pas på ‘teorier om alt’

i 1931 havde Kurt g Kurtdel bevist sin anden ufuldstændighedsteorem, der siger, at et formelt logisk system ikke kan bevise sig konsistent. Denne sætning kaster koldt vand på den ultimative evne til at bevise “teorier om alt”, som er blevet moderne i teoretisk fysik. Det indebærer, at enhver videnskabelig teori er ufuldstændig. Galileo Galilei gik ud over begrænsningerne i ren logik og argumenterede for, at enhver fysisk teori, der hævder at beskrive virkeligheden, også skal fremsætte forudsigelser, der står op til undersøgelsen af eksperimenter. Han fandt eksperimentelt for eksempel, at tunge genstande ikke accelererer hurtigere end lette genstande under påvirkning af tyngdekraften, som tidligere antaget. Dette resultat lagde grundlaget for Albert Einsteins senere erkendelse af, at tyngdekraften ikke er en kraft, men krumningen i rumtiden, som alle testobjekter reagerer på på samme måde.Galileos dictum, baseret på ydmyghed, etablerede grundlaget for moderne fysik gennem årene. Men en ny kultur af fysikere ser ud til at udfordre sin underliggende rolle nu. For eksempel svarede pioneren for teorien om kosmisk inflation, Alan Guth, under en paneldiskussion på mit spørgsmål om, hvorvidt inflation er forfalskelig, at denne teori ikke kan bevises falsk. Han hævdede, at det er en matematisk ramme, som gauge teorier, der skal være gyldig, og eksperimenternes rolle er blot at fastsætte sine fleksible frihedsgrader. Med andre ord er teorien justerbar nok til at passe til eksperimentelle data om universet.

men hvis ja, kan inflation betragtes som en fysisk teori, der adlyder Galileos diktum? Hvordan kan en teori hævde at forklare universets begyndelse, hvis den ikke kan bevises falsk af nogle hypotetiske eksperimentelle data? Nu ved vi om alternative oprindelseshistorier for vores univers, hvilket tyder på, at det måske har gennemgået en hoppe fra en tidligere kontraherende fase før big bang, eller at det startede fra en særlig indledende tilstand forbundet med strengteori. I to papirer, som jeg skrev for nylig med min Harvard-kollega, Chen og samarbejdspartnere, identificerede vi en eksperimentel test, der afslørede foreløbige beviser i den kosmiske mikrobølgebaggrund og kunne favorisere alternative scenarier frem for inflationsmodellen. Kort sagt, det udsætter inflationen for Galileos diktum.

dette ville næppe være første gang en matematisk genial teori undlod at fange fysisk virkelighed. Når alt kommer til alt var den geocentriske ptolemaiske teori om epicykler matematisk tiltalende, og dens ramme var bred nok til at beskrive bevægelsen af alle planeter på himlen. Men det blev til sidst misfornøjet i forhold til den heliocentriske Nytoniske teori om tyngdekraft, fordi det krævede et stort antal frie parametre, der skulle finjusteres individuelt for hver planet.

på trods af lektioner fra videnskabens historie vinder forestillingen om, at nogle fysiske teorier ikke kan tilbagevises og skal være iboende sande baseret på abstrakt ræsonnement, stadig popularitet. Yderligere eksempler inkluderer den hypotetiske eksistens af “multiverset”, formodningen om, at virkeligheden er en computersimulering, anvendelser af AdS/CFT—korrespondancen til den virkelige verden-som ikke er indlejret i anti de-Sitter (AdS) – rummet, men i stedet i næsten de-Sitter-rummet med en helt anden geometri, eller Stephen Ulframs nye koncept om en ” teori om alt.”Efter et inspirerende kollokvium, som Ulvram netop gav på Harvards Black Hole-initiativ, kom en tanke til mig: Hvis denne teori forudsiger den lavest mulige masse for en elementær partikel, vil vi være i stand til at teste den baseret på astrofysiske data.

den virkelige verden er ikke forpligtet til at følge vores tegninger, bare fordi de er matematisk tiltalende eller lettere at formulere end et alternativ. Det bedste eksempel er kvantemekanik, hvis grundlæggende principper afveg kvalitativt fra klassisk fysik, men blev tvunget på os gennem eksperimenter. Efter at kvanteteorien blev formuleret, diskuterede Albert Einstein Niels Bohr mod sin uventede ikke-klassiske fortolkning og argumenterede i et brev fra 1926 til maks.født, at “under alle omstændigheder er jeg overbevist om, at han ikke spiller terninger.”Nylige eksperimenter har bevist Einsteins intuition falsk.

menneskelig kultur er fyldt med myter. Videnskab sigter mod at korrigere forudfattede teorier ved at understrege nøglerollen ved eksperimentel verifikation. Menneskets naturlige tendens til blindt at følge populære formodninger bør modereres, da det placerer blindere på vores videnskabelige vision og undertrykker fremskridt med at forstå virkeligheden.matematisk skønhed er beundringsværdig, men i forsøget på at finde ud af virkeligheden bør den nedgraderes til andenpladsen i forhold til beviser. Fysik er en dialog med naturen—opnået gennem eksperimentel test af vores ideer og ikke en monolog, hvor vi formulerer vores “teorier om alt” og hviler på vores laurbær. Vi må forblive ydmyge, idet vi holder os for øje, at alle matematiske systemer er logisk ufuldstændige, og Galileos indsigt i, at de fleste af dem måske ikke har noget at gøre med virkeligheden.