Nous cherchons toujours quelque chose de plus. Et même nos meilleures suppositions ne nous permettent souvent pas de savoir où nous le trouverons. Au 19e siècle, nous avons discuté de la raison pour laquelle le soleil brûle - gravité ou combustion, sans même savoir qu'il s'agissait d'une fusion thermonucléaire. Au 20e siècle, nous avons discuté du sort de l'univers, sans même supposer qu'il accélérait dans le néant. Mais les révolutions dans la science sont réelles, et quand elles se produisent, nous devons réviser beaucoup de tout - parfois même tout - qui était auparavant considéré comme vrai.
Il existe de nombreuses vérités fondamentales à notre connaissance que nous remettons rarement en question, mais peut-être devrions-nous le faire. Dans quelle mesure sommes-nous confiants dans la tour de la connaissance que nous nous sommes construite?
Quelle est la vérité de notre science?
Selon l'hypothèse du vieillissement lumineux, le nombre de photons par seconde que nous recevons de chaque objet diminue proportionnellement au carré de la distance à celui-ci, tandis que le nombre d'objets que nous voyons augmente avec le carré de la distance. Les objets doivent être plus rouges mais émettre un nombre constant de photons par seconde en fonction de la distance. Cependant, dans un univers en expansion, nous recevons moins de photons par seconde au fil du temps, car ils doivent parcourir de longues distances à mesure que l'univers se dilate, et leur énergie diminue également pendant le décalage vers le rouge. La luminosité de la surface diminue avec la distance - ceci est cohérent avec nos observations.
Si les neutrinos plus rapides que la lumière dont on parlait il y a quelques années se révélaient vrais, il faudrait reconsidérer tout ce que nous savons sur la relativité et la limite de vitesse dans l'univers. Si Emdrive ou une autre machine à mouvement perpétuel s'avérait être réelle, il faudrait revoir tout ce que nous savons sur la mécanique classique et la loi de conservation de l'élan. Bien que ces résultats spécifiques n'aient pas été suffisamment fiables - ces neutrinos sont apparus en raison d'une erreur expérimentale, et Emdrive n'a été testé à aucun niveau de signification - un jour, nous pourrions bien faire face à un tel résultat.
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Le test le plus important ne sera pas de savoir si nous arrivons à une telle intersection. Notre vraie croyance en la vérité scientifique sera testée lorsque nous devrons décider quoi faire à ce sujet.
Une configuration EmDrive expérimentale à la NASA Eagleworks, où ils ont essayé de mener des tests isolés d'un moteur sans réaction. Ils ont trouvé un petit résultat positif, mais il n'était pas clair s'il était lié à une nouvelle physique ou à une erreur systématique. Les résultats ne semblaient pas fiables et n'ont pas pu être répétés indépendamment. La révolution n'a pas encore eu lieu.
La science est simultanément:
- Un corpus de connaissances englobant tout ce que nous avons appris en observant, changeant et expérimentant dans notre univers.
- Le processus consistant à remettre constamment en question nos hypothèses, à essayer de trouver des trous dans notre compréhension de la réalité, à rechercher des lacunes et des incohérences logiques et à définir les limites de nos connaissances de manière nouvelle et fondamentale.
Tout ce que nous voyons et entendons, tout ce que nos instruments trouvent, etc. - tout cela peut être un exemple de preuve scientifique lorsqu'il est correctement enregistré. Lorsque nous essayons de composer une image de l'univers, nous devons utiliser l'ensemble complet des données scientifiques disponibles. Nous ne pouvons pas choisir des résultats ou des preuves qui correspondent à nos conclusions préférées; nous devons confronter toutes nos idées à chaque exemple de bonnes données existantes. Pour bien faire la science, nous devons collecter ces données, les mettre pièce par pièce dans une structure auto-cohérente, puis les soumettre à toutes sortes de tests, de toutes les manières imaginables.
Le meilleur travail dont un scientifique est capable est d'essayer constamment de réfuter, non de prouver, les théories et les idées les plus sacrées.
Le télescope spatial Hubble (à gauche) est notre plus grand observatoire phare de l'histoire de l'astrophysique, mais beaucoup plus petit et moins puissant que le futur James Webb (au centre). Des quatre missions phares proposées pour les années 2030, LUVOIR (à droite) est la plus ambitieuse. En essayant d'atteindre le plus sombre de l'univers, de le voir en haute résolution et à toutes les longueurs d'onde possibles, nous pouvons améliorer et tester notre compréhension du cosmos d'une manière sans précédent.
Cela signifie augmenter notre précision à chaque décimale supplémentaire que nous pouvons ajouter; cela signifie rechercher des énergies plus élevées, des températures plus basses, des échelles plus petites et des échantillons de plus grande taille; cela signifie aller au-delà de la gamme connue de validité de la théorie; cela signifie la théorisation des nouveaux effets observés et le développement de nouvelles méthodes expérimentales.
À un moment donné, vous trouvez inévitablement quelque chose qui ne rentre pas dans le cadre de la sagesse acquise. Vous trouvez quelque chose de contraire à ce que vous vous attendiez à trouver. Vous obtenez un résultat qui contredit votre ancienne théorie déjà existante. Et quand cela se produit - si vous pouvez valider cette contradiction, si elle résiste à un examen minutieux et se révèle réellement très, très existante - vous obtiendrez quelque chose d'excellent: vous ferez une révolution scientifique.
L'un des aspects révolutionnaires du mouvement relativiste, mis en avant par Einstein, mais précédemment présenté par Lorentz, Fitzgerald et d'autres, était que les objets en mouvement rapide semblaient se contracter dans l'espace et ralentir dans le temps. Plus vous vous déplacez rapidement par rapport à quelque chose au repos, plus votre longueur se contracte et plus le temps ralentit par rapport au monde extérieur. Cette peinture - mécanique relativiste - a remplacé l'ancienne vision newtonienne de la mécanique classique.
La révolution scientifique, cependant, implique plus que simplement "les vieilles vérités sont fausses!" Ce n'est que la première étape. C'est peut-être une partie nécessaire de la révolution, mais en soi, ce n'est pas suffisant. Nous pourrions avancer simplement en remarquant où et comment notre vieille idée nous fait défaut. Pour faire avancer la science - et de manière significative - nous devons trouver une faille critique dans notre façon de penser précédente et la repenser jusqu'à ce que nous arrivions à la vérité.
Pour ce faire, nous devons surmonter non pas un, mais trois obstacles majeurs dans nos efforts pour améliorer notre compréhension de l'univers. Il y a trois composants qui entrent dans la théorie scientifique révolutionnaire:
Il doit reproduire tout le succès d'une théorie déjà existante.
Elle doit expliquer de nouveaux résultats contraires à l'ancienne théorie.
Il doit faire de nouvelles prédictions testables qui n'ont pas été testées auparavant et qui peuvent être confirmées ou réfutées.
C'est une barre incroyablement haute qui est rarement atteinte. Mais une fois atteint, les récompenses ne ressemblent à rien d'autre.
L'un des grands mystères des années 1500 était que les planètes se déplacent dans une direction apparemment rétrograde - c'est-à-dire dans la direction opposée. Cela pourrait s'expliquer soit par le modèle géocentrique de Ptolémée (à gauche), soit par le modèle héliocentrique de Copernic (à droite). Cependant, comprendre les détails avec une grande précision a nécessité des percées théoriques dans notre compréhension des règles sous-jacentes au phénomène observé, qui ont conduit aux lois de Kepler et à la théorie de la gravité universelle de Newton.
La nouvelle venue - une nouvelle théorie - porte toujours le fardeau de prouver, de remplacer la théorie dominante précédente, et cela l'oblige à résoudre un certain nombre de problèmes très difficiles. Lorsque l'héliocentrisme est apparu, il a dû expliquer toutes les prédictions des mouvements planétaires, prendre en compte tous les résultats que l'héliocentrisme ne pouvait pas expliquer (par exemple, le mouvement des comètes et des lunes de Jupiter), et faire de nouvelles prédictions - comme l'existence d'orbites elliptiques.
Quand Einstein a proposé la relativité générale, sa théorie était censée reproduire tous les succès de la gravité newtonienne, ainsi qu'expliquer la précession du périhélie de Mercure et la physique des objets dont la vitesse se rapproche de la lumière, et de plus, elle avait besoin de faire de nouvelles prédictions sur la façon dont la gravité plie stellaire. éclat.
Ce concept s'étend même à nos pensées sur l'origine de l'univers lui-même. Pour que le Big Bang devienne célèbre, il fallait qu'il remplace la vieille idée d'un univers statique. Cela signifie qu'il devait correspondre à la théorie générale de la relativité, expliquer l'expansion de Hubble de l'Univers et le rapport du décalage vers le rouge et de la distance, puis faire de nouvelles prédictions:
- Sur l'existence et le spectre du fond cosmique des micro-ondes
- Sur le contenu nucléosynthétique des éléments légers
- Sur la formation d'une structure à grande échelle et les propriétés de regroupement de la matière sous l'influence de la gravité.
Tout cela n'était nécessaire que pour remplacer la théorie précédente.
Maintenant, pensez à ce qu'il faudrait pour remplacer l'une des principales théories scientifiques d'aujourd'hui. Ce n'est pas aussi difficile que vous pourriez l'imaginer: il suffirait d'une seule observation de tout phénomène qui contredit les prédictions du Big Bang. Dans le contexte de la relativité générale, si vous pouviez trouver une conséquence théorique que le Big Bang ne correspond pas à nos observations, nous serions vraiment au bord de la révolution.
Et voici ce qui est important: il ne s'ensuivra pas que tout est faux dans le Big Bang. La relativité générale ne signifie pas que la gravité newtonienne est fausse; il impose seulement des restrictions sur où et comment la gravité newtonienne peut être appliquée avec succès. Il décrira encore avec précision l'Univers né d'un état chaud, dense et en expansion; décrire l'Univers observable avec un âge de plusieurs milliards d'années (mais pas un âge infini) de la même manière; il parlera également des premières étoiles et galaxies, des premiers atomes neutres, des premiers noyaux atomiques stables.
L'histoire visible de l'univers en expansion comprend l'état chaud et dense du Big Bang et la croissance et la formation ultérieures de la structure. L'ensemble de données complet, y compris les observations d'éléments lumineux et le fond cosmique des micro-ondes, ne laisse que le Big Bang comme une explication appropriée de ce que nous voyons. La prédiction du fond cosmique des neutrinos a été l'une des dernières grandes prédictions non confirmées à émerger de la théorie du Big Bang.
Quoi qu'il en soit de cette théorie - tout ce qui dépasse notre meilleure théorie actuelle (et cela s'applique à tous les domaines scientifiques) - la première étape consiste à reproduire tous les succès de cette théorie. Théories de l'univers statique qui combattent le Big Bang? Ils sont incapables de faire cela. Il en va de même pour l'univers électrique et le plasma cosmologique; on peut dire la même chose de la lumière fatiguée, d'un défaut topologique et des cordes cosmiques.
Peut-être qu'un jour nous réaliserons suffisamment de progrès théoriques pour qu'une de ces alternatives se transforme en quelque chose correspondant à l'ensemble complet des observables, ou peut-être qu'une nouvelle alternative apparaîtra. Mais ce jour n'est pas aujourd'hui, et en attendant, un Univers inflationniste avec un Big Bang, avec des radiations, de la matière ordinaire, de la matière noire et de l'énergie, explique l'ensemble complet de tout ce que nous avons jamais observé. Et elle est unique en son genre, pour le moment.
Mais il est important de se rappeler que nous sommes arrivés à cette image précisément parce que nous ne nous sommes pas concentrés sur un résultat douteux qui pourrait s'effondrer. Nous avons des dizaines de sources de preuves indépendantes qui nous mènent à la même conclusion encore et encore. Même s'il s'avère que nous ne comprenons pas du tout les supernovae, l'énergie noire sera toujours nécessaire; même s'il s'avère que nous ne comprenons pas du tout la rotation des galaxies, la matière noire sera encore nécessaire; même s'il s'avère que le fond micro-ondes n'existe pas, le Big Bang sera quand même nécessaire.
L'univers peut être complètement différent en détail. Et j'espère vivre assez longtemps pour voir émerger un nouvel Einstein qui défie les théories modernes - et gagne. Nos meilleures théories ne sont pas fausses, elles ne sont tout simplement pas assez complètes. Et cela signifie qu'ils ne peuvent être remplacés que par une théorie plus complète, qui inclura inévitablement tout, en général tout dans ce monde - et l'expliquera.
Ilya Khel