我们对我们的宇宙真正了解多少?

诞生于138亿年前的宇宙爆炸中,宇宙迅速膨胀然后冷却,它仍在以越来越快的速度膨胀,主要由未知的暗物质和暗能量组成…正确的?

这个著名的故事通常被认为是不言而喻的科学事实,尽管相对缺乏经验证据,尽管在遥远宇宙的观测中出现了大量的不一致。

最近几个月,哈勃常数的新测量,普遍扩张的速度,两种独立计算方法的主要差异。膨胀率的差异不仅对计算有着巨大的影响,而且对宇宙学目前在宇宙极端尺度上的标准模型的有效性也有着巨大的影响。

最近的另一个探测器发现星系与暗物质理论不一致,假设这种假设物质无处不在。但是根据最新的测量结果,不是,建议理论需要重新检验。

或许值得停下来问问为什么天体物理学家假设暗物质在宇宙中无处不在?答案在于宇宙学物理学的一个特殊特征,这一特征不常被提及。对于暗物质等理论的一个重要功能,暗能量和通货膨胀,它们各自以自己的方式与大爆炸范式联系在一起,不是描述已知的经验现象,而是在解释不一致的观察时保持框架本身的数学一致性。从根本上说,它们是一些必须存在于框架被假定为普遍有效范围内的事物的名称。

当然,观察和理论之间的每一个新的差异都可以被认为是一个令人兴奋的希望,可以进行更多的研究,对真理的逐步完善。但如果加起来,它还可以提出一个更复杂的问题,这个问题不能通过调整参数或添加新变量来解决。

考虑问题的背景及其历史。作为一门数学驱动的科学,宇宙学物理学通常被认为是极其精确的。但是宇宙不同于地球上的任何科学物质。整个宇宙的理论,以我们自己的小区为唯一已知样本,需要大量简化假设。当这些假设相乘并延伸到很远的距离时,错误的可能性增加,我们有限的测试手段进一步加剧了这一点。

历史上,牛顿的物理定律构成了一个理论框架,为我们自己的太阳系工作,具有非凡的精度。天王星和海王星,例如,通过基于牛顿模型的预测发现的。但是随着鳞片变大,它的有效性被证明是有限的。爱因斯坦的广义相对论框架提供了一个超越我们银河系最远范围的更广泛、更精确的范围。但它到底能走多远?

20世纪中叶出现的大爆炸范式有效地将模型的有效性延伸到了一种无限性。定义为宇宙半径的边界(以460亿光年计算)或时间的开始。这个巨大的延伸基于一些具体的发现,例如,埃德温·哈勃(EdwinHubble)在1929年观察到宇宙似乎在膨胀,在1964年探测到微波背景辐射。但考虑到所涉及的规模,这些有限的观测对宇宙学理论产生了巨大的影响。

当然,广义相对论的有效性比假设的宇宙尽头的边缘更接近我们自己的家,这是完全合理的。如果是这样的话,今天的大爆炸范式的多层理论大厦将是一个混乱的混合体,虚构的野兽被发明来支持模型和经验性有效变量,相互依赖,使科学无法从小说中分类。

使这个问题更加复杂,对宇宙的大多数观察都是实验性的和间接的。今天的太空望远镜没有通过理论预测和柔韧参数的相互作用,直接观察到它们产生的测量结果,在这一过程中,模型涉及到每一个步骤。这个框架实际上是问题的框架;它决定了观察的地点和方法。所以,尽管有先进的技术和方法,这种努力的深刻局限性也增加了被无法计算的假设误导的风险。

在花了多年时间从科学哲学的角度研究宇宙学物理学的基础之后,听到一些科学家公开谈论宇宙学的危机,我并不感到惊讶。在大的“通货膨胀辩论”中必威app几年前,“大爆炸”范式的一个关键部分,因其作为一个科学理论已变得不可辩驳而受到该理论最初支持者之一的批评。

为什么?因为通货膨胀理论依赖于特别的装置来容纳几乎所有的数据,因为它提出的物理场并不是基于任何有经验依据的。这可能是因为通货膨胀的一个关键功能是将一个不可知的大爆炸过渡到我们今天能认识到的物理学。所以,它是科学还是方便的发明?

一些天体物理学家,比如迈克尔J。迪士尼批评了大爆炸的模式,因为它缺乏证明的确定性。在他的分析中,理论框架中的某些观察结果比自由参数要少得多,这是所谓的“负面意义”,对任何科学来说都是一个警示信号。就像迪斯尼写的那样betway88美国科学家:“怀疑论者有权认为这是一种消极的意义,过了这么久,努力和修剪,只是人们对一个民间故事的期望,不断地重新编辑,以适应不方便的新观察。”

正如我在新书中所讨论的,形而上学实验,目前的问题背后有着更深的历史。大爆炸假说本身最初是广义相对论重塑的间接结果。爱因斯坦对宇宙作了一个基本假设,空间和时间都是静止的,为了使他的方程式加起来,他补充了一个“宇宙学常数”,对此他自由地承认没有物理上的理由。

但是当哈勃观察到宇宙在膨胀,爱因斯坦的解似乎不再有意义时,一些数学物理学家试图改变这个模型的一个基本假设:宇宙在所有空间方向上都是相同的,但在时间上是不同的。不是微不足道的,这一理论带来了一个非常有希望的好处:宇宙学和核物理学的可能结合。勇敢的新原子模型也能解释我们的宇宙吗?

从一开始,这一理论只涉及一个明确假设事件的直接后果,其主要功能是作为一个极限条件,理论的崩溃点。大爆炸理论没有提到大爆炸;这是解广义相对论的一个可能的假设前提。

除此之外,这个不可预测但非常有效的假设,一层接一层的地板已完整添加,有着广泛的规模和新的差异。为了解释与广义相对论不一致的星系观测结果,暗物质的存在被假定为一种未知的、看不见的物质形式,计算出占宇宙中所有质量能量含量的四分之一以上。当然,框架是普遍有效的。1998,当一组对加速星系的超新星测量结果似乎与框架不一致时,一种被称为暗能量的神秘力量的新理论出现了,计算出大约占宇宙质量能量的70%。

当今宇宙学范式的关键在于,为了维持一个对整个宇宙有效的数学统一理论,我们必须承认,95%的宇宙是由完全未知的元素和力量提供的,对此我们没有任何经验证据。科学家要对这幅图有信心,就需要对数学统一的力量有一种特殊的信心。

最后,宇宙学的难题是它依赖于框架作为进行研究的必要前提。因为没有明确的选择,天体物理学家迪斯尼也指出,从某种意义上说,这是一种范式。增加新的理论基础似乎比重新考虑基本面更务实。

与逐渐接近真理的科学理想相反,它看起来很像宇宙学,从技术研究中借用一个术语,已成为路径依赖:对过去发明的影响过于确定。

这篇文章是基于形而上学实验:物理学和宇宙,由明尼苏达大学出版社出版。