我們已經將相當多關於宇宙的知識碎片整合在一起。它們有可能被證實是錯誤的麼？
我們總是走在追尋下一個重大發現的路上，但是在我們想要準確預期它將來自何處時，就算是我們最好的推測工作也總是會顯得十分糟糕。在19世紀時，我們曾為了到底是燃燒還是重力在為太陽提供能量而爭執不休，卻從未猜測到是核聚變過程在發生。在20世紀時，我們反覆討論宇宙的命運，從未想象過它有可能在加速湮滅終結。
而科技革命是切實存在的，當它出現的時候，它將引領我們重新思考許多事情——那些曾被認為是正確的理論。有很多各種各樣組成我們現有學識的基礎知識，我們很少對它們發出質疑，但或許我們應當去提出疑問。當革命性的存在主義思想越走越遠，這是我們的終極問題：我們對我們所構築的科學高塔究竟有多自信？
基於疲憊之光理論，我們從每個物體接收到的光子每秒數量的減少量與它的距離的平方成正比，同時我們所看到的物體的數量隨著距離的平方增長。根據距離的增長，物體會變得更紅，但是會放射出一個恆定的每秒光子數。然而在一個膨脹宇宙中，我們隨著時間變化每秒接收到越來越少的光子數，因為隨著宇宙膨脹它們需要穿越更遠的距離，同時由於紅移能量也減少了。即使把星系演化也會導致表面亮度的變化的因素考慮在內，在很遠的距離上，亮度也會變得更弱，這與我們所看到的一致。
結論或許出人意料，我們對於我們所構築的科學知識的整體非常自信。它將理所應當地保持正確，直到一個特定的時間：直到一個簡單粗暴的實驗結果和它激烈衝突。
如果許多年前的超光速中微子結果被證實的話，我們可能不得不重新思考和我們曾以為我們已經掌握的關於相對論和宇宙的光速限制相關的所有東西。如果電磁推進器，或者另外一種永動引擎變為現實的話，我們就將不得不重新思考我們曾以為已經掌握的關於經典機械學和動量守恆定律。雖然這些特殊的結論不夠強健——中微子被證實為實驗誤差，而電磁推進器在任何有意義的層面上都逃避了驗證——但某一天我們或許會遭遇這樣一種結果。
對於我們來說最重要的檢驗並不在於我們是否已經到了那個岔路口。我們對於科學真理的保障將在這種情況發生時，在處理這個問題的過程中受到檢驗。
電磁推進器在NASA鷹工廠的實驗性組裝，這是他們嘗試性隔離檢驗無反應推進器的地方。他們得到了微小的正面結果，但並不是很確定這是否只是新的物理學現象或者僅僅只是一次系統誤差。這個實驗結果並沒能被獨立且完善地重複證實。而在此之前，這並不能成為一次新的革命對的先兆。
科學同時是：
1.我們對宇宙的觀察，測量，實驗中所學習到的所有知識的總體。
2.對我們所提出的猜想不斷地提問，嘗試著在我們已知的真理上戳出漏洞，尋找邏輯漏洞和矛盾，在異常中檢驗我們知識的有限性，這些都是基礎的方式。
所有我們看到的東西，所有我們聽到的東西，所有我們的儀器所探測到的東西，只要它們被恰當地記錄下來，都能夠成為科學數據的一部分。當我們試著將我們對宇宙已知的圖畫拼湊在一起時，我們肯定會用到所有能得到的科研數據。我們不能擇優選擇實驗結果或者是傾向於和我們想要的結果相吻合的部分現象，我們需要將我們的想法和所有存在的實驗數據所比對。為了研究好科學，我們需要收集這些數據，將這些碎片組合到一個自恰的框架中，然後用我們所能想象到的所有方式去挑戰這個框架。
哈勃太空望遠鏡（左）是我們天文學歷史上的天文臺中最偉大的旗艦，但它比即將到來的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（中）要小得多也弱得多。在21世紀30年代的4個計劃中的旗艦任務中，紅外巡天望遠鏡（右）是到目前為止最有野心的一個。通過從宇宙中探索更微小的物質，更高的解析度，更廣的波長範圍，我們可以以史無前例的方式優化並檢驗我們對於宇宙的理解。（馬特山/奧拉）
這意義著要將我們的實驗精度增長到每一個我們所能掌握的小數點，這意味著要達到更高的能級，更低的溫度，更小的距離尺度，更廣的取樣範圍，這意味著要理論化新的觀測結果和發明新的測量方法。
在某些時刻，你不得不去發現一些和主流學識並不相符的東西。你需要發現一些與你所期待的結果相碰撞的東西，將要得到一些反駁舊有的，先前存在的理論的結果。而當這些發生的時候（如果你能證實這個矛盾，如果它能經得起審查並能表現出自身的真實性的話），你將有能力做一些非常精彩的事：造就一場科學革命。
相對論運動中由愛因斯坦提出，但最早由洛倫茨和其他人建立的一個革命性表現：快速移動中的物體會在空間中表現為壓縮並在時間中表現為膨脹。相對於靜止的某人來說你運動得越快，你的長度顯得被壓縮地越嚴重，同時時間相對於外界表現為被膨脹地更大。這張關於相對論力學的圖片取代了舊有的牛頓學說關於經典力學的觀點.( 科特·倫肖)
不過一場科學革命不只是簡單地陳述。“原有的觀點總是深入人心的”，這只是簡簡單單地第一步。它或許是一場革命必不可少的一部分，但很可惜它自身並不足以獨當一面。我們必須要超越的並不僅僅是注意到我們陳舊的觀點從哪裡，如何地欺騙了我們。為了讓科學向前發展，我們必須要找到我們先前的想法中決定性的瑕疵，並修訂它直到我們得到正確的結果。
這需要我們清除三個主要阻礙來改善我們對於宇宙的理解。革命性的科學理論所需要的三個佐證如下：
1.需要重新推論所有先前已存在的理論的成果。
2.需要能夠解釋與先前理論相違背的新研究結果。
3.需要做出新的，以前從未測試過的可試驗的預測，這可以被確定為真實也可以被駁倒。
這要求高得離譜，而且發生地極少。但是當它一旦發生了，成果將不同凡響。
16世紀時重要拼圖中的一個就是行星是如何在一個明顯是逆行的軌道中運動的。這可以通過托勒密的地心說（左）來解釋，也可以通過哥白尼的日心說（右）來解釋。然而，將細節精確到任意精度需要我們對於以觀測到的現象為基礎的規律的理解在理論上的進步，這將導向開普勒定律和最終的牛頓基本萬有引力定律。
證明的責任總是會落新來者的頭上，並以此來取代 先前流行的理論。而這需要面對許多非常困難的挑戰。當日心說被提出時，它需要解釋所有關於行星運動的推測，需要重現地心說所無法解釋的一些實驗結果（比如，彗星的運動以及木星環），還需要做出新的推論，比如橢圓形軌道的存在。
當愛因斯坦提出廣義相對論的時候，他的理論需要重新論證經典引力學的所有成果，加上它需要解釋水星近日點的近動和物體接近光速時的物理學現象，甚至除此之外，它還需要對重力是如何彎曲星光的做出新的假設。
根據1919年愛丁頓探險的結果顯示，廣義相對論決定性地描繪了質量巨大的物體周圍星光的彎折，推翻了經典力學的繪卷。這是對愛因斯坦相對論對的第一次觀測證實，展現出了空間構造扭曲的可視化。
這個概念甚至延伸到了我們關於宇宙起源本身的思考。從大爆炸到上升階段再到突出階段，它不得不取代先前穩態宇宙的概念。這意味著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，然後做出關於這些的新推論：
宇宙微波背景輻射的存在和光譜
輕元素的核合成丰度
重力作用下物質大規模結構的形成和聚類特性
所有這些都需要去取代先前的理論
約束暗能量的三種獨立來源：超新星、CMB(宇宙微波背景輻射)、BAO（大尺度結構的相互關係中可觀測的波動特徵）。注意就算沒有超新星，我們也需要暗能量。這份圖像已經有了更新的版本，但是結果基本沒有變化。
現在，來想一下如今駁斥一條我們領導性的科學理論都需要什麼。這並沒有像你想的一樣複雜：所需要的僅是一個與大爆炸推論相違背的現象的觀測結果。在廣義相對論的範圍內，如果你能找到一個與我們的觀測結果所不相符的關於宇宙大爆炸的理論結果，我們就能為一次革命的到來做相應的準備。
但是重點在於這並不說明關於大爆炸的所有東西都是錯的。廣義相對論並不意味著關於經典力學的所有東西都是錯的，它只是簡單地揭露了關於牛頓力學成功使用的場合和方式的限制條件。它仍能精確地描述宇宙起源於一個高溫，緻密，膨脹中的狀態，它仍能精確地描述我們幾十億年內（但並不是無限的）可觀測的宇宙，它將仍能精確地討論第一批行星與星系，最早的中性原子，以及最早的穩定原子核。
膨脹宇宙歷史的一段視覺圖，包括最早的被稱之為大爆炸的高溫緻密態和後來的結構的增長與形成。所有的數據，包括輕元素的觀測和宇宙微波背景輻射，使得大爆炸成為我們所能想到的唯一有效解釋。關於宇宙中微子背景的推論是最後的未證實的大爆炸推論之一，而它留下的痕跡現在已經可以在CMB和大尺度結構中觀測到。（NASA/CXC/M.WEISS）
無論是什麼將取代它，無論是什麼接替它成為我們現在最好的理論（並且這可以適用於所有科學領域），它的第一目標都是推導那個理論的所有成功之處。穩定態和靜止宇宙理論想要取代大爆炸理論？它們做不了那麼多。無論是相信電動宇宙/宇宙等離子體的人；還是疲憊光理論的信徒；或是量子化類星體紅移的研究者；以及拓撲缺陷/弦理論愛好者，都一樣做不到。
或許某一天，我們將取得足夠的理論進展，使其中一個可能性方案發展成為與所觀察到現象一致的方理論，又或者會浮現出新的可能。但那並不是現在，而且在此期間，膨脹的大爆炸宇宙，和輻射，常規物質，暗物質，暗能量，能夠完全解釋我們所觀測到的所有現象，其它理論沒有一個能做到的。
在宇宙膨脹過程中在宇宙中穿梭的空間中固有的量子波動，導致質量的波動會在宇宙微波背景中留下痕跡，而質量波動就是導致恆星，星系，和其它大尺度構造如今在宇宙中出現的原因。這是關於整個宇宙是如何表象的我們所擁有的最好的畫卷，在此之中膨脹先於大爆炸。
但是必須要記住我們並不是通過關注於某一個可能使其崩潰的可疑結果而走到這一步的。已經有幾十條由獨立的證據組成的線都將我們指向了同樣的結論。就算摒棄我們之前完全不理解的超新星，暗能量理論也依舊是需要的;就算捨去我們絲毫不懂的星系自轉，暗物質推論也依舊是存在的；就算微波背景理論是假的需要被拋棄，大爆炸理論也還是需要的。
這個宇宙可能會被發現在細節上與我們現在所設想的完全不一樣。就像你們中的許多人一樣，我希望我們可以活到能夠看到是什麼新的理論挑戰，超越，最終取締了我們現在對宇宙最好的理解。但當這些發生的時候，並不會使我們現在已知的只是變得毫無意義。我們今天領導型的理論並不是錯誤的，它們只是還沒有被完善。只有通過讓一些取代現在的理論，在它們成立與不成立的地方取的成功的理論，科學才能夠在很多有意義的方向進步。
作者: Ethan Siegel
FY: 風箏小貓
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