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現代宇宙學的主流觀點認為,宇宙起源於一場大爆炸,並且過去、現在和未來一直會膨脹下去。

科學的進步就是一個認知不斷提升的過程,也是一個解決未知問題的過程。在19世紀,當時人們一直在爭論是什麼在驅動太陽發光發熱,最後我們發現了核聚變反應。到了20世紀,我們為宇宙的命運爭論不休,最後我們發現整個宇宙正在加速膨脹,直到未來的某一時刻膨脹到死寂。

今天我想說的是,如果我們之前對宇宙的認知是錯誤的,例如:我們對微波背景輻射(cmb)理解有誤,並且誤解了星系紅移或多普勒效應,這就說明我們實際上生活在一個穩定或靜止的宇宙中!這種事情會發生嗎?也就是說,我們目前對自己構建的科學理論有多自信?

就目前來看,答案是:非常自信!但如果現在出現一個與之前理論相沖突的實驗結果,並被證明是正確的,例如,如果幾年前中微子被證明比光速還快,那我們就不得不重新思考關於相對論和宇宙速度極限是否正確了。如果EMdrive(或Cannae drive)或其它違反物理定律的引擎被證明是真的,那我們將不得不重新思考關於經典力學和動量守恆定律是否正確了。

最後的事實證明這兩個實驗結果並不可靠,中微子被證明是一個實驗資料誤差,而電磁驅動(和其它的無動力引擎)後來都沒有得到實際的驗證,但總有一天,我們可能會遇到一個強有力的實驗結果與現有的理論發生衝突。因為我們知道,我們現在的很多科學理論並不完善,科學也並沒有走到盡頭,未來還有很多真理等著我們去發現。

那麼,如果某一天真的出現了這樣的事,我們該如何應對?

首先我們先解釋一下什麼是科學,以及一個成功的科學理論需要滿足哪些條件?

科學是兩者兼而有之:

科學包含了我們通過觀察、測量和對宇宙進行實驗而學到的所有知識。科學是一個不斷質疑理論假設的過程,試圖在最好的理解中找出漏洞,尋找邏輯的不一致之處,並以全新的方式不斷測試挑戰知識的極限。

我們看到的一切,聽到的一切,我們的儀器探測到的一切,如果記錄準確,這些都是有效的科學資料。通過對科學資料的分析和歸納,我們就可以提出一個描述宇宙的科學理論。但在這個過程中,我們要面對一切真實存在的科學資料,而不是為了得到我們想要的結論,故意的迴避或者捏造一些不真實的資料。

因此,為了做好科學研究,我們需要收集正確的資料,面對所有的可能存在的資料,然後把這些資料拼湊成一個自洽的理論框架,並且不斷地以我們所能想象的各種方式挑戰和測試這個理論框架。這意味著我們需要將實驗精度不斷地降低;這意味著更高的能量,更低的溫度,更小的距離尺度,更大的樣本容量。

在進行科學研究時,如果秉持以上的態度,就有可能在實驗的過程中發現一些不和諧的現象,與之前的預期相沖突,甚至會得到一個與原有理論相矛盾的結果。如果我們能證實這種矛盾是真實存在的,如果這種矛盾經得起仔細的推敲,這將會是一場科學革命。

也就是說,我們可能發現了一個新的理論,但是在新理論提出的過程中,僅表明“舊理論”是錯誤的還不夠,新理論必須超越舊理論。因此一個革命性的科學理論必須包含以下三點:

所以我們對一個新理論的要求非常嚴苛!這就是為什麼日心說必須解釋所有關於行星運動的預測,必須解釋相互矛盾的結果(例如彗星運動),並且需要對橢圓軌道做出新的預測。這就是為什麼廣義相對論需要解釋牛頓引力的一切,需要解釋水星近日點的進動和接近光速的運動,需要做出引力彎曲星光和其它的新預測。

對於大爆炸來說,這就是為什麼它必須與廣義相對論一致,解釋宇宙的哈勃膨脹和紅移/距離關係,並做出新的預測:

宇宙微波背景的存在和黑體輻射頻譜,輕元素的核合成丰度大尺度結構的形成和引力的聚集特性。

那麼現在的問題是,目前的大爆炸理論預言的一切都是錯的嗎?當然有可能!只要我們能對任何與大爆炸預測相矛盾的現象(在廣義相對論的背景下)進行成功的測試,這就意味著大爆炸理論是錯誤的。

但更重要的是,一次預測的錯誤並不意味著大爆炸的一切都是完全錯的,就像廣義相對論並不意味著牛頓引力的一切都是錯的。

例如,宇宙起源於一種熱的、稠密的、膨脹的狀態;宇宙誕生到目前有138億年的歷史;第一個恆星和星系,第一個中性原子,第一個穩定的原子核的形成,仍然可能是準確的。

無論以後有什麼理論取代了目前我們最好的宇宙學理論(這適用於所有的科學領域),它都必須包含舊理論的所有成功之處。關於膨脹的宇宙和靜態的宇宙,在20世界已經科學界也爭論了許久,提出了不少的理論,但最後都被證實是錯誤的,與觀測事實不符。

但也許有一天,會有足夠的理論進步,出現一種新的替代理論。但就目前來說,大爆炸宇宙的膨脹,伴隨著輻射,普通物質,暗物質和暗能量,解釋了我們所觀察到的一切。

重要的是要記住,目前大爆炸理論的一切都不是通過一個觀察結果得出來的,而是有許多條獨立的證據,都能得出相同的結論。也就是說,即使我們對超新星的理解有誤,也有其他的證據能證明暗能量仍然是存在的;如果事實證明我們了解的星系旋轉曲線是錯誤的,也有其他的證據能證明暗物質是存在的;;如果結果證明我們對微波背景的理解也是錯誤的,也會有其他的證據能證明大爆炸仍然是解釋宇宙目前最好的理論。

但也許細節上會有所不同,希望在未來能看到是什麼取代了我們目前最好的理論。但我們現在所理解的並不會是錯誤的,它只是不完整而已,註定會被更完整的理論所取代。

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