Η θεωρία των χορδών έχει δυσκολίες;

Πηγή: NewScientist, 17 Δεκεμβρίου 2005

Συνέντευξη του Leonard Susskind που είναι καθηγητής της θεωρητικής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Stanford στην Καλιφόρνια και συγγραφέας του βιβλίου "Cosmic Landscape: String theory and the illusion of intelligent design"

• Γιατί οι φυσικοί παίρνουν τώρα την ιδέα των πολλαπλών συμπάντων - κόσμων σοβαρά;

Κατ' αρχάς, υπήρξε η ανακάλυψη πριν λίγα χρόνια ότι η θεωρία του πληθωρισμού φαίνεται να είναι σωστή. Αυτή η θεωρία ότι το σύμπαν επεκτάθηκε με ένα τρομακτικό ρυθμό στο πρώτο κλάσμα του ενός δευτερολέπτου ταιριάζει με πολλά δεδομένα. Ο πληθωρισμός μας λέει ότι ο Κόσμος είναι πιθανώς εξαιρετικά μεγάλος και απαραιτήτως διαφορετικός. Στις αρκετά μεγάλες κλίμακες, και εάν ο πληθωρισμός συνεχίσει επί αρκετό χρόνο, αυτή η ποικιλομορφία θα παραγάγει κάθε πιθανό σύμπαν. Η ίδια διαδικασία που σφυρηλάτησε τον Κόσμο μας σε μια Μεγάλη Έκρηξη θα συμβεί επανειλημμένως. Τα μαθηματικά είναι ξεχαρβαλωμένα, αλλά ότι αυτό είναι που ο πληθωρισμός υπονοεί: ένας τεράστιος Κόσμος με 'μπαλώματα' (σύμπαντα μέσα σε ένα πολυσύμπαν) που είναι πολύ διαφορετικά μεταξύ τους. Η πιο χαμηλή γραμμή είναι ότι δεν έχουμε πλέον οποιοδήποτε καλό λόγο να θεωρήσουμε ότι το μικροσκοπικό 'μπάλωμα' του δικού μας σύμπαντος είναι αντιπροσωπευτικό όλου του Σύμπαντος.

Το δεύτερο ήταν η ανακάλυψη ότι η τιμή της κοσμολογικής σταθεράς - η ενέργεια του κενού διαστήματος που συμβάλλει στο ρυθμό διαστολής του σύμπαντος - φαίνεται παράλογα απίθανη και τίποτα στη θεμελιώδη φυσική δεν είναι σε θέση να εξηγήσει το γιατί. Θυμάμαι όταν ο Steven Weinberg αρχικά πρότεινε ότι η κοσμολογική σταθερά μπορεί να καθοριστεί ανθρωπικά - ότι έτσι πρέπει να συμβαίνει ειδάλλως δεν επρόκειτο να είμαστε εδώ να την παρατηρήσουμε. Ήμουν πολύ εντυπωσιασμένος με το επιχείρημα, αλλά ενοχλημένος από αυτό. Όπως ο καθένας άλλωστε, σκέφτηκα ότι η κοσμολογική σταθερά ήταν πιθανώς μηδέν - κάτι που σημαίνει ότι όλες οι κβαντικές διακυμάνσεις που αποτελούν την κενή ενέργεια αλληλοεξουδετερώνονται, και μόνο η βαρύτητα μόνη επιδρά στην επέκταση του σύμπαντος. Θα ήταν πολύ ευκολότερο να εξηγηθεί εάν εξουδετερώνονταν σε μηδέν, παρά σε σχεδόν μηδέν. Η ανακάλυψη ότι υπάρχει μια διαφορετική από το μηδέν κοσμολογική σταθερά τ' άλλαξε όλα. Ακόμα, αυτά τα δύο πράγματα δεν ήταν αρκετά να γείρουν τη ζυγαριά για μένα.

• Τι σας έπεισε τελικά;

Η ανακάλυψη στη θεωρία χορδών αυτού του μεγάλου τοπίου των λύσεων, των διαφορετικών κενών, που περιγράφουν τα πολύ διαφορετικά φυσικά περιβάλλοντα, έγειραν τη ζυγαριά σε μένα. Αρχικά, οι θεωρητικοί των χορδών σκέφτηκαν ότι υπήρχαν ένα εκατομμύριο λύσεις. Σκεπτόμενος το επιχείρημα του Weinberg και τη διαφορετική από το μηδέν κοσμολογική σταθερά, τις χρησιμοποίησα για να ρωτήσω τους φίλους μου μαθηματικούς: είστε βέβαιοι ότι είναι μόνο ένα εκατομμύριο; Όλοι με βεβαίωσαν ότι αυτό το ζήτημα ήταν το καλύτερο στοίχημα.

Αλλά ένα εκατομμύριο δεν είναι αρκετό για τις εξηγήσεις της ανθρωπικής θεωρίας - οι πιθανότητες ένας από τους κόσμους - σύμπαντα να είναι κατάλληλος για τη ζωή είναι ακόμα πάρα πολύ μικρή. Όταν οι Joe Polchinski και Raphael Bousso έκαναν μια ανακοίνωση το 2000 ότι ανακάλυψαν ότι υπάρχουν περισσότερα από 10⁵⁰⁰ κενά στη θεωρία χορδών, αυτό για μένα ήταν σημείο αιχμής. Τα τρία πράγματα φάνηκαν σε μένα να έρχονται μαζί. Αισθάνθηκα ότι δεν θα μπορούσα να αγνοήσω αυτήν την πιθανότητα, έτσι έκανα μια ανακοίνωση λέγοντας αυτό. Η αρχική αντίδραση ήταν πολύ εχθρική, αλλά τα προηγούμενα δύο χρόνια οι άνθρωποι την αντιμετωπίζουν σοβαρότερα. Ανησυχούν μην είναι αληθινή.

• Ο Steven Weinberg πρόσφατα είπε ότι είναι μια από τις μεγάλες αλλαγές πλεύσης στη θεμελιώδη επιστήμη από την εποχή του Αϊνστάιν, ότι αλλάζει τη φύση της ίδιας της επιστήμης. Είναι πράγματι μια τέτοια ριζική αλλαγή;

Κατά έναν τρόπο είναι πολύ ριζοσπαστικό αλλά κατά έναν άλλο τρόπο δεν είναι. Η μεγάλη φιλοδοξία των φυσικών όπως κι εγώ ήταν να εξηγήσουν γιατί οι νόμοι της φύσης είναι ακριβώς αυτό που είναι. Γιατί είναι το πρωτόνιο περίπου 1800 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο; Γιατί τα νετρίνα υπάρχουν; Η μεγάλη ελπίδα ήταν ότι κάποια βαθιά μαθηματική αρχή θα καθόριζε όλες τις σταθερές της φύσης, όπως τη σταθερά βαρύτητας του Νεύτωνα. Αλλά φαίνεται όλο και περισσότερο πιθανό ότι οι σταθερές της φύσης είναι περισσότερο όπως η θερμοκρασία της γης - ιδιότητες του τοπικού περιβάλλοντός μας που ποικίλλουν από μέρος σε μέρος. Σαν τη θερμοκρασία, πολλές από τις σταθερές της Φύσης πρέπει να είναι ακριβώς τόσο, εάν είναι να υπάρξει η ευφυής ζωή. Έτσι ζούμε εκεί όπου η ζωή είναι δυνατή.

Για μερικούς φυσικούς αυτή η ιδέα είναι μια απίστευτη απογοήτευση. Προσωπικά, δεν τον βλέπω με αυτό τον τρόπο. Το βρίσκω εντυπωσιακό να σκέφτομαι ότι το Σύμπαν μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερο, πλουσιότερο και με μεγαλύτερη ποικιλία από όσο αναμέναμε ποτέ. Και δεν φαίνεται τόσο απίστευτα φιλοσοφικά ριζοσπαστικό να νομίζουμε ότι μερικά πράγματα μπορούν να είναι περιβαλλοντικά.

• Προκειμένου να γίνει αποδεκτή η ιδέα ότι ζούμε σε ένα φιλόξενο 'μπάλωμα' ενός πολυσύμπαντος, πρέπει ένας φυσικός να πουλήσει εκείνο το όνειρο μιας τελικής θεωρίας;

Απολύτως όχι. Όχι περισσότερο από όταν οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι οι ακτίνες των πλανητών δεν καθορίζονταν από κάποια κομψή μαθηματική εξίσωση, ή από την ιδέα του Κέπλερ των ένθετων πλατωνικών στερεών. Πρέπει απλά να επαναξιολογήσουμε ποια πράγματα θα είναι καθολικές συνέπειες της θεωρίας και ποιές θα είναι συνέπειες της κοσμικής ιστορίας και των τοπικών συνθηκών.

• Ακόμα κι αν δέχεστε το πολυ-σύμπαν και την ιδέα ότι ορισμένοι τοπικοί φυσικοί νόμοι καθορίζονται ανθρωπικά, χρειάζεστε ακόμα μια μοναδική μέγα-θεωρία για να περιγράψετε ολόκληρο το πολύ-σύμπαν; Σίγουρα αυτό θέτει πίσω το ερώτημα προς τα πίσω;

Ναι, απολύτως. Η πιο κάτω γραμμή είναι ότι πρέπει να περιγράψουμε ολόκληρη αυτή την ιδέα, ολόκληρο το Σύμπαν ή το πολύ-σύμπαν. Είναι μια επιστημονική ερώτηση: είναι ο Κόσμος στις μεγαλύτερες κλίμακες μεγάλος και διαφορετικός ή είναι ομοιογενής; Μπορούμε να ελπίζουμε να πάρουμε μια απάντηση από τη θεωρία χορδών και μπορούμε να ελπίζουμε να πάρουμε κάποιες πληροφορίες από την κοσμολογία.

Υπάρχει μια φιλοσοφική αντίρρηση που οφείλεται στον φιλόσοφο της επιστήμης Karl Popper, που λέγεται Popperism και είναι ο ισχυρισμός ότι μια επιστημονική υπόθεση πρέπει να είναι διαψεύσιμη, διαφορετικά είναι μεταφυσική. Η θεωρία των άλλων κόσμων, των εναλλακτικών συμπάντων, πράγματα που δεν μπορούμε να δούμε επειδή είναι πέρα από τους ορίζοντες μας, είναι σε γενικές γραμμές μη διαψεύσιμα και επομένως μεταφυσικά - αυτή είναι η αντίρρηση. Αλλά η πεποίθηση ότι ο Κόσμος πέρα από τον αιτιώδη ορίζοντά μας είναι ομοιογενής είναι εξίσου θεωρητική και εξίσου ευαίσθητη στη θεωρία του Popper.

• Θα μπορούσε να υπάρξει κάποιο είδος επιλογής που θα αναδύει και θα επιλέγει μια μοναδική θεωρία χορδών και έναν μοναδικό Κόσμο;

Τίποτα δεν είναι δυνατό. Ο φίλος μου David Gross ελπίζει ότι καμία επιλογή αρχής δεν θα είναι απαραίτητη επειδή και μόνο ένα σύμπαν θα αποδείξει ότι έχει νόημα από μαθηματική άποψη, ή κάτι παρεμφερή. Αλλά μέχρι τώρα δεν υπάρχει κανένα στοιχείο για αυτήν την άποψη. Ακόμη και οι περισσότεροι από τους σκληροπυρηνικούς υποστηρικτές της μοναδικότητας αναγνωρίζουν ότι μοιάζει κακό.

• Είναι πρόωρο να επικαλεσθούμε τα επιχειρήματα της ανθρωπικής αρχής - που υποθέτουν ότι οι συνθήκες για τη ζωή είναι εξαιρετικά απίθανες - όταν δεν ξέρουμε πώς να ορίσουμε τη ζωή;

Η λογική της ανθρωπικής αρχής απαιτεί την ισχυρή υπόθεση ότι το είδος της ζωής που ξέρουμε είναι το μόνο δυνατό είδος. Γιατί θα έπρεπε να θεωρήσουμε ότι όλη η ζωή είναι όπως εμείς - μια ζωή βασισμένη στον άνθρακα, που χρειάζεται το νερό και ούτω καθ' εξής; Πώς ξέρουμε ότι η ζωή ότι δεν μπορεί να υπάρξει σε ριζικά διαφορετικά περιβάλλοντα; Εάν η ζωή θα μπορούσε να υπάρξει και χωρίς γαλαξίες, το επιχείρημα ότι η τιμή της κοσμολογικής σταθεράς φαίνεται πιθανά ακριβής για την ύπαρξη της ζωής, θα έχανε την όλη δύναμή του. Και δεν ξέρουμε ότι η ζωή όλων των ειδών δεν μπορεί να υπάρξει σε μια ευρεία ποικιλία περιβαλλόντων, ίσως σε όλα τα περιβάλλοντα. Αυτή είναι μια έγκυρη αντίρρηση. Αλλά στην καρδιά μου, δεν πιστεύω ότι η ζωή θα μπορούσε να υπάρξει στο εσωτερικό ενός αστεριού, παραδείγματος χάριν, ή σε μια μαύρη τρύπα.

• Είναι πιθανή η δοκιμή της ιδέας αυτής της άποψης για το χώρο μέσω της παρατήρησης;

Μια ιδέα είναι να ψάξουμε για σημάδια ότι ο χώρος είναι κυρτωμένος αρνητικά, σημαίνει ότι η γεωμετρία του χωρόχρονου είναι σαν μια σέλα, σε αντιδιαστολή με την επίπεδη ή την σφαιρική επιφάνεια. Είναι απίθανο αλλά όχι και τόσο απίθανο όσο το σκεπτόμαστε προηγουμένως. Ο πληθωρισμός μας λέει ότι ο αισθητός κόσμος μας πιθανά άρχισε με μια διαφορετική κατάσταση του κενού, που αποσυντέθηκε στην τρέχουσα κατάσταση μας του κενού. Είναι δύσκολο να καταλάβουμε ολόκληρη την ιστορία. Φαίνεται πιθανότερο ότι το σύμπαν μας άρχισε με κάποια άλλη κατάσταση κενού με μια πολύ υψηλότερη κοσμολογική σταθερά, και ότι η ιστορία του πολυσύμπαντος είναι μια σειρά γεγονότων κβαντικών σηράγγων από το ένα κενό στο άλλο. Εάν το σύμπαν μας βγήκε από ένα άλλο, πρέπει να είναι καμπυλωμένο αρνητικά, και μπορούμε να δούμε αποδείξεις γι αυτό σήμερα στις μεγαλύτερες κλίμακες του Κοσμικού Μικροκυματικού Υποβάθρου. Έτσι το κοσμικό τοπίο, τουλάχιστον σε γενικές γραμμές, είναι ελέγξιμο.

• Εάν δεν δεχόμαστε την ιδέα των κοσμικών τοπίων είμαστε κολλημένοι με το Ευφυές Σχέδιο;

Αμφιβάλλω ότι οι φυσικοί θα το δουν με αυτό τον τρόπο. Εάν, για κάποιο απρόβλεπτο λόγο, το κοσμικό τοπίο αποδειχθεί ασυμβίβαστο - ίσως για μαθηματικούς λόγους, ή επειδή διαφωνεί με την παρατήρηση - είμαι αρκετά βέβαιος ότι οι φυσικοί θα συνεχίσουν να ψάχνουν για τις φυσικές εξηγήσεις του κόσμου. Αλλά πρέπει να πω ότι εάν συμβαίνει αυτό, όπως τα πράγματα βρίσκονται τώρα θα είμαστε σε πολύ αδέξια θέση. Χωρίς οποιαδήποτε εξήγηση του γιατί οι σταθερές της φύσης έχουν λεπτά καθορισμένες τιμές, θα πιεστούμε πολύ να απαντήσουμε στην κριτική του Ευφυούς Σχεδίου. Και κάποιος μπορεί να υποστηρίξει πως η ελπίδα ότι θα προκύψει μία μοναδική λύση από μαθηματική άποψη, είναι τόσο βασισμένη στην πίστη όσο και το Ευφυές Σχέδιο.