Zw II 96 у сузор'і Дэльфінаў, Дэльфін, з'яўляецца прыкладам зліцця галактыкі, размешчанай за 500 мільёнаў светлавых гадоў. Зорнае ўтварэнне, папуляцыя нядаўна створаных зорак, хуткасць звышновых і канчатковы стан эліптычнай галактыкі, прызначанае для фарміравання, прадказальныя дзякуючы навукова створанай тэарэтычнай базе. Крэдыт малюнка: NASA, ESA, каманда па спадчыне Хабла (STScI / AURA) -ESA / супрацоўніцтва Хабла і А. Эванс (Універсітэт Вірджыніі, Шарлотсвілль / NRAO / Універсітэт Стоні Брука).

Паспяховае прагназаванне будучыні патрабуе тэарэтычнай навукі

Гэта не проста тэорыя; гэта лепшы спосаб, каб мы асэнсавалі ўсё, што існуе.

«Фізік падобны на чалавека, які назірае за людзьмі ў шахматы, і, прагледзеўшы некалькі гульняў, ён, магчыма, выпрацаваў, у чым рухаюцца гульні. Але разуменне правілаў - гэта толькі дробязнае папярэдняе папярэдняе праходжанне шляху ад пачаткоўца да майстра. Так што, нават калі мы разумеем усе законы фізікі, вывучэнне іх наступстваў у паўсядзённым свеце, дзе могуць існаваць складаныя структуры, з'яўляецца куды больш складанай задачай, і ў гэтым я невыканальная ". -Марцін Рыз

У 1993 годзе касмічны тэлескоп "Хабл" толькі што быў абслугоўваны, адрамантаваны і абноўлены, і, нарэшце, зрабіў неверагодныя выявы, для якіх ён быў распрацаваны. Ад планет да зорак да туманнасцей і галактык, нарэшце, найглыбейшыя таямніцы Сусвету прыносілі наша новая наглядная сіла назірання. Тым не менш, была вялікая мяжа, якая, як мяркуецца, існуе, але ніколі не была даследавана: глыбокі, далёкі Сусвет, за межамі таго, што бачыў тэлескоп. Вельмі амбіцыйная прапанова імкнулася выявіць абсалютна пусты ўчастак неба - той, у якім не было вядомых зорак, галактык і матэрыя - на працягу многіх дзён. У вельмі спрэчным рашэнні дырэктар тэлескопа даў 11 дзён назірання за гэтай прапановай, а назіранні адбыліся ў снежні 1995 года. У выніку, Глыбокае поле Хабла зрабіла рэвалюцыю ў нашым поглядзе на Сусвет.

Арыгінальнае глыбіннае поле Хабла, якое выявіла тысячы новых галактык у бездані глыбокага космасу. Крэдыт малюнка: Р. Уільямс (STScI), палявая каманда Хабла і NASA.

Хоць многія астраномы баяліся, што гэта поўная марнаванне каштоўнага часу назірання і што на гэтым малюнку нічога не выявіцца, тэарэтычныя астрафізікі ведалі, што гэтыя аб'екты павінны быць там. Яны ведалі, наколькі багатымі яны павінны быць, якімі яны павінны быць яркімі і колькі з іх павінна з'яўляцца з улікам назіральнай сілы Хабла. Калі ўсё было сказана і зроблена, на гэтым класічным вобразе з'явілася больш за 3000 галактык, якія пацвярджаюць і зацвярджаюць нашу карціну Сусвету. Вялікі выбух, агульная адноснасць, фарміраванне буйнамаштабнай структуры і гісторыя ўтварэння зорак Сусвету былі ў цэлым з тым, што мы бачылі.

Мы яшчэ ведаем, што першыя зоркі і галактыкі павінны былі існаваць да гэтага нават у Сусвеце, усяго праз некалькі сотняў мільёнаў гадоў пасля Вялікага выбуху. Наша карціна Вялікага выбуху, Агульная адноснасць, насенне структурнага фарміравання і многае іншае - гэта супярэчлівая карціна, якая кажа нам, што мы яшчэ не ў самым пачатку. Малюнак: NASA, ESA і A. Feild (STScI).

Гэта не было нечаканасцю! Гэта не была і сэрэндаванне, і шчасце, альбо простае супадзенне. Дзякуючы нейкай вельмі якаснай тэарэтычнай працы, мы ведалі дакладна, што мы павінны бачыць, перш чым рабіць назіранні. Гэта найвялікшая сіла тэарэтычнай навукі: прадказаць тое, што нам трэба бачыць, сутыкацца ці перажываць у зусім незнаёмых сітуацыях. Прычына, калі мы можам зрабіць гэта паспяхова, калі ўсе іншыя шляхі правалілася, звязана з тым, што навуковыя рамкі, якія карпатліва былі створаны дзякуючы працы папярэдніх пакаленняў навукоўцаў.

Ілюстрацыя дзвюх чорных дзірак, якія зліваюцца, параўнальнай масы з тым, што бачыў LIGO. Нягледзячы на ​​тое, што гравітацыйныя хвалі прагназаваліся на працягу амаль стагоддзя, і зліццё чорных дзірак было тэарэтычна, каб даць наймацнейшы сігнал, што чалавецтва зможа спачатку выявіць, мы цалкам абапіраліся на тэарэтычную працу па мадэляванні сігналу да першага. Малюнак: SXS, праект Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) (http://www.black-holes.org).

Калі вы апынецеся ў новай сітуацыі, у якой, магчыма, ніхто ніколі не бываў, вы не цалкам у цемры. Пакуль асноўныя законы, якія кіруюць Сусветам, знаходзяцца з вамі, і пакуль вы зможаце вызначыць важныя, адпаведныя сілы ў вашай сістэме, у вас ёсць магчымасць паспяхова прайсці шлях праз падводныя камяні і зразумець, як працуе сістэма збіраюся паводзіць сябе. Калі мы ўпершыню выявілі зліццё чорных дзюр, менавіта нашы веды пра агульную адноснасць і наша разуменне таго, як павінны паводзіць сябе натхняльныя масы, прымусілі нас паспяхова прадказаць, як будзе выглядаць сігнал, хаця мы яго ніколі раней не бачылі.

Сігнал гравітацыйнай хвалі з першай пары выяўлены, зліваючы чорныя дзіркі ў супрацоўніцтве LIGO. Неабходныя дадзеныя і тэарэтычныя шаблоны неверагодныя ў тым, наколькі добра яны супадаюць. Малюнак: BP Abbott et al. (Навуковае супрацоўніцтва і супрацоўніцтва LIGO).

Калі мы сутыкаемся з высокаэнергетычнымі часціцамі пры ніколі раней дасягнутых энергіях, мы дакладна ведаем, якімі павінны быць перасекі, амплітуды рассейвання, каэфіцыенты разгалінавання і прадукты распаду ўсяго, што ўзнікае пры сутыкненні. Калі ёсць нейкія адхіленні, гэта сведчыць аб новай фізіцы, дадатковых часціцах або пашырэнні да Стандартнай мадэлі. Прычына, з якой мы можам праводзіць такія заблытаныя навуковыя эксперыменты і даведацца так шмат пра Сусвет у LHC, заключаецца не толькі ў тым, што мы б'ём рэчы разам з такой неверагодна высокай энергіяй; гэта таму, што мы разумеем фізіку, якая кіруе гэтымі часціцамі і іх узаемадзеяння пры самых розных энергіях, і можам экстрапаляваць у невядомы рэжым. Калі нешта новае паказвае сябе, мы гатовыя.

Адкрыццё Хіггса Босона ў ды-фатонным (γγ) канале ў CMS, дзе «ўдар» над тэарэтычнай крывой (у жоўта-зялёным колеры) дэманструе дадзеныя, якія сведчаць аб наяўнасці новай часціцы.

Гэта тычыцца не толькі фізікі, але і любой навуковай сітуацыі. Калі вы можаце правільна вызначыць важныя законы і правілы, якія рэгулююць вашу сістэму, і правільна мадэляваць свае зыходныя ўмовы, вы павінны быць у стане прадказаць, як будзе паводзіць сябе ваша сістэма ў любой сітуацыі, з якой вы можаце сутыкнуцца, нават калі гэта сітуацыя, з якой вы ніколі не сутыкаліся. раней. Гэта тычыцца хіміі, біялогіі, атмасферы, геалогіі і многіх іншых галін фізікі, жыцця і (часам) нават сацыяльных навук. Толькі тады, калі вашы тэарэтычныя мадэлі не застаюцца важным, адпаведным эфектам, вашы прагнозы не адпавядаюць таму, што адбываецца на самай справе.

Тэарэтычныя прагнозы часта правальваюцца толькі тады, калі яны абапіраюцца на ілжывыя здагадкі. Напярэдадні фінансавага крызісу 2008 года Алан Грынспан адзначыў сваё няўдалае меркаванне, сказаўшы:

У навуцы, як і ва ўсіх рэчах, не ведаючы ўсяго, не азначае, што няма нічога сапраўднага ў тым, што мы ўжо ведаем. Замест гэтага, няздольнасць тэорыі дакладна прадказаць тое, што адбудзецца ў той ці іншай сітуацыі, часта з'яўляецца прыкметай прасоўвання нашага разумення, калі дзверы адкрыты для стварэння лепшай мадэлі ў будучыні. Тое, што мы ўжо ведаем, з'яўляецца важным, істотным і дае аснову для прагназавання таго, што будзе далей. Калі вы хочаце ведаць, што будзе ў будучыні, прыгледзьцеся да прагнозаў нашых лепшых навуковых тэорый далёка і далёка па самым паспяховым шляху, які чалавецтва калі-небудзь выявіла. Адсюль толькі паляпшаецца.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".