Jagten på den endelige teori: Hvordan ser bunden af det videnskabelige projekt ud?

Forestil dig et enkelt matematisk princip, der forklarer hele den fysiske virkelighed, og som ikke kan reduceres til andre, dybere principper.

Et princip, der forklarer alting. Alle de kendte naturlove, universet, den kop sorte te, jeg drikker, mens jeg skriver dette, græsset jeg sidder på, luften, jeg indånder.

Forestil dig, at det tårn af forklaringer, som den moderne videnskab tilbyder os, hvor biologien står ovenpå kemien, der igen står på atomfysikken, kernefysikken og partikelfysikken, og hvor kosmologien er den altomfavnende indpakning – forestil dig, at det tårn af videnskabelige forklaringer, resultatet af århundreders gravearbejde ned i virkelighedens materie, kom til en afslutning, og vi fandt den endelige teori.

Sådan en teori ville være fundamentet for alt, hvad vi ved om den fysiske virkelighed. Den ville være endelig i den forstand, at den ikke kan forklares ud fra et andet, dybere lag som for eksempel kemien kan forstås ud fra atomfysikken. Det ville være afslutningen på reduktionismen.

Hvordan ser den endelige teori ud?

Kan du mærke det? Suset, spændingen?

Findes sådan en teori virkelig? Venter den på, at vi finder den et eller andet sted derude i matematikkens hellige land, i den intellektuelle sfære af logisk rationalitet?

Og hvis den gør, hvordan ser den så ud? Hvad vil den fortælle os om virkeligheden? Hvad vil den fortælle os om os?

Der findes et simpelt argument, der kombinerer Einsteins almene relativitetsteori med kvantemekanikken, og som fortæller os at den endelige teori må findes; at tårnet af videnskabelige forklaringer er endeligt, og at der vil være en bund.

Videnskaben er det tætteste, vi kommer på en mytologisk fortælling, men videnskaben er ikke i stand til at danne den meningsfyldte relation mellem os og universet, som en mytologi skal kunne.

Jesper Møller Grimstrup

Argumentet går ud på at når man måler kortere og kortere afstande, må man anvende testpartikler med højere og højere energier.

Men vi ved fra Einsteins relativitetsteori, at høje energier vil krumme rum-tiden, og at de til sidst kan skabe et sort hul. Grænsen, hvor det sker, ligger ved Planck-længden, der er vanvittige 10^-33 cm kort, altså et tal med 33 nuller efter kommaet.

Og da sorte huller er karakteriseret ved, at intet kan undslippe dem, end ikke lyset, vil det betyde, at vi aldrig vil få et signal tilbage fra vores måling. Argumentet fortæller os altså, at afstande kortere end Planck-længden ikke kan måles.

Og da hver videnskabelig reduktion tager os til kortere og kortere afstande betyder det, at antallet af videnskabelige reduktioner ikke kan være uendeligt. Altså: der må være en bund.

Men hvordan kan man forestille sig sådan en bund? Hvordan kan man forestille sig en teori, der ikke kan reduceres til noget dybereliggende; en teori, der er immun overfor spørgsmålet ‘hvorfor er det således og ikke anderledes?’

Kan man overhovedet forestille sig sådan noget?

LÆS OGSÅ: Teorien der forandrede videnskaben

\ SHELL BEACH – Jagten på den endelige teori

Bogen udkom 30. maj på forlaget Montagne og handler om teoretisk fysik og om jagten på ultimative svar.

I sin bog tager Jesper Grimstrup læseren med til fronten af den moderne fysik, hvor han gennem to årtier har været insider i ledende forskningsfelter som Ikke-kommutativ Geometri og Loop Quantum Gravity.

Læs mere om bogen her.

Min jagt på den endelige teori begynder

Svaret er, ja, måske. Men før vi når dertil, må vi et smut til Tibet og militærzonen Aksai Chin, der ligger på grænsen mellem Tibet, Kashmir og Pakistan; et område, Kina og Indien udkæmpede en kort krig om i 1962, og som jeg sammen med min daværende kæreste blaffede illegalt igennem i 2002.

I efteråret det år havde jeg netop forsvaret min ph.d.-afhandling på Wiens Tekniske Universitet og var på vej til Island, hvor jeg et halvt år senere ville tiltræde min første postdoc-stilling ved universitetet i Reykjavik.

På min tur til Tibet havde jeg taget en håndfuld fundamentale spørgsmål med mig i min mentale rygsæk; spørgsmål om kvantegravitation, og om hvordan man kan forklare de matematiske strukturer i standardmodellen for partikelfysik.

Kort sagt: Spørgsmål om den endelige teori.

Min kæreste og jeg var nået helt ud til det vestlige Tibet, men så sad vi fast. Vinteren var på vej, og vi kunne ikke få et lift med de få civile lastbiler, der kørte gennem militærzonen ind og ud af Tibet.

Jeg tilbragte næsten en uge på en faldefærdig stol, mens jeg sad ved vejsiden og ventede på en venligtsindet kinesisk lastbil. I løbet af den uge skrev jeg en idé, som jeg havde fået på rejsen, ned i min notesbog.

En idé, der blev starten til et forskningsprojekt, som jeg sammen med matematikeren Johannes Aastrup har arbejdet på lige siden.

Og det forskningsprojekt kan muligvis give os et hint om, hvordan en endelig teori kan se ud.

Kulmination med ingenting overhovedet

Pointen er, at hver videnskabelig reduktion, som vi kender i dag, involverer en ‘simplificering’. Tag for eksempel kemien, hvor det periodiske system giver os en oversigt over grundstofferne og deres basale egenskaber.

Det periodiske system er forholdsvist komplekst, men det kan forstås ud fra atomfysikken, en forholdsvis simpel teori, der fortæller os om elektronbanerne omkring atomkernen.

Den moderne teoretiske fysik er fyldt med lignende eksempler på, hvordan de matematiske strukturer bliver simplere og simplere, jo dybere vi graver os ned i materien.

Idéen, som Johannes og jeg arbejder på, er, at den simplificering vil fortsætte helt ned til Planck-længden, hvor den vil kulminere med det simpleste, man overhovedet kan forestille sig, nemlig det tomme rum.

Altså, ingenting overhovedet.

Det lyder skørt, men hæng på lidt endnu.

Idéen er, at matematikken bag det tomme rum er så rig, at den muligvis vil være i stand til at forklare de grundlæggende strukturer i standardmodellen.

Det er en historie, der involverer spørgsmålet om en kvanteteori for tyngdekraften og den franske matematiker og Fields medaljevinder Alain Connes, der igennem de sidste tre årtier har udviklet en overrumplende ny formulering af standardmodellen for partikelfysik, hvor den på finurlig vis ligner Einsteins relativitetsteori.

LÆS OGSÅ: Mulig CERN-opdagelse kan føre til teori om alting

Interessant, selvom vi tager fejl

Johannes og mit arbejde er stadig ‘work in progress’, men den grundlæggende idé er interessant uafhængigt af, om det til slut viser sig, at vi faktisk har ret.

For med idéen om at basere en fundamental teori på matematiske egenskaber ved det tomme rum, har vi et bud på en teori, der ikke kan reduceres. Vi har et bud på, hvordan bunden af det videnskabelige projekt kunne se ud.

For hvordan vil man kunne reducere en sådan teori? Hvordan kan man reducere det tomme rum – altså ingenting overhovedet – til noget dybereliggende? Det kan man ikke.

Hvis man virkelig kan formulere en fundamental teori på det tomme rum, vil det være det sidste lag i det løg af et univers, som vi piller.

Men hvad ville sådan en teori fortælle os?

Den britiske fysiker Steven Hawking skrev i ‘En kort fortælling om tid’, at:

»​… hvis vi finder en fuldstændig teori, så burde den med tiden blive forståelig i grove træk for alle og ikke blot for et par videnskabsfolk. Så vil vi alle, filosoffer, videnskabsfolk og helt almindelige mennesker, være i stand til at tage del i en diskussion om spørgsmålet om, hvorfor vi og universet eksisterer. Hvis vi finder svaret på det, ville det være den ultimative triumf for den menneskelige fornuft – for så ville vi kende Guds tanker.«

Hawking forventede tydeligvis, at en endelig teori vil fortælle os noget af eksistentiel betydning. Der er en generel forventning eller et håb om, at en endelig teori vil være i stand til at svare på spørgsmålet ‘hvorfor er vi her?’

Mening hos Hawking og mytologerne

Den type spørgsmål plejede mytologierne at give os svar på.

En af de vigtigste funktioner, en mytologi skal udfylde, er at etablere en relation mellem et samfunds individer og kosmos. En mytologi skal give os mening.

Vi er den første civilisation, der ikke har en levende mytologi.

Videnskaben er det tætteste, vi kommer på en mytologisk fortælling, men videnskaben er ikke i stand til at danne den meningsfyldte relation mellem os og universet, som en mytologi skal kunne.

Hawking forventede eller håbede måske, at det vil ændre sig, når vi finder den endelige teori. Det, som Hawking skrev om – at kende Guds tanker – er tydeligvis noget, der ligger uden for det strengt videnskabelige, det ligger i metafysikkens og mytologiens domæne.

Jeg tror, at Hawking dybest set håbede på, at videnskaben i sidste ende vil være i stand til at fungere mere som en egentlig mytologi.

Men hvis den endelige teori vil være baseret på det tomme rum, vil den ikke fortælle os noget som helst om Guds tanker eller noget i den retning.

LÆS OGSÅ: Kan store ting også opføre sig kvantefysisk?

»Nå, var det bare det?«

Det eneste, vi vil have forstået, vil være, at naturlovene er baseret på et trivielt matematisk princip. Det vil være historiens største antiklimaks, vi vil have brugt flere tusinde år på at finde noget, der efterlader os med en følelse af ‘nå, var det bare det?’

Det spørgsmål, der virkelig interesserer mig, er, hvad det vil gøre ved os – psykologisk og civilisatorisk – hvis vi en dag faktisk finder sådan en teori.

En endelig teori, der ikke fortæller os noget som helst interessant. Hvordan vil vi reagere? Hvad vil det gøre ved os, hvis det videnskabelige projekt slutter, uden at det giver os svar på vores mest presserende eksistentielle spørgsmål?

Jeg kender ikke svaret, men jeg mener at det er et af de mest interessante spørgsmål, som vores jagt på den endelige teori rejser.

Dette er nogle af de ting, som jeg diskuterer i min bog ‘Shell Beach – jagten på den endelige teori’, som lige er udkommet på forlaget Montagne.

I bogen tager jeg læseren med ind i maskinrummet af den moderne teoretiske fysik og med på jagten efter den endelige teori.

LÆS OGSÅ: Sådan bruger du videnskabsteori

LÆS OGSÅ: Hvad er videnskabelig metode?

LÆS OGSÅ: Hvad er videnskab?