Attenzione alle ‘Teorie di tutto’
Nel 1931, Kurt Gödel aveva dimostrato il suo secondo teorema di incompletezza, che afferma che un sistema logico formale non può dimostrarsi coerente. Questo teorema getta acqua fredda sulla capacità finale di dimostrare “teorie di tutto”, che sono diventate di moda nella fisica teorica. Implica che qualsiasi teoria scientifica è incompleta.
Galileo Galilei andò oltre i limiti della logica pura e sostenne che qualsiasi teoria fisica che pretendesse di descrivere la realtà deve anche fare previsioni che resistano al controllo degli esperimenti. Ha scoperto sperimentalmente, ad esempio, che gli oggetti pesanti non accelerano più velocemente degli oggetti leggeri sotto l’influenza della gravità, come si pensava in precedenza. Questo risultato gettò le basi per la successiva realizzazione di Albert Einstein che la gravità non è una forza ma la curvatura dello spaziotempo a cui tutti gli oggetti di prova rispondono allo stesso modo.
Il dettato di Galileo, basato sull’umiltà, ha stabilito il fondamento della fisica moderna nel corso degli anni. Ma una nuova cultura dei fisici sembra sfidare il suo ruolo sottostante ora. Ad esempio, il pioniere della teoria dell’inflazione cosmica, Alan Guth, ha risposto durante una tavola rotonda alla mia domanda se l’inflazione è falsificabile che questa teoria non può essere dimostrata falsa. Ha sostenuto che è un quadro matematico, come le teorie di gauge, che deve essere valido, e il ruolo degli esperimenti è semplicemente quello di fissare i suoi gradi flessibili di libertà. In altre parole, la teoria è abbastanza regolabile per adattarsi a qualsiasi dato sperimentale sull’universo.
Ma se è così, l’inflazione può essere considerata una teoria fisica che obbedisce ai dettami di Galileo? Come può una teoria pretendere di spiegare l’inizio dell’universo se non può essere dimostrata falsa da alcuni ipotetici dati sperimentali? Ormai, sappiamo di storie di origine alternative per il nostro universo, suggerendo che potrebbe essere passato attraverso un rimbalzo da una fase precedentemente contraente prima del big bang o che è iniziato da uno stato iniziale speciale associato alla teoria delle stringhe. In due articoli che ho scritto di recente con il mio collega di Harvard, Xingang Chen e collaboratori, abbiamo identificato un test sperimentale che ha rivelato prove provvisorie nello sfondo delle microonde cosmiche e potrebbe favorire scenari alternativi rispetto al modello di inflazione. In breve, sottopone l’inflazione ai dettami di Galileo.
Non sarebbe certo la prima volta che una teoria matematicamente ingegnosa non riesce a catturare la realtà fisica. Dopo tutto, la teoria tolemaica geocentrica degli epicicli era matematicamente attraente e la sua struttura era abbastanza ampia da descrivere il moto di tutti i pianeti sul cielo. Ma alla fine fu sfavorito rispetto alla teoria newtoniana eliocentrica della gravità perché richiedeva un gran numero di parametri liberi che dovevano essere finemente sintonizzati individualmente per ogni pianeta.
Nonostante le lezioni della storia della scienza, l’idea che alcune teorie fisiche non possano essere confutate e debbano essere intrinsecamente vere basate su un ragionamento astratto, sta ancora guadagnando popolarità. Altri esempi includono l’esistenza ipotetica del” multiverso”, la congettura che la realtà è una simulazione al computer, le applicazioni della corrispondenza AdS/CFT con il mondo reale—che non è incorporato nello spazio anti-de-Sitter (AdS) ma invece nello spazio quasi de-Sitter di una geometria completamente diversa, o il nuovo concetto di Stephen Wolfram di una ” teoria del tutto.”A seguito di un colloquio stimolante che Wolfram ha appena tenuto all’iniziativa Black Hole di Harvard, mi è venuto in mente un pensiero: Se questa teoria predice la massa più bassa possibile per una particella elementare, saremo in grado di testarla sulla base di dati astrofisici.
Il mondo reale non ha l’obbligo di seguire i nostri progetti, solo perché sono matematicamente attraenti o più facili da formulare rispetto a qualche alternativa. L’esempio migliore è la meccanica quantistica, i cui principi fondamentali deviavano qualitativamente dalla fisica classica ma ci sono stati costretti attraverso esperimenti. Dopo che la teoria quantistica fu formulata, Albert Einstein discusse Niels Bohr contro la sua inaspettata interpretazione non classica, sostenendo in una lettera del 1926 a Max Born che ” In ogni caso, sono convinto che non stia giocando a dadi.”Recenti esperimenti hanno dimostrato l’intuizione di Einstein falsa.
La cultura umana è piena di miti. La scienza mira a correggere le teorie preconcette enfatizzando il ruolo chiave della verifica sperimentale. La naturale tendenza degli esseri umani a seguire ciecamente le congetture popolari dovrebbe essere moderata, poiché pone i paraocchi sulla nostra visione scientifica e sopprime i progressi nella comprensione della realtà.
La bellezza matematica è ammirevole, ma nel tentativo di capire la realtà dovrebbe essere declassata al secondo posto rispetto alle prove. La fisica è un dialogo con la natura-realizzato attraverso la sperimentazione delle nostre idee, e non un monologo in cui formuliamo le nostre “teorie di tutto” e riposiamo sugli allori. Dobbiamo rimanere umili, tenendo presente la prova di Gödel che tutti i sistemi matematici sono logicamente incompleti e l’intuizione di Galileo che la maggior parte di essi potrebbe non avere nulla a che fare con la realtà.