Η αναζήτηση για την ενότητα δεν είναι κάτι που η Φυσική έχει αποκοπεί να κάνει
Στη φυσική, μας αρέσουν οι θεωρίες που είναι απλές και ευρείας κλίμακας. Με τον όρο «απλή», οι φυσικοί συνήθως εννοούν μια μαθηματική θεωρία που βασίζεται σε όσο το δυνατόν λιγότερα αξιώματα. Με τον όρο «ευρείας εμβέλειας», εννοούμε θεωρίες που μπορούν να περιγράψουν μια ευρεία κατηγορία φαινομένων, ακόμη και όταν προφανώς δεν σχετίζονται. Ένα βασικό παράδειγμα είναι η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Βασιζόμενο σε μια χούφτα απλές αρχές, περιγράφει με επιτυχία τις πλανητικές τροχιές σε αυτό (και σε οποιοδήποτε) ηλιακό σύστημα, τις μαύρες τρύπες, τα βαρυτικά κύματα και τη διαστολή του σύμπαντος.
Όταν οι θεωρίες είναι απλές και ευρείας κλίμακας, οι φυσικοί τις αποκαλούν «όμορφες». Οι βραβευμένοι με Νόμπελ Στίβεν Γουάινμπεργκ και Φρανκ Γουίλτσεκ συνέκριναν τέτοιες θεωρίες με τις μουσικές συνθέσεις του Μότσαρτ, αριστοτεχνικές και τέλειες κατασκευές όπου, σαν θεϊκή αποκάλυψη, κάθε νότα είναι εκεί που πρέπει:Βγάλε μια και η σύνθεση καταρρέει. Ομοίως, οι όμορφες θεωρίες έχουν μια μαθηματική ακεραιότητα που φαίνεται να αποκαλύπτει κάτι βαθύ για τη φύση, ένα είδος κρυφού κώδικα της Δημιουργίας:Από το πολύ μεγάλο έως το πολύ μικρό, το σύμπαν έχει πολλά στρώματα, το καθένα χτισμένο στη δική του μαθηματική περιγραφή. Δεν είναι αυτά μέρη μιας μεγαλύτερης σύνθεσης, μιας ενιαίας μελωδίας που αντηχεί σε όλη τη φύση;
Ελπίζουμε λοιπόν όσοι επιδιώκουν μια τελική θεωρία, μια θεωρία που θα συνέπλεε τα πολλά στρώματα της φυσικής πραγματικότητας σε μια μαθηματική ολότητα. Μπορούμε να το ονομάσουμε αυτό το απόλυτο πλατωνικό όνειρο, την αναζήτηση μιας απλής και ευρείας εμβέλειας θεωρίας της φυσικής. Πράγματι, κατά τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες, η αναζήτηση μιας τέτοιας θεωρίας έχει εμπνεύσει πολλούς από τους λαμπρότερους φυσικούς στον κόσμο. Σήμερα, όμως, βλέπουμε τα όρια αυτής της πλατωνικής ώθησης για τη μαθηματοποίηση της φύσης, λόγω έλλειψης πειραματικής επικύρωσης και πολλών θεωρητικών εμποδίων—συμπεριλαμβανομένης της πιθανότητας πολλαπλών συμπάντων και των ανησυχητικών ερωτημάτων που θέτουν.
Η σύγχρονη εκδοχή της ενοποιητικής αναζήτησης είναι η θεωρία χορδών, η οποία υποθέτει ότι οι θεμελιώδεις οντότητες στη φύση είναι δονούμενοι σωλήνες ενέργειας αντί για σημειακά σωματίδια ύλης. Διαφορετικοί τρόποι δόνησης αντιστοιχούν στα διαφορετικά σωματίδια που παρατηρούμε, όπως και διαφορετικές συχνότητες δόνησης μιας χορδής βιολιού αντιστοιχούν σε διαφορετικούς ήχους. Όταν εντάχθηκα στη θεωρητική φυσική στα μέσα της δεκαετίας του 1980, το μεγάλο καθήκον ήταν να βρω τη μοναδική λύση στη θεωρία χορδών:το σύμπαν μας με όλα τα σωματίδια και τις δυνάμεις του. Πιστεύαμε ότι η επιτυχία ήταν προ των πυλών, ότι η φύση ήταν πράγματι ένας μαθηματικός κώδικας σε έναν χωροχρόνο 10 διαστάσεων, εννέα για τον χώρο, μία για τον χρόνο. Στην ιδανική περίπτωση, οι έξι κρυμμένες χωρικές διαστάσεις θα καθόριζαν τη φυσική που παρατηρούμε στα κοινά τρία μας:Στρίψτε τες με έναν τρόπο, έχουμε ένα είδος σύμπαντος. στρίψτε τα άλλη, και το σύμπαν είναι διαφορετικό. Το ελκυστικό ήταν η μοναδικότητα της λύσης—θα υπήρχε μία γεωμετρία των επιπλέον διαστάσεων και αυτή η γεωμετρία θα μας τα έλεγε όλα. Καμία θεωρία δεν θα μπορούσε να είναι απλούστερη και ευρύτερη. Καμία θεωρία δεν θα μπορούσε να είναι πιο όμορφη.
Αλίμονο, δεν ήταν γραφτό να είναι. Τρεις δεκαετίες γρήγορα μπροστά και το σενάριο έχει αλλάξει δραματικά. Οι φυσικοί συγκλονίστηκαν όταν βρήκαν, αντί για μια ενιαία λύση, έναν τεράστιο αριθμό λύσεων - σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, ένα 1 ακολουθούμενο από 500 μηδενικά, καθεμία μια διαφορετική συστροφή στον εξωδιάστατο χώρο, η καθεμία δημιουργώντας ένα διαφορετικό σύμπαν. Προφανώς, καθένα από αυτά έχει το δικό του σύνολο θεμελιωδών σταθερών, αριθμών όπως η μάζα και το φορτίο του ηλεκτρονίου και η ισχύς της βαρυτικής έλξης, που καθορίζουν τις φυσικές ιδιότητες της φύσης. Πού βρίσκεται το σύμπαν μας ανάμεσα σε τόσο μεγάλο αριθμό πιθανοτήτων; Γνωρίζουμε ότι αν προσαρμόζαμε τέτοιες σταθερές κατά πολύ μικρά ποσά, η ζωή δεν θα ήταν δυνατή:Δεν θα ήμασταν εδώ. Με άλλα λόγια, ζούμε εκεί που ζούμε επειδή δεν μπορούσαμε να ζήσουμε πουθενά αλλού - το σύμπαν μας είναι ένα από τα λίγα που επιτρέπει την ύπαρξή μας. Αρκετά αλήθεια, αλλά ως επιστημονικό επιχείρημα αυτό μας αγοράζει πολύ λίγα. Ακόμη χειρότερα, ακούγεται ταυτολογικό. Η θεωρία χορδών μετατράπηκε από τη θεωρία που θα αποδείκνυε μαθηματικά τη μοναδικότητα του σύμπαντός μας σε μια θεωρία που επιτρέπει έναν αμέτρητο αριθμό πιθανών συμπάντων, κανένα πιο επιτακτικό από το άλλο.
Πρέπει να επανεξετάσουμε τη γραμμή σκέψης που μας οδήγησε σε αυτή τη στιγμή της κρίσης. Το πρόβλημα έχει τις ρίζες του σε ένα πολύ βαθύτερο φιλοσοφικό ζήτημα, αυτό της Πρώτης Αιτίας. Όντας πλάσματα βυθισμένα στο πέρασμα του χρόνου, με ξεκάθαρη αρχή και τέλος, οι άνθρωποι έμειναν για πάντα άναυδοι από τις αρχικές συνθήκες. Πώς θα μπορούσε να βγει κάτι από το τίποτα; Και τι καθορίζει τις ιδιότητες αυτού του κάτι (διαβάστε «τιμές θεμελιωδών σταθερών») στην αρχή; Ποιος το διέταξε; Ποιος μας παρήγγειλε;
Το λάθος μας είναι ότι, μέσα σε ένα επιστημονικό πλαίσιο, αυτές είναι οι λάθος ερωτήσεις.
Η φυσική λειτουργεί κάτω από ένα πολύ σαφές πλαίσιο. Για να προσδιορίσουμε τη χρονική εξέλιξη ενός συστήματος, πρέπει να δηλώσουμε τις αρχικές συνθήκες του, την κατάσταση του συστήματος τη στιγμή μηδέν. Αυτό συνεπάγεται γνώση του συστήματος στην αρχή, κάτι που αποκτούμε μέσω της μέτρησης. Στην κοσμολογία, αυτό γίνεται αδύνατο. Μπορεί να περιορίσουμε τις αρχικές συνθήκες και τις τιμές των θεμελιωδών σταθερών δεδομένων των όσων γνωρίζουμε για το σύμπαν σήμερα, αλλά δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι τα συμπεράσματά μας είναι με οποιονδήποτε τρόπο οριστικά. Οι ενδείξεις που συγκεντρώνουμε σήμερα για το μακρινό παρελθόν του σύμπαντος μπορούν μόνο να μας δώσουν μια κατακερματισμένη εικόνα του τι συνέβη. Το πολυσύμπαν ωθεί το ζήτημα των αρχικών συνθηκών μόνο σε υψηλότερο επίπεδο, χωρίς να το λύσει.
Οποιαδήποτε θεωρία επιχειρεί να προσδιορίσει με σαφήνεια τις αρχικές συνθήκες του σύμπαντος και, μαζί με αυτές, τις τιμές των θεμελιωδών σταθερών, κάνει κάτι που η φυσική δεν είναι αποφασισμένη να κάνει. Είμαστε κολλημένοι τότε, και πρέπει να δεχθούμε τις τιμές αυτών των σταθερών για αυτό που είναι; Στο ισχύον πλαίσιο, ναι. Οι προσπάθειες γύρω από αυτό το ζήτημα, ακόμη και αν είναι εμπνευσμένες, δεν θα είναι πολύ περισσότερες από επικύκλους.
Όμως δεν χάθηκαν όλα. Η αναζήτηση μιας απλής συνολικής θεωρίας έχει επισκιάσει μια πιο διαρκή εικόνα για τη φύση της φυσικής. Η Φυσική είναι η οικοδόμηση μιας διαρκώς μεταβαλλόμενης, αυτοδιορθούμενης περιγραφής των φυσικών φαινομένων. Στην πρακτική του, παραμερίζει τις μεταφυσικές προσδοκίες για τη φύση της πραγματικότητας, οι οποίες έχουν να κάνουν περισσότερο με το πώς αναζητούμε νόημα ως άνθρωποι παρά με το πώς λειτουργεί πραγματικά η φύση. Με άλλα λόγια, η φυσική είναι μια έκφραση διανοητικής ταπεινότητας. Μαθαίνουμε να ζούμε με άγνοια και, σε αντάλλαγμα, αποκτούμε την ικανότητα να προοδεύουμε σταδιακά.
Επομένως, είναι εντάξει να ζούμε με τη φαινομενική αυθαιρεσία των σημερινών μας νόμων της φυσικής, προχωρώντας πέρα από το αισθητικό δόγμα ότι το απλό είναι όμορφο και η ομορφιά είναι αλήθεια. Εάν η φυσική γίνει κατανοητή ως ένας περιγραφικός τρόπος εξήγησης, χωρίς την ενοποιητική αναζήτηση, το άγχος του να μην τα μάθουμε όλα εξορκίζονται. Ίσως το σημερινό μας δίλημμα να είναι σύμπτωμα κάτι μεγαλύτερου, μια βαθιά αλλαγή στη μεθοδολογική φύση των φυσικών θεωριών. Ίσως χρειαστεί να τα δούμε ιστορικά, παραμερίζοντας τις εξηγήσεις του First Cause και τις διαχρονικές αλήθειες ως άκαρπες αναζητήσεις. Πιθανότατα, η φύση των φυσικών θεωριών αντικατοπτρίζει τη δική τους αφηγηματική κατασκευή, αποσπασματικά και σταδιακά, δημιουργίες της ατελούς και ελλιπούς μας αντίληψης της φυσικής πραγματικότητας. Και δεν υπάρχει τίποτα κακό με αυτό.
Ο Marcelo Gleiser είναι ο καθηγητής Φυσικής Φιλοσοφίας Appleton και διευθυντής του Ινστιτούτου Διεπιστημονικής Δέσμευσης στο Dartmouth College. Η έρευνά του επικεντρώθηκε στην κβαντική θεωρία πεδίου και τις εφαρμογές της στην κοσμολογία. Το τελευταίο του βιβλίο είναι Η απλή ομορφιά του απροσδόκητου:Η αναζήτηση ενός φυσικού φιλοσόφου για την πέστροφα και το νόημα των πάντων. Ακολουθήστε τον στο Twitter @MGleiser.
ΠΡΟΣΟΧΗ:Η θεωρητική κοσμολόγος Laura Mersini-Houghton σχετικά με το γιατί το δόγμα ενός μόνο σύμπαντος μοιάζει με τον Δημιουργισμό.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε αρχικά στις Nautilus Cosmos, τον Ιανουάριο του 2017.
