akta dig för ”teorier om allt”
år 1931 hade Kurt g Jacobdel bevisat sin andra ofullständighetssats, som säger att ett formellt logiskt system inte kan visa sig konsekvent. Denna sats kastar kallt vatten på den ultimata förmågan att bevisa ”teorier om allt”, som har blivit moderna i teoretisk fysik. Det innebär att någon vetenskaplig teori är ofullständig.
Galileo Galilei gick utöver begränsningarna i ren logik och hävdade att någon fysisk teori som hävdar att beskriva verkligheten också måste göra förutsägelser som står upp till granskningen av experiment. Han fann till exempel experimentellt att tunga föremål inte accelererar snabbare än lätta föremål som påverkas av tyngdkraften, som tidigare trott. Detta resultat lade grunden för Albert Einsteins senare insikt om att tyngdkraften inte är en kraft utan krökningen av rymdtid som alla testobjekt svarar på på samma sätt.
Galileos diktum, baserat på ödmjukhet, etablerade grunden för modern fysik genom åren. Men en ny fysikkultur verkar utmana sin underliggande roll nu. Till exempel svarade pionjären för teorin om kosmisk inflation, Alan Guth, under en paneldiskussion på min fråga om inflationen är falsifierbar att denna teori inte kan bevisas falsk. Han hävdade att det är en matematisk ram, som mätteorier, som måste vara giltig, och experimentets roll är bara att fixa sina flexibla frihetsgrader. Med andra ord är teorin justerbar nog för att passa alla experimentella data om universum.
men om så är fallet, kan inflationen betraktas som en fysisk teori som följer Galileos diktum? Hur kan en teori hävda att förklara universums början om det inte kan bevisas falskt av några hypotetiska experimentella data? Vid det här laget vet vi om alternativa ursprungshistorier för vårt universum, vilket tyder på att det kan ha gått igenom en studs från en tidigare kontrakterande fas före big bang eller att det började från något speciellt initialtillstånd i samband med strängteori. I två papper som jag skrev nyligen med min Harvard-kollega, Xingang Chen och medarbetare, identifierade vi ett experimentellt test som avslöjade preliminära bevis i den kosmiska mikrovågsbakgrunden och kunde gynna alternativa scenarier över inflationsmodellen. Kort sagt, det utsätter inflationen för Galileos diktum.
detta skulle knappast vara första gången en matematiskt genial teori misslyckades med att fånga den fysiska verkligheten. Den geocentriska ptolemaiska teorin om epicykler var trots allt matematiskt tilltalande och dess ram var tillräckligt bred för att beskriva rörelsen för alla planeter på himlen. Men det blev så småningom disfavored i förhållande till den heliocentriska newtonska gravitationsteorin eftersom det krävde ett stort antal fria parametrar som måste finjusteras individuellt för varje planet.
trots lärdomar från vetenskapens historia, uppfattningen att vissa fysiska teorier inte kan motbevisas, och måste vara i sig sanna baserat på abstrakt resonemang, blir fortfarande populär. Ytterligare exempel är den hypotetiska existensen av” multiversen”, antagandet att verkligheten är en datorsimulering, tillämpningar av AdS/CFT—korrespondensen till den verkliga världen-som inte är inbäddad i anti-de-Sitter (AdS) utrymme utan istället i nästan de-Sitter utrymme av en helt annan geometri, eller Stephen Wolframs nya koncept av en ” teori om allt.”Efter ett inspirerande kollokvium som Wolfram just gav vid Harvards Black Hole-initiativ kom en tanke till mig: Om denna teori förutsäger den lägsta möjliga massan för en elementär partikel, kommer vi att kunna testa den baserat på astrofysiska data.
den verkliga världen är inte skyldig att följa våra ritningar, bara för att de är matematiskt tilltalande eller lättare att formulera än något alternativ. Det bästa exemplet är kvantmekanik, vars grundläggande principer avviker kvalitativt från klassisk fysik men tvingades på oss genom experiment. Efter att kvantteori formulerades debatterade Albert Einstein Niels Bohr mot sin oväntade icke-klassiska tolkning och argumenterade i ett brev från 1926 till Max Born att ” I alla fall är jag övertygad om att han inte spelar tärningar.”Nya experiment har visat att Einsteins intuition är falsk.
mänsklig kultur är fylld med myter. Vetenskapen syftar till att korrigera förutfattade teorier genom att betona nyckelrollen för experimentell verifiering. Människans naturliga tendens att blint följa populära gissningar bör modereras, eftersom det placerar blindare på vår vetenskapliga vision och undertrycker framsteg när det gäller att förstå verkligheten.
matematisk skönhet är beundransvärd, men i försök att räkna ut verkligheten bör den nedgraderas till andra plats i förhållande till bevis. Fysik är en dialog med naturen—fullbordad genom experimentell testning av våra tankar, och inte en monolog där vi formulerar våra ”teorier om allt” och vilar på våra lagrar. Vi måste hålla oss ödmjuka, med tanke på att g Baku-del bevisar att alla matematiska system är logiskt ofullständiga och Galileos insikt att de flesta av dem kanske inte har något att göra med verkligheten.