Skal disse videnskabelige ideer trækkes tilbage?

Skal disse videnskabelige ideer trækkes tilbage?

Det følgende er to uddrag fra bogen Denne idé skal dø , redigeret af John Brockman.

UNIVERSET
Af Seth Lloyd, professor i kvantemekanik, MIT; forfatter, Programmering af universet



Jeg ved. Universet har eksisteret i 13,8 milliarder år og vil sandsynligvis overleve i yderligere 100 milliarder år eller mere. Plus, hvor ville universet trække sig tilbage? Florida er ikke stort nok. Men det er på tide at trække den 2.500 år gamle videnskabelige idé om universet tilbage som det eneste volumen af ​​rum og tid, der indeholder alt. Det 21. århundredes kosmologi antyder kraftigt, at det, vi ser i kosmos – stjerner, galakser, rum og tid siden Big Bang – ikke omfatter hele virkeligheden. Cosmos, køb lejligheden.

Hvad er universet, overhovedet? For at teste din viden om universet skal du udfylde følgende sætning. Universet

(a) består af alt synligt og usynligt - hvad der er, har været og vil blive.
(b) begyndte for 13,8 milliarder år siden i en gigantisk eksplosion kaldet Big Bang og omfatter alle planeter, stjerner, galakser, rum og tid.
(c) blev slikket ud af den salte rand af den oprindelige ildgrav af tungen fra en kæmpe ko.
(d) Alt ovenstående.

(Korrekt svar nedenfor.)

Ideen om universet som en observeret og målt ting har bestået i tusinder af år. Disse observationer og målinger har været så vellykkede, at vi i dag ved mere om universets oprindelse, end vi gør om livets oprindelse på Jorden. Men succesen med observationel kosmologi har bragt os til et punkt, hvor det ikke længere er muligt at identificere universet – i betydningen svar (a) ovenfor – med det observerede kosmos – svar (b). De samme observationer, der fastslår universets detaljerede historie, antyder, at det observerede kosmos er en forsvindende lille brøkdel af et uendeligt univers. Den begrænsede tid siden Big Bang betyder, at vores observationer kun strækker sig lidt mere end 10 milliarder lysår fra Jorden. Ud over horisonten for vores observation ligger mere af det samme - rummet fyldt med galakser, der strækker sig for evigt. Uanset hvor længe universet eksisterer, vil vi kun have adgang til en begrænset del, mens en uendelig mængde af universet forbliver uden for vores kendskab. Alt undtagen en uendelig lille del af universet er ukendeligt.

Denne idé skal dø: Videnskabelige teorier, der blokerer for fremskridt

Købe

Det er et slag. Det videnskabelige begreb univers = observerbart univers har kastet håndklædet i ringen. Måske er det i orden. Hvad kan man ikke lide ved et univers, der omfatter uendeligt ukendeligt rum? Men hits bliver ved med at komme. Efterhånden som kosmologer dykker dybere ned i fortiden, finder de flere og flere spor om, at der på godt og ondt er mere derude end blot det uendelige rum bag vores horisont. Ved at ekstrapolere tilbage i tiden til Big Bang, har kosmologer identificeret en epoke kaldet inflation, hvor universet fordobledes i størrelse mange gange i løbet af en lille brøkdel af et sekund. Langt størstedelen af ​​rumtiden består af disse hurtigt ekspanderende ting. Vores eget univers, uendeligt som det er, er bare en 'boble', der har dannet kerne i dette inflationære hav.

Det bliver værre. Det inflationære hav indeholder en uendelighed af andre bobler, hver et uendeligt univers i sin egen ret. I forskellige bobler kan fysikkens love antage forskellige former. Et sted derude i et andet bobleunivers har elektronen en anden masse. I en anden boble eksisterer elektroner ikke. Fordi det ikke består af ét kosmos, men af ​​mange, kaldes multibobleuniverset ofte et multivers. Multiversets promiskuøse natur kan være utiltalende (William James, der opfandt ordet, kaldte multiverset en 'skøge'), men det er svært at eliminere. Som en sidste fornærmelse mod enhed indikerer kvantemekanikkens love, at universet konstant opdeles i flere historier eller 'mange verdener', hvoraf den verden, vi oplever, kun er én. De andre verdener indeholder de begivenheder, der ikke skete i vores verden.

Efter en løbetur på to årtusinder er universet som observerbart kosmos kaput. Ud over hvad vi kan se, eksisterer der en uendelig række af galakser. Ud over den uendelige række hopper og springer et uendeligt antal bobleuniverser i det inflationære hav. Tættere på, men fuldstændig utilgængelig, forgrener og udbreder kvantemekanikkens mange verdener sig. MIT-kosmolog Max Tegmark kalder disse tre slags prolifererende virkeligheder for type I, type II og type III multivers. Hvor vil det hele ende? På en eller anden måde virkede et enkelt tilgængeligt univers mere værdigt.

Der er dog håb. Mangfoldighed repræsenterer i sig selv en slags enhed. Vi ved nu, at universet indeholder flere ting, end vi nogensinde kan se, høre eller røre ved. I stedet for at betragte mangfoldigheden af ​​fysiske realiteter som et problem, lad os tage det som en mulighed.

Antag, at alt, hvad der kunne eksistere, eksisterer. Multiverset er ikke en fejl, men en funktion. Vi skal være forsigtige: Mængden af ​​alt, hvad der kunne eksistere, tilhører metafysikkens område snarere end fysikken. Tegmark og jeg har vist, at vi dog med en mindre begrænsning kan trække os tilbage fra den metafysiske kant. Antag, at det fysiske multivers indeholder alle ting, der er lokalt endelige, i den forstand, at enhver endelig del af tingen kan beskrives med en begrænset mængde information. Sættet af lokalt endelige ting er matematisk veldefineret: Det består af ting, hvis adfærd kan simuleres på en computer (mere specifikt på en kvantecomputer). Fordi de er lokalt begrænsede, er universet, vi observerer, og de forskellige andre universer alle indeholdt i dette beregningsunivers. Som den er, så et eller andet sted, en kæmpe ko.

Svar på quizzen: (c)

Hvad synes du: Skal denne videnskabelige idé trækkes tilbage?

FALSIFIKATION
Af Sean Carroll, teoretisk fysiker, Caltech; forfatter, Partiklen for enden af ​​universet

I en verden, hvor videnskabelige teorier ofte lyder bizarre og i modstrid med hverdagens intuition, og en bred vifte af nonsens stræber efter at blive anerkendt som 'videnskabelige', er det vigtigt at være i stand til at adskille videnskab fra ikke-videnskab - hvad filosoffer kalder 'afgrænsningsproblemet. ” Karl Popper foreslog berømt kriteriet 'falsificerbarhed': En teori er videnskabelig, hvis den giver klare forudsigelser, der utvetydigt kan falsificeres.

Det er en velmenende idé, men langt fra den komplette historie. Popper var optaget af teorier som freudiansk psykoanalyse og marxistisk økonomi, som han anså for ikke-videnskabelige. Uanset hvad der rent faktisk sker med mennesker eller samfund, hævdede Popper, vil teorier som disse altid være i stand til at fortælle en historie, hvor dataene er kompatible med den teoretiske ramme. Han kontrasterede dette med Einsteins relativitet, som lavede specifikke kvantitative forudsigelser før tid. (En forudsigelse af generel relativitet var, at universet skulle udvide sig eller trække sig sammen, hvilket fik Einstein til at modificere teorien, fordi han troede, at universet faktisk var statisk. Så selv i dette eksempel er falsificerbarhedskriteriet ikke så entydigt, som det ser ud til).

Moderne fysik strækker sig ind i riger langt væk fra hverdagens oplevelse, og nogle gange bliver forbindelsen til eksperimentet i bedste fald spinkel. Strengteori og andre tilgange til kvantetyngdekraft involverer fænomener, der sandsynligvis kun vil manifestere sig ved energier, der er enormt højere end noget andet, vi har adgang til her på Jorden. Det kosmologiske multivers og mange-verdenernes fortolkning af kvantemekanikken anfører, at andre riger er umulige for os at få direkte adgang til. Nogle videnskabsmænd, der læner sig op af Popper, har foreslået, at disse teorier er ikke-videnskabelige, fordi de ikke kan falsificeres.

Sandheden er den modsatte. Uanset om vi kan observere dem direkte eller ej, er de enheder, der er involveret i disse teorier, enten virkelige, eller også er de ikke. At nægte at overveje deres mulige eksistens på baggrund af et eller andet a-priori-princip, selvom de kan spille en afgørende rolle i, hvordan verden fungerer, er så ikke-videnskabeligt, som det bliver.

Falsificerbarhedskriteriet peger mod noget sandt og vigtigt ved videnskaben, men det er et stumpt instrument i en situation, der kræver subtilitet og præcision. Det er bedre at understrege to centrale træk ved gode videnskabelige teorier: De er konkrete, og de er empiriske. Med 'bestemt' mener vi, at de siger noget klart og utvetydigt om, hvordan virkeligheden fungerer. Strengteori siger, at i visse områder af parameterrummet opfører almindelige partikler sig som sløjfer eller segmenter af endimensionelle strenge. Det relevante parameterrum er måske utilgængeligt for os, men det er en del af teorien, som ikke kan undgås. I det kosmologiske multivers er regioner i modsætning til vores egen utvetydigt der, selvom vi ikke kan nå dem. Det er det, der adskiller disse teorier fra de tilgange, Popper forsøgte at klassificere som ikke-videnskabelige. (Popper forstod selv, at teorier burde være falsificerbare 'i princippet', men den modifikator bliver ofte glemt i nutidige diskussioner.)

Det er det 'empiriske' kriterium, der kræver en vis omhu. Umiddelbart kan dette kriterium forveksles med 'laver falsificerbare forudsigelser.' Men i den virkelige verden er samspillet mellem teori og eksperiment ikke så klippet og tørret. En videnskabelig teori bedømmes i sidste ende ud fra dens evne til at redegøre for dataene - men trinene på vejen til den regnskabsføring kan være indirekte.

Overvej multiverset, ofte påberåbt som en potentiel løsning på nogle af de finjusterende problemer i moderne kosmologi. For eksempel tror vi, at der er en lille, men ikke-nul vakuumenergi iboende i det tomme rum. Dette er den førende teori til at forklare den observerede acceleration af universet, som 2011 Nobelprisen i fysik blev tildelt for. Problemet for teoretikere er ikke, at vakuumenergi er svær at forklare; det er, at den forudsagte værdi er enormt større end det, vi observerer.

Hvis universet, vi ser omkring os, er det eneste, der er, er vakuumenergien en unik naturkonstant, og vi står over for problemet med at forklare det. Hvis vi derimod lever i et multivers, kan vakuumenergien være helt anderledes i forskellige regioner, og en forklaring melder sig umiddelbart: I områder, hvor vakuumenergien er meget større, er forholdene ugæstfrie for livets eksistens. Der er derfor en selektionseffekt, og vi bør forudsige en lille værdi af vakuumenergien. Ved at bruge denne præcise begrundelse forudsagde Steven Weinberg faktisk værdien af ​​vakuumenergien længe før universets acceleration blev opdaget.

Vi kan ikke (så vidt vi ved) observere andre dele af multiverset direkte, men deres eksistens har en dramatisk effekt på, hvordan vi redegør for dataene i den del af multiverset, vi observerer. Det er i den forstand, at ideens succes eller fiasko i sidste ende er empirisk: Dens dyd er ikke, at den er en pæn idé eller opfylder et eller andet tåget ræsonnementprincip, men at det hjælper os med at redegøre for dataene. Også selvom vi aldrig vil besøge de andre universer.

Videnskab er ikke blot lænestolsteoretisering, det handler om at forklare den verden, vi ser, udvikle modeller, der passer til dataene. Men tilpasning af modeller til data er en kompleks og mangefacetteret proces, der involverer et giv-og-tag mellem teori og eksperiment, såvel som den gradvise udvikling af teoretisk forståelse i sig selv. I komplicerede situationer er mottoer på størrelse med lykkekage som 'Teorier bør forfalskes' ingen erstatning for omhyggelig tænkning om, hvordan videnskab fungerer. Heldigvis går videnskaben videre, stort set uden hensyn til amatørfilosofi. Hvis strengteori og multiverseteorier hjælper os med at forstå verden, vil de vokse i accept. Hvis de i sidste ende viser sig at være for tågelige, eller der kommer bedre teorier, vil de blive kasseret. Processen kan være rodet, men naturen er den ultimative guide.

Hvad synes du: Skal denne videnskabelige idé trækkes tilbage?


Tilpasset fra Denne idé skal dø: Videnskabelige teorier, der blokerer for fremskridt . Copyright © 2015 af Edge Foundation, Inc. Uddrag med tilladelse fra HarperPerennial, en afdeling af HarperCollins Publishers. Ingen del af dette uddrag må gengives eller genoptrykkes uden skriftlig tilladelse fra udgiveren.