物理学者は通常、「鳥類が鳥類学者を必要とするように、科学の哲学者と歴史家が必要である」と考えている、とノーベル賞受賞者のデビッド・グロス氏は先週、ドイツのミュンヘンで哲学者、歴史家、物理学者でいっぱいの会議室で、リチャード・ファインマン氏の言葉を借りて語った.
しかし、絶望的な時代には絶望的な対策が必要です。
グロス氏は、基礎物理学は問題に直面していると説明した。 「現時点で私たちがお互いを必要としていないかどうかはわかりません」と彼は言いました.
それは、ルートヴィヒ マクシミリアン大学 (LMU ミュンヘン) のロマネスク様式の講堂で開催された 3 日間のワークショップのオープニング セッションでした。ジョージ エリスとジョー シルクの 2 人は現在最前列に座っています。 Nature の扇動的な意見記事でそのような会議について . 100 人の参加者が、物理学と科学哲学の両方で有名な伝統を持つ土地に降り立ち、エリスとシルクが「物理学の心と魂のための戦い」と宣言したものを繰り広げました。
エリスとシルクが言うように、危機は現代の物理学理論の非常に思弁的な性質であり、科学的方法からの危険な逸脱を反映していると彼らは言います。今日の理論家の多く — その中でもひも理論と多元宇宙仮説の主な支持者 — は、それらをテストすることは不可能であるにもかかわらず、それらが美しいまたは論理的に説得力があるという理由で、彼らの考えに確信を持っているようです.エリスとシルクは、これらの理論家が科学の「ゴールポストを動かし」、物理学と疑似科学の境界線を曖昧にしていると非難しました。 「科学の承認は、検証可能な理論にのみ与えられるべきです」とエリスとシルクは書いており、それによって過去40年間の主要な理論のほとんどを失格にしました. 「そうして初めて、科学を攻撃から守ることができます。」
彼らは、2013 年の著書 String Theory and the Scientific Method であるオーストリアの哲学者、Richard Dawid の物議を醸す考えに部分的に反応していました。 Dawid は、経験的データがない科学理論への信頼を構築するのに役立つと述べている 3 種類の「非経験的」証拠を特定しました。 LMU Munich の研究者である Dawid は、Ellis と Silk の鬨の声に応え、先週注目を集めたイベントの議論のあらゆる側面を定着させる広範囲の学者を集めました。
グロスは弦理論の支持者であり、原子を接着する力に関する研究で 2004 年のノーベル物理学賞を受賞し、問題は物理学者にあるのではなく、「自然の事実」にあると主張してワークショップを開始しました。私たちは 4 世紀にわたって必然的に近づいてきました.
自然界のすべての力を支配する基本理論を根気強く追求するには、物理学者が宇宙をますます綿密に調査する必要があります。たとえば、物質内の原子、それらの原子内の陽子と中性子、それらの陽子と中性子内のクォークを調べます。 .しかし、この拡大はますます多くのエネルギーを必要とし、新しい機械を構築することの難しさとコストは、エネルギー要件と比較して指数関数的に増加するとグロス氏は述べています。 「過去 400 年間、これはそれほど問題ではありませんでした。ここでは、1 センチメートルから 100 万分の 1 百万分の 1 センチメートルになりました」 — スイスの大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) の現在の分解能、 彼は言った。 「私たちは非常に遠くまで行きましたが、このエネルギーの二乗は私たちを殺しています。」
自然の根底にある原理を探る能力の実際的な限界に近づくにつれて、理論家の心は、観測可能な最小距離と可能な限り最高のエネルギーをはるかに超えてさまよいました.強力な手がかりは、宇宙の真に基本的な構成要素が、LHC の分解能の 1000 万分の 1 の距離スケールにあることを示しています。これは、「すべての理論」の候補であるひも理論が記述しようとしている自然の領域です。しかし、それは誰もアクセス方法を微塵も知らないドメインです.
この問題は、物理学者が宇宙を宇宙規模で理解しようとする試みの妨げにもなります。私たちの宇宙の宇宙の地平線を過ぎて覗き込み、多元宇宙仮説によって仮定された他の宇宙を垣間見ることのできる望遠鏡はありません。しかし、現代の宇宙論は論理的に、私たちの宇宙は多くの宇宙の 1 つにすぎないという可能性を導き出しています。
理論家が夢中になったせいであれ、自然が最高の秘密を隠してしまったせいであれ、結論は同じです。理論は実験から切り離されたのです。理論的推測の対象は、私たちの地上の手段で到達したり除外したりするには、遠すぎたり、小さすぎたり、エネルギーが強すぎたり、過去が遠すぎたりしています。それで、何をすべきですか？エリスとシルクが書いたように、「物理学者、哲学者、その他の科学者は、現代物理学の範囲を扱うことができる科学的方法の新しい物語を打ち出す必要があります.」
「次のステップに直面する際の問題は、イデオロギーの問題ではなく、戦略の問題です。科学を行う上で最も有用な方法は何ですか?」
冬の穏やかな 3 日間、学者たちは理論の意味に取り組みました 、確認 そして真実;科学の仕組み;そして、この時代に哲学が物理学の研究を導くべきか、それともその逆であるべきか。これらの差し迫った、しかし時代を超越した議論の過程で、ある程度のコンセンサスが形成されました.
ゲームのルール
歴史を通して、科学のルールはその場で書かれてきましたが、進化する状況に合わせて改訂されるだけです.古代人は、科学的真実への道を推論できると信じていました。その後、17 世紀にアイザック ニュートンは、この「合理主義者」の哲学を打ち破り、代わりに、科学的知識は経験的な観察からのみ得られるという「経験主義者」の見解を採用することで、現代科学に火をつけました。言い換えれば、理論は知識の本に入るために実験的に証明されなければなりません.
しかし、検証されていない理論が科学的であると見なされるためには、どのような要件を満たす必要があるのでしょうか?理論家は、テストするアイデアを考え出し、実験結果を解釈することによって、科学的事業を導きます。理論家を科学の範囲内に留めているものは何ですか?
今日、ほとんどの物理学者は、オーストリア系イギリス人の哲学者カール ポパーの経験則を使用して、理論の健全性を判断しています。 1930年代、ポパーはアルバート・アインシュタインの業績とジークムント・フロイトの業績を比較する際に、科学と非科学の境界線を引きました。アインシュタインの一般相対性理論は、重力を空間と時間の曲線として投影し、危険な予測を行いました。これほど見事に成功していなければ、惨めに失敗し、理論を反証していたでしょう。しかし、フロイトの精神分析は滑りやすいものでした。母親の過失があなたの診断に組み込まれる可能性があります。その理論は反証できなかったので、ポパーは、それは科学ではないと判断しました。
批評家は、超弦理論と多元宇宙仮説、そして宇宙インフレーション (宇宙がどのように始まったかの主要な理論) が、ポパーの境界線の間違った側に落ちていると非難しています。コロンビア大学の物理学者であるピーター・ウォイトの 2006 年の超弦理論に関する本のタイトルを借りれば、これらの考えは「間違ってもいない」と批評家は言います。エリスとシルクは社説でポパーの精神を呼び起こしました。「理論は科学的であるためには反証可能でなければならない」
しかし、ミュンヘンの多くの人が驚いて知ったように、反証主義はもはや科学の支配的な哲学ではありません。ニューヨーク市立大学大学院センターの哲学者であるマッシモ・ピグリウッチは、ポパー自身が認識していたように、反証可能性は科学と非科学の分離としてはひどく不十分であると指摘しました。たとえば、占星術は反証可能です — 実際、それは改ざんされています。 — それでも、それは科学ではありません。物理学者がポッパーに夢中になっていることは、「本当に止めなければならないことです」と、ピグリウチは言いました。 「私たちは現在の科学哲学について話す必要があります。 50 年前の最新情報については話しません。」
今日、ワークショップの何人かの哲学者が言ったように、ポッパー派の反証主義はベイジアン確証理論、またはベイジアン主義に取って代わられました。これは、英国の統計学者で牧師のトーマス・ベイズによる18世紀の確率論に基づく現代的な枠組みです。ベイズ主義は、現代の科学理論が通常、直接観察できるものをはるかに超えた主張をしているという事実を考慮に入れています。代わりに、理論への信頼はしばしば連続体のどこかに落ち、新しい情報が利用可能になるにつれて0から100パーセントの間で上下します. LMU のベイジアン哲学者である Stephan Hartmann は、「ベイジアン フレームワークは、ポパーの理論よりもはるかに柔軟です」と述べています。 「また、推論の心理学ともうまく結びついています。」
Gross 氏は同意し、Dawid 氏の本からベイジアン確証理論について学んだとき、彼は「『なんてこった、私はずっと散文を話してきた!』と言ったモリエールの登場人物のように感じた」と述べました。
Hartmann 氏によると、ベイズ主義のもう 1 つの利点は、ダウィドのような哲学者が「この非経験的証拠がどのように適合するか、または適合できるか」を理解できることです。
別の種類の証拠
ダウィドは 49 歳で、物腰は穏やかで、フロッピーな茶色の髪をした笑顔で、理論物理学者としてのキャリアをスタートさせました。 1990 年代後半、ひも理論研究の中心地であるカリフォルニア大学バークレー校に在籍していたとき、Dawid は、ひも理論が完全に欠けているにも関わらず、多くのひも理論家が自分たちが正しい道を進んでいることに自信を持っているように見えることに魅了されました。経験的なサポート。 「なぜ彼らはその理論を信頼するのですか?」彼は疑問に思ったことを思い出します。 「彼らはそれについて標準的な理解とは異なる考え方を持っていますか?」
ひも理論によれば、素粒子はクローズアップで見ると次元があり、自然界の最高ズーム レベルでは揺れるループ (または「ひも」) や膜として現れます。理論によれば、余分な次元は空間自体の構造にも現れます。この高次元空間の弦のさまざまな振動モードが、観測可能な世界を構成する粒子のスペクトルを生み出します。特に、振動モードの 1 つは、重力に関連する仮想粒子である「グラビトン」のプロファイルに適合します。このように、ストリング理論は、アインシュタインの一般相対性理論によって現在説明されている重力を、残りの素粒子物理学と統合します。
ビデオ: ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学の物理学者から哲学者に転向したリチャード・ダヴィッド。Quanta Magazine のレティシア ヴァンコン
しかし、1960 年代後半に開発されたアイデアにルーツを持つ超弦理論は、観測可能な宇宙について検証可能な予測を行っていません。とにかく多くの研究者がそれを信頼している理由を理解するために、Dawid は科学哲学のいくつかのクラスに申し込んで、現象に関する研究がほとんど行われていないことを発見すると、分野を変えました。
2000 年代初頭、彼は支持者の間でひも理論への信頼を生み出す 3 つの非経験的議論を特定しました。まず、一貫した方法で統一を達成できるひも理論のバージョンは 1 つしかないようです (ただし、多くの異なる数学的表現があります)。さらに、多大な努力にもかかわらず、すべての基本的な力を統一できる他の「すべての理論」は見つかっていません。 (ループ量子重力と呼ばれるライバルのアプローチは、重力を量子スケールで記述しますが、それを他の力と統一しようとはしません。) この「代替手段のない」議論は、口語的に「ストリング理論は町で唯一のゲームです」として知られています。 4 つの基本的な力の他の可能性のある統一はほとんどまたはまったく存在しないという理論家の自信を高め、ひも理論が正しいアプローチである可能性を高めます。
第二に、ひも理論は標準モデルから生まれました — 既知のすべての基本粒子と力 (重力を除く) を単一の数学的構造に組み込んだ、受け入れられ、経験的に検証された理論 — 標準モデルも、その形成期に代替案がありませんでした。この「メタ帰納的」な議論は、ダウィドが呼ぶように、物理学者が存在する代替案を見つけるのに十分なほど賢くないという可能性に反論し、同様の状況で以前に機能したことを示すことにより、代替案のない議論を強化します.
Quanta Magazine の Emily Fuhrman、Natalie Wolchover によるテキスト、Olena Shmahalo によるアート ディレクション。
3 番目の非経験的議論は、超弦理論が対処することを意図していた統一問題以外のいくつかの理論的問題について予想外に説明を提供したというものです。カリフォルニア大学サンタバーバラ校の忠実なひも理論家ジョー・ポルチンスキーは、彼の不在中にミュンヘンで読まれた論文で、ダウィドが呼んだこれらの「予期しない説明的な相互接続」のいくつかの例を提示しました。たとえば、ストリング理論はブラック ホールのエントロピーを説明し、過去 15 年間に研究の急増を引き起こした驚くべき発見の中で、原子核を説明する理論などの粒子理論に数学的に変換できます。
ポルチンスキーは、自然の基本的な距離スケールの非常に細かい粒度から私たちがどれだけ離れているかを考えると、私たちは幸運だと考えるべきだと結論付けています。 (ポルチンスキーはまた、ダウィドの非経験的議論を使用して、多元宇宙が存在するというベイジアン オッズを 94% と計算しました。この値は、インターネットの声高な多元宇宙批評家によって嘲笑されてきました。)
ダウィド氏は講演の中で、ベイジアン確証理論に非経験的議論を含めることに関する懸念の1つは、「すべての科学的原則を放棄する水門を開くことだ」と認めています。ペットのアイデアを支持して議論するとき、あらゆる種類の非経験的な美徳を思いつくことができます. 「明らかにリスクがあり、この種の推論には注意が必要です。 「しかし、非経験的確認は科学の一部であり、かなり長い間科学の一部であったことを認めることは、それが存在しないふりをして、それを暗黙のうちにのみ使用し、それから次のように言うよりも、その議論を行うためのより良い基礎を提供します。私はそれをしていません。それが公開されると、特定のコンテキスト内でそれらの議論の賛否両論を議論することができます。」
ミュンヘン討論会
歴史のゴミ山には、美しい理論が散らばっています。デンマークの宇宙論史家 Helge Kragh は、2011 年の著書 Higher Speculations でこれらの失敗の多くを詳述しました。 、ミュンヘンで 19 世紀の原子の渦理論について話しました。スコットランド人のピーター・テイトとロード・ケルビンによって開発されたこの「すべてのビクトリア朝の理論」は、原子は、当時空間を満たすと信じられていた流体媒体であるエーテル内の微視的な渦であると仮定しました。水素、酸素、および他のすべての原子は、深部では、さまざまな種類の渦の結び目でした。当初、この理論は「非常に有望に思えた」と Kragh 氏は述べた。 「当時言われていたように、人々は数学の豊かさに魅了され、数学者は何世紀にもわたって忙しくしていました。」残念ながら、原子は渦ではなく、エーテルは存在せず、理論的な美しさが常に真実であるとは限りません.
時々そうであることを除いて。合理主義は、アインシュタインを彼の相対性理論へと導きました。相対性理論は、テストされる前から合理的な根拠に基づいて心から信じていました。 「古代人が夢見ていたように、純粋な思考は現実を捉えることができるというのは真実だと思います」と、アインシュタインは 1933 年に言いました。彼の理論が、太陽の周りで曲がる星明かりの観測によって確認されてから数年後のことです。
哲学者への質問は次のとおりです:実験なしで、渦理論の非経験的美徳とアインシュタインの理論の美徳を区別する方法はありますか?経験に基づかない理論を本当に信頼できるでしょうか?
ワークショップの 3 日の午後の議論で、LMU の哲学者であるラディン ダーダシュティは、ダウィドの哲学は具体的にどの非経験的議論が重視されるべきかを特定することを目的としており、科学者が「単純さに基づいていない評価を行うことを可能にしている」と主張しました。美しさについて。」ダウィディアンの評価は、これらの尺度よりも客観的であることを意図しており、理論の真の約束をより明らかにするものである、とダーダシュティは説明しました。
Gross は、Dawid が物理学者が「推測、新しいアイデア、新しい理論に自信を得るために」使用する戦略を「美しく説明している」と述べました。
「それが真実であるという確信を意味しますか？」ジョンズ・ホプキンズ大学の 80 歳の哲学者で科学史家のピーター・アキンスタインはこう尋ねました。 「役に立つという自信？ …」
「信頼の運用上の定義を与えましょう。私はそれに取り組み続けます」と Gross 氏は言いました。
「それはかなり低いです」と Achinstein 氏は言いました。
「科学のためではない」とグロスは言った。 「それが重要な質問です。」
Kragh は、Popper でさえ、今日のひも理論家を動機付けるような考え方に価値を見出したと指摘しました。ポパーは、検証可能な予測をもたらさない推測を「形而上学」と呼びましたが、将来的に検証可能になる可能性があるため、そのような活動は価値があると考えました。これは、多くの 19 世紀の物理学者が経験的に確認されることはないと恐れていた原子論にも当てはまりました。 「ポパーは素朴なポッパー主義者ではありませんでした」とクラグは言いました。 「理論が反証可能でない場合、」クラーはポパーにチャネリングして言った、「それはあきらめるべきではありません。待たなければなりません。」
しかし、何人かのワークショップ参加者は、ベイジアン確証理論、特にダウィドの非経験的議論について懸念を表明しました.
フランスのエクス・マルセイユ大学に本拠を置くループ量子重力の提唱者（ひも理論のライバル）であるカルロ・ロヴェリは、ベイジアン確証理論は、科学者が確信している理論とそれらの間の科学に存在する重要な区別を認めていないと異議を唱えた.まだテスト中です。数え切れないほどの実験の結果、原子が存在するというベイジアンの「確認」は本質的に 100% です。しかし、Rovelli は、原子論の確証の程度は、超弦理論の単位と同じ単位で測定されるべきではないと言います。ひも理論は、たとえば、原子理論ほど確認されているほど 10% ではありません。 2つは完全に異なるステータスを持っています。 「ダウィドの『非経験的確認』の問題点は、それが論点を混乱させていることです」とロヴェッリは言いました。 「もちろん、ひも理論家の中には、このように混乱させて喜んでいる人もいます。なぜなら、ひも理論が『確認された』と言うことができ、曖昧になるからです。」
ドイツの物理学者ザビーネ・ホッセンフェルダーは、講演の中で、基礎物理学の進歩は、大切にされてきた偏見 (おそらく、自然の力は統一されなければならないという仮定など) を放棄することから得られることが非常に多いと主張しました。この点を反映して、Rovelli 氏は、「非経験的確認というダウィドの考えは、この進歩の可能性に対する障害となります。なぜなら、それは私たち自身の以前の信条に基づいて私たちの信憑性を高めているからです」と述べています。それは「科学的思考のツールの 1 つ、おそらく魂そのものを奪います」と彼は続けました。
ミュンヘンの議事録は、おそらく本として 2017 年に編集され、出版される予定です。エリスによれば、達成されたことに関して重要な結果の 1 つは、参加しているストリング理論家が、その理論が「確認された」という意味で「確認されていない」ことを認めたことです。検証中。 「デビッド・グロスは彼の立場を明確にしました。ダウィドの基準は、理論に取り組むことを正当化するのに適しています. 「それは私には良い立場に思えます — そしてそれが進歩であると明確に述べています.」
理論家がどのように進めるべきかを検討する中で、多くの出席者は、ひも理論やその他のまだ検証されていないアイデアの研究を継続すべきであるという見解を表明しました。 「推測を続けてください」と Achinstein はワークショップの後に電子メールで書いていますが、「推測する動機を与え、説明をしてください。ただし、それらは可能な説明にすぎないことを認めてください。」
「いつか状況が変わるかもしれません」とAchinstein氏は付け加えました。ないかもしれないし、決してないかもしれない。宇宙があらゆる距離と時間でどのように機能するかを確実に知ることはできないかもしれませんが、「おそらく、生きている可能性をほんの数個に絞り込むことができます」と彼は言いました. 「それはいくらかの進歩だと思います。」
