קיבוץ גלקסיות ביקום בקנה המידה הגדול ביותר לצפייה, כאשר כל פיקסל מייצג גלקסיה. קרדיט תמונה: מייקל בלנטון ושיתוף פעולה עם SDSS.

5 מיתוסים מדעיים שאתם בטח מאמינים על היקום

כמה ידע יכול להביא לתפיסות שגויות אדירות ... ואיך לתקן זאת.

"מכיוון שפילוסופיה נובעת מיראה, פילוסוף נאלץ בדרכו להיות חובב מיתוסים ואגדות פואטיות. משוררים ופילוסופים הם כאחד גדולים מפליאה. " תומאס אקווינאס

היקום הוא מקום עצום, מסתורי, המקיף את כל מה שאי פעם הכרנו, צפינו או שיכולנו לקוות אי פעם במגע. במשך אלפי שנים, מבט אל השמיים - החלון שלנו אל הקוסמוס שמעבר לעולמנו - נתקל בפליאה, ביראה ובקסם מהלא נודע. בזכות כל ההתקדמות המדעית שביצעה תרבויות ברחבי העולם, אנו יודעים כעת שנקודות האור בשמיים הם כוכבים, שנמצאו מקובצים יחד בגלקסיות, המתגודדות יחד בסולם הגדול ביותר, ביקום שהחל במפץ הגדול שלנו. לפני כמה זמן: 13.8 מיליארד שנים. עם זאת הידיעה זה לא אומר שאנחנו יודעים הכל. למעשה, הכרת פיסיקה מסוימת פותחת את הדלת לכמה תפיסות שגויות גדולות באמת, שחלקן פוגעות אפילו במדענים מקצועיים. הם כוללים…

החלקים הניתנים לצפייה (צהוב) וניתנים להשגה (מגנטה) של היקום, שהם מה שהם בזכות התרחבות המרחב ורכיבי האנרגיה של היקום. קרדיט תמונה: א. סיגל, מבוסס על עבודה של משתמשי ויקימדיה Commons אזקולווין 429 ופרידר מיכל.

1.) אם היקום בן 13.8 מיליארד שנה, אנו לא צריכים להיות מסוגלים לראות עצמים במרחק 46 מיליארד שנות אור.

אחרי הכל, שום דבר לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור! האור מהשמש ישן 8 דקות ו 20 שניות מכיוון שלוקח אור 8 דקות ו 20 שניות לחצות את המרחק מהשמש לכדור הארץ. אך ישנן שתי נקודות חשובות שיש להבין: האחת היא שהשמש וכדור הארץ לא מתרחקים זה מזה או לכיוונם במהלך מסע האור, השנייה היא שהמרחב בין השמש לכדור הארץ לא מתרחב. בסולם הקוסמי הגדול ביותר, ביקום יש שני גורמים אלה במשחק.

דמיין גלקסיה שנמצאה במרחק של 10 מיליארד שנות אור מהמקום בו אנו נמצאים לפני 10 מיליארד שנים. דמיין שהוא פלט אור. אם מרקם היקום לא היה מתרחב, ייקח לנו 10 מיליארד שנים להגיע אלינו. אבל אם הגלקסיה הייתה מתרחקת מאיתנו, מוגבלת על ידי מהירות האור, היא יכולה להיות עד 20 מיליארד שנות אור מאיתנו בזמן שהאור מגיע לשם. ואם היקום היה מתרחב, הוא יכול להיות עוד יותר רחוק! אם היקום שלנו היה עשוי בעיקר מקרינה, היינו יכולים לראות עד 27.6 מיליארד שנות אור ביקום בן 13.8 מיליארד שנה. אם זה היה עשוי בעיקר מחומר, המספר הזה היה עולה ל 41.4 מיליארד שנות אור. ועם התמהיל של חומר, חומר אפל ואנרגיה אפלה שיש לנו, ההרחבה מביאה את המספר הזה ל 46 מיליארד שנות אור רחוקות. כך אנו יכולים לראות עצמים כה רחוקים ביקום שלנו.

אור ו אדוות בחלל; כאשר האור עובר דרך שטח לא שטוח, הוא משנה את האופן בו הצופה בכל מקום אחר תופס את חלוף הזמן לאור. קרדיט תמונה: מצפה הכוכבים האירופי, ליונל BRET / EUROLIOS.

2.) איש אינו יודע כיצד כוח הכובד באמת עובד, באופן בסיסי.

קל להתבונן ולמדוד את הכוחות המשפיעים על היקום שלנו - הכבידה, הנשלטת על ידי היחסות הכללית של איינשטיין, והכוחות האלקטרומגנטיים, החלשים והחזקים, המתוארים על ידי תורת שדות הקוונטים. התיאוריות העומדות בבסיסן נפרדות, כאשר היחסות הכללית מתארת ​​את הקשר בין חומר ואנרגיה לעקמת המרחב והזמן ותורת שדות קוונטית המתארת ​​את האינטראקציות בין חלקיקים המתרחשים באותה חלל. אתה עלול לדאוג שכוח המשיכה חייב להיות מטבעו כוח קוונטי בטבע, וכי צריכים להיות גרביטונים המתווכים את האינטראקציה ההיא. אתה יכול גם לדאוג שלא נוכל לחשב כיצד כוח הכבידה או השדה צריכים לעבוד במצבים קוונטיים, כמו למשל לאלקטרון העובר דרך חריץ כפול ומפריע לעצמו.

אך מטרת המדע היא להסביר תצפיות, ויחסות כללית עושה זאת עבור כולן לחלוטין. לא רק מספיק, אלא באופן מושלם, עד גבולות מה שאנו מסוגלים לצפות. לכל תיאוריה יש גבול לטווח התוקף שלה; היחסיות הכללית תישבר בשלב מסוים, כמו הייחודיות שבתוך חורים שחורים. אך גם לתיאוריות השדה הקוונטי יש גבולות אלה: בסולם פלאנק, או מרחקים של בערך 10 ^ -33 מטרים לערך. גרביטונים צריכים להיות קיימים, אך הם דומים לפוטונים: ניתן לאתר אותם אמיתיים כגלים כבידתיים (בדיוק כפי שניתן לאתר פוטונים אמיתיים כגלים אור), ואילו לא ניתן לזהות גלים וירטואליים, והם רק כלי חישוב. התיאור של אינשטיין תקף לחלוטין. למרות שאנחנו מקווים שזה יבוא יום אחר על ידי תיאור קוונטי של כוח הכבידה, התמונה שלנו של זמן חלל מעוקל המושפע מחומר ואנרגיה, שם זמן החלל המעוקל קובע את נתיבי האובייקטים, תקפה מיסודה במובן החשוב ביותר: היא מתארת ​​באופן מושלם כל תצפית שנוכל להעלות על הדעת.

ציר הזמן של ההיסטוריה היקום הנצפית שלנו. קרדיט תמונה: צוות המדע NASA / WMAP.

3.) המפץ הגדול היה לידתו של המרחב והזמן.

היקום מתרחב ומתקרר במשך מיליארדי שנים; הכל היה חם וצפוף בעבר, ואם אנו מחליפים בחזרה באופן שרירותי רחוק, היינו מגיעים לנקודה של צפיפות אינסופית. תיאורטית, הדבר התגשם כבר בשנות העשרים על ידי קוסמולוגים כמו אלכסנדר פרידמן וג'ורג 'למאיטר, כשהאחרון כינה מדינה זו "האטום הקדמוני" שממנו יצא הכל. כאשר זוהתה קרינת השאריות שנחזה על ידי תמונה זו - שהועברה לחלק המיקרוגל של הספקטרום על ידי התפשטות היקום - בשנות השישים, אושר המפץ הגדול. הוציאו בחזרה שרירותית רחוק, ותגיעו ליחידות: היכן שהמרחב והזמן כפי שאנו מכירים יצאו מהם.

רק שהתמונה הזו לא נכונה. אם הטמפרטורה של היקום (ומכאן האנרגיות שלו) אי פעם הייתה עולה מעל נקודה מסוימת, בשלב מוקדם, התנודות ברקע המיקרוגל הקוסמי היו גדולות יותר ממה שאנחנו רואים. העובדה שהם רק חלקים בודדים מתוך 100,000 - שנמדדה לראשונה בראשית שנות התשעים על ידי COBE - מספרת לנו שבטח הייתה מצב לפני המפץ הגדול הלוהט שהיקום הלהט, הצפוף והחומר שלנו מלא קרינה התגלה מ. הייתה תחזית מה תהיה המדינה ההיא בשנות השמונים: אינפלציה קוסמית, שהקימה והולידה את המפץ הגדול. ניבאו את הפרטים של תנודות ה- CMB, ונצפו כי הם תואמים בפרטי פרטים את מה שראינו על ידי COBE, WMAP (2000) ו- Planck (2010). האינפלציה הגיעה לפני המפץ הגדול הלוהט. מה שקרה לפני האינפלציה, ובכנות, מה שקרה לפני 10 ^ -32 השניות האחרונות של האינפלציה בערך, הוא עדיין תעלומה.

שני דפוסי הסתבכות אפשריים במרחב דה סיטר, המייצגים קטעים מסתבכים של מידע קוונטי שעשויים לאפשר לצוץ מרחב, זמן וכובד. קרדיט תמונה: אריק ורלינדה, דרך https://arxiv.org/pdf/1611.02269v2.pdf.

4.) מרחב, זמן וכוח כוח יכולות להיות רק אשליות.

אולי הם לא מהותיים; אולי הם לא ממש "אמיתיים" במובן מסוים. לאחרונה התרחש זמזום מאוד ברעיון: שחלק מהתכונות הללו עשויות לצוץ ממשהו מהותי יותר. גלי קול נובעים מאינטראקציות מולקולריות; אטומים יוצאים מקווארקים, גלונים ואלקטרונים והאינטראקציה החזקה והאלקטרומגנטית; מערכות פלנטאריות יוצאות מכוח הכבידה ביחסות הכללית. אבל ברעיון הכבידה האנטרופית - כמו גם תרחישים אחרים (כמו qbits) - כוח הכבידה או אפילו המרחב והזמן עצמם עלולים לצוץ מגופים אחרים בצורה דומה.

אך בשורש זה עומדת העובדה שיש קשרים קרובים במשוואות השולטות בכבידה ואלה השולטים בתרמודינמיקה. בדרך כלל אנו מנקדים את נקודת המבט כי כוח המשיכה והחלקיקים הם ישויות יסודיות, וכי התרמודינמיקה מופיעה: תיאור התכונות המצרפיות של מספר גדול של דברים בסיסיים יותר. למעשה, חוקי התרמודינמיקה אכן נובעים מתחום אחר, מהותי יותר; מכניקה סטטיסטית. כוח המשיכה עשוי עדיין לנבוע ממשהו מהותי יותר: מיתרים, לולאות, חורים שחורים שעירים, חלקיקי פלאנק או מבנה תיאורטי אחר. אולם המפתח הוא שהתחזיות של רעיון "בסיסי יותר" זה חייבות להיות שונות ממה שחזה היחסות הכללית, וזה לא הוצג בצורה מאומתת. אבל הכי חשוב, כוח המשיכה אינו אשליה גם אם זה לא מהותי; זה קיים באותה מידה כמו כל נכס מתעורר. ובאשר לחלל ולזמן? הם אולי גם לא מהותיים, אבל אין שום רעיון טוב למה שהם עשויים לצמוח מה שמתחבר לכל מה שניתן לבחון. כך או כך, מרחב, זמן וכוח המשיכה בהחלט קיימים, וכי לקרוא להם "אשליה" זה פשוט לא נכון.

תנודות בחלל עצמו בסולם הקוונטים נמתחות על פני היקום בזמן האינפלציה, ומולידות פגמים הן בצפיפות והן בגלי הכבידה. קרדיט תמונה: א. סיגל, עם תמונות הנגזרות מ- ESA / Planck וכוח המשימה הבין-תאי של DoE / NASA / NSF על מחקר CMB.

5.) הכל בסך הכל תיאוריה.

המפץ הגדול: רק תיאוריה. כוח משיכה: רק תיאוריה. אפילו כל התחום של הצבת רעיונות אלה נקרא פיזיקה תיאורטית. זה לא כאילו אלה עובדות, אמיתות או אפילו חוקים. אלה רק תיאוריות.

אבל זה לגמרי מחמיץ את הנקודה של מה שהיא תיאוריה מדעית. עובדות הן המרכיבים הבסיסיים ביותר במדע. אתה עושה תצפית וזו עובדה. אתה מבצע מדידה וזו עובדה. נקודת נתונים ניסיונית יחידה היא עובדה, וכך אנו אוספים כמה שיותר מהם, וממציגים מערכי קבצים כדי לאסוף עוד יותר. כאשר אתה מבחין כי הדברים מתואמים, כי מערכות יחסים בין מדידות / ניתנות למדידה שונות מצייתות לצורה או משוואה מסוימת, זהו חוק. זה רק כשאתה יכול להרכיב מסגרת כוללת שלא רק מסבירה את העובדות ומקיפה את החוקים, אלא גם מעלה תחזיות חדשות לגבי דברים שאתה יכול לצאת ולהבחין שיש לך תיאוריה מדעית. אם תצאי, תאמת ותאמת את התיאוריות שלך ותדחוף אותן עד גבולות מוחלטים, שיש לך תיאוריה טובה כמו המפץ הגדול או היחסות הכללית.

וזה נכון: אפילו תיאוריה חזקה ומקובלת כדוגמאות אלה לעולם לא תהיה התשובה הסופית. תמיד יש עוד ללמוד, עוד גבולות לחצות ועוד שאלות לחשוף ולחקור. אולם התיאוריות המקובלות ביותר של היום קרובות לאמת ככל שהמדע יכול להגיע אי פעם, אפילו כפי שאנו תמיד שואפים להתקרב. מוטב להבין את המציאות, עם כל הניואנסים הכרוכים בה, הכי טוב שאנחנו יכולים, מאשר להתמיד במיתוס מנחם.

פוסט זה הופיע לראשונה בפורבס והוא מובא אליך ללא מודעות על ידי תומכי הפטרון שלנו. הגיבו לפורום שלנו, וקנו את ספרנו הראשון: מעבר לגלקסיה!