Zagubione w matematyce. Fizyka w pułapce piękna
Prawa przyrody rządzące wszechświatem nie są takie, jak sądzili fizycy. Nie są takie, jak sądziła Sabine Hossenfelder, autorka książki „Zagubione w matematyce. Fizyka w pułapce piękna”, niemiecka fizyczka teoretyczna pracująca w Instytucie Studiów Zaawansowanych we Frankfurcie, specjalizująca się w fenomenologii grawitacji kwantowej, zajmująca się również filozofią nauki i popularyzacją fizyki.
Już w pierwszych słowach swojej książki autorka wyznaje, że wielu naukowców robi kariery zawodowe, badając rzeczy i zjawiska, których nikt nie widział, konstruując zadziwiające nowe teorie, jak wieloświata, strun czy tuneli czasoprzestrzennych. Badaczka uważa, że te pomysły mimo iż cieszą się dużą popularnością, są wysoce kontrowersyjne, a ponadto większość z nich jest nieweryfikowalna. Mało tego, nie da się ich przetestować nawet w teorii. I chociaż autorom tych teorii nie można odmówić zapału, to wyrządzają szkodę nauce. Sama autorka przyznaje, że doświadczyła kryzysu i nie była pewna, czy to, czym się zajmuje, jest nauką. Zadała sobie pytanie, a jeśli nie jest, to dlaczego marnuje swój czas. Po takim wstępnie można czuć się zaintrygowanym. Wystarczy wejść do pierwszej lepszej księgarni i zobaczyć, jak półki uginają się pod książkami poświęconymi przedziwnym teoriom z dziedziny fizyki. Czy to wszystko są bajki?
Fizyka zbudowana jest z matematyki. Zaprzęganie matematyki przez fizyków teoretyków do opisu istniejących obserwacji czy dostarczania przewidywań jest konieczne. Oczywiście wszystko zaczyna się od luźnego konglomeratu pomysłów. Później jednak musi nastąpić ogarnięcie tego bałaganu i znalezienie takiego zestawu założeń, z których można wyprowadzić całą teorię. Bałagan generują fizycy, sprzątaniem zajmują się matematycy, trudniący się fizyką matematyczną. Badaczka pokazuje, jak przebiegały tego typu procesy na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat – począwszy od Keplera i Galileusza, a skończywszy na Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Sabine Hossenfelder jest zwolenniczką modelu standardowego (teorii fizyki cząstek elementarnymi, które są podstawowymi składnikami każdej materii) i poświęca mu w książce wiele uwagi. Model standardowy jest według niej wykwintnym dziełem abstrakcyjnej matematyki, kwantową teorią pola z symetriami cechowania. Owa abstrakcyjność może budzić podejrzenia. Teoria została zapoczątkowana w latach 60. XX wieku. Prace nad nim doprowadziły do poznania m.in. fermionów i bozonów (w tym bozonu Higgsa, który nadaje masę pozostałym cząstkom elementarnym). Dziś stanowi najlepszą odpowiedź na pytanie, z czego składa się świat. Jest tylko jedno ‘ale’. Model standardowy nie uwzględnia grawitacji. Grawitacja jest, według obecnie znanych teorii, jedynym fundamentalnym oddziaływaniem niemającym własności kwantowych. Inaczej mówiąc, jest oddziaływaniem nieskwantowanym.
Badaczka uważa, że model standardowy nie jest zbytnio lubiany przez fizyków. Michio Kaku nazwał go „brzydkim i sztucznym”, a Stephen Hawking „brzydkim i ad hoc”. Wielu innych twierdziło, że jest niedokończony, zbyt elastyczny lub nieporadny. Hossenfelder zadaje sobie pytanie, co sprawia, że jest taki nieładny. Jej zdaniem jego największą wadą są liczne parametry, a ponadto ma zbyt dużo symetrii. Do tego wszystkiego uparcie nie daje się z nim w spójny sposób połączyć teoria względności. W związku z tym od 80 lat fizycy głowią się, jak skwantować grawitację, tworząc teorię grawitacji kwantowej. „Oczywiście najchętniej scaliliby grawitację kwantową z pozostałymi oddziaływaniami, aby otrzymać teorię wszystkiego” – pisze z przekąsem autorka. Jej zdaniem problemy te wynikają z faktu, iż przyczyną braku postępu jest wzrastająca trudność projektowania (i finasowania) nowych eksperymentów – wszystkie łatwe zostały już wykonane. Również w badaniach teoretycznych postęp spowolnił i powody tego mogły być takie same – to, co łatwe, już zrobiono. To może oznaczać albo, że jesteśmy blisko jedynej możliwej teorii zdolnej opisać obserwacje, albo dokładnie odwrotnie – zabrnęliśmy w ślepy zaułek.
Na zakończenie swojej książki fizyczka przyznaje, że motywacją w pracy naukowców jest poszukiwanie piękna. Bycie naukowcem wymaga jednak od nich świadomości życzeń, pragnień i słabości, a przede wszystkim własnego człowieczeństwa. Nasze mózgi nie wyewoluowały, aby służyć nauce, ale aby służyć nam. Ludzkie błędy nie są jednak czymś złym. Rozwinęliśmy się właśnie dlatego, że one są. Matematyka pozwala zachować rzetelność, chroni nas przed okłamywaniem innych i siebie samych. „Z matematyką można się mylić, ale nie da się kłamać” – pisze autorka. Sabine Hossenfelder daje czytelnikom trzy pomocne lekcje: jeśli chcesz rozwiązać problem za pomocą matematyki, wpierw upewnij się, że faktycznie masz do czynienia z problemem, wyraźnie formułuj swoje założenia i korzystaj z obserwacji, jest ona niezbędna.