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关于咱们的世界,咱们究竟知道些什么?

世界诞生于138亿年前的一次世界爆破,世界敏捷胀大,然后冷却,它仍在以越来越快的速度胀大,首要由不知道的暗物质和暗能量组成...对吗?

这一众所周知的故事通常被以为是显而易见的科学现实,虽然相对缺少经历依据,并且在悠远世界的观测中也呈现了一系列的不一致。

最近几个月,哈勃常数的新丈量,即世界胀大速率,表明晰两种独立的核算办法之间的首要差异。胀大速率的差异不仅对核算有巨大的影响,并且对世界学现在的规范模型在世界的极点尺度上的有用性也有巨大的影响。

最近的另一个勘探器发现星系与暗物质理论不一致,后者以为这种假定物质无处不在。但依据最新的丈量成果,现实并非如此,这表明该理论需求从头查验。

或许值得停下来问一问,为什么天体物理学家假定世界中处处都是暗物质?答案在于世界物理学的一种独特的特性,而这一特性并不经常被注意到。关于比如暗物质、暗能量和胀大这样的理论的一个要害功用,它们各自以自己的办法与大爆破范式联络在一起,不是描绘已知的经历现象,而是要在解说不同的调查成果的一起,坚持结构自身的数学一致性。从根本上说,它们是一些有必要存在于结构被假定为遍及有用规划内的事物的称号。

当然,调查和理论之间的每一个新的差异自身都可以被以为是对更多研讨的许诺,是对真理的一种逐步完善。但当它加起来的时分,它也或许提出一个更杂乱的问题,而这个问题并不是通过调整参数或添加新的变量来处理的。

考虑问题的布景和前史。作为一门数学驱动的科学,世界物理学通常被以为是十分准确的。但世界与地球上任何科学主题都不同。一种关于整个世界的理论,依据咱们自己的细小邻域作为它的仅有已知样本,需求许多简化的假定。当这些假定相乘并延伸到很远的间隔时,发生过错的或许性就会添加,而咱们十分有限的测验手法又会使这一点变得愈加杂乱。

从前史上看,牛顿的物理规律构成了一个理论结构,它以惊人的精度为咱们自己的太阳系作业。例如,天王星和海王星都是通过依据牛顿模型的猜测而被发现的。可是跟着量表的增大,它的有用性被证明是有限的。爱因斯坦的广义相对论结构供给了一个超出咱们银河系最远规划的更广泛、更准确的规划。但它究竟能走多远呢?

20世纪中叶呈现的大爆破方式有用地将模型的有用性扩展到了一种无穷大,它被界说为世界半径的鸿沟(以460亿光年核算),或者是时刻的开端。这一巨大的扩展是依据一些详细的发现,如埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在1929年调查到的世界好像正在胀大,以及1964年对微波布景辐射的勘探。但考虑到所触及的规划,这些有限的观测对世界学理论发生了极大的影响。

当然,广义相对论的有用性更挨近咱们自己的家乡,而不是在假定的世界结尾的边际,这是彻底可信的。如果是这样的话,今日的大爆破范式的多层次理论修建将会是一个紊乱的组合,被创造出来支撑这个模型,以及经历上有用的变量,相互依靠,以至于不或许把科学和小说区别开来。

使这个问题愈加杂乱的是,对世界的大多数观测都是通过试验和直接的办法进行的。今日的太空望远镜不能供给任何东西的直接视图,它们通过理论猜测和参数的相互作用来发生丈量,在这一过程中,模型触及到每一步。这个结构从字面上描绘了这个问题,它决议在哪里以及怎么调查。因而,虽然触及到了先进的技能和办法,但这种尽力的深入局限性也添加了被无法核算的假定误导的危险。

在花了许多年时刻从科学哲学的视点研讨世界物理学的根底之后,听到一些科学家揭露议论世界学的危机,这并不感到惊奇。几年前,在一场严重“世界胀大争辩”中,大爆破范式的一个要害部分遭到了该理论开端支撑者的批判,以为这一理论作为一种科学理论是站不住脚的。

为什么?因为世界胀大理论依靠于暂时的规划来包容简直一切的数据,并且它所提出的物理场也不是依据任何有经历依据的东西。这或许是因为世界胀大的一个要害功用便是将不知道的大爆破转变为咱们今日所能知道的物理学。那么,这是科学仍是一项便利的创造?

一些天体物理学家,如迈克尔·J·迪斯尼(Michael J.Disney),批判了大爆破的典范,因为它缺少可证清晰实定性。在他的剖析中,理论结构中的某些观测要比自在参数少得多。所谓的“负面含义”,对任何科学来说都是一个警示信号。迪斯尼写道:“置疑者有权以为,通过如此多的时刻、尽力和润饰后,负面含义只不过是人们对一个故事不断地从头修改以习惯新调查。”

当时的问题背面有着更深层次的前史。大爆破假说自身开端是广义相对论重塑的直接成果。爱因斯坦对世界做了一个根本的假定,即世界在空间和时刻上都是静态的,为了使他的方程组组合起来,他添加了一个“世界学常数”,他坦率地供认没有任何实践的理由。

可是,当哈勃望远镜调查到世界正在胀大,爱因斯坦的处理计划好像不再有含义时,一些数学物理学家企图改动这个模型的一个根本假定:世界在一切空间方向上都是相同的,但在时刻上是不同的。果然如此,这一理论带来了一个十分有期望的优点:世界学和核物理学之间或许的交融。原子的新模型也能解说咱们的世界吗?

从一开端,该理论只谈到一个清晰的假定事情的直接结果,它的首要功用是作为一个极限条件,在这一点上,理论溃散。大爆破理论不能阐明大爆破,它是处理广义相对论的一个或许的假定条件。

在这一无法证明但十分有成效的假定的根底上,一层接一层地添加了完好的内容,扩展了很大的规划,并呈现了新的差异。为了解说对与广义相对论不一致的星系的调查,暗物质的存在被假定为一种不知道和不行见的物质方式,当然,假定这个结构是遍及有用的。1998年,当一组超新星对加快星系的丈量好像与这一结构相对立时,一种新的理论发生了一种称为暗能量的奥秘力气。

当今世界学范式的中心是,为了保持一个对整个世界有用的数学一致理论,咱们有必要供认,咱们95%的世界是由彻底不知道的元素和力气供给的,咱们对这些元素和力没有任何经历依据。关于一个科学家来说,要对这幅画有决心,就需求对数学一致的力气有特殊的决心。

最终,世界学的难题在于它依靠结构作为进行研讨的必要条件。因为缺少清晰的代替计划,正如天体物理学家迪斯尼也指出的那样,从某种含义上讲,它被这种范式所困住了。添加新的理论根底好像比从头考虑根本面更为务实。

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