Ideen om at universet startet med et Big Bang er et nøkkelprinsipp i standardmodellen for kosmologi. Men den modellen er mye mindre vitenskapelig enn den antas å være. Til å begynne med kan vi aldri ha direkte bevis for selve Big Bang, og hvis vi skal akseptere det, må det være som en metafysisk, ikke en vitenskapelig hypotese. Videre har standardmodellen for kosmologi måttet tilpasse seg en rekke observasjonsavvik, og postulere enheter som mørk materie og mørk energi som det ikke er direkte bevis for. For å legge til det ovennevnte, er en annen sentral antakelse, det kosmologiske prinsippet, som sier at universets lover er de samme overalt, også under gransking. Universet kan vise seg å være mye merkeligere enn vi tror, eller muligens kunne forestille oss, argumenterer Bjørn Ekeberg.
Vi snakker vanligvis om standardmodellen for partikkelfysikk, men du snakker også om en standardmodell for kosmologi, og hvordan den også er på vaklende grunnlag. Hva ser du på som hovedprinsippene i kosmologiens standardmodell?
Standardmodellen for kosmologi (noen ganger kalt Concordance- eller Lambda-CDM-modellen) ligner et spill med Jenga, med byggeklosser stablet oppå hverandre. Nederst er en evolusjonær modell av generell relativitet der rommet utvider seg med tiden, basert på hypotesen om at universet oppsto i et ‘Big Bang’ – sammen med noen få forenklede antakelser. To nøkkeltolkninger ble hyllet som bevis for denne teorien: rødforskyvningen av galakser ble oppfattet som at rommet utvider seg, og den såkalte kosmiske mikrobølgebakgrunnen ble tolket som rester fra Big Bang. Med disse kjernebyggesteinene ble dette teoretiske rammeverket den første etablerte ‘vitenskapelige kosmologien’ på 1960-tallet. Kjerneprinsippene i standard kosmologi er at universet har et begrenset opphav i tid – og mer fundamentalt, at de matematiske lovene som er utledet fra vår egen galakse gjelder universelt, at vi kan kjenne hele universet med sikkerhet.
Det er et veldig dristig prosjekt som maler et storslått bilde som mange observasjoner motsier. Og så nye blokker ble lagt på toppen for å ta høyde for avvik mellom teori og observasjoner. Mørk materie ble oppfunnet som en forklaring på hvorfor våre observasjoner av galakser ikke passet til vår matematiske modell. Inflasjon ble oppfunnet som en forklaring på hvordan universet muligens kunne ha gått fra ingenting til den typen struktur vi observerer i dag. Dark Energy ble oppfunnet for å gjøre rede for tilsynelatende akselerasjon av rommet, og så videre. I dag er det utfordringer for noen av disse øvre blokkene, men svært få forskere ønsker å stille spørsmål ved blokkene nedenfor. Etter min forståelse er denne motviljen ikke basert på at disse blokkene er bevist utover tvil, men fordi hvis de skulle være i tvil, ville hele Jenga-tårnet av standard kosmologi falle fra hverandre.
___
Mørk materie ble oppfunnet som svar på problemet med at observasjoner av galakser ikke stemte overens med teoretiske spådommer. Men etter 50 år med forskning er det fortsatt ingen direkte bevis for det.
___
Hva er ditt viktigste forbehold når det gjelder eksistensen av mørk materie og troen til mange fysikere på at den utgjør 85 % av universet vårt?
Mørk materie ble oppfunnet som svar på problemet med at observasjoner av galakser ikke stemte overens med teoretiske spådommer. Med et slag løste den uoverensstemmelsen og ga en veldig enkel fysisk forklaring å forstå. Men etter 50 år med forskning er det fortsatt ingen direkte bevis for det. Selv om det ikke er min rolle å bedømme teoriens vitenskapelige fortjeneste, er min reservasjon at denne troen på at mørk materie eller noe sånt “må eksistere” egentlig er en tro på den universaliserte teoretiske modellen vi bruker for å forstå kosmos i utgangspunktet. . Det ser mistenkelig ut som episyklene som astronomer i oldtiden postulerte for å gi mening om planetbevegelser innenfor den geosentriske modellen.
Hvis vi skulle forlate ideen om mørk materie som ikke har noe bevisgrunnlag, ville andre deler av vår kosmologiske modell falle fra hverandre, og i så fall, har vi en alternativ modell som kan erstatte den?
Jeg bruker Jenga-metaforen av denne grunn – å antyde at mørk materie ikke er et kjerneprinsipp i standardmodellen, men snarere en ekstra blokk på toppen. Den er potensielt utskiftbar uten å true blokkene under. Mørk materie står nå overfor en seriøs utfordrer i den såkalte MOND-teorien (modifisert Newtonsk dynamikk), som godt kan formørke den ved å gjøre en bedre jobb med å matche teoretiske spådommer med observasjoner. Men dette ville ikke utgjøre et radikalt skifte. I utgangspunktet ville det erstatte en enkel fysisk forklaring med en komplisert matematisk beskrivelse, som det har tatt flere tiår å utvikle. På en måte ser MOND mer ut som en evolusjon enn en revolusjon. Når det er sagt, har nøkkelideen, at tyngdekraften ikke fungerer på samme måte overalt i universet, interessante implikasjoner for modellen som helhet. Det er en annen forenkling av antagelsen om det opprinnelige rammeverket som blir stilt spørsmål ved.
___
Du kan ikke bygge en kosmologisk modell uten metafysikk; å tro kosmologi er ren vitenskap er vrangforestillinger.
___
En av de slående påstandene du har fremsatt er at Big Bang er en metafysisk hypotese, snarere enn en påstand basert på astronomiske observasjoner. Hva mener du med ‘metafysisk hypotese’ her, at det ikke er mulig å teste empirisk?
Fra begynnelsen var ‘Big Bang’ alltid et hypotetisk premiss – hvis t=0, så … muliggjorde det beregning av scenarier. Når dette igjen kunne gi modeller som samsvarte med observasjoner, ble det sett på å validere det opprinnelige premisset. Dette ble gjentatt og ble en integrert antakelse innebygd i rammeverket. ‘Big Bang’ bar også en kraftig analogi med kjernefysikk, bildet av en kosmisk eksplosjon. Det så ut til å gi mening for en viss generasjon, og det var en svært overbevisende fortelling av mange grunner – den ultimate opprinnelseshistorien. Vi har siden gjennomsøkt himmelen etter tegn som vi antar som bevis på denne kosmiske opprinnelsen. Men dette er tilbakevirkende resonnement – det er ingen direkte bevis for Big Bang fordi det ligger utenfor horisonten til det observerbare. Så som en grunnantakelse som aldri i seg selv kan verifiseres, er det en metafysisk hypotese i denne nøyaktige forstand. Selvfølgelig kan du forestille deg et alternativt premiss, at universet er uendelig i tid, og dette er også metafysisk. Poenget mitt er at du ikke kan bygge en kosmologisk modell uten metafysikk; å tro kosmologi er ren vitenskap er vrangforestillinger.
Kosmologiens filosofiske problemer
Les mer
Hva med Hubbles observasjon om at universet utvider seg, at galakser beveger seg bort fra hverandre, teller ikke det som empiriske bevis på at de ble knust sammen, alle tett sammen, i fortiden?
Ja, dette var konklusjonen. Men merk at Hubble ikke observerte ekspansjon, han observerte en rødforskyvning som ble tolket som utvidelse – og han trodde ikke selv på denne tolkningen. Utvidelse ble gradvis konsensus ettersom det ga mening med en evolusjonær generell relativitetsmodell. Dessuten, selv om ekspansjon er den riktige tolkningen, er det et gigantisk kosmisk sprang å gå fra “rommet utvider seg” til “det vi ser må ha blitt knust sammen for milliarder av lysår siden”. Ja, det passer til det matematiske rammeverket, så selvfølgelig er det fristende å konkludere, men passer det til det vi kan observere? For å gjøre et slikt gigantisk sprang kreves det også oppfinnelse av teorier for hvordan dette til og med kan være mulig, for eksempel inflasjon. Uten å bedømme den vitenskapelige verdien av disse tolkningene, medfører det store spillefeltet helt klart en risiko for teoretisk overskridelse. Hvis tyngdekraften ikke er den samme overalt i universet, hvordan vet vi at rødforskyvning av lys alltid er det samme fenomenet?
En av debattene du skal delta i på festivalen handler om universets merkelighet. Niels Bohr sa berømt at “Ikke bare er universet merkeligere enn vi tror. Det er merkeligere enn vi kan tro.” Er du enig med Bohr? Hva betyr merkelighet her egentlig?
Jeg tar rart å bare mene noe som trosser våre kjente regler for fornuft og logikk. Bohr hadde i tankene kvantefysikkens forvirrende innsikt, men jeg tror det gjelder for kosmologi også. Selv om vi utvikler en teori som ser ut til å være konsistent med observasjoner, vil den bare noen gang forklare én bestemt fasett av kosmos slik vi kjenner det. Uansett hva vi tror vi vet, vil vi aldri vite. Dette betyr ikke at vi skal forlate vitenskapelig sondering, eller gi opp kosmologi, eller noe går – selvfølgelig ikke. Snarere, og jeg tror dette er hva Bohr mente, ville vi trenge å behandle vårt forskningsobjekt med mer ydmykhet. Graden av tillit som noen kosmologer og fysikere ser ut til å snakke med, er omvendt korrelasjon med sannsynligheten for at de vet med sikkerhet. Min egen forskning på feltet har fått meg til å tenke at ikke bare kan universet være merkeligere enn vi tror – vi kan også ta «mer feil enn vi kan tro».
___
Troen på at universet er laget av matematikk og at fysikernes rolle er å avsløre dens ‘hemmelige kode’ er en gjennomgripende tankestreng i moderne vitenskap som ikke kan skilles fra tro.
___
En av nøkkelantakelsene til kosmologi som du har sagt kanskje ikke er sanne, er det kosmologiske prinsippet, ideen om at naturlovene er universelle, de samme i alle deler av universet. Hvis det kosmologiske prinsippet ikke viste seg å være sant, ville universet virkelig vært mye merkeligere enn vi tror. Hva får deg til å tro at dette kan være tilfelle? Kunne vi til og med vite ved å observere andre deler av universet om de adlyder andre naturlover, eller om våre nåværende teorier rett og slett er ufullstendige/feil?
Jeg mistenker at den grunnleggende antakelsen som er så medvirkende til å skape et sammenhengende rammeverk til å begynne med, også kan vise seg å være misvisende. Hvis vi tar for oss en av de nåværende ‘krisene’ i kosmologien, den såkalte Hubble-spenningen, er dette et enormt misforhold mellom ulike målinger av Hubble-konstanten – universets ekspansjonshastighet. Disse observasjonene er gjort i forskjellige deler av universet, og de kommer forskjellige ut. Tilnærmingen til standard kosmologi – og grunnen til at folk setter den inn som en krise – er å finne måter å bringe disse verdiene nærmere hverandre, fordi standardantakelsen er basert på det kosmologiske prinsippet. Men hva om disse “mismatchende” observasjonene bare fortalte oss at universet faktisk ikke er det samme i alle retninger?
Ideen om at universet er rart strider mot måten vi har tenkt på naturen siden i det minste opplysningstiden – som noe som kan forstås av menneskesinnet og få det til å bøye seg etter den menneskelige viljen. Hvorfor tror du de fleste moderne filosofer og de fleste moderne fysikere trodde vi fullt ut kan forstå universet?
Det kan diskuteres om moderne filosofer virkelig trodde vi kunne forstå universet fullt ut – men idealet tilhører absolutt en dyp historie. Moderne fysikere ville kanskje vært mer tilbøyelige til en slik tankegang, delvis på grunn av dens sammenfiltring med matematikk og den varige ideen om matematikk som det universelle språket i naturen selv. Etter hvert som fysikk ble stadig mer matematisk, ble denne holdningen mer forankret og til og med feiret (som søken etter en storslått teori om alt). Opplysningsidealet er fortsatt svært viktig for vitenskapen, men troen på at universet er laget av matematikk og at fysikernes rolle er å avsløre dens ‘hemmelige kode’ er en gjennomgripende tankestreng i moderne vitenskap som ikke kan skilles fra tro.
Synes du et merkelig og uforståelig univers er et skummelt prospekt, eller et spennende? Injiserer det litt mystikk tilbake til en ellers fortryllende verden?
Forskere kan være mer tilbøyelige til å synes noe er rart fordi de er opplært til å forvente at fenomener oppfører seg i henhold til visse lover. Det er et spørsmål om kontroll og selvfølgelig kan det være skummelt å miste kontrollen. En poetisk sjel eller en filosof ville imidlertid bli henrykt over Bohrs innsikt fordi den rett og slett bekrefter den levde og følte følelsen av at til tross for alle våre rasjonalitetsverktøy og til tross for alle våre imponerende bestrebelser på å gripe det enorme kosmos, og til tross for alle våre fremskritt. , vi kommer uunngåelig til kort. Jeg tror den beste vitenskapen, eller skal jeg si en vitenskap som er mindre utsatt for vrangforestillinger om storhet, kommer fra å omfavne at vi kan ta feil.
*Spørsmål av Alexis Papazoglouredaktør for IAI News, nettmagasinet til Institute of Art and Ideas, og vert for podcasten Filosofen og nyhetene.*