Hoofdstuk 2

Deel 1: Rethinking Space en Time Again

"We zijn zo opgesloten in de wereld van onze eigen zintuigen dat, hoewel we gemakkelijk begrijpen en vrezen een verlies van het gezichtsvermogen, kunnen we niet toveren een foto van een visuele wereld buiten onze eigen. Het is vernederend om te beseffen dat evolutionaire perfectie is een testament-o'-the-wisp en dat de wereld is niet helemaal wat we ons voorstellen dat het is als we het meten door middel van een lens van het menselijke zelf-belang. "

Timothy H. Goldsmith

"Wat essentieel is, is onzichtbaar voor het oog."

Antoine de Saint-Exupery

Neutraal drijfvermogen Laboratory, NASA's Johnson Space Center, Houston, Texas.

Ik ben drifting-zweven een paar centimeter boven de oogverblindende witte oppervlak van het International Space Station (ISS). Deze briljante speeltuin vraagt ​​aan mij, het aansluiten van me naar een sensatie ontdekt tijdens de kindertijd na het bouwen van mijn eerste fort - een plek waar ik kon houd mijn top-secret projecten veilig, een plek waar ik kon de rest van de wereld als een buitenstaander te observeren. Alleen al het hier verwijdt mijn zenuwuiteinden en verhoogt mijn zintuigen. Op de achtergrond zijn er onzichtbare draaikolken van verzet en mijn huid tintelt met een constante beroering. Als ik kijk naar de structuur voor mij is het onmogelijk te zeggen of ik het verplaatsen of het beweegt. Alles wat bestaat uit de beweging tussen ons relationeel is, geen andere betekenis overleeft. Een ander geel handvat komt binnen handbereik. Verleng ik mijn hand en Trek voorzichtig aan het naar mijn cursus te sturen. Ik voel de golvende cilinder onder mij draaien rechts op commando. Ik moet mezelf eraan te herinneren om te ademen.

Ik blijf glijden langzaam van een handvat naar de volgende alsof ik aan het spelen waren de strofe van een welsprekend symfonie. Arm over arm beweeg ik over dit oppervlak als de muziek in mijn hoofd bouwt in de richting van haar hoogtepunt. Hoewel ik kijk naar deze ruimte schip beweging onder mij, ik vermoed dat een toeschouwer zou ik omschrijven als een kleine bug rondom de tak van een boom. Dat wil zeggen, als ze lieten zich een van de meest indrukwekkende geschiedenis van de bouwprojecten te vergelijken met de tak van een boom.

In het midden van deze stanza Ik hoor de krakende stemmen van Mission Control over mijn been telefoon. Ze worden waarin de Orbital Replacement Unit (ORU) procedure als de Missie Specialisten maken hun weg van de Pressurized Mating Adapter (PMA). Een van die astronauten is mijn buddy's vader.

Na het voltooien van onze NASA nitrox certificering, Brad en ik nemen onze eerste missie. Mijn kloppend hart is voortdurend in te drukken hoe groot van een deal is voor mij. Zelfs de toegang tot het dek boven stevig beperkt, maar nu, als officiële vlucht leads, we drijven met astronauten rond het ISS met een project van de onze. Het gevoel is opwindend.

Deze ervaring vond plaats in 's werelds grootste overdekte zwembad (202 meter lang, 101 meter breed, en 40 meter diep), bekend als het neutraal drijfvermogen Laboratory (NBL). Het is een satelliet van NASA's Johnson Space Center (JSC) in Houston, Texas. Het zwembad herbergt exacte omvang mock-ups van het ISS, de Hubble Space Telescope (HST), en de Space Shuttle Cargo Bay, die worden gebruikt om de missie EVA's (Extra Vehicular Activities of 'ruimtewandelingen') te simuleren.

Toen de NBL oorspronkelijk werd gebouwd, NASA had enkele problemen aanschaf van de juiste verdeling van water voor. Daarom duurde het meer dan een maand naar het zwembad met alleen een tuinslang te vullen. Nu wordt het volledige volume, met een zorgvuldig uitgebalanceerde chemicaliën, gefiltreerd elke vierentwintig uur.

Als de astronauten blijven hun simulatie Brad en ik beginnen onze taak. Onze 'cowboying rond' - dat is wat het wordt aangeroepen als een EVA wordt uitgevoerd zonder een ketting - is niet alleen een poging om een ​​jeugddroom te vervullen, wij zijn het fotograferen van een aantal van de externe ISS componenten en de algemeen profiel voor een catalogus, hebben wij de componeren. Het ISS is geconfigureerd dagelijks naar de fase van de constructie die elke simulatie bemanning zal tegenkomen in de ruimte te bootsen. Foto's van de tussenstappen zal een nuttige referentie zijn. Vrijwilligerswerk voor deze taak gaf ons een goed excuus om in het zwembad elke dag.

Ik ben het dragen van een omvangrijke onderwater digitale camera en die foto's van deze inspirerende kolos als het drijft onder / boven mij. Als de geheugenkaart bijna is verzadigd Ik geef de camera aan Brad en beginnen te verkennen. Het kost verrassend weinig fantasie om te beweren dat ik eigenlijk ben in de ruimte. Alles is neutraal drijfvermogen - net zweven over. De laadruimte van de Space Shuttle is zichtbaar in de verte, en wanneer de gesprekken met Mission Control staakt, een angstaanjagende stilte omringt mij. De kleuren zijn ook anders - niet helemaal zoals ze zouden zijn in de ruimte, maar verschillend genoeg om een ​​gevoel van het onbekende vonk. Het is een gevoel dat stroomt over mijn lichaam en gaat door me heen.

Opeens herinner ik me mijn dromen van het zijn in de ruimte en ik ben overweldigd door het verlangen om te ontdekken wat als voelt om te drijven weg in de hemel, zonder de mogelijkheid terug te halen. Wetende dat ik niet een ketting dragen (en waardoor ik te geloven dat ik in de ruimte in plaats van een zwembad), ik greep een andere uitstekende geel greep en te versnellen in de richting van de rand van de cilindervormige laboratorium. Ik zie de massieve structuur bewegen onder me. Behandel te hanteren Ik trek en duw. Dan, als ik start de rand van de structuur, ik draai en kijk thuisbasis drift verder en verder weg.

Dat is wanneer het raakte me. Dat is wanneer ik echt bedacht wat het betekent om te zeggen dat de snelheid is volledig relationeel. Ik had verwacht om te ervaren hoe het was om te drijven uit de buurt van het ISS aan mijn onvermijdelijke einde, maar in plaats daarvan was ik getuige van het ISS drijven weg van mij. Dit was enigszins verrassend. Voor sommige reden, elke keer als ik me had voorgesteld wat deze ervaring zou zijn had ik visualiseerde het van het referentiekader van het ISS. Nu zag ik het door mijn eigen ogen - vanuit mijn eigen referentiekader. De ervaring die diep geworteld mijn intuïtie in het fundamentele principe in de natuurkunde die ons vertelt dat alle inertiële frames zijn op gelijke voet - dat een constante snelheid referentiekader is net zo geldig als alle andere.

Galileo Galilei is aangesloten op dit principe in de cabine van een schip. [1] Einstein gebruikte het station in Bern, Zwitserland op zijn verbinding verhouden. Ik had geleerd van hun inzichten en had volledig ingestemd met het principe van de inertie frames als een fundamentele waarheid. Maar totdat ik eigenlijk het ISS drift buiten mijn bereik zag, had mijn intuïtie niet geabsorbeerd is. Ik had niet begrepen de raadsels die met deze waarheid. Ik had niet geworsteld met de mysteries die deze eenvoudige eigenschap van de ruimtetijd omringen. Ik had nog nooit gevraagd hoe het komt dat alle inertiële frames gelijk zijn. Deze simpele vraag blijkt te zijn een zeer diepgaand.

De grootste mysteries van de fysieke wereld zijn, maar echo's van onze onwetendheid van ruimte en tijd. Hoewel ze liggen ten grondslag aan al onze ervaringen en vormen de zeer metriek van de natuur, zijn ruimte en tijd bleef zo ​​clandestiene dat we niet eens in staat geweest om definitief te definiëren. Deze vage begrip zal niet meer doen.

Het is tijd voor ons om kroon onze zoektocht naar een diepere essentie, het openen van de deuren van een wondere wereld die toegankelijk is voor ons alleen door de kracht van wetenschappelijke verbeelding, om te leren om te zien wat is onzichtbaar voor het oog. Om dit te doen moeten we ons concentreren op de kern van onze onwetendheid. We moeten erkennen de wortel van onze verwarring en worstelen met vragen die die root te weerspiegelen.

Dit is geen gemakkelijk ding om te doen, in feite, is het uiterst moeilijk. De briljante natuurkundige Kip Thorne nagedacht dit probleem en was in staat om een ​​prachtig voorbeeld van waarom het zo moeilijk voor ons te gebruiken. Hij merkt op dat Hendrik Lorentz en Henri Poincare beiden waardevolle inzichten die gemakkelijk had kunnen leiden tot nieuwe visie van Einstein te ontdekken geproduceerd, maar geen van hen nam die laatste stap. Waarom? Het antwoord, aldus Thorne, is dat beide mannen "werden betasten in de richting van dezelfde herziening van onze begrippen van ruimte en tijd als Einstein, maar ze werden betasten door een mist van misvattingen opgedrongen aan hen door de Newtoniaanse fysica."

Einstein daarentegen was in staat om kant af Newtoniaanse misvattingen. Zijn bereidheid om zijn onderzoek te starten vanuit het niets, al dan niet betekende het vernietigen van de fundamenten van de Newtoniaanse fysica, "bracht hem, met een helderheid van denken die anderen niet konden evenaren, om zijn nieuwe beschrijving van ruimte en tijd." [2]

De les hier is dat als we serieus vragen dingen, moeten we zelfs de structurele basis die ten grondslag liggen onder onze veronderstellingen in twijfel. We moeten bereid zijn om de volledige metrische van de fysieke werkelijkheid weer op te bouwen - moet ons onderzoek nodig hebben. Alleen dan kunnen we bereiken in de diepten van onze onwetendheid. Alleen vanuit deze gemoedstoestand kunnen we echt beginnen aan een nieuwe reis.

In deze geest, laten we vragen de meest fundamentele vragen die we kunnen - vragen over de metriek van ruimtetijd. Wat is ruimte? Wat is tijd? Deze vragen leken te embryonale en lijkt de antwoorden moet gemakkelijk duidelijk, maar zijn niet. Hypothetisch oplossingen op deze vragen zijn gekomen om het middelpunt van een rijk nog steeds buiten onze ervaring en verbeelding te vertegenwoordigen. Velen geloven dat, om te ontdekken dat gebied is het essentieel voor ons om het oplossen van de discussie over de essentie van ruimte en tijd. Moeten we dit te bereiken, zullen we zeker opent een nieuwe deur voor de reis die heeft de vorm van onze intellectuele geschiedenis.

Newton, die een van de meest invloedrijke kapiteins op deze zoektocht, aangevoerd onze reis onder de leiding dat ruimte en tijd echt zijn - dat ze fysieke entiteiten. Maar na Newton met pensioen zijn bevel, Mach omgekeerd onze cursus door aan te dringen dat ruimte en tijd zijn geen echte fysieke entiteiten op alle. Later, Einstein doorgestuurd ons om een ​​geheel nieuwe rubriek door het herdefiniëren van wat we bedoelen met ruimte en tijd. Onder deze nieuwe richting die we ingevoerd wateren, die nooit eerder in kaart gebracht. Voor een tijdje, de droom van het ontdekken van een rijkere kaart gevuld onze zeilen. Maar dit optimisme duurde niet voor lang. Na een paar jaar Einstein met tegenzin afstand gedaan van zijn opdracht om de tirannieke grillen van de kwantummechanica. Vanaf dat moment hebben we willekeurig verandert van koers, nauseously flikkerende van een post naar het volgende met elke nieuwe moment.

De wind blaast nog steeds, maar de zeilen zelden vangen. Het is steeds duidelijker geworden dat we verloren zijn in het midden van een desoriënterend oceaan, spinnen over een zwaar anker.

Het is tijd voor ons om dat anker op te tillen. Het is tijd voor ons om opnieuw een rubriek op onze intellectuele zoektocht, en onze volle zeilen gebruiken om ons voort te bewegen in de richting van onze dierbare bestemming. Om dit te doen, moeten we om erachter te komen waar we zijn en hoe we hier zijn gekomen. We moeten op te sporen uit de ideeën die ons hebben geleid tot dit punt, en dan moeten we weten wat aannames die ideeën zijn gebaseerd op. Nadat we dit gedaan hebben, zullen we ons bezig met het vinden van een manier om de beperkingen die inherent zijn aan de kaarten die vallen buiten die veronderstellingen te overwinnen. Het is door dit proces dat we leren hoe je een nieuwe richting te kiezen, trimmen de zeilen, en heroveren de wind. Daar gaan we.