Το τέλος του αναγωγισμού θα μπορούσε να είναι κοντά. Ή όχι.
Η μέχρι τώρα ιστορία της επιστήμης ήταν ένας θρίαμβος του αναγωγισμού. Η βιολογία μπορεί να αναχθεί σε χημεία, η χημεία μπορεί να αναχθεί σε ατομική φυσική και τα άτομα αποτελούνται από στοιχειώδη σωματίδια όπως ηλεκτρόνια, κουάρκ και γκλουόνια. Τα επί του παρόντος γνωστά 25 στοιχειώδη σωματίδια μπορεί και πάλι να αποτελούνται από μικρότερες οντότητες που δεν έχουν βρεθεί ακόμη - οι περισσότεροι από τους συναδέλφους μου στη σωματιδιακή φυσική σίγουρα το πιστεύουν. Αλλά αν η Chiara Marletto έχει δίκιο, η επιτυχία του αναγωγισμού έχει κάνει τον δρόμο της. Οι επόμενοι καλύτεροι νόμοι της φύσης μπορεί να προέρχονται από μακροσκοπικά αντικείμενα, όχι από μικροσκοπικά. Το μυστικό της συστατικό; Αντιπαραστατικά.
Φανταστείτε ο Αδόλφος Χίτλερ δεν είχε γεννηθεί ποτέ. Αυτό είναι αντίθετο με τα γεγονότα - ένα «αντιπραγματικό» στην κοινή ορολογία. Στο The Science of Can and Can't , το πρώτο της βιβλίο (απόσπασμα στο Ναυτίλος ) Ο Marletto χρησιμοποιεί έναν ευρύτερο ορισμό του αντιπραγματικού:Τα αντιπραγματικά είναι γεγονότα σχετικά με το τι θα μπορούσε ή δεν θα μπορούσε να είναι. Η σύγχρονη φυσική, υποστηρίζει, δεν λαμβάνει υπόψη τα αντιπαραστατικά και αυτό «εμποδίζει την πρόοδο».
Είναι σίγουρα αλήθεια ότι η σύγχρονη φυσική έχει ελλείψεις, πολύ πιθανόν επειδή οι νόμοι που χρησιμοποιούμε σήμερα στη φυσική λειτουργούν όλοι με τον ίδιο τρόπο. Πρώτον, απαιτούν από εμάς να καθορίσουμε πλήρως τη διαμόρφωση ενός συστήματος σε μια χρονική στιγμή, γνωστή ως αρχική συνθήκη . Τότε, έχουμε μια εξίσωση — που συχνά ονομάζεται δυναμικός νόμος ή εξίσωση εξέλιξης — το οποίο ενεργεί στην αρχική συνθήκη. Τέλος, εφαρμόζοντας την εξίσωση εξέλιξης στην αρχική κατάσταση, μπορούμε να υπολογίσουμε τη διαμόρφωση του συστήματος ανά πάσα στιγμή. Για παράδειγμα, εάν καθορίσετε τη θέση και την αρχική ταχύτητα ενός βέλους, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους νόμους του Νεύτωνα για να υπολογίσετε πού θα προσγειωθεί.
Όλες οι θεμελιώδεις θεωρίες στη φυσική χρησιμοποιούν αυτήν τη στιγμή αυτή τη διαίρεση της αρχικής συνθήκης και της εξίσωσης εξέλιξης. Και αυτές οι θεωρίες μας έχουν φτάσει μακριά, αλλά, όπως επισημαίνει ο Marletto, έχουν όρια. Το πιο σημαντικό μπορεί να είναι ότι καμία τέτοια θεωρία δεν μπορεί ποτέ να εξηγήσει τη δική της αρχική συνθήκη:Πρέπει να παρέχουμε την αρχική συνθήκη ως είσοδο για να κάνουμε προβλέψεις, διαφορετικά δεν μπορούμε να υπολογίσουμε τίποτα. Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, εάν θέλουμε ποτέ να καταλάβουμε, ας πούμε, γιατί το σύμπαν ξεκίνησε όπως ξεκίνησε, θα χρειαζόμασταν μια διαφορετική θεωρία.
Οι τρέχουσες θεωρίες αγωνίζονται επίσης να εξηγήσουν πώς αυξάνεται η πολυπλοκότητα στο σύμπαν. Γνωρίζουμε ότι το σύμπαν μπορεί να δημιουργήσει πολυπλοκότητα—απλώς κοιτάξτε γύρω σας—αλλά οι φυσικοί δεν ξέρουν πώς να αναγνωρίσουν αυτή την ιδιότητα στον συνδυασμό της αρχικής τους κατάστασης και της εξίσωσης εξέλιξης. Και η κβαντομηχανική φαίνεται να έχει πρόβλημα με τη σειρά του χρόνου, κάτι που μπορεί να σηματοδοτήσει την ανάγκη για έναν εντελώς νέο τύπο νόμου.
Το βιβλίο της Marletto είναι η περίληψη πολλών ετών εργασίας με τον Βρετανό φυσικό David Deutsch, μαζί με τον οποίο ανέπτυξε τη θεωρία των κατασκευαστών. Η καλύτερη προσπάθειά μου να εξηγήσω τη θεωρία του κατασκευαστή είναι ότι υποστηρίζει ότι οι νόμοι της φύσης διακρίνουν μεταξύ του τι είναι δυνατό και τι όχι. Και ο καλύτερος τρόπος για να περιγραφεί αυτό μπορεί να είναι, όχι με μια αρχική συνθήκη και έναν εξελικτικό νόμο, αλλά με μακροσκοπικά αντικείμενα—τους κατασκευαστές — που μπορεί να εκτελέσει ορισμένες εργασίες, αλλά όχι άλλες. Αυτό που έχει σημασία για αυτούς τους κατασκευαστές δεν είναι από τι αποτελούνται, αλλά τι μπορούν και τι δεν μπορούν να κάνουν.
Η ενέργεια, για παράδειγμα, δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί — γνωρίζουμε ότι αυτό είναι εμπειρικά σωστό με υψηλή ακρίβεια. Αυτή είναι μια δήλωση περί αδυναμίας. Ή πάρτε το γεγονός ότι η κβαντομηχανική δεν μας επιτρέπει να αντιγράψουμε τέλεια την κατάσταση ενός συστήματος χωρίς να καταστρέψουμε το πρωτότυπο - άλλο ένα αδύνατο. Τα Perpetuum mobiles—μηχανές που ξεπερνούν τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής—δεν είναι επίσης δυνατά.
Επί του παρόντος, οι φυσικοί αντιμετωπίζουν τέτοιες αδυναμίες ως συνέπεια των νόμων της φύσης. Η θεωρία των κατασκευαστών προτείνει αντί αυτού να τις λάβουμε ως σημείο εκκίνησης:Ξεκινήστε με τις ιδιότητες που μπορούν να έχουν τα μακροσκοπικά αντικείμενα και, στη συνέχεια, συμπεράνετε τι πρέπει να μπορούν να κάνουν τα μικροσκοπικά συστατικά αυτών των αντικειμένων. Ανατρέπει τον αναγωγισμό.
Η γενική ιδέα μου ακούγεται πολλά υποσχόμενη, αλλά η θεωρία του κατασκευαστή παρέμεινε εξαιρετικά ασαφής από τότε που την πρότεινε η Deutsch το 2012. Ήλπιζα ότι το βιβλίο του Marletto θα έριχνε φως σε αυτήν. Αλίμονο, έχοντας διαβάσει το βιβλίο, δεν είμαι πολύ σοφότερος. Όχι μόνο δεν εξηγεί πώς θα δούλευε κανείς με τη θεωρία του κατασκευαστή ή σε τι είναι καλό, κάνει και μια σειρά από ισχυρισμούς σχετικά με τη φυσική που βρήκα εντελώς μπερδεμένους.
Καταρχάς, ο Marletto υποστηρίζει ότι η τρέχουσα φυσική δεν χρησιμοποιεί αντιπαραστατικά. Αυτό είναι το υποτιθέμενο πρόβλημα που ισχυρίζεται ότι η προσέγγισή της μπορεί να λύσει. Αλλά φυσικά χρησιμοποιούμε αντιπαραστατικά στη φυσική. Κάθε φορά που κάνουμε μια πιθανολογική πρόγνωση καιρού, κάνουμε μια δήλωση σχετικά με το τι θα μπορούσε είχαν συμβεί αν η αρχική κατάσταση ήταν διαφορετική. Κάθε φορά που υπολογίζουμε τη δομή των γαλαξιακών νημάτων στο σύμπαν, κάνουμε μια δήλωση σχετικά με το τι θα μπορούσε είχαν συμβεί αν η κατανομή της ύλης ήταν άλλη. Κάθε φορά που υπολογίζουμε συσχετισμούς στην κβαντική μηχανική, κάνουμε μια δήλωση σχετικά με το τι θα μπορούσε είχε συμβεί αν μετρούσαμε κάτι άλλο. Όλα αυτά είναι αντιπραγματικά. Ο Marletto δεν αναφέρει αυτές τις τεχνικές.
Αντίθετα, επικρίνει τους «αναγωγιστές» επειδή φέρεται να «απορρίψουν» τα αναδυόμενα κριτήρια -όπως η πληροφορία, η θερμοδυναμική και η συνείδηση- ως «εκτός της επιστήμης». Αλλά δεν έχω συναντήσει ποτέ έναν μειωτικό που θα το έκανε αυτό. Αντίθετα, οι αναγωγικοί συνήθως τονίζουν ότι η συνείδηση μπορεί να εξηγηθεί από την επιστήμη, ακριβώς επειδή αναδύεται από την αλληλεπίδραση των πολλών σωματιδίων που συνθέτουν έναν εγκέφαλο.
Σε αντίθεση με ό,τι γράφει ο Marletto, οι αναγωγικοί υπογραμμίζουν επίσης συχνά ότι μια εξήγηση όσον αφορά τις αναδυόμενες ιδιότητες θα πρέπει δεν να απορριφθεί μόνο και μόνο επειδή δεν είναι θεμελιώδες. Στην πραγματικότητα, οι αναδυόμενες θεωρίες είναι συνήθως οι πιο χρήσιμες στο επίπεδο εφαρμογής τους. Για να προσφέρουμε ένα παράδειγμα που συζητά η ίδια η Marletto, κανείς με το σωστό μυαλό του δεν θα περιέγραφε τη λειτουργία ενός υπολογιστή ως προς τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία αποτελείται. Ο αναγωγισμός λέει ότι αυτό είναι δυνατό, όχι ότι είναι χρήσιμο. Αυτά τα δύο πράγματα (περιγραφές σε μακροσκοπικά επίπεδα πιο χρήσιμες αλλά προκύπτουν) δεν έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους.
Πιστεύω ότι μέρος του προβλήματος είναι ότι η Marletto ούτε εξηγεί τι εννοεί με τον αναγωγισμό ούτε με το αναδυόμενο. Έχω χρησιμοποιήσει, παραπάνω, το emergent για να σημαίνει μια ιδιότητα ενός σύνθετου συστήματος που μπορεί να προέλθει από τους νόμους των συστατικών του συστήματος, αλλά που δεν έχει νόημα στο επίπεδο των συστατικών. Η αγωγιμότητα, για παράδειγμα, είναι μια ιδιότητα των υλικών, αλλά δεν έχει νόημα για μεμονωμένα ηλεκτρόνια. Η θερμοκρασία είναι ένα άλλο παράδειγμα. Κύματα στο νερό, κυκλώνες, ικανότητα αυτο-αναπαραγωγής—όλα αυτά είναι αναδυόμενες ιδιότητες.
Οι φιλόσοφοι συχνά αναφέρονται πιο συγκεκριμένα σε αυτό ως «αδύναμη ανάδυση». Αντίθετα, η «ισχυρή ανάδυση» είναι η υποθετική ύπαρξη ιδιοτήτων σε μακροσκοπικά συστήματα που δεν μπορούν να προκύψουν από τους νόμους των συστατικών. Δεν υπάρχει κανένα γνωστό παράδειγμα στον πραγματικό κόσμο για ισχυρή ανάδυση (γι' αυτό οι φυσικοί συνήθως χρησιμοποιούν τη λέξη "ανάδυση" ως συνώνυμη της "αδύναμης ανάδυσης"). Το ότι ο οντολογικός αναγωγισμός (για όσα γνωρίζουμε επί του παρόντος) είναι σωστός, σημαίνει ότι δεν υπάρχει ισχυρή ανάδυση:Τα πάντα μπορούν, κατ' αρχήν, να προέρχονται από («ανάγεται σε» όπως θα μπορούσε να πει ένας φιλόσοφος) τους νόμους των στοιχειωδών σωματιδίων και των δυνάμεων μεταξυ τους.
Δεδομένου του πόσο ουσιαστική είναι αυτή η διάκριση (και επίσης η διάκριση μεταξύ διαφορετικών τύπων αναγωγισμού) για το επιχείρημα του Μαρλέτο, θα άξιζε διευκρίνιση. Επίσης, μου παρέμεινε ασαφές για ποιο πράγμα θα χρειαζόταν κανείς αυτούς τους κατασκευαστές.
Το μόνο παράδειγμα που συζητά όπου η θεωρία του κατασκευαστή μπορεί να επιτύχει κάτι που οι τρέχουσες θεωρίες δεν μπορούν είναι να παρέχει μακροσκοπικούς νόμους που είναι πραγματικά μη αναστρέψιμοι. Οι ασθενώς αναδυόμενοι νόμοι που λαμβάνουμε με την τυπική μέθοδο είναι μόνο, για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, μη αναστρέψιμοι αλλά παραμένουν, κατ' αρχήν, αναστρέψιμοι. Αυτό σημαίνει ότι ορισμένες αντίστροφες διαδικασίες (όπως το ξέσπασμα ενός αυγού) είναι θεωρητικά πιθανές, αλλά στην πράξη είναι τόσο απίστευτα απίθανες που δεν τις παρατηρούμε ποτέ. Αυτή είναι η τυπική εξήγηση, ούτως ή άλλως.
Στη θεωρία του κατασκευαστή, μια τέτοια διαδικασία θα μπορούσε να καταστεί πραγματικά αδύνατη, παρά απλώς απίθανη. Αλλά η τυπική προσέγγιση είναι συμβατή με όλες τις παρατηρήσεις, επομένως δεν χρειάζεται να αλλάξετε τίποτα σχετικά με αυτήν.
Τελικά, βρήκα το βιβλίο του Marletto ευχάριστο στην ανάγνωση αλλά όχι τρομερά διαφωτιστικό. Και πάλι, ίσως περίμενα πάρα πολλά. Είναι δύσκολο να επικοινωνήσεις την ελκυστικότητα μιας ιδέας ενώ βρίσκεται στα αρχικά στάδια ανάπτυξης (ρωτήστε με πώς ξέρω). Και όμως, αυτό είναι το θέμα της επιστήμης, γι' αυτό εκτιμώ την προσπάθεια του Marletto να δώσει στον αναγνώστη μια εικόνα για ένα συναρπαστικό, νεανικό ερευνητικό θέμα. Αν διαβάζετε The Science of Can and Can't , να έχετε κατά νου ότι θα μπορούσατε να είστε μάρτυρες της επιστημονικής ιστορίας σε εξέλιξη.
Η Sabine Hossenfelder είναι Ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Προηγμένων Σπουδών της Φρανκφούρτης όπου εργάζεται πάνω στις τροποποιήσεις της γενικής σχετικότητας, τη φαινομενολογική κβαντική βαρύτητα και τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής. Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το τι πάει στραβά με τα θεμέλια της φυσικής, διαβάστε το βιβλίο της Lost in Math:How Beauty Leads Physics Astray. Ακολουθήστε την στο Twitter @skdh.
