Pravda, vzdelané odhady a špekulácie v „Interstellar“

Nasleduje úryvok z Medzihviezdna veda , od Kip Thorne.

Veda o Interstellar leží vo všetkých štyroch doménach: newtonovská, relativistická, kvantová a kvantová gravitácia. V súlade s tým je známe, že časť vedy je pravdivá, časť je kvalifikovaným odhadom a časť je špekuláciou.

Aby to bola pravda, veda musí byť založená na dobre zavedených fyzikálnych zákonoch (newtonských, relativistických alebo kvantových) a musí mať dostatočný základ v pozorovaní, aby sme si boli istí, ako aplikovať zavedené zákony.

Presne v tomto zmysle sú neutrónové hviezdy a ich magnetické polia pravdivé. prečo? Po prvé, existenciu neutrónových hviezd pevne predpovedajú kvantové a relativistické zákony. Po druhé, astronómovia veľmi podrobne študovali pulzarové žiarenie z neutrónových hviezd. Tieto pozorovania pulzarov sú krásne a presne vysvetlené kvantovými a relativistickými zákonmi, ak je pulzar rotujúcou neutrónovou hviezdou; a žiadne iné vysvetlenie sa nikdy nenašlo. Po tretie, neutrónové hviezdy sa pevne predpovedajú, že sa budú formovať v astronomických explóziách nazývaných supernovy, a pulzary sú viditeľné v centrách veľkých, rozpínajúcich sa oblakov plynu, pozostatkov starých supernov. My astrofyzici teda nepochybujeme; neutrónové hviezdy skutočne existujú a skutočne produkujú pozorované pulzarové žiarenie.

Ďalším príkladom pravdy je čierna diera Gargantua a ohyb svetelných lúčov, ktorým skresľuje obrazy hviezd (obrázok 3.3). Fyzici nazývajú toto skreslenie „gravitačné šošovkovanie“, pretože je podobné skresleniu obrazu zakrivenou šošovkou alebo zrkadlom, ako napríklad v zábavnom dome v zábavnom parku.

Einsteinove relativistické zákony jednoznačne predpovedajú všetky vlastnosti čiernych dier od ich povrchov smerom von, vrátane ich gravitačnej šošovky. Astronómovia majú pevné pozorovacie dôkazy, že v našom vesmíre existujú čierne diery, vrátane gigantických čiernych dier, ako je Gargantua. Astronómovia videli gravitačnú šošovku inými objektmi, aj keď ešte nie čiernymi dierami, a pozorovaná šošovka je presne v súlade s predpoveďami Einsteinových relativistických zákonov. Toto mi stačí. Gargantuova gravitačná šošovka, ktorú simuloval tím Paula Franklina Double Negative pomocou rovníc relativity, ktoré som im dal, je pravdivá. Takto by to naozaj vyzeralo.

Naproti tomu pleseň, ktorá ohrozuje ľudský život na Zemi v Interstellar je v jednom zmysle vzdelaný odhad a v inom špekulácia. Nechaj ma vysvetliť.

Počas zaznamenanej histórie boli plodiny, ktoré ľudia pestujú, sužované občasnými plesňami (rýchlo sa šíriacimi chorobami spôsobenými mikróbmi). Biológia, ktorá je základom týchto chorôb, je založená na chémii, ktorá je zasa založená na kvantových zákonoch. Vedci ešte nevedia odvodiť z kvantových zákonov všetku príslušnú chémiu (veľa z toho však odvodiť vedia); a ešte nevedia vydedukovať z chémie celú relevantnú biológiu. Napriek tomu sa z pozorovaní a experimentov biológovia dozvedeli veľa o plesniach. Plesne, s ktorými sa ľudia doteraz stretli, nepreskočili z infikovania jedného druhu rastlín na druhý takou rýchlosťou, aby ohrozili ľudský život. Ale nič, čo vieme, nezaručuje, že sa to nemôže stať.

To, že je takáto skaza možná, je len kvalifikovaný odhad. To, že by sa to niekedy mohlo stať, je špekulácia, ktorú väčšina biológov považuje za veľmi nepravdepodobnú. Gravitačné anomálie, ktoré sa vyskytujú v Interstellar , napríklad minca, ktorú Cooper hodí a ktorá náhle padne na podlahu, sú špekulácie. Rovnako aj využitie anomálií na odstránenie kolónií zo Zeme.

Hoci experimentálni fyzici pri meraní gravitácie usilovne pátrali po anomáliách – správaní, ktoré nemožno vysvetliť newtonovskými ani relativistickými zákonmi – žiadne presvedčivé gravitačné anomálie na Zemi nikdy nevideli.

Na základe snahy pochopiť kvantovú gravitáciu sa však zdá pravdepodobné, že náš vesmír je membrána (fyzici to nazývajú „brána“) sídliaca vo „hyperpriestore“ vyššej dimenzie, ktorému fyzici dávajú názov „hromadný“; pozri obrázok 3.5. Keď fyzici prenesú Einsteinove relativistické zákony do tohto množstva, ako to robí profesor Brand na tabuli vo svojej kancelárii (obrázok 3.6), objavia možnosť gravitačných anomálií - anomálií vyvolaných fyzikálnymi poľami, ktoré sa nachádzajú vo veľkom.

Zďaleka si nie sme istí, či ten objem skutočne existuje. A je to len kvalifikovaný odhad, že ak väčšina existuje, vládnu tam Einsteinove zákony. A nemáme tušenie, či objem, ak existuje, obsahuje polia, ktoré môžu generovať gravitačné anomálie, a ak áno, či je možné tieto anomálie využiť. Anomálie a ich využitie sú dosť extrémnou špekuláciou. Ale sú to špekulácie založené na vede, na ktorých sa ja a niektorí moji fyzickí priatelia radi zabávame — aspoň neskoro v noci pri pive. Takže spadajú pod usmernenia, ktoré som pre Interstellar obhajoval: „Špekulácie . . . bude prameniť zo skutočnej vedy, z myšlienok, ktoré aspoň niektorí ‚ctihodní‘ vedci považujú za možné.“

V celej tejto knihe pri diskusii o vede o Interstellar Vysvetľujem stav tejto vedy – pravda, vzdelaný odhad alebo špekulácia.

Samozrejme, stav myšlienky – pravda, kvalifikovaný odhad alebo špekulácia – sa môže zmeniť; a s takýmito zmenami sa občas stretnete vo filme a v tejto knihe. Pre Coopera je hromada vzdelaným odhadom, ktorý sa stane pravdou, keď tam vstúpi do tesseractu; a zákony kvantovej gravitácie sú špekuláciou, kým ich TARS nevytiahne z vnútra čiernej diery, takže pre Coopera a Murpha sa stanú pravdou.

Medzihviezdna veda

Pre fyzikov devätnásteho storočia bol Newtonov zákon o inverznej štvorci pre gravitáciu absolútnou pravdou. Ale okolo roku 1890 bol revolučne prevrátený malou pozorovanou anomáliou na obežnej dráhe Merkúra okolo Slnka. Newtonov zákon je v našej slnečnej sústave takmer správny, ale nie celkom. Táto anomália pomohla vydláždiť cestu Einsteinovým relativistickým zákonom z dvadsiateho storočia, ktoré – v oblasti silnej gravitácie – začali ako špekulácie, sa stali kvalifikovaným odhadom, keď sa začali objavovať údaje z pozorovania, a do roku 1980, s neustále sa zlepšujúcimi pozorovaniami, sa vyvinuli do pravda.

Revolúcie, ktoré vyvracajú zavedenú vedeckú pravdu, sú mimoriadne zriedkavé. Ale keď k nim dôjde, môžu mať hlboký vplyv na vedu a techniku.

Dokážete vo svojom živote identifikovať špekulácie, ktoré sa stali vzdelanými dohadmi a potom pravdou? Už ste niekedy videli, že vaše zavedené pravdy sa prevrátili, čo malo za následok revolúciu vo vašom živote?

Výňatok z Medzihviezdna veda , od Kip Thorne. Copyright © 2014 Kip Thorne. So súhlasom vydavateľa, W. W. Norton & Company, Inc. Všetky práva vyhradené.