In der Physik mögen wir einfache und weit verbreitete Theorien. Mit "Einfachheit" meinen Physiker normalerweise eine mathematische Theorie, die auf der minimal möglichen Anzahl von Postulaten basiert. Mit „breiter Anwendbarkeit“ meinen wir Theorien, die eine breite Klasse von Phänomenen erklären können, wenn auch nicht auf den ersten Blick verwandt. Ein klassisches Beispiel ist Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Es basiert auf einer kleinen Anzahl einfacher Prinzipien und erklärt erfolgreich die Umlaufbahnen der Planeten in diesem und jedem anderen Sonnensystem, Schwarze Löcher, Gravitationswellen und die Expansion des Universums.
Wenn Theorien einfach und weit verbreitet sind, nennen Physiker sie "schön". Die Nobelpreisträger
Steven Weinberg und
Frank Wilchek verglichen solche Theorien mit Mozarts Werken, mit meisterhaft gemachten idealen Konstruktionen, bei denen jede Note, wie nach Gottes Plan, an ihrer Stelle ist: Löschen Sie eine und die Komposition wird zerstört. So schöne Theorien haben mathematische Integrität, als ob sie eine bestimmte tiefe natürliche Wahrheit enthüllen, eine Art verborgenen Code der Schöpfung. Das Universum hat viele Schichten, von der größten bis zur kleinsten, von denen jede durch ihre eigene Mathematik beschrieben wird. Aber sind sie Teil einer größeren Komposition, einer einheitlichen Tonalität, die durch die Natur schwingt?
Alle Physiker, die nach einer endgültigen Theorie suchen, die viele Schichten der physischen Realität zu einer mathematischen Gesamtheit zusammenwebt, hoffen dies. Wir können es Platons ultimativen Traum nennen, die Suche nach einer einzigen einfachen und allgemein anwendbaren Theorie. In den letzten 40 Jahren haben diese Suchanfragen viele der klügsten Wissenschaftler der Welt inspiriert. Aber schon heute sehen wir die Grenzen dieses Wunsches, die Natur auf Mathematik zu reduzieren, der sich aus einem Mangel an experimenteller Bestätigung und mehreren theoretischen Hindernissen ergibt - einschließlich der Möglichkeit der Existenz mehrerer Universen und damit verbundener schwieriger Fragen.
Die moderne Idee der Suche nach Vereinigung ist die Stringtheorie, die davon ausgeht, dass die fundamentalen Essenzen der Natur schwingende Energieröhren sind und keine Punktteilchen der Materie. Unterschiedliche Schwingungen entsprechen unterschiedlichen Partikeln, die wir beobachten, genau wie unterschiedliche Schwingungen einer Violinsaite unterschiedlichen Klängen entsprechen. Als ich Mitte der 1980er Jahre anfing, theoretische Physik zu studieren, bestand unsere Hauptaufgabe darin, nach einer einzigartigen Lösung für die Stringtheorie zu suchen: unserem Universum mit all seinen Teilchen und Wechselwirkungen. Wir glaubten an einen schnellen Erfolg, an die Tatsache, dass die Natur wirklich ein mathematischer Code in der 10-dimensionalen Raumzeit in neun räumlichen und einer zeitlichen Dimension war. Idealerweise sollten sechs verborgene räumliche Dimensionen die Physik bestimmen, die wir in drei gewöhnlichen beobachten: Biegen Sie sie in eine Richtung, erhalten Sie ein Universum; beuge dich zu einem anderen, hol dir einen anderen. Der Reiz war die Einzigartigkeit der Lösung - eine Geometrie für zusätzliche Messungen, die uns alles sagen würde, was wir brauchten. Keine Theorie könnte einfacher, umfassender und schöner sein.
Leider war dies nicht dazu bestimmt. Spulen Sie drei Jahrzehnte vor und entdecken Sie, wie sich alles radikal verändert hat. Die Physiker waren verblüfft darüber, dass es anstelle einer einzigen Lösung sehr viele gab - nach einigen Schätzungen eine Einheit mit 500 Nullen, von denen jede eine eigene Version zusätzlicher Dimensionen, eine eigene Version des Universums, bietet. Es wird angenommen, dass jede von ihnen ihre eigenen fundamentalen Konstanten hat, wie Größen wie die Masse eines Elektrons und seine Ladung, die Kraft der Gravitationsanziehung - Größen, die die physikalischen Eigenschaften der Natur bestimmen. Und wo ist unser Universum unter dieser Vielzahl von Möglichkeiten? Wir wissen, dass das Leben unmöglich werden würde, wenn diese Konstanten leicht korrigiert würden - wir wären nicht hier. Mit anderen Worten, wir leben dort, wo wir leben, weil wir nirgendwo anders leben könnten - unser Universum ist eines der wenigen, die es uns ermöglichen zu existieren. Dies ist natürlich wahr, aber aus wissenschaftlicher Sicht tut es wenig. Schlimmer noch, es klingt wie eine Tautologie. Die Stringtheorie hat sich von einer Theorie, die die Einzigartigkeit unseres Universums mathematisch beweisen kann, zu einer Theorie entwickelt, die die Existenz unzähliger Universen ermöglicht, die keine Favoriten haben.
Wir müssen die Art der Argumentation überdenken, die uns zu dieser Krise geführt hat. Das Problem wurzelt in einer tieferen philosophischen Aufgabe - der Grundursache. Menschen, Kreaturen, die in den Strom der Zeit eingetaucht waren und von jeher einen klaren Anfang und ein klares Ende hatten, waren von den Anfangsbedingungen verwirrt. Wie kann etwas aus dem Nichts kommen? Was weist zu Beginn die Eigenschaften dieses Etwas zu (d. H. Die Werte der Grundkonstanten)? Wer hat das bestellt? Wer hat uns bestellt?
Unser Fehler ist, dass dies aus wissenschaftlicher Sicht die falschen Fragen sind.
Physiker arbeiten auf einer sehr klaren Plattform. Um die zeitliche Entwicklung des Systems zu bestimmen, müssen seine Anfangsbedingungen, der Zustand des Systems zum Zeitpunkt Null, festgelegt werden. Dies impliziert, das System am Anfang zu kennen, etwas, das wir durch Messungen erhalten. In der Kosmologie ist dies nicht möglich. Wir können die Anfangsbedingungen und die Werte der Grundkonstanten abhängig von dem, was wir heute über das Universum wissen, begrenzen, aber wir können nicht sicher sein, dass unsere Schlussfolgerungen endgültig sind. Die Beweise, die wir heute über die ferne Vergangenheit sammeln, können uns ein unvollständiges Bild davon geben, was passiert ist. Und das Multiversum verschiebt das Problem der Anfangsbedingungen nur auf eine andere Ebene, ohne es zu lösen.
Jede Theorie, die versucht, die Anfangsbedingungen des Universums und durch sie die Werte der Grundkonstanten eindeutig zu bestimmen, tut das, wofür die Physik nicht gedacht ist. Haben wir eine Sackgasse erreicht und sind gezwungen, die Werte der Konstanten so zu akzeptieren, wie sie sind? Auf der aktuellen Plattform ja. Und Versuche, dieses Problem zu umgehen, auch wenn es inspirierend ist, werden nur ein Kreisverkehr sein.
Aber nicht alles ist verloren. Die Suche nach einer einfachen und umfassenden Theorie verdeckte eine globalere Sicht auf die Natur der Physik. Physik ist die Konstruktion einer sich ständig ändernden und selbstkorrigierenden Beschreibung natürlicher Phänomene. Es ist losgelöst von metaphysischen Spekulationen über die Natur der Realität, die mehr mit unserer Suche nach Bedeutung als mit der Funktionsweise der Natur verbunden sind. Mit anderen Worten, Physik ist Ausdruck intellektueller Demut. Wir lernen, in Unwissenheit zu leben, und im Gegenzug erhalten wir die Möglichkeit, schrittweise Fortschritte zu erzielen.
Es ist also nichts Falsches an der scheinbaren Willkür der bestehenden Gesetze der Physik und an der Ablehnung des Dogmas, dass Schönheit in Einfachheit und Wahrheit in Schönheit liegt. Wenn Physik als beschreibende Erklärung verstanden wird, die frei von der Suche nach Einheit ist, können Sie die existenzielle Angst loswerden, nicht alles auf der Welt zu wissen. Vielleicht ist unser aktuelles Dilemma ein Symptom für etwas Größeres, eine tiefgreifende Änderung der methodischen Natur physikalischer Theorien. Vielleicht müssen wir uns ihnen aus historischer Sicht nähern und die erfolglose Suche nach einer Erklärung der Grundursache und der ewigen Wahrheit aufgeben. Es ist möglich, dass die Natur physikalischer Theorien ihre beschreibende Struktur widerspiegelt, stückweise und schrittweise, die sich aus unserem unvollkommenen und unvollständigen Bewusstsein der Realität ergibt. Und daran ist nichts auszusetzen.