現代物理学の世界では、変化が進行しています。研究者は、標準モデルのほぼ確立された科学を超えて飛躍しようと懸命に努力しているため、科学の重要な伝統の1つから大胆に破ろうとしています.決定的で統一的な現実の説明を追求するために、一部の科学者は、科学理論が真実として受け入れられるために実験的証拠を必要としない可能性があると主張しています.
科学的知識を観察に基づいた本質的に経験的なものとして定義するという哲学的伝統は、何世紀も前にさかのぼります。そして 20 世紀には、科学者の間で英雄と見なされた数少ない哲学者の 1 人であるカール ポパーが、パラダイムをさらに一歩進めました。彼は、理論が科学的であるためには反証可能でなければならないと主張した。したがって、科学者は理論を証拠で裏付けることができなければならないだけではありません。彼女はまた、可能性があることを示すことができなければなりません それが間違っていることを証明する証拠。
この伝統から逸脱する動きは、ほとんどの科学者を驚かせます。そして今、その警告は著名な雑誌のページにあふれています.
物理学者のジョージ・エリスとジョセフ・シルクは、ネイチャーに掲載されたエッセイで、「[昨年]、物理学界での議論は憂慮すべき方向に進んだ。 「観測された宇宙に基礎理論を適用することの難しさに直面して、何人かの研究者は理論物理学がどのように行われるかを変えるよう求めました。彼らは、理論が十分にエレガントで説明的である場合、実験的にテストする必要はないことを明示的に主張し始めました。」
言い換えれば、一部の科学者はゲームの新しいルールを求めています。彼らは、歴史的に証明されているのと同じくらい数学を信頼するようコミュニティに求めています.
この課題は、現代の理論物理学で際立っている 2 つのアイデアから生じます。 1 つ目はひも理論で、小さな振動するひもが陽子や電子などの素粒子を構成します。 2 つ目はいわゆるマルチバースで、ビッグバンが 1 つの宇宙だけでなく、無限の宇宙の配列を作成したと仮定しています。どちらのアイデアも美しいです。私たちの知る限り、どちらもテストできません。
「物理学の歴史を見れば、私たちは常に、より強力で、深く、統一された理論を見つけることができました」と、コロンビア大学の数学者ピーター・ウォイトは言います。証拠。これらのより深い理論は、それらをテストできる実験が利用可能になる前に実現する場合があります。たとえば、アルバート アインシュタインの一般相対性理論を考えてみましょう。 1917 年に彼の驚くべき身体的直感に基づいて開発されましたが、1960 年代まで確認されませんでした。
Woit は単一の統一された理論が存在すると考えていますが、すぐにそれが見つかるかどうかについては疑いを持っています。アインシュタインの人生の後半数十年に、彼が別の理論を追求したが、それはうまくいきませんでした。それは、重力と電磁気学を結びつける統一場理論です。 「彼は人生の最後の 20 年間を、ほとんどの人がほぼ確実に行き止まりであると認めていることを解決することに費やしました」と Woit は言います。 「それは、実験をしないことの危険です。」
そのため、実験データと物理理論の間には微妙な対話があります。理論物理学者が軌道に乗るには、実験結果が必要です。 「しかし、それが起こらなければ、人々にいくつかのことがうまくいかないことを認めさせ、もっと実りあることを見つけようとするのははるかに難しいと思います」と Woit は言います.
そして、実験データと物理理論の間の時間のギャップはさらに広がっています.
そのギャップが無限大になったら？多くの物理学者は、ひも理論と多元宇宙が実際には観測できないのではないかと恐れています。超弦理論を機能させるために必要な 6 つの余分な次元の証拠は、物理学者が大型ハドロン衝突型加速器の到達範囲をはるかに超える、はるかに高い実験エネルギーに到達することを必要とします。物理学者は、天文学的な比率で構築された加速器を必要としています。
そして、多元宇宙を構成する他の宇宙は、定義上、観測可能な地平線を越えて永久に横たわっているように見えます.見えないだけです。
「理論が失敗する可能性のある方法は 2 つあります。何か間違ったことを予測して失敗することもあれば、何も予測しない空虚なアイデアになって失敗することもあります」と Woit は言います。彼は、超弦理論も多元宇宙も、観測可能なものを何も予測しないという点で失敗していると考えています.
エリスとシルクが Nature で書いたように 、「この問題は、1 つの質問を明確にすることに要約されます。その理論が間違っているとあなたを説得し、それを放棄するように導く可能性のある観察的または実験的証拠は何ですか?何もない場合、それは科学的理論ではありません。」
ひも理論と多元宇宙を放棄するときが物理学のポイントに達したのでしょうか?コロンビア大学の哲学者デビッド・アルバートは、ノーと主張する。 「ひも理論が経験と接触することは決してないだろうという懸念があるのは事実です」とアルバートは言います。しかし、敗北するか、「ひも理論は経験的にアクセス可能なものを決して生み出さない」と仮定するのは少し時期尚早です。
アルバートは科学の歴史を引き合いに出し、科学の歴史は「思い描いた技術では何かを達成するのは難しいだろうと人々が考えた状況に満ちており、その後、ある程度の賢さが裏口を見つける」と主張しています。ただし、アルバートは、必ずしも楽観的ではないことを慎重に述べています。彼は、物理学コミュニティ全体で感じられた種類の懸念を認めていますが、物理学者がこれまでそうしてきたように、新しい道を見つけることを望んでいます.
「多くの人が、多元宇宙のような主張を経験的にテストすることはできないと主張しています。定義上、私たちの宇宙にあるものしか見ることができないからです」とアルバートは言います。 「しかし、それはあまりにも早すぎると思います。」彼は、私たち自身の宇宙で経験的に証明できる特定の基本法則が、他の宇宙の存在を数学的に予測する可能性があると主張しています。したがって、これらの法則は間接的ですが、他の宇宙の存在の説得力のある証拠になります.
したがって、これらの理論を経験的に検証することはできないと断定的に言うのはおそらく正確ではありません。 「正しいことは、それらをテストする方法がまだわかっていないということです」とアルバートは言います。 「人々はそれをそれほど恐れるべきではありません。」
Shannon Hall は の編集インターンです。 ノーチラス。
*この記事は弦理論の記述を修正するために改訂されました.
