Δύο νέα βιβλία κριτικάρουν τη θεωρία χορδών

Πηγή: New York Times (Tom Siegfried), 17 Σεπτεμβρίου 2006

Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν παραχώρησε μερικά θαυμάσια δώρα στους φυσικούς όλου του κόσμου - μια νέα άποψη του χώρου και του χρόνου, μια εξήγηση της βαρύτητας, έναν τρόπο να αποδειχθεί η ύπαρξη των ατόμων, και βαθιές ιδέες για τη φύση της ύλης και της ενέργειας. Αλλά τους κληροδότησε, επίσης, κι ένα σημαντικό πονοκέφαλο, υπό τη μορφή μιας ονειρικής ανακάλυψης για την "ενοποιημένη θεωρία πεδίου", που θα ένωνε τα μαθηματικά που περιγράφουν τη βαρύτητα με αυτά που περιγράφουν τον ηλεκτρομαγνητισμό, και με αυτόν τον τρόπο να αποκαλυφθεί μια βαθιά ενότητα στους νόμους που κυβερνούν τον κόσμο. Στη σύγχρονη μορφή του, εκείνος ο στόχος έχει γίνει σήμερα μια θεωρία ενοποίησης όλων των βασικών σωματιδίων και δυνάμεων όλης της φύσης. Η αναζήτηση του Αϊνστάιν απέτυχε εντελώς. Και έτσι σήμερα, όμως δύο νέα βιβλία διαφωνούν, έχει η θεωρία εκείνη το σύγχρονο αντίστοιχό της, τη θεωρία υπερχορδών.

Αφού για χρόνια ήταν παραμελημένη από τους περισσότερους φυσικούς, η θεωρία υπερχορδών ή χορδών για συντομία ανέκυψε το 1984 ως κορυφαία υποψήφια θεωρία για να λύσει το ιδιαίτερα οξύ πρόβλημα της εναρμόνισης της γενικής σχετικότητας - τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν - με την κβαντική μηχανική, τα μαθηματικά που περιγράφουν τον μικρόκοσμο των ατόμων. Προϋποθέτει την εννοιολογικά αθώα, αλλά από μαθηματική άποψη περίπλοκη ιδέα, ότι οι βασικές μονάδες της ύλης και της δύναμης είναι περισσότερο σαν μικροσκοπικές παλλόμενες λαστιχένιες ζώνες παρά σαν μικροσκοπικά σωματίδια, όπως προβλέπονται από την παραδοσιακή φυσική σωματιδίων. Τα μαθηματικά που περιγράφουν αυτές τις παλλόμενες "χορδές" ενσωματώνουν φυσικά τη βαρύτητα, προσφέροντας την ελπίδα ότι η θεωρία χορδών θα μπορούσε να πραγματοποιήσει τη φιλοδοξία του Αϊνστάιν. Αλλά η θεωρία χορδών έχει τα προβλήματά της: δεν μπορεί ακόμα να εξηγήσει με επιτυχία οποιαδήποτε από τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της φύσης, και δεν υπάρχει ακόμη και ως πλήρης θεωρία. Αντίθετα, μπορεί να γραφτεί με διάφορες ανόμοιες μορφές, αν και οι σχέσεις μεταξύ αυτών των διαφορετικών εκδόσεων προτείνουν την ύπαρξη μιας μυστήριας, βαθύτερης θεωρίας - γνωστής ως θεωρία Μ - που καλύπτει όλες τις προτεινόμενες θεωρίες χορδών.

Έτσι οι φυσικοί κατέχουν τώρα μόνο κομμάτια της ύστατης θεωρίας, κομμάτια ενός γρίφου χωρίς καμιά συνολική εικόνα που να καθοδηγήσει την συγκόλληση τους. Οι θεωρητικοί χορδών λένε γενικά ότι γι' αυτό πρέπει να συνεχίσουν πάνω σε αυτή. Αλλά στα νέα βιβλία τους, ο Peter Woit (NOT EVEN WRONG The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law) και ο Lee Smolin (THE TROUBLE WITH PHYSICS The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next) λένε ότι αρκετά πια, φτάνει με αυτήν.

Ο Woit, που διδάσκει μαθηματικά στο πανεπιστήμιο της Κολούμπια, αποπέμπει όλη τη θεωρία χορδών συνολικά, ονομάζοντας την σαν "αποτυχημένο πρόγραμμα" και "σοβαρά στραβοκέφαλη." Ο Smolin, θεωρητικός φυσικός στο Ίδρυμα Perimeter κοντά στο Τορόντο, παραπονιέται ότι "πιστεύεται από μερικούς από τους υποστηρικτές της με μια βεβαιότητα που φαίνεται μάλλον συναισθηματική παρά λογική". Οι υποστηρικτές της θεωρίας χορδών, γράφει ο Smolin, έχουν μια "τάση να υπερβάλουν τα αποτελέσματα και να ελαχιστοποιήσουν τις δυσκολίες." Αλλά η δική του καθώς και η κριτική του Woit υπερβάλλουν με τα προβλήματα της θεωρίας χορδών και ελαχιστοποιούν τα αποτελέσματά της.

Το βιβλίο του Woit είναι και λιγότερο ουσιαστικό και λιγότερο προσιτό. Το πρώτο μισό αφιερώνεται σε μια ταυτόχρονα περιγραμματική και βαριά ιστορία της φυσικής του 20ού αιώνα, με πλήρη τεχνική επαγγελματική γλώσσα, όπως "αναμιγνύοντας τις γωνίες",  "επεκτάσεις διαταραχής" και "σύμμορφοι μετασχηματισμοί",  συσκευασμένες σε προτάσεις όπως "η συνάρτηση που αντιστοιχεί σε ένα διάνυσμα γωνιακής ορμής είναι ακριβώς αυτές που εφαρμόζουν μια απειροελάχιστη περιστροφή γύρω από τον άξονα που δίνεται από αυτό το διάνυσμα." Ένα μεγάλο μέρος του δεύτερου μισού περιπλέκεται εν μέσω διάφορων θεμάτων, που δεν καταλαβαίνει κανείς τίποτα, που είναι όπως δημοσιεύονται συχνά σε ειδικές εργασίες.

Ο Woit προβάλει την υπερσυμμετρία - που έχει μελετηθεί πολύ καλά από τους θεωρητικούς χορδών - μια θεωρία που προβλέπει την ύπαρξη ενός νέου και άγνωστου, συνόλου υποατομικών σωματιδίων. Και αναφέρει συνεντεύξεις από δευτερεύουσες πηγές, οι περισσότερες χρονολογούνται από τη δεκαετία του '80 οι οποίες αποδοκιμάζουν τη θεωρία χορδών. Η κύρια άποψη του Woit είναι ότι η θεωρία χορδών δεν κάνει καμία ελέγξιμη πρόβλεψη, περιφρονώντας κατά συνέπεια την ανάγκη για την "διαψευσιμότητα" όπως αυτή αρθρώνεται από το φιλόσοφο Karl Popper. Αν δεν υπάρχει κανένας τρόπος να αποδειχθεί η θεωρία χορδών σαν λανθασμένη, αποτυγχάνει να ικανοποιήσει το κριτήριο του Popper, υποστηρίζει ο Woit. Η προσέγγιση των χορδών παραμένει δημοφιλής, ισχυρίζεται ο Woit, κι αυτό επειδή ο Edward Witten, ένας από τους διανοητικούς ηγέτες του πεδίου των χορδών, έχει γοητεύσει άλλους θεωρητικούς.

Ο Woit προσφέρει μερικούς ενδιαφέροντες 'μηρυκασμούς' πάνω στη σχέση μεταξύ της φυσικής και των μαθηματικών, αλλά προσφέρει μικρή καταληπτή ματιά στη ίδια τη θεωρία χορδών.

Ο Smolin από την άλλη προσφέρει μια ουσιαστικότερη και σοβαρή εξερεύνηση της τρωτότητας της θεωρίας στο "Πρόβλημα με τη Φυσική". Παρέχει μια πλήρη και δίκαιη συζήτηση για τις δυνάμεις της θεωρίας χορδών, παρουσιάζοντας γιατί έχουν παρακινηθεί τόσοι πολλοί θεωρητικοί να εργαστούν σε αυτήν (όπως ο ίδιος ο Smolin έκανε για έναν χρόνο). Και ο απολογισμός του είναι πιο αναγνώσιμος από τον Woit, καλύπτοντας ένα μεγάλο μέρος του ίδιου εδάφους, αναφέροντας πολλές από τις ίδιες πηγές, και εκφράζοντας τις περισσότερες από τις ίδιες κοινωνιολογικές καταγγελίες. Οι θεωρητικοί χορδών, με τη "τεράστια αυτοπεποίθησή τους", έχουν κάνει έναν ασφυκτικό κλοιό γύρω από τις ακαδημαϊκές εργασίες πάνω στη θεωρητική φυσική σωματιδίων, πράγμα που αποθαρρύνει τους νέους επιστήμονες να συνεχίσουν διαφορετικές προσεγγίσεις, βεβαιώνει ο Smolin. Και υποστηρίζει ότι οι θεωρητικοί των χορδών στενοχωρούνται από τη τυφλή συμμόρφωση της ομάδας στο δόγμα, ότι η θεωρία αυτή είναι η μόνη ελπίδα για την ενοποίηση της φυσικής.

Συνολικά, τα επιχειρήματα των Smolin και Woit συμφωνούν σε μερικά σημεία: η θεωρία χορδών δεν κάνει καμία πρόβλεψη, δεν υπάρχει μια πλήρης θεωρία παρόλο την έντονη προσπάθεια εδώ και 20 χρόνια και τη μονολιθική ενασχόληση αρκετών αλαζονικών συνηγόρων της θεωρίας χορδών. Και βέβαια διαφωνούν με την άποψη ότι είναι η καλύτερη ελπίδα για να εκπληρωθεί η φιλοδοξία του Αϊνστάιν.

Αλλά αυτά τα επιχειρήματα βασανίζονται από τις ανωμαλίες τους. Εάν η τελική μορφή της θεωρίας χορδών δεν υπάρχει ακόμα, είναι παράξενο να υποστηριχτεί εκ των προτέρων ότι δεν μπορεί να κάνει καμία πρόβλεψη. Και γιατί να υπάρχει το χρονικό όριο των είκοσι ετών; Η επιστήμη πρέπει να είναι ελέγξιμη σε γενικές γραμμές, αλλά αυτό δεν είναι απαραιτήτως το ίδιο πράγμα με τον έλεγχο στην πράξη, λαμβάνοντας υπόψη τους τρέχοντες τεχνολογικούς περιορισμούς. Ο Smolin υποστηρίζει ότι οι προηγούμενες μεγάλες θεωρίες είχαν υποστηριχθεί γρήγορα από ευνοϊκά αποδεικτικά στοιχεία, αλλά τα στοιχεία δεν είναι το ίδιο πράγμα με την οριστική απόδειξη που φαίνεται να απαιτείται από τη θεωρία χορδών. Δεν είναι ασυνήθιστο να περάσουν για δεκαετίες προτού να επιβεβαιωθούν αποφασιστικά οι θεωρίες στη φυσική. Σε μερικές περιπτώσεις, όπως η ατομική θεωρία, κράτησε αιώνες.

Και, όπως ο ίδιος ο Smolin λέει, η θεωρία χορδών κάνει προβλέψεις - η ύπαρξη των νέων υπερσυμμετρικών σωματιδίων, παραδείγματος χάριν, και των πρόσθετων διαστάσεων του χώρους πέρα από τις τρεις εξοικειωμένες από τη συνηθισμένη εμπειρία. Αυτές οι προβλέψεις είναι ελέγξιμες: τα αποδεικτικά στοιχεία και για τις δύο θα μπορούσαν να προσκομιστούν στο Μεγάλο Συγκρουστή Αδρονίων, ο οποίος σχεδιάζεται να ξεκινήσει το προσεχές έτος κοντά στη Γενεύη. Αυτές οι προβλέψεις δεν είναι ποσοτικά του είδους που θα απεδείκνυε οριστικά τη θεωρία χορδών σαν αληθινή ή ψεύτικη, αλλά η επιβεβαίωσή τους θα έδινε βεβαίως εντυπωσιακή υποστήριξη στη θεωρία χορδών.

Είναι επίσης περίεργο να υποστηριχτεί ότι οι θεωρητικοί των χορδών είναι συγχρόνως αλαζονικά γεμάτοι αυτοπεποίθηση και σκλάβοι σαν πρόβατα στην κυρίαρχη ομάδα σκέψης. Οι θεωρητικοί χορδών σήμερα (όπως λέει και ο Woit) συμμετέχουν και σε συζητήσεις για την πιθανή ύπαρξη - που υπονοείται από τη θεωρία χορδών - ενός τεράστιου αριθμού εναλλακτικών κόσμων. Επίσης, αυτό το πρόβλημα δεν έχει αποτρέψει την αναζήτηση διάφορων εναλλακτικών προσεγγίσεων πάνω στην ενοποίηση της φυσικής. Εν πάση περιπτώσει, εάν οι θεωρητικοί χορδών είναι αλαζονικοί, ή πρόβατα, ή έχουν μεγάλη χρηματοδότηση, δεν έχουν καμία σχέση απολύτως με το εάν η θεωρία χορδών είναι η σωστή περιγραφή της φύσης.

Το βιβλίο του Smolin αξίζει περισσότερο για να δούμε τις απόψεις της μειονότητας. Αλλά ούτε αυτός ούτε ο Woit δεν αντιμετωπίζει πραγματικά την αιτία που οι ιδέες στη φυσική γίνονται απόψεις της πλειοψηφίας. Όταν ο John Schwarz στο Caltech και οι λίγοι συνεργάτες του εργάστηκαν μόνοι τους στη θεωρία χορδών καθ' όλη τη διάρκεια της δεκαετίας του '70, δεν έγραψαν κανένα βιβλίο παραπονούμενοι για την έλλειψη πόρων. Δούλεψαν έως ότου βρήκαν ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα που η πλειοψηφία των φυσικών βρήκε ότι άξιζε να ασχοληθεί. Οι φυσικοί λένε ότι υπάρχει, τελικά, μόνο ένας τρόπος να αποδειχθεί η θεωρία των χορδών λανθασμένη - αν βρεθεί μια διαφορετική θεωρία και αν παρουσιαστούν αποδείξεις ότι αυτή η τελευταία θα είναι σωστή.