Θεωρία Χορδών: Είναι το τελευταίο αδιέξοδο της επιστήμης;

Άρθρο, Οκτώβριος 2006

Για δεκαετίες, οι φυσικοί είχαν βεβαιωθεί ότι θα μπορούσαν να εξηγήσουν τον Kόσμο με λίγες σύνθετες εξισώσεις: τώρα πολλοί αρχίζουν να φοβούνται ότι έχουν οδηγηθεί σε ένα αδιέξοδο. Η πιο φιλόδοξη ιδέα που περιγράφηκε ποτέ από τους επιστήμονες έχει υποστεί μια αξιοπρόσεκτη οπισθοδρόμηση. Έχει φτάσει σε ένα θεωρητικό αδιέξοδο σπαταλώντας την ακαδημαϊκή ζωή εκατοντάδων ατόμων από τα πιο έξυπνα μυαλά της ανθρωπότητας.

Αυτή η τρομακτική κατηγορία έγινε από απογοητευμένους φυσικούς, συμπεριλαμβανομένων και αρκετών νικητών βραβείων Νόμπελ, οι οποίοι λένε ότι η θεωρία χορδών - που επιδιώκει να περιγράψει ολόκληρη την δομή του Kόσμου σε μερικές συνοπτικές εξισώσεις - έχει φτάσει σε ένα διανοητικό αδιέξοδο.

Δύο νέα βιβλία που δημοσιεύθηκαν στην Αμερική εξετάζουν την ίδια τη βάση του. Ισχυρίζονται δε ότι η θεωρία χορδών βρίσκεται μακριά από το να δώσει στην ανθρωπότητα τις απαντήσεις στα μυστήρια του κόσμου, λένε πως η θεωρία είναι ψευδής.

Και όπως το έθεσε ένας επιστήμονας: "Η επιπόλαια προώθηση της θεωρίας χορδών βλάπτει τώρα την επιστήμη."

Εντούτοις, οι υπερασπιστές της θεωρίας χορδών - στους οποίους περιλαμβάνονται επίσης αρκετοί νομπελίστες - έχουν καταγγείλει τις κριτικές και έχουν υπερασπίσει δυνατά το πεδίο τους. Λένε μάλιστα ότι ήδη η θεωρία χορδών έχει οδηγήσει σε πολλές σημαντικές ανακαλύψεις στα μαθηματικά και τη φυσική.

Ξαφνικά η θεωρία χορδών μπερδεύει τους επιστήμονες - αν και η προέλευση της ιδέας είναι αρκετά αβλαβής, και μπορούν να επισημανθούν προσπάθειες των φυσικών να βγουν από ένα διανοητικό αδιέξοδο.

Τον τελευταίο αιώνα, δημιούργησαν την κβαντομηχανική για να εξηγήσουν πώς συμπεριφέρονται τα μικροσκοπικά αντικείμενα - άτομα και ηλεκτρόνια - ενώ ο Αϊνστάιν παρήγαγε τη θεωρία της γενικής σχετικότητας για να περιγράψει τη συμπεριφορά των τεράστιων αντικειμένων, όπως είναι οι γαλαξίες.

Και οι δύο θεωρίες λειτουργούν καλά - αλλά είναι ασυμβίβαστες. Η κβαντική φυσική δεν μπορεί να εξηγήσει τα τεράστια αντικείμενα και η σχετικότητα δεν μπορεί να λειτουργήσει στο μικρόκοσμο. Για σύγκριση, οι βιολόγοι έχουν τη θεωρία της φυσικής επιλογής του Δαρβίνου για να εξηγήσουν τα όντα, μεγάλα και μικρά, από τις φάλαινες έως τα βακτηρίδια. Οι φυσικοί δεν έχουν κανέναν ενοποιημένο κώδικα - μια προοπτική που αναστάτωσε τον Αϊνστάιν τόσο πολύ που πέρασε τελευταία 20 χρόνια του κυνηγώντας, μάταια, μια ενοποιημένη θεωρία των όλων.

Αργότερα, στη δεκαετία του '80, μια ομάδα επιστημόνων δημιούργησε τη θεωρία χορδών. Η ύλη δεν αποτελείται από μικρές σημειακές οντότητες όπως είναι τα νετρόνια ή τα κουάρκ, ισχυρίζονται οι θεωρητικοί των χορδών, αλλά από απίστευτα μικρά νημάτια ενέργειας που δονούνται. Μια χορδή που δονείται με έναν τρόπο γίνεται ένα ηλεκτρόνιο. Μια άλλή, που δονείται διαφορετικά, γίνεται ένα νετρόνιο. Και μια άλλη γίνεται ένας από τους μεταφορείς της δύναμης της βαρύτητας, δηλαδή ένα γκραβιτόνιο.

"Μπορείτε να σκεφτείτε τον κόσμο ως μια συμφωνία ή ένα τραγούδι - και τα δύο αποτελούνται από νότες που παράγονται από τις χορδές που δονούνται με ιδιαίτερους τρόπους", λέει ο ο καθηγητής Michael Green του πανεπιστημίου του Καίμπριτζ.

Ακούγεται προκλητικό. Δυστυχώς, για να κάνουν τις εξισώσεις τους, οι επιστήμονες έπρεπε να προσθέσουν άλλες έξι διαστάσεις στο σύμπαν: οι τέσσερις δεν ήταν αρκετές, αν και δεν μπορούμε να δούμε αυτές τις πρόσθετες διαστάσεις, επειδή είναι τόσο περιτυλιγμένες που είναι αόρατες, υποστηρίζουν οι φυσικοί. Στο ευρύ κοινό, φυσικά, όλο αυτό είναι ασθενώς αδιανόητο.

Εντούτοις, η θεωρία χορδών αποδείχθηκε ενθαρρυντικά αποτελεσματική - σε θεωρητικό επίπεδο - στην εξήγηση και του πολύ μικρού και του απίστευτα μεγάλου, και έτσι άρχισε να κυριαρχεί στη μελέτη της θεμελιώδους φυσικής στα πανεπιστήμια σε όλο τον κόσμο. Σύμφωνα με τους πρωταγωνιστές της θεωρίας χορδών, θα ήταν σύντομα δυνατό να περιγραφεί όλο το σύμπαν με μερικές απλές εξισώσεις που θα μπορούσαν να χωρέσουν σε ένα T-shirt.

Αλλά καθώς περνούσαν τα χρόνια, οι επιστήμονες απέτυχαν να παραγάγουν μια απλή πειραματική παρατήρηση για να υποστηρίξουν τη θεωρία τους. Ένα πρόβλημα, όπως έλεγαν, ήταν ότι η ενέργεια που χρειαζόταν για να μελετήσουν τις χορδές είναι τόσο κολοσσιαία που θα απαιτούσε τεράστιους επιταχυντές που θα κάλυπταν όλο τον πλανήτη.

Πέρα από αυτά τα προβλήματα, οι πρόσφατοι υπολογισμοί έχουν δώσει μια εκπληκτική πρόβλεψη από τη θεωρία χορδών: ότι μπορεί να υπάρξει ένας σχεδόν άπειρος αριθμός διαφορετικών συμπάντων, μερικά από τα οποία θα ήταν όπως το δικό μας, και άλλα που θα ήταν πολύ διαφορετικά.

Και σε αυτό το σημείο ανάβει το κόκκινο. Μια μη αποδείξιμη θεωρία που συζητά για αθέατα παράλληλα σύμπαντα και 10-διάστατο διάστημα έχει αποδειχθεί πάρα πολύ για μερικούς φυσικούς. 'Σχεδόν θεολογία' και 'μεταμοντέρνα' ήταν μεταξύ των πιο ευγενικών όρων που χρησιμοποιούν. 'Ψευδής" και αηδίες' είναι οι φράσεις που περιγράφουν τη θεωρία χορδών αυτοί που είναι λιγότερο ευγενικοί.

"Μακράν από το να είναι μια θαυμάσια τεχνολογική ελπίδα για ένα καλύτερο αύριο, η θεωρία των χορδών είναι η τραγική συνέπεια ενός ξεπερασμένου συστήματος πεποίθησης", αναφέρει ο Robert Laughlin, νομπελίστας του 1998 για τη φυσική του πανεπιστημίου του Στάνφορντ.

Για μια θεωρία που ισχυρίζεται ότι μπορεί να εξηγήσει ολόκληρη την δομή του Κόσμου, μια τέτοια υψηλού επιπέδου επίθεση είναι πολύ σοβαρή. Αλλά ούτε ο Laughlin είναι ο μόνος: παραδείγματος χάριν, ο Peter Woit, του πανεπιστημίου της Κολούμπια, και ο Lee Smolin, του Ιδρύματος Perimeter στον Καναδά, δημοσίευσαν πρόσφατα βιβλία που επιτίθενται στη θεωρία χορδών.

"Πάρα πολλοί άνθρωποι έχουν επαινέσει κάποιες πολύ θεωρητικές ιδέες", λέει ο Woit - συγγραφέας του Not Even Wrong. "Η θεωρία χορδών δεν έχει δώσει τίποτα."

Αυτό το σημείο υποστηρίχτηκε από το Smolin, του οποίου το βιβλίο λέγεται The Trouble with Physics. Οι επιστήμονες έχουν δώσει αφειδώς όλες τις ενέργειές τους σε μια θεωρητική προσέγγιση που αποδεικνύεται αποστειρωμένη, λέει. "Είναι σαν κάθε ιατρικός ερευνητής στον κόσμο να είχε αποφασίσει ότι μόνο ένας τρόπος υπάρχει για να πολεμηθεί ο καρκίνος και είχε επικεντρωθεί σε αυτήν την γραμμή επίθεσης, εις βάρος όλων των άλλων δρόμων", τόνισε. "Έπειτα αυτή η προσέγγιση βρέθηκε να μην λειτουργεί και οι επιστήμονες ανακαλύπτουν ότι έχουν σπαταλήσει 20 χρόνια. Αυτή είναι η σύγκριση με τη θεωρία χορδών."

Μέρος του προβλήματος, λένε οι κριτικοί, είναι ότι, στη δεκαετία του '80, οι ταλαντούχοι νέοι φυσικοί ενθαρρύνθηκαν από τους καθηγητές τους ασχοληθούν με τη θεωρία χορδών λόγω των τεράστιων υποσχέσεων της. Τώρα είναι άτομα μιας μέσης ηλικίας επικεφαλής ενός τμήματος στο οποίο έχουν δεσμεύσει τη ζωή τους και δεν μπορούν να δουν ότι είναι ψέματα. Είναι το επιστημονικό αντίτιμο των νέων ρούχων του αυτοκράτορα.

Όπως ήταν αναμενόμενο, τέτοιες κατηγορίες απορρίπτονται με θυμό από τους θεωρητικούς των χορδών. Μια θεωρία του παντός δεν μπορεί να δημιουργηθεί ολονυκτίς, υποστηρίζουν. Είναι σαν τη διατύπωση παραπόνων για τον ήχο που βγαίνει από ένα ατελές βιολί. "Η θεωρία χορδών είναι στη σωστή πορεία", λέει ο David Gross, του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Santa Barbara, και κάτοχος ενός Νόμπελ φυσικής. "Αλλά αυτή η πορεία είναι αρκετά μακρά. Απαιτούνται κι άλλες σημαντικές ανακαλύψεις ."

Ούτε είναι σωστό να υποστηριχτεί ότι η θεωρία κάνει λάθος επειδή δεν κάνει καμία αποδείξιμη ή ανασκευαστέα πρόβλεψη, τονίζει ο Sanjaye Ramgoolam, πανεπιστημίου του Λονδίνου. "Υπάρχουν διάφοροι τρόποι που θα μπορούσαν να αποδείξουν - ή να ανασκευάσουν - τη θεωρία χορδών. Παραδείγματος χάριν, ο νέος Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων (LHC) στο CERN μπορεί να είναι αρκετά ισχυρός για να δώσει τα στοιχεία που προτείνουν ότι είμαστε στο σωστό δρόμο."

Και για την άποψη ότι οι θεωρητικοί των χορδών έχουν βουτήξει τα κεφάλια τους στην άμμο και αρνούνται να δουν την αλήθεια, αυτό απορρίπτεται σταθερά από τον Green: "Όλοι οι επιστήμονες διεγείρονται από τις νέες ιδέες. Γι' αυτό είμαστε επιστήμονες. Αλλά δεν έχει δημιουργηθεί καμία νέα ιδέα για μια ενοποιημένη θεωρία. Δεν υπάρχει καμία εναλλακτική λύση στη θεωρία χορδών. Είναι το μόνο show in town  - και στο σύμπαν".

Ένας οδηγός για τη θεωρία χορδών

- Η ύλη αποτελείται από τις απείρως μικρές παλλόμενες χορδές ενέργειας.

- Οι διαφορετικές δονήσεις παράγουν διαφορετικά σωμάτια, όπως τα κουάρκ και το ηλεκτρόνιο.

- Ζούμε σε έναν 10-διαστατικό σύμπαν.

Οι υπερασπιστές της θεωρίας λένε είναι η μόνη ελπίδα που έχουμε για να παράγουμε μια ενοποιημένη θεωρία του παντός, το Ιερό Δισκοπότηρο στο οποίο απέτυχε ο Αϊνστάιν.

Πηγή: The Observer