importante recordar que llegamos a esta imagen precisamente porque no nos enfocamos en un resultado dudoso que podría colapsar. Tenemos docenas de líneas de evidencia independiente que nos llevan a la misma conclusión una y otra vez. Incluso si resulta que no entendemos en absoluto las supernovas, la energía oscura seguirá siendo necesaria; incluso si resulta que no entendemos en absoluto la rotación de las galaxias, la materia oscura seguirá siendo necesaria; incluso si resulta que el fondo de microondas no existe, el Big Bang seguirá siendo necesario.
El universo puede resultar completamente diferente en detalles. Y espero vivir lo suficiente para ver surgir un nuevo Einstein que desafíe las teorías modernas y gane. Nuestras mejores teorías no están equivocadas, simplemente no son lo suficientemente completas. Y esto significa que solo pueden ser reemplazados por una teoría más completa, que inevitablemente incluirá todo, en general todo en este mundo, y lo explicará.
Ilya Khel
