في الفيزياء ، نحب نظريات بسيطة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع. من خلال "البساطة" ، يقصد الفيزيائيون عادة نظرية رياضية تستند إلى الحد الأدنى الممكن من الافتراضات. نعني بـ "التطبيق الواسع" النظريات القادرة على شرح فئة واسعة من الظواهر ، وإن لم تكن ذات صلة للوهلة الأولى. المثال الكلاسيكي هو نظرية النسبية العامة لآينشتاين. وهو يعتمد على عدد صغير من المبادئ البسيطة ، ويشرح بنجاح مدارات الكواكب في هذا النظام وأي نظام شمسي آخر ، وثقوب سوداء ، وموجات جاذبية ، وتمدد الكون.
عندما تكون النظريات بسيطة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع ، يسميها علماء الفيزياء "جميلة". قارن
الحائزان على جائزة نوبل
ستيفن واينبرغ وفرانك ويلشيك مثل هذه النظريات بأعمال موزارت ، مع إنشاءات مثالية بارعة تكون فيها كل ملاحظة ، كما لو كانت وفقًا لخطة الله ، في مكانها: احذف واحدة وسيتم تدمير التكوين. تتمتع النظريات الجميلة بسلامة رياضية ، كما لو كانت تكشف حقيقة طبيعية عميقة معينة ، نوعًا من مدونة الخلق الخفية. للكون طبقات عديدة ، من الأكبر إلى الأصغر ، كل منها موصوف من خلال الرياضيات الخاصة به. لكن هل هم جزء من تركيبة أكبر ، نغمة موحدة تتناغم مع الطبيعة؟
هذا هو أمل جميع الفيزيائيين الذين يبحثون عن نظرية نهائية تجمع بين العديد من طبقات الواقع المادي في مجموعة رياضية واحدة. يمكننا أن نسميها حلم أفلاطون النهائي ، البحث عن نظرية واحدة بسيطة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع. على مدار الأربعين عامًا الماضية ، ألهمت عمليات البحث هذه العديد من أذكى العلماء في العالم. لكننا اليوم نرى بالفعل قيود هذه الرغبة في اختزال الطبيعة إلى الرياضيات ، والناجمة عن عدم وجود تأكيد تجريبي والعديد من العقبات النظرية - بما في ذلك إمكانية وجود أكوان متعددة وأسئلة صعبة ذات صلة.
الفكرة الحديثة للبحث عن الاتحاد هي نظرية الأوتار ، التي تفترض أن الجوهر الأساسي للطبيعة هو أنابيب الطاقة المتذبذبة ، وليس توجيه جزيئات المادة. تتوافق الاهتزازات المختلفة مع الجسيمات المختلفة التي نلاحظها ، تمامًا مثل الاهتزازات المختلفة لسلسلة الكمان تتوافق مع أصوات مختلفة. عندما بدأت بدراسة الفيزياء النظرية في منتصف الثمانينيات ، كانت مهمتنا الرئيسية هي البحث عن حل فريد لنظرية الأوتار: كوننا ، بكل جزيئاته وتفاعلاته. كنا نؤمن بالنجاح السريع ، في حقيقة أن الطبيعة كانت في الحقيقة رمزًا رياضيًا في الزمكان بعشر أبعاد ، في تسعة أبعاد مكانية وواحدة زمنية. من الناحية المثالية ، كانت ستة أبعاد مكانية خفية هي تحديد الفيزياء التي نلاحظها في ثلاثة أبعاد عادية: ثنيها في اتجاه واحد ، والحصول على كون واحد ؛ انحنى لآخر ، احصل على آخر. كان النداء هو تفرد الحل - هندسة واحدة لقياسات إضافية من شأنها أن تخبرنا بكل ما نحتاجه. لا توجد نظرية يمكن أن تكون أبسط وأكثر شمولا وجمالا.
للأسف ، لم يكن مقدرا أن يحدث هذا. تقدم بسرعة ثلاثة عقود واكتشف كيف تغير كل شيء بشكل جذري. ذهل الفيزيائيون من حقيقة أنه بدلاً من حل واحد ، كان هناك عدد كبير جدًا - وفقًا لبعض التقديرات ، وحدة بها 500 أصفار ، يقدم كل منها نسخته الخاصة من الأبعاد الإضافية ، نسخته الخاصة من الكون. من المفترض أن لكل منها مجموعة خاصة بها من الثوابت الأساسية ، مثل الكميات مثل كتلة الإلكترون وشحنتها ، وقوة الجاذبية - الكميات التي تحدد الخصائص الفيزيائية للطبيعة. وأين عالمنا بين هذا الكم الهائل من الاحتمالات؟ نحن نعلم أنه إذا تم تصحيح هذه الثوابت قليلاً ، فستصبح الحياة مستحيلة - فلن نكون هنا. وبعبارة أخرى ، نحن نعيش حيث نعيش ، لأننا لا نستطيع العيش في أي مكان آخر - كوننا هو واحد من القلائل التي تسمح لنا بالوجود. هذا بالطبع صحيح ، ولكن من وجهة نظر علمية فإنه لا يفعل سوى القليل. الأسوأ من ذلك ، يبدو وكأنه حشو. تطورت نظرية الأوتار من نظرية قادرة على إثبات تفرد كوننا رياضياً إلى نظرية تسمح بوجود عدد لا يحصى من الأكوان التي ليس لها مفضلات.
نحن بحاجة إلى إعادة النظر في طريقة التفكير التي قادتنا إلى هذه الأزمة. المشكلة متجذرة في مهمة فلسفية أعمق - السبب الجذري. الناس ، المخلوقات ، المنغمسين في مجرى الزمن ، مع بداية ونهاية واضحة ، من زمن سحيق ، كانوا في حيرة من الظروف الأولية. كيف يمكن لشيء أن يأتي من لا شيء؟ ما الذي يعين خصائص هذا الشيء (أي قيم الثوابت الأساسية) في البداية؟ من أمر بهذا؟ من أمرنا؟
خطأنا هو أنه من وجهة نظر علمية ، هذه أسئلة خاطئة.
يعمل الفيزيائيون على منصة واضحة للغاية. لتحديد تطور النظام في الوقت المناسب ، من الضروري تحديد شروطه الأولية ، حالة النظام في وقت الصفر. وهذا يعني معرفة النظام في بدايته ، وهو أمر نحصل عليه من خلال القياسات. في علم الكونيات ، هذا غير ممكن. يمكننا تحديد الشروط الأولية وقيم الثوابت الأساسية اعتمادًا على ما نعرفه عن الكون اليوم ، ولكن لا يمكننا التأكد من أن استنتاجاتنا نهائية. يمكن أن تعطينا الأدلة التي نجمعها اليوم عن الماضي البعيد صورة غير مكتملة لما حدث. وتنقل الأكوان المتعددة فقط مشكلة الظروف الأولية إلى مستوى آخر ، دون حلها.
أي نظرية تحاول أن تحدد بشكل لا لبس فيه الظروف الأولية للكون ، ومن خلالها قيم الثوابت الأساسية ، تفعل ما لا يقصد به الفيزياء. هل وصلنا إلى طريق مسدود ، واضطررنا لقبول قيم الثوابت كما هي؟ على المنصة الحالية ، نعم. ومحاولات الالتفاف حول هذه المشكلة ، حتى لو كانت ملهمة ، ستكون مجرد دوار.
لكن ليس كل شيء ضاع. إن البحث عن نظرية بسيطة وشاملة يحجب رؤية أكثر عالمية لطبيعة الفيزياء. الفيزياء هي بناء وصف دائم التغير وتصحيح ذاتي للظواهر الطبيعية. وهي منفصلة عن التكهنات الميتافيزيقية حول طبيعة الواقع ، والتي هي أكثر ارتباطًا ببحثنا عن المعنى من الطريقة التي تعمل بها الطبيعة. وبعبارة أخرى ، فإن الفيزياء هي تعبير عن التواضع الفكري. نتعلم كيف نعيش في جهل ، وفي المقابل لدينا فرصة للتقدم تدريجيا.
لذا ، لا حرج في التعسف الظاهر لقوانين الفيزياء القائمة ، وفي رفض العقيدة بأن الجمال في البساطة والحقيقة في الجمال. إذا تم فهم الفيزياء على أنها تفسير وصفي ، وخالي من البحث عن الوحدة ، فيمكنك التخلص من الخوف الوجودي من عدم معرفة كل شيء في العالم. ربما تكون معضلتنا الحالية عرضًا لشيء أكبر ، بعض التغيير العميق في الطبيعة المنهجية للنظريات الفيزيائية. ربما نحتاج إلى الاقتراب منهم من وجهة نظر تاريخية ، والتخلي عن البحث غير المثمر لتفسير السبب الجذري والحقيقة الأبدية. من الممكن أن تعكس طبيعة النظريات الفيزيائية بنيتها الوصفية ، المجزأة والتدريجية ، النابعة من إدراكنا الناقص وغير الكامل للواقع. ولا حرج في ذلك.