Beware of ’Theories of Everything’
vuoteen 1931 mennessä Kurt Gödel oli todistanut toisen epätäydellisyyslauseensa, jonka mukaan formaali looginen järjestelmä ei voi osoittautua johdonmukaiseksi. Tämä lause heittää kylmää vettä lopulliselle kyvylle todistaa” kaiken teorioita”, jotka ovat tulleet muotiin teoreettisessa fysiikassa. Se antaa ymmärtää, että mikä tahansa tieteellinen teoria on epätäydellinen.
Galileo Galilei ylitti puhtaan logiikan rajoitukset ja väitti, että jokaisen fysikaalisen teorian, joka väittää kuvaavansa todellisuutta, on myös tehtävä ennustuksia, jotka kestävät kokeiden tarkastelun. Hän havaitsi kokeellisesti esimerkiksi, että raskaat kappaleet eivät kiihdy nopeammin kuin kevyet kappaleet painovoiman vaikutuksesta, kuten aiemmin on luultu. Tämä tulos loi perustan Albert Einsteinin myöhemmälle oivallukselle, että gravitaatio ei ole voima vaan aika-avaruuden kaarevuus, johon kaikki testikappaleet reagoivat samalla tavalla.
Galilein sanelu, joka perustui nöyryyteen, vakiinnutti modernin fysiikan peruskallion vuosien saatossa. Mutta uusi fyysikkojen kulttuuri näyttää nyt haastavan sen taustalla olevan roolin. Esimerkiksi kosmisen inflaation teorian uranuurtaja Alan Guth vastasi paneelikeskustelussa kysymykseeni siitä, onko inflaatio falsifioitavissa, ettei tätä teoriaa voida todistaa vääräksi. Hän väitti, että se on matemaattinen viitekehys, kuten mittari teorioita, että on voimassa, ja tehtävänä kokeiden on vain vahvistaa sen joustava vapausasteet. Toisin sanoen, teoria on säädettävissä niin paljon, että se sopii mihin tahansa kokeelliseen tietoon maailmankaikkeudesta.
mutta jos näin on, voidaanko inflaatiota pitää fysikaalisena teoriana, joka noudattaa Galilein sanontaa? Miten teoria voi väittää selittävänsä kaikkeuden alun, jos sitä ei voida todistaa vääräksi jollakin hypoteettisella kokeellisella aineistolla? Tähän mennessä tiedämme vaihtoehtoisia alkuperätarinoita maailmankaikkeudellemme, mikä viittaa siihen, että se on saattanut käydä läpi kimmahduksen aiemmasta supistumisvaiheesta ennen alkuräjähdystä tai että se alkoi jostakin erityisestä alkutilasta, joka liittyy säieteoriaan. Kahdessa Harvard-kollegani Xingang Chenin ja yhteistyökumppaneiden kanssa kirjoittamassani paperissa tunnistimme kokeellisen testin, joka paljasti alustavia todisteita kosmisesta mikroaaltotaustasta ja saattoi suosia vaihtoehtoisia skenaarioita inflaatiomallin sijaan. Lyhyesti sanottuna se alistaa inflaation Galileon saneluun.
tämä tuskin olisi ensimmäinen kerta, kun matemaattisesti nerokas teoria ei onnistu kuvaamaan fyysistä todellisuutta. Loppujen lopuksi, geosentrinen Ptolemaic teoria episyklien oli matemaattisesti houkutteleva ja sen puitteet oli tarpeeksi laaja kuvaamaan liikettä kaikkien planeettojen taivaalla. Mutta se joutui lopulta epäsuosioon suhteessa heliosentriseen newtonilaiseen painovoimateoriaan, koska se vaati suuren määrän vapaita parametreja, jotka piti hienosäätää erikseen kullekin planeetalle.
tieteen historiasta saaduista opetuksista huolimatta käsitys, jonka mukaan joitakin fysikaalisia teorioita ei voida kumota, vaan niiden on oltava olennaisesti tosia, perustuen abstraktiin päättelyyn, on edelleen saamassa suosiota. Muita esimerkkejä ovat ”multiversumin” hypoteettinen olemassaolo, konjektuuri, jonka mukaan todellisuus on tietokonesimulaatio, ads/CFT—vastaavuuden Sovellukset reaalimaailmaan-joka ei ole upotettu anti de Sitter (AdS)-tilaan, vaan sen sijaan lähes de Sitter-avaruuteen, jossa on täysin erilainen geometria, tai Stephen Wolframin uusi käsite ”Kaiken teoria”.”Wolframin juuri Harvardin mustassa aukossa pitämän innostavan keskustelutilaisuuden jälkeen mieleeni tuli yksi ajatus.: Jos tämä teoria ennustaa alimman mahdollisen massan alkeishiukkaselle, voimme testata sitä astrofysikaalisten tietojen perusteella.
reaalimaailmalla ei ole velvollisuutta noudattaa piirustuksiamme vain siksi, että ne ovat matemaattisesti houkuttelevia tai helpommin muotoiltavia kuin jokin vaihtoehto. Paras esimerkki on kvanttimekaniikka, jonka perusperiaatteet poikkesivat kvalitatiivisesti klassisesta fysiikasta, mutta pakottivat meidät kokeiden kautta. Kun kvanttiteoria oli muotoiltu, Albert Einstein väitteli Niels Bohrin kanssa sen odottamattomasta ei-klassisesta tulkinnasta väittäen vuonna 1926 Max Bornille kirjoittamassaan kirjeessä, että ”joka tapauksessa olen vakuuttunut siitä, ettei hän pelaa noppaa.”Viimeaikaiset kokeet ovat osoittaneet Einsteinin intuition vääräksi.
ihmisen kulttuuri on täynnä myyttejä. Tiede pyrkii korjaamaan ennakkokäsityksiä korostamalla kokeellisen verifioinnin keskeistä roolia. Ihmisten luonnollista taipumusta seurata sokeasti suosittuja otaksumia tulisi hillitä, koska se sokaisee tieteellisen näkökykymme ja estää edistymisen todellisuuden ymmärtämisessä.
matemaattinen kauneus on ihailtavaa, mutta yrittäessä selvittää todellisuutta se tulisi laskea toiselle sijalle suhteessa todisteisiin. Fysiikka on vuoropuhelua luonnon kanssa-aikaansaatu kokeellisella testauksella ideoitamme, eikä monologi, jossa muotoilemme ”teoriamme kaikesta” ja lepäämme laakereillamme. Meidän on pysyttävä nöyrinä ja pidettävä mielessä Gödelin todistus siitä, että kaikki matemaattiset järjestelmät ovat loogisesti epätäydellisiä, ja Galilein oivallus siitä, että useimmilla niistä ei ehkä ole mitään tekemistä todellisuuden kanssa.