Fizyka teoretyczna, metoda naukowa i zniszczenia

Nauka nie powinna być szybka, ale wraz z przyspieszeniem postępów może się rzeczywiście wydawać, że tempo odkrycia zwalnia - szczególnie w odniesieniu do fizyki. Ponieważ stało się powszechne dla fizyków opracowywanie teorii, że żadna z istniejących technologii nie może przetestować, praktyka fizyki pozostaje w tyle za nauką - w jakimkolwiek możliwym stopniu - przydzielanie zasobów na eksperymentowanie stało się trudne.

Plakatowe dziecko (kto kupuje ten plakat?) Za opóźnienie między teorią a eksperymentem to teoria strun, która nie została obalona, ​​ale niektórzy eksperci twierdzą, że mogą nie być w ogóle testowalni. Dla naukowców, którzy mogą twierdzić, że udowadniają sukces lub obalają hipotezy, jest to najgorszy scenariusz. Dlatego naukowcy mówią o tym: w zeszłym tygodniu kadra fizyków i filozofów zebrała się w Monachium, aby omówić ten problem na konferencji „Dlaczego ufać teorii?”.

Rzeczy były zaskakująco gorące.

Jeden z organizatorów konferencji, Richard Dawid, twierdzi, że fizycy mogą potwierdzić teorię bez eksperymentu, odwołując się na przykład do jej mocy wyjaśniającej, wewnętrznej spójności lub braku zdolnych do konkurowania konkurentów. Nie zdziwisz się, gdy dowiesz się, że inni się nie zgadzają. George Ellis i Joe Silk opublikowali komentarz w Natura o nazwie „Obroń integralność fizyki”, w której twierdzili, że podejście Dawida podważa nauki fizyczne. Mówią, że jedynym sposobem na przetestowanie teorii jest eksperymentowanie z nią.

Sabine Hossenfelder, badaczka z Instytutu Badań Zaawansowanych we Frankfurcie i blogerka odpowiedzialna za Backreaction, zgadza się z Ellisem i Silkem. Hossenfelder działa w kwantowej fenomenologii grawitacyjnej, co oznacza, że ​​szuka eksperymentalnie sprawdzalnych prognoz kwantowych teorii grawitacji. Odwrotność rozmawiał z nią o teoriach, eksperymentach i tym, jak wyciągnąć fizykę z chwastów iz powrotem na właściwe tory.

Bardzo głośno mówiliście o krytykowaniu jednego z ostatnich eksperymentów, Holometru Fermilaba, ponieważ eksperyment nie był poparty teorią, że wcześniej wiedzieliśmy, że eksperyment nie znajdzie niczego. Jaki jest właściwy związek między teorią a eksperymentem?

Problem polega na tym, że pracuję głównie w grawitacji kwantowej, która jest jedną z dziedzin fizyki, którą nazwałbym fizyką podstawową. Są to obszary związane ze strukturą czasoprzestrzeni, z czego składa się materia i jakie jest pochodzenie wszechświata. To, co wydarzyło się w ostatnim stuleciu, nie tak zaskakująco, polega na tym, że wszystkie łatwe rzeczy zostały wykonane.

Ale to naprawdę tutaj, gdzie chcesz przesuwać granice swoich teorii, gdzie problem jest teraz. Ponieważ zdarzyło się, że dostałeś tę wielką lukę między eksperymentem a teorią. Teoretycy mają wiele swobody, a eksperymentatorzy naprawdę nie wiedzą, co robić. Jak więc zrobić postęp w takim obszarze?

Musisz bardzo jasno wiedzieć, jak bardzo możesz zaufać swojej teorii, ponieważ potrzebujesz teorii, aby powiedzieć eksperymentatorowi, gdzie szukać. Potrzebujesz teorii, aby zidentyfikować najbardziej obiecujące testy. Bo wtedy musimy zainwestować dużo pieniędzy i zbudować eksperyment, który może potrwać dziesiątki lat.

Gdzie więc wchodzi Holometr? Cóż, możesz zapytać o to samo w Holometrze: czy obiecujący był ten eksperyment, ponieważ ufaliśmy pewnej teorii, że możemy coś z tym znaleźć? Odpowiedź brzmi: nie, nie było żadnego wskazania.

Teraz ten eksperyment nie kosztował miliardów. Rozumiem, że chodzi przede wszystkim o zwiększenie precyzji w takich pomiarach, a to samo w sobie jest osiągnięciem. Nie mam z tym problemu. Ale pomysł, że dzięki temu można przetestować grawitację kwantową, był od początku nonsensem i wszyscy pracujący nad fenomenologią grawitacji kwantowej wiedzieli o tym.

Wydaje się, że wyidealizowany proces wzajemnej oceny lub wyidealizowany proces weryfikacji eksperymentów naukowych uniemożliwiłby tego rodzaju rzeczy w idealnym świecie.

Tak, w idealnym świecie. Ale w rzeczywistości zawsze dzieje się gówno. Mimo to, recenzowanie jest najlepsze, jakie mamy. Nie twierdzę, że z recenzją nie ma nic złego. Mówię, że problemy z recenzją to kwestie organizacyjne. W zasadzie mogłyby zostać naprawione. Wzajemna ocena jest nadal dobrą rzeczą, która napędza naukę, ponieważ jest to jedyne kryterium, które mamy - oczywiście poza oceną z natury. Ale jeśli chodzi o rozwój teorii - zanim natura sprawi, że jej osąd - ocena wzajemna jest jedynym sposobem, w jaki można sortować dobro od złego. Jeśli chodzi o opracowanie nowej teorii, musisz zapytać ekspertów: „Czy ta teoria jest zgodna ze wszystkim, co wiemy o naturze?”

A kiedy mówisz o eksperymentach, które potencjalnie kosztują duże stosy gotówki, staje się to jeszcze ważniejsze.

Racja, więc z Hoganem to był Fermilab i prawdopodobnie mieli jakiś powód. To nie jest ogromna suma pieniędzy. Ale teraz, gdy idzie dookoła i mówi, że przetestowaliśmy zasadę holograficzną, naprawdę mnie to wkurza, ponieważ tak naprawdę nie ma to nic wspólnego z kwantową grawitacją. Z mojego punktu widzenia rzuca również złe światło na cały obszar fenomenologicznej grawitacji kwantowej, w którym ludzie faktycznie próbują przetestować te rzeczy. Pracowałem nad tym przez długi czas i teraz próbuję się z tego wydostać, ponieważ nie mogłem zdobyć funduszy. Tak to działa dla przeciętnych ludzi takich jak ja.

Problem Holometru brzmi jak eksperymentator bez teorii. Ale w niektórych przypadkach masz również odwrotny problem, niekoniecznie z powodu braku prób, ale masz teoretyków bez jasnych perspektyw eksperymentalnych. Myślę, że opisujesz ten problem, gdy fizycy „gubią się w matematyce”. Czy dobrze cię rozumiem?

Można to zinterpretować w ten sposób. Ale to, co nazywam „zagubionym w matematyce”, brzmi bardziej: Fizycy skupili się bardzo mocno na kilku teoretycznych możliwościach, jeśli chodzi o teorię grawitacji kwantowej lub unifikacji. Tak samo jest z ciemną materią. Po drodze odrzucili wiele innych możliwości. Fizycy przyjmują wiele założeń, których używają w rozwoju teorii, że nie zapisują wyraźnie. A te „gubią się w matematyce”.

Chodzi mi o to, że wybór teorii zależy od wielu kryteriów, które nie są wyraźnie rozpoznawane. Przykłady na mojej głowie to przykłady naturalności, prostoty i piękna. Są to wszystkie kryteria, które są w praktyce używane, ale potem zostają przekształcone w wymagania matematyczne i ludzie zapominają, że to był wybór, że są hipotezami, które trzeba przetestować.

Weźmy ten przykład naturalności. Argument jest taki, że niezależnie od teorii, nie powinna ona mieć żadnych parametrów, które są albo bardzo duże, albo bardzo małe, ponieważ nie wydaje się to naturalne. Myślę, że to kompletny nonsens.

To znaczy, natura nie dba o twoje oczekiwania.

Dobrze. Trafne spostrzeżenie. Natura również nie dba o to, co jest piękne. Czemu? Dlaczego natura powinna się troszczyć? Kiedy ludzie mówią mi: „Podoba mi się ta teoria, ponieważ jest ona tak elegancka”, mówię: „Co z tego?”

Z Holometrem mamy lata pokrycia czegoś, co w końcu prawdopodobnie niczego nie testuje. Niemniej jednak, ponieważ ma tak chwytliwe założenie, dziennikarze przybędą do niego. Co mogliby zrobić dziennikarze naukowi, aby trochę się uspokoić i traktować naukę bardziej niż jest to w rzeczywistości?

W przypadku holometru byłoby to bardzo łatwe, ponieważ myślę, że ludzie po prostu powtórzyli to, co było w komunikacie prasowym z miejsca, które faktycznie sfinansowało eksperyment. Czego więc oczekujesz? Czy spodziewasz się, że będzie to obiektywne? To znaczy, przynajmniej powinieneś iść i zapytać kogoś z pola, co myślą o tym eksperymencie. W tym przypadku niewiarygodne było powtarzanie tego przez dziennikarzy.

Mówiąc bardziej ogólnie, myślę, że w niektórych przypadkach po prostu trudno jest zrozumieć, co mówią naukowcy. Dla kogoś, kto tak naprawdę nie pracuje nad tym, bardzo trudno jest ustalić, co jest prawdą, co jest lekko wygięte i co jest całkowitym nonsensem.Ale wiele z nich napędza także presja. Jest presja czasu, a potem musi się sprzedawać, więc musisz wymyślić duży nagłówek.

I tak nauka w prasie przekształca się z wolno poruszającego się, stopniowo postępującego pola wiedzy w tę rzecz, w której co dwa dni dzieją się przełomy, a nasze podstawowe zrozumienie wszechświata jest obalane co kilka miesięcy, więc oto ta wspaniała historia o tym. Twój umysł jest przepalony.

Mój umysł przepalił się tak wiele razy, że już nie wiem, co o tym powiedzieć.