Η απάτη (;) των χορδών

Από τις φυσικομαθηματικές επιστήμες

ΤΟΥ ΧΡΗΣΤΟΥ ΛΑΣΚΟΥ

Νίκος Δραγούμης, Ακονιστής μαχαιριών, κάρβουνο, 25 x 42 εκ. 

LEE SMOLIN, Θεωρία Χορδών: Όλα ή τίποτα; μετάφραση: Κωνσταντίνος Σίμος

εκδ. Τραυλός, σελ. 612

Φανταστείτε ότι σας χαρίζω μια καρέκλα, εξηγώντας σας ότι προς το παρόν είναι χωρίς πόδια και ότι το κάθισμα, η πλάτη και η θέση για τα χέρια θα έρθουν μάλλον σύντομα. Άραγε, αυτό το κάτι που σας έδωσα μπορεί ακόμα να χαρακτηριστεί ως καρέκλα;

Γκέραρντ ’τ Χουφτ

Ο Λη Σμόλιν, στην Θεωρία Χορδών, παρουσιάζει μια συντριπτική κριτική της περισσότερο προβεβλημένης (;) φυσικής θεωρίας των τελευταίων 30 χρόνων. Αυτής που υποσχέθηκε να επιλύσει τα χρονίζοντα προβλήματα της βασικής θεώρησής μας για τον κόσμο στηριγμένη σε μια πολύ κομψή και απλή ιδέα: την ιδέα, δηλαδή, πως τα έσχατα συγκροτητικά στοιχεία του Σύμπαντος δεν είναι σωμάτια, αλλά χορδές με συγκεκριμένη έκταση, των οποίων οι παλμοί είναι που δημιουργούν όλες τις ιδιότητες του φυσικού κόσμου[1]. Και η αλήθεια είναι πως το κάνει με εξαιρετικά εμβριθή, αλλά και έντιμο τρόπο. Πράγμα που αποδεικνύεται από το απλό γεγονός πως αφιερώνει το μεγαλύτερο τμήμα του βιβλίου προκειμένου να παρουσιάσει σχεδόν εξαντλητικά την θεωρία που κρίνει.

Η βασική κριτική του Σμόλιν συνίσταται στο γεγονός πως η Θεωρία Χορδών, στη μορφή που ξέρουμε σήμερα, δεν ικανοποιεί τη θεμελιωδέστερη προϋπόθεση μιας αποδεκτής πρότασης, που δεν είναι άλλη από την δυνατότητά της να κάνει σαφείς νέες προβλέψεις. Πράγμα που είναι αναγκαίο προκειμένου η θεωρία να μπορεί να επαληθευτεί ή να διαψευστεί. Πώς θα μπορούσε, όμως, να ικανοποιείται μια τέτοια προϋπόθεση, αναρωτιέται ο Σμόλιν, από μια θεωρία η οποία απαντά σε ένα περίπου άπειρο πλήθος εκδοχών; Όπως σημειώνει, «[α]κόμη κι αν περιοριστούμε σε [εκδοχές] που συμφωνούν με κάποια βασικά γεγονότα που έχουμε παρατηρήσει σχετικά με το Σύμπαν, όπως το αχανές μέγεθός του και η ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας, παραμένουν στα χέρια μας 10⁵⁰⁰ διαφορετικές θεωρίες χορδών –με άλλα λόγια, ο αριθμός 1 ακολουθούμενος από 500 μηδενικά [για να γίνει κατανοητό το μέγεθος σκεφτείτε πως το τρισεκατομμύριο είναι το 1 ακολουθούμενο από μόλις 12 μηδενικά], αριθμός κατά πολύ μεγαλύτερος από το πλήθος όλων των ατόμων στο γνωστό Σύμπαν.

Με τέτοιο αχανές πλήθος θεωριών, δεν είναι εύκολο να εντοπίσουμε πειραματικό αποτέλεσμα που να μην προβλέπεται από κάποια από αυτές. Έτσι, ό,τι κι αν δείξουν τα πειράματα, η θεωρία χορδών δεν μπορεί να διαψευστεί. Αλλά και το αντίστροφο ισχύει πάντα. Κανένα πείραμα δεν θα μπορέσει ποτέ να την επαληθεύσει. Την ίδια στιγμή, ελάχιστα κατανοούμε τις περισσότερες από αυτές τις θεωρίες χορδών. Όσον αφορά τις λίγες θεωρίες που όντως κατανοούμε με κάθε λεπτομέρεια, καθεμιά από αυτές βρίσκεται σε ασυμφωνία με τα τρέχοντα πειραματικά δεδομένα…».

Αυτό που έχουμε, λοιπόν, είναι, αντί για την υπεσχημένη λύση, δύο προβλήματα. Αντιμετωπίζουμε ένα τεράστιο αριθμό θεωριών, που είναι αδύνατο να διαψευστούν, χωρίς όμως και να μπορούμε να τις μελετήσουμε, ενώ οι λίγες ανάμεσά τους, που ξέρουμε πώς να τις μελετήσουμε, γνωρίζουμε ότι είναι εσφαλμένες. Πράγμα που εξηγεί και το αρχικό παράθεμα του ’τ Χουφτ: η Θεωρία Χορδών είναι μια υπέροχη καρέκλα, χωρίς, όμως, πόδια, κάθισμα, πλάτη και στηρίγματα για τα χέρια. Όσο και υπέροχη να είναι η συγκεκριμένη καρέκλα, ο καθείς καταλαβαίνει πως δεν μας βοηθάει να ξαποστάσουμε. Ο κύριος, ωστόσο, λόγος για τον οποίο ο Σμόλιν είναι «έξαλλος» εναντίον της Θεωρίας των Χορδών δεν είναι επιστημονικός. Δεν είναι, δηλαδή, η «αποτυχία» της, που τον κάνει μετωπικά «εχθρό» της. Αυτό που συνιστά casus belli είναι ό,τι ονομάζει ο ίδιος «ιμπεριαλισμό των χορδών». Που σημαίνει πως εδώ και κάποιες δεκαετίες είναι απαγορευμένη ουσιαστικά η καριέρα για τους θεωρητικούς φυσικούς, στο μέτρο που ακολουθούν διαφορετικές προσεγγίσεις από αυτές των χορδών. Όπως επισημαίνει ο Σμόλιν, «τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια, τρεις είναι όλοι κι όλοι οι επίκουροι καθηγητές που εργάζονται σε διαφορετικές από τη θεωρία χορδών προσεγγίσεις της κβαντικής βαρύτητας και οι οποίοι προσλήφθηκαν από αμερικανικά πανεπιστήμια, και μάλιστα οι προσλήψεις αυτές έγιναν από μία και μόνο ερευνητική ομάδα». Είναι ενδεικτικό πως στο περίφημο Ινστιτούτο Ανωτέρων Σπουδών του Πρίνστον, πασίγνωστο και λόγω του ό,τι υπήρξε η έδρα του Αϊνστάιν στις ΗΠΑ, η Σχετικότητα θεραπεύεται ελάχιστα, την ίδια στιγμή που όλοι οι σωματιδιακοί φυσικοί, συμπεριλαμβανομένου και του διευθυντή του ιδρύματος, είναι θεωρητικοί των χορδών, με εξαίρεση έναν και μόνο, που προσλήφθηκε πολλές δεκαετίες πριν –όταν δεν υπήρχε καν η θεωρία χορδών!

Τι συμβαίνει, λοιπόν, εδώ; Ο Σμόλιν μας εξηγεί, και με τη βοήθεια των πορισμάτων της ιστορίας και της κοινωνιολογίας της επιστήμης, καθώς και της επιστημολογίας –δείχνοντας μια σαφή προτίμηση προς τον «αναρχικό» Φεγεράμπεντ- πως στην πραγματικότητα το ακαδημαϊκό establishment είναι έτσι στημένο, ώστε να συντηρεί και να αναπαράγει το εκάστοτε στάτους κβο. Και αυτό το κάνει αξιοποιώντας όλους τους πόρους και τις εξουσίες: αξιολογήσεις, προαγωγές, μονιμοποιήσεις, χρηματοδότηση. Φυσικά, υπογραμμίζει, «[η] επιστήμη δεν ήταν ποτέ οργανωμένη με τρόπο φιλικό προς τους οραματιστές και η περίπτωση του άνεργου Αϊνστάιν είναι χαρακτηριστική». Όμως, δεδομένου πως παλιότερα η βάση της ακαδημίας ήταν πολύ στενότερη και πολύ λιγότερο επαγγελματική και οι εξαιρετικοί «ερασιτέχνες» πολύ ευκολότερο να υπάρξουν και να δημιουργήσουν –και λόγω των υλικών όρων, υπό τους οποίους παράγονταν η επιστημονική γνώση- ο Αϊνστάιν θα ήταν πολύ δυσκολότερο να αναδειχτεί και άρα να επιβιώσει επιστημονικά σήμερα. Το νέο καθεστώς, λοιπόν, είναι οι φυσικοί των χορδών και η αποτίναξή του και το άνοιγμα του χώρου για άλλες θεωρητικές οπτικές είναι, πλέον, προϋπόθεση για την επιστημονική εξέλιξη στη Φυσική. Η «ανοχή», κυρίως, απέναντι σε όσους κάνουν επιστήμη με έντονο το φιλοσοφικό άρωμα είναι όρος για την απαιτούμενη μεγάλη μετάβαση στο νέο επιστημονικό Παράδειγμα, που φαίνεται αναγκαίο προκειμένου να προχωρήσουμε πέρα από το σημερινό αδιέξοδο.

Αδιέξοδο; Αυτή είναι, αλήθεια, η κατάσταση στη Φυσική; Ναι, απαντάει, ο Σμόλιν. Αδιέξοδο και μάλιστα πολύ μεγάλο. Και παραθέτει τα πέντε αναπάντητα προβλήματα της Φυσικής σήμερα. Πρόβλημα υπ’ αριθμόν 1: Συνδυασμός της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντομηχανικής σε μια μόνη και ενιαία Θεωρία. Πρόβλημα υπ’ αριθμόν 2: Επίλυση της θεμελιωδών προβλημάτων της Κβαντομηχανικής, είτε με μια εύληπτη ερμηνεία της θεωρίας ως έχει είτε με την επινόηση μιας νέας, ακόμη πιο εύληπτης, θεωρίας, έτσι ώστε όλο αυτό να αρχίσει, πέρα από τους επιτυχείς υπολογισμούς, να βγάζει και κάποιο νόημα. Πρόβλημα υπ’ αριθμόν 3: Προσδιορισμός κατά πόσο τα ποικίλα σωματίδια και δυνάμεις μπορούν να ενοποιηθούν σε μια μόνο εικόνα, η οποία θα τα εξηγεί ως εκδηλώσεις μιας μοναδικής θεμελιώδους οντότητας. Πρόβλημα υπ’ αριθμόν 4: Εξήγηση της ύπαρξης και του μεγέθους των ελεύθερων σταθερών της Φύσης. Πρόβλημα υπ’ αριθμόν 5: Να εξηγηθεί η σκοτεινή μάζα και η σκοτεινή ενέργεια. Ή, εφόσον η ύπαρξή τους δεν επιβεβαιωθεί, να προσδιοριστεί με ποιόν τρόπο και γιατί η ισχύς της βαρύτητας μεταβάλλεται στις μεγάλες κλίμακες.

Ο Σμόλιν μας ξεναγεί στη μεγάλη περιπέτεια της προσπάθειας να απαντηθούν αυτά τα θεμελιώδη προβλήματα με εξαιρετικό τρόπο. Και εντοπίζοντας στην Θεωρία των Χορδών δείχνει πως αυτή υπάρχει πιθανότητα, υπό προϋποθέσεις, να επιλύει το Πρόβλημα 3, αλλά ούτε κατ’ ιδέα προτείνει κάτι για την προσέγγιση των υπολοίπων. Από αυτήν την άποψη, όχι μόνο δεν συνιστά ελπίδα, αλλά μάλλον βρίσκεται πολύ πίσω από άλλα Παραδείγματα, όπως, π.χ εκείνο της Κβαντικής Βαρύτητας Βρόχων, μ’ όλο που οι πόροι που δαπανούνται στις χορδές είναι προκλητικά περισσότεροι.

Η έκθεση του Σμόλιν, μάλιστα, εντοπίζει και το σημείο στο οποίο βρίσκεται το πραγματικό μειονέκτημα των χορδών. Το πρόβλημα, λοιπόν, συνίσταται στο γεγονός πως η Θεωρία Χορδών είναι εξαρτημένη από το υπόβαθρο, πράγμα που σημαίνει πως ο χώρος θεωρείται σταθερή και αυθύπαρκτη οντότητα, «με τα πράγματα να συμβαίνουν εντός του». Ενώ, κατά την άποψή του, η μόνη διέξοδος από το τωρινό αδιέξοδο είναι η διαμόρφωση μιας θεωρίας, που θα είναι ανεξάρτητη από το υπόβαθρο. Θα ακολουθεί, δηλαδή, την θεμελιώδη ιδέα της Γενικής Σχετικότητας πως ο χώρος δεν είναι σταθερή οντότητα, η γεωμετρία του δεν αποτελεί νόμο της Φύσης: το τρίγωνο δεν έχει αναγκαστικά και πάντοτε άθροισμα γωνιών ίσο με 180⁰ –αυτό συμβαίνει υπό ειδικές συνθήκες. Αντίθετα, ο «νόμος» είναι ότι ο χώρος έχει οποιαδήποτε μορφή, διότι εξελίσσεται με τον χρόνο, υπό την επίδραση της μάζας-ενέργειας και των δυνάμεων.

Επιπλέον, η ανεξαρτησία από το υπόβαθρο σημαίνει «ότι δεν υπάρχει προτιμώμενος χρόνος. Η Γενική Σχετικότητα περιγράφει την ιστορία του κόσμου με τον πιο θεμελιώδη τρόπο, με όρους γεγονότων και σχέσεων μεταξύ γεγονότων. Οι πρωτογενείς σχέσεις έχουν να κάνουν με την αιτιότητα: ένα γεγονός μπορεί να ανήκει στην αλυσίδα αιτίων που οδηγεί σε ένα άλλο γεγονός […] Ο χώρος είναι δευτερογενής έννοια […] Εξαρτάται απολύτως από την έννοια του χρόνου. Μπορούμε να σκεφτούμε όλα τα γεγονότα που λαμβάνουν χώρα την ίδια ακριβώς στιγμή που ένα ρολόι σημαίνει μεσάνυχτα. Τα γεγονότα αυτά απαρτίζουν τον χώρο». Πρωτογενής, άρα, είναι ο χρόνος, που πρέπει απαραιτήτως να διακριθεί από τον χώρο. Ο οποίος συνιστά αναδυόμενη οντότητα, με διακριτό και όχι συνεχή χαρακτήρα, ενώ η πραγματικά θεμελιώδης «υπόσταση» είναι η αιτιότητα. Το βιβλίο του Σμόλιν είναι και μια εξαιρετική καταβύθιση σε βασικά ζητήματα της Οντολογίας. Πραγματικά πολύτιμο.

---

[1] Για μια αναλυτική έκθεση των εξελίξεων στην Θεωρία Χορδών βλ. Brian Green, Το Κομψό Σύμπαν, που παρουσιάστηκε από τις «Αναγνώσεις» στις 24 Μαΐου 2015.