Benjamin Franklin una volta disse che qualsiasi sciocco può criticare, giudicare e lamentarsi - e la maggior parte degli sciocchi fa proprio questo. Richard Feynman una volta ha detto del processo scientifico: il primo principio è non ingannare te stesso - e tu sei il più facile da ingannare. Gli scettici credono che gli scienziati possano ingannare se stessi (per ignoranza o per mantenere il proprio lavoro) e spesso li biasimano per questo: climatologi, cosmologi, chiunque. In linea di principio, è facile respingere tali critiche come infondate, ma sorge una domanda interessante: come possiamo essere sicuri di non illuderci?
C'è un'opinione popolare nella scienza che gli esperimenti dovrebbero essere possibili da ripetere e falsificare. Se disponi di un modello scientifico, tale modello dovrebbe fornire previsioni chiare e tali previsioni dovrebbero essere verificabili in un modo che confermi o smentisca il tuo modello. A volte i critici capiscono che questo significa che la vera scienza si ottiene solo in condizioni di laboratorio, ma questa è solo una parte della storia. Anche la scienza osservativa come la cosmologia obbedisce a questa regola, poiché nuove osservazioni possono potenzialmente confutare le nostre attuali teorie. Se, ad esempio, osservo mille cigni bianchi, posso presumere che tutti i cigni siano bianchi. Vedere un cigno nero cambierà la mia speculazione. Una teoria scientifica non può essere assoluta, è sempre preliminare, cambia quando compaiono nuove prove.
Anche se questo è tecnicamente corretto, è un po 'ingiusto chiamare teorie consolidate "provvisorie". Ad esempio, la teoria della gravitazione universale di Newton è esistita per diversi secoli prima di essere soppiantata dalla teoria della relatività generale di Einstein. E se oggi possiamo dire che la gravità newtoniana è sbagliata, funziona come ha sempre fatto. Ora sappiamo che Newton ha creato un modello approssimativo che descrive l'interazione gravitazionale delle masse, ma così strettamente approssimato alla realtà che possiamo ancora usarlo per calcolare le traiettorie orbitali oggi. È solo quando espandiamo le nostre osservazioni oltre la gamma (molto ampia) di situazioni in cui Newton aveva ragione che abbiamo bisogno dell'aiuto di Einstein.
Quando raccogliamo prove a supporto di una teoria scientifica, possiamo essere certi che funziona con una piccola finestra per nuove prove. In altre parole, una teoria può essere considerata "vera" nell'intervallo in cui è stata testata qualitativamente, ma nuove condizioni possono rivelare inaspettatamente comportamenti che porteranno a un quadro più ampio e completo. Le nostre teorie scientifiche sono intrinsecamente preliminari, ma non nella misura in cui non possiamo fare affidamento sulla loro accuratezza. E questo è il problema con teorie consolidate. Poiché non possiamo mai sapere con certezza che i nostri risultati sperimentali siano "reali", come facciamo a sapere che semplicemente non stiamo facendo passare la risposta desiderata come valida?
Misurazioni della velocità della luce in anni diversi
Questo tipo di pensiero appare negli studenti elementari. Hanno il compito di misurare alcuni valori sperimentali come l'accelerazione di gravità o la lunghezza d'onda di un laser. Come neofiti, spesso commettono gli errori più semplici e ottengono risultati che non corrispondono al significato "generalmente accettato". Quando ciò accade, tornano indietro e cercano errori nel loro lavoro. Ma se commettono errori in modo tale da bilanciarsi o risultano non ovvi, non ricontrolleranno il loro lavoro. Poiché il loro risultato è vicino al valore atteso, pensano di aver fatto tutto bene. Questo pregiudizio è condiviso da tutti noi, e talvolta da illustri scienziati. Storicamente, questo è accaduto sia con la velocità della luce che con la carica di un elettrone.
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Attualmente esiste un modello in cosmologia che concorda bene con le osservazioni. Questo è il modello ΛCDM, il cui nome è composto dalla lettera greca "lambda" e dalla materia oscura fredda (CDM). La maggior parte dei perfezionamenti a questo modello includono misurazioni più accurate dei parametri di questo modello, come l'età dell'universo, il parametro di Hubble e la densità della materia oscura. Se il modello lambda-CDM descrive veramente accuratamente l'universo, una misurazione imparziale di questi parametri deve seguire un modello statistico. Esaminando i valori storici di questi parametri, possiamo misurare quanto fossero distorte le misurazioni.
Per capire come funziona, immagina una dozzina di studenti che misurano la lunghezza di una lavagna. Statisticamente, alcuni studenti ottengono un valore maggiore o minore del presente. Secondo la distribuzione abituale, se la lunghezza reale della tavola è di 183 centimetri con una deviazione standard per centimetro, otto studenti riceveranno un risultato compreso tra 182-184 centimetri. Ma immagina che tutti gli studenti siano all'interno di questo intervallo. In questo caso, hai il diritto di sospettare alcuni errori di misurazione. Ad esempio, gli studenti hanno sentito che la scacchiera era di circa ottantadue metri e mezzo, quindi hanno preso le misurazioni, arrotondando il risultato a 183. Paradossalmente, se i loro risultati sperimentali fossero troppo buoni, si potrebbe sospettare una distorsione iniziale nell'esperimento.
In cosmologia, vari parametri sono ben noti. Pertanto, quando un gruppo di scienziati conduce un nuovo esperimento, sa già quale risultato è generalmente accettato. Si scopre che i risultati degli esperimenti sono "infettati" dai risultati precedenti? Uno dei documenti più recenti della Quarterly Physics Review affronta proprio questo problema. Studiando 637 misurazioni di 12 diversi parametri cosmologici, hanno capito come i risultati fossero distribuiti statisticamente. Poiché i valori "reali" di questi parametri sono sconosciuti, gli autori hanno utilizzato i risultati di WMAP 7 come "veri". E hanno scoperto che la distribuzione dei risultati era più accurata di quanto avrebbe dovuto essere. L'effetto è piccolo, quindi potrebbe essere attribuito a aspettative distorte, ma era anche molto diverso dall'effetto atteso, il che potrebbe indicare una sovrastima delle incertezze sperimentali.
Ciò non significa che il nostro attuale modello cosmologico sia sbagliato, ma significa che dobbiamo essere un po 'più attenti alla nostra fiducia nell'accuratezza dei nostri parametri cosmologici. Fortunatamente, ci sono modi per migliorare l'accuratezza della misurazione. I cosmologi non prendono in giro se stessi e noi, semplicemente c'è ancora molto spazio per migliorare e correggere i dati, i metodi e le analisi che utilizzano.
