他の人のすべての理論についてコメントしてもらえないかとよく聞かれます。それは、Garrett Lisi の E8 理論、Eric Weinstein の幾何学的単一性、または宇宙は大きなグラフにすぎないという Stephen Wolfram の考えなどである可能性があります。よし、じゃあ。これについて私の考えをお話ししましょう。残念ですが、あなたが聞きたいことではないかもしれません。
始める前に、物理学者が「すべての理論」とは何を意味するのかを思い出させてください。私たちが現在知っている限りでは、宇宙とその中のすべては、4 つの基本的な相互作用によってまとめられています。それが電磁力、強い核力と弱い核力、そして重力です。あなたがよく知っている他のすべての力、例えば、ファン デル ワールス力、筋肉力、またはウィキペディアのリンクの無限のシーケンスを引き下げる力はすべて、4 つの基本的な相互作用から派生する非基本的な力です。 .少なくとも原則として。
さて、基本的な相互作用のうちの 3 つ、電磁気力と強い核力と弱い核力は同じタイプです。それらは、素粒子物理学の標準モデルとして知られているものに集められています。標準モデルの 3 つの力は場の量子論によって記述されます。つまり、すべての粒子は不確定性原理のような量子力学の原理に従い、絡み合うことができます。しかし、重力はアインシュタインの一般相対性理論によって記述され、量子力学について何も知らないため、他の 3 つの力とは一線を画しています。標準モデルのすべての量子粒子には引力があることがわかっているため、これは問題です。しかし、これがどのように機能するかはわかりません。素粒子がどのように重力するかを説明する理論がありません。このためには、重力の量子挙動の理論、いわゆる「量子重力」の理論が必要です。
一般相対性理論と標準モデルは数学的に互換性がないため、量子重力の理論が必要です。これまでのところ、これは純粋に理論的な問題です。現在実行できる実験では、量子重力を使用する必要がないからです。現在可能なすべての実験では、量子効果を測定しますが、粒子の質量が非常に小さいため、それらの重力を測定することはできません。または、一部のオブジェクトの引力を観察できますが、それらは量子的な振る舞いをしません。したがって、現時点では、観測を実際に記述するために量子重力は必要ありません。ただし、これは今後数十年で変わることが期待されます。これについては、以前のビデオで話しました。
量子重力理論の欠落に加えて、物理学者が標準モデルに関して抱えているさまざまな問題があります。最も顕著なのは、標準モデルの 3 つの力はすべて同じタイプですが、それぞれが異なるタイプの対称性に属しているという点ですべて異なっていることです。物理学者はむしろ、これらすべての力を 1 つに統一することを望んでいます。つまり、それらはすべて同じ数学的構造から生じるということです。
多くの場合、その構造は 1 つの大きな対称群です。私たちはこれを観察していないので、大きな対称性は非常に高いエネルギーでのみ現れるため、まだテストできていないという考えです.これまでにテストしたエネルギーでは、対称性を破る必要があり、標準モデルが生じます。この標準モデルの力の統一は、「大統一」または「大統一理論」、略して GUT と呼ばれます。
物理学者がすべての理論によって意味するものは、4 つの基本的な相互作用すべてが派生する理論です。これは、それが大統一理論であり、量子重力理論でもあることを意味します。
これはいいアイデアですね、はい。しかし。自然がすべての理論によって実際に記述されるべきであるという理由はありません。私たちがしている間 自然法則の論理的矛盾を回避するために量子重力の理論が必要なため、標準モデルの力は統一する必要はなく、重力と統一する必要もありません。はい、それはきれいでしょうが、それは不必要です。標準モデルは、統一しなくても問題なく機能します。
したがって、このすべての理論の全体的なアイデアは、非科学的な前提に基づいています.一部の人々は、自然の法則が非常に具体的な方法できれいであることを望んでいます.彼らはシンプルであること、対称であること、自然であることを望んでいます。ここで「自然」は専門用語であることを警告しなければなりません。そのため、彼らは何を真実にしたいのかという考えを持っています。それから彼らは、特に美しいと思われる数学の一部に出くわし、それが自然の法則に対して確かに役割を果たしているに違いないと確信するようになります.簡単に言えば、彼らは宇宙がすべきと考える理論を発明しました。
これは、科学理論を開発するための優れた戦略ではありません。また、標準的な方法論ではないことは間違いありません。実際、その逆です。理論の発展において美に頼ることは、歴史的にうまくいっていません。物理学では、理論開発におけるブレークスルーは、代わりに数学的矛盾の解決からもたらされました。私は文字通り、物理学の基礎にいる研究者が理論開発の方法を使用することを主張することがいかに問題であるかについての本を書きました.
すべての理論と大統一の探求は 1980 年代に始まりました。物理学者が思いついた理論が反証可能である限り、それらは反証されています。自然は明らかに、物理学者がかなり数学だと考えるものを気にしません。
そうは言っても、リージとワインスタインとウォルフラムのすべての理論への試みについて、私はどう思いますか?まあ、科学の歴史は、数学のかなりの部分を推測し、それが何かに役立つことを期待する彼らの方法が非常に見込みがないことを教えてくれます.機能することは不可能ではありませんが、ほぼ間違いなく時間の無駄です。そして私は、リージ、ワインスタイン、ウォルフラム、その他多くの人々のあらゆる理論を十分に綿密に調べたので、既存の基本理論では実際の問題を説得力を持って解決していないことがわかりました。また、時間を無駄にしたくないので、詳しく見ることにも興味がありません。
しかし、私は個人のすべての理論についてコメントするのは好きではありません。ひどく不公平だと思うので、好きではありません。これらのほとんどは、単独または少人数のグループで研究している研究者です。彼らは自分たちの追求に非常に専念しており、信じられないほど懸命に取り組んでいます。彼らはほとんど税金で支払われていないので、それは本当に彼らの個人的なことであり、彼らを判断するのは誰ですか？また、皆さんの多くは、周りのすべての理論を持った天才がいることを明らかに面白いと感じています.それは私には問題ありません。
ひも理論や超対称性、大統一で起こったように、役に立たないことが判明したにもかかわらず、何千人もの人々を雇用する大規模な税金を払った研究プログラムに成長した場合、私は問題を抱えています.これはリソースを食い尽くし、進歩を完全に失速させる可能性があるため、問題を引き起こします。これは、物理学の基礎で起こったことです。
Lisi や Weinstein や Wolfram のような人々は、数学でできることは大きなプログラムだけではないことを、少なくとも私たちに思い出させてくれます。奇妙に聞こえるかもしれませんが、私は彼らの特定の研究手段が弦理論よりも有望だとは思いませんが、とにかく彼らがそれをやってくれてうれしいです.確かに、物理学は彼らのように、どんなに困難でも勇気を持って自分の道を進む人を必要とする可能性があります.
簡単にまとめると、新たに提案されたすべての理論について何かを聞いた場合、その数学が正しいかどうかを尋ねないでください。これに取り組んでいる人の多くは本当に頭が良く、数学を知っており、おそらく正しいからです。あなたと、そのようなことを報道するすべての科学ジャーナリストが尋ねるべき質問は、この特定の数学の部分が現実と関係があると考える必要がある理由は何なのかということです. 「かわいいから」は科学的な答えではありません。そして、私は、この疑問に対して満足のいく科学的答えを与えるすべての理論を見たことがありません.
Sabine Hossenfelder は の研究員です。 フランクフルト高等研究所 ここでは、標準モデルを超えた物理学、現象論的な量子重力、および一般相対論の修正に取り組んでいます。物理学の基礎で何が問題になっているのかをもっと知りたい場合は、彼女の本を読んでください Lost in Math:美しさが物理学を迷わせる方法.
この投稿は最初に公開されました Backreaction、Hossenfelder のブログ、許可を得て転載。
