Estamos sempre procurando por algo mais. E mesmo nossos melhores palpites muitas vezes não nos permitem saber onde o encontraremos. No século 19, discutimos sobre por que o sol queima - gravidade ou combustão, sem nem mesmo suspeitar que a fusão termonuclear estava envolvida. No século 20, discutimos sobre o destino do universo, sem nem mesmo assumir que ele estava se acelerando até o nada. Mas as revoluções na ciência são reais e, quando acontecem, temos que revisar muito de tudo - às vezes até tudo - que antes se acreditava ser verdade.
Existem muitas verdades fundamentais em nosso conhecimento que raramente questionamos, mas talvez devêssemos. Quão confiantes estamos na torre do conhecimento que construímos para nós mesmos?
Quão verdadeira é nossa ciência?
De acordo com a hipótese do envelhecimento da luz, o número de fótons por segundo que recebemos de cada objeto diminui em proporção ao quadrado da distância até ele, enquanto o número de objetos que vemos aumenta com o quadrado da distância. Os objetos devem ser mais vermelhos, mas emitem um número constante de fótons por segundo, dependendo da distância. No entanto, em um universo em expansão, recebemos menos fótons por segundo ao longo do tempo, pois eles têm que viajar longas distâncias conforme o universo se expande, e sua energia também diminui durante o redshift. O brilho da superfície diminui com a distância - isso é consistente com nossas observações.
Se os neutrinos mais rápidos do que a luz de que falamos há alguns anos se revelassem verdadeiros, teríamos que reconsiderar tudo o que sabíamos sobre a relatividade e o limite de velocidade no universo. Se o Emdrive ou outra máquina de movimento perpétuo se revelasse real, teríamos que revisar tudo o que sabíamos sobre a mecânica clássica e a lei da conservação do momento. Embora esses resultados específicos não fossem confiáveis o suficiente - aqueles neutrinos apareceram devido a um erro experimental e o Emdrive não foi testado em nenhum nível de significância - um dia poderemos enfrentar tal resultado.
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O teste mais importante para não será se chegaremos a esse cruzamento. Nossa verdadeira crença na verdade científica será testada quando tivermos que decidir o que fazer a respeito.
Uma configuração experimental EmDrive na NASA Eagleworks, onde eles tentaram conduzir testes isolados de um motor sem reação. Eles encontraram um pequeno resultado positivo, mas não estava claro se estava relacionado com a nova física ou com um erro sistemático. Os resultados não pareceram confiáveis e não puderam ser repetidos independentemente. A revolução não aconteceu - ainda.
A ciência é simultaneamente:
- Um corpo de conhecimento que abrange tudo o que aprendemos observando, mudando e experimentando em nosso universo.
- O processo de questionar constantemente nossas suposições, tentando encontrar buracos em nossa compreensão da realidade, procurando lacunas lógicas e inconsistências e definindo os limites de nosso conhecimento de maneiras novas e fundamentais.
Tudo o que vemos e ouvimos, tudo o que nossos instrumentos encontram, e assim por diante - tudo isso pode ser um exemplo de evidência científica quando registrado corretamente. Quando tentamos compor uma imagem do universo, devemos usar o conjunto completo de dados científicos disponíveis. Não podemos escolher resultados ou evidências que correspondam às nossas conclusões preferidas; temos que confrontar todas as nossas ideias com todos os exemplos de dados bons que existem. Para fazer ciência bem, devemos coletar esses dados, colocá-los peça por peça em uma estrutura autoconsistente e, então, submetê-la a todos os tipos de testes, de qualquer maneira imaginável.
O melhor trabalho que um cientista é capaz é tentar refutar constantemente, e não provar, as teorias e idéias mais sagradas.
O Telescópio Espacial Hubble (à esquerda) é nosso maior observatório na história da astrofísica, mas muito menor e menos poderoso do que o futuro James Webb (ao centro). Das quatro missões principais propostas para a década de 2030, LUVOIR (à direita) é a mais ambiciosa. Ao tentar alcançar o mais obscuro do universo, vê-lo em alta resolução e em todos os comprimentos de onda possíveis, podemos melhorar e testar nossa compreensão do cosmos de uma forma sem precedentes.
Isso significa aumentar nossa precisão para cada casa decimal adicional que possamos adicionar; isso significa buscar energias mais altas, temperaturas mais baixas, escalas menores e tamanhos de amostra maiores; isso significa ir além do intervalo conhecido de validade da teoria; isso significa teorização de novos efeitos observados e o desenvolvimento de novos métodos experimentais.
Em algum ponto, você inevitavelmente encontrará algo que não se encaixa na estrutura da sabedoria adquirida. Você encontra algo contrário ao que esperava encontrar. Você obtém um resultado que contradiz sua velha teoria já existente. E quando isso acontecer - se você puder validar essa contradição, se ela resistir ao escrutínio e realmente se mostrar muito, muito existente - você alcançará algo excelente: você terá uma revolução científica.
Um dos aspectos revolucionários do movimento relativístico, apresentado por Einstein, mas anteriormente apresentado por Lorentz, Fitzgerald e outros, era que os objetos em movimento rápido pareciam se contrair no espaço e desacelerar no tempo. Quanto mais rápido você se move em relação a algo em repouso, mais seu comprimento se contrai e mais o tempo desacelera em relação ao mundo exterior. Esta pintura - mecânica relativística - substituiu a velha visão newtoniana da mecânica clássica.
A Revolução Científica, entretanto, envolve mais do que apenas as "velhas verdades estão erradas!" Este é apenas o primeiro passo. Pode ser uma parte necessária da revolução, mas em si não é suficiente. Poderíamos seguir em frente simplesmente observando onde e como nossa velha ideia está falhando. Para fazer a ciência avançar - e de forma significativa - precisamos encontrar uma falha crítica em nossa forma anterior de pensar e repensá-la até chegar à verdade.
Para fazer isso, precisamos superar não um, mas três obstáculos principais em nossos esforços para melhorar nossa compreensão do universo. Existem três componentes que entram na teoria científica revolucionária:
Deve reproduzir todo o sucesso de uma teoria já existente.
Ela deve explicar novos resultados que fossem contrários à velha teoria.
Deve fazer novas previsões testáveis que não foram testadas antes e que podem ser confirmadas ou refutadas.
Esta é uma barra incrivelmente alta que raramente é alcançada. Mas quando é alcançado, as recompensas são diferentes de qualquer outra coisa.
Um dos grandes mistérios dos anos 1500 era que os planetas se moviam em uma direção aparentemente retrógrada - ou seja, na direção oposta. Isso pode ser explicado pelo modelo geocêntrico de Ptolomeu (à esquerda) ou pelo modelo heliocêntrico de Copérnico (à direita). No entanto, descobrir os detalhes com alta precisão exigiu avanços teóricos em nossa compreensão das regras subjacentes ao fenômeno observado, o que levou às leis de Kepler e à teoria da gravidade universal de Newton.
A recém-chegada - uma nova teoria - sempre carrega o fardo de provar, substituindo a teoria dominante anterior, e isso requer que ela resolva uma série de problemas muito difíceis. Quando o heliocentrismo apareceu, ele teve que explicar todas as previsões dos movimentos planetários, levar em consideração todos os resultados que o heliocentrismo não conseguia explicar (por exemplo, o movimento dos cometas e das luas de Júpiter) e fazer novas previsões - como a existência de órbitas elípticas.
Quando Einstein propôs a relatividade geral, sua teoria deveria reproduzir todos os sucessos da gravidade newtoniana, bem como explicar a precessão do periélio de Mercúrio e a física dos objetos cuja velocidade está se aproximando da luz e, além disso, ela precisava fazer novas previsões sobre como a gravidade dobra estelar brilho.
Este conceito se estende até mesmo aos nossos pensamentos sobre a origem do próprio universo. Para que o Big Bang se tornasse famoso, ele teve que substituir a velha ideia de um universo estático. Isso significa que ele tinha que corresponder à teoria geral da relatividade, explicar a expansão de Hubble do Universo e a proporção de redshift e distância, e então fazer novas previsões:
- Sobre a existência e o espectro da radiação cósmica de fundo
- Sobre o conteúdo nucleossintético de elementos leves
- Sobre a formação de uma estrutura em grande escala e propriedades de agrupamento da matéria sob a influência da gravidade.
Tudo isso foi necessário apenas para substituir a teoria anterior.
Agora pense no que seria necessário para substituir uma das principais teorias científicas da atualidade. Isso não é tão difícil quanto você pode imaginar: seria necessária apenas uma observação de qualquer fenômeno que contradiz as previsões do Big Bang. No contexto da relatividade geral, se você pudesse encontrar uma consequência teórica de que o Big Bang não corresponde às nossas observações, estaríamos realmente à beira de uma revolução.
E aqui está o que é importante: não se seguirá disso que tudo sobre o Big Bang está errado. A relatividade geral não significa que a gravidade newtoniana esteja errada; ele apenas impõe restrições sobre onde e como a gravidade newtoniana pode ser aplicada com sucesso. Ele ainda descreverá com precisão o Universo nascido de um estado quente, denso e em expansão; descreva o Universo observável com uma idade de muitos bilhões de anos (mas não uma idade infinita) da mesma maneira; ele também falará sobre as primeiras estrelas e galáxias, os primeiros átomos neutros, os primeiros núcleos atômicos estáveis.
A história visível do universo em expansão inclui o estado quente e denso do Big Bang e o subsequente crescimento e formação da estrutura. O conjunto de dados completo, incluindo observações de elementos leves e da radiação cósmica de fundo, deixa apenas o Big Bang como uma explicação adequada para o que vemos. A previsão do fundo do neutrino cósmico foi uma das últimas grandes previsões não confirmadas a emergir da teoria do Big Bang.
O que quer que surja com essa teoria - tudo o que vai além de nossa melhor teoria atual (e isso se aplica a todos os campos científicos) - o primeiro passo é reproduzir todos os sucessos dessa teoria. Teorias do universo estático que combatem o big bang? Eles são incapazes de fazer isso. O mesmo vale para o universo elétrico e o plasma cosmológico; o mesmo pode ser dito sobre a luz cansada, sobre um defeito topológico e cordas cósmicas.
Talvez algum dia façamos progresso teórico suficiente para que uma dessas alternativas se transforme em algo correspondente ao conjunto completo de observáveis, ou talvez uma nova alternativa apareça. Mas este dia não é hoje e, nesse ínterim, um Universo inflacionário com um Big Bang, com radiação, matéria comum, matéria escura e energia, explica o conjunto completo de absolutamente tudo o que já observamos. E ela é única, por enquanto.
Mas é importante lembrar que chegamos a esse quadro precisamente porque não nos concentramos em um resultado duvidoso que poderia entrar em colapso. Temos dezenas de linhas de evidências independentes que nos levam à mesma conclusão repetidamente. Mesmo que não entendamos supernovas, a energia escura ainda será necessária; mesmo se descobrirmos que não entendemos a rotação das galáxias, a matéria escura ainda será necessária; mesmo que o fundo de micro-ondas não exista, o Big Bang ainda será necessário.
O universo pode ser completamente diferente em detalhes. E espero viver o suficiente para ver o surgimento de um novo Einstein que desafie as teorias modernas - e vença. Nossas melhores teorias não estão erradas, apenas não são completas o suficiente. E isso significa que eles só podem ser substituídos por uma teoria mais completa, que inevitavelmente incluirá tudo, em geral tudo neste mundo - e o explicará.
Ilya Khel
