Od XVII wieku fizyka różni sie od matematyki tym , że jej teorie muszą być potwierdzone eksperymentalnie,doświadczalnie.Nie każde zdanie teorii fizycznej musi podlegać testowi empirycznemu,ale głównie te zdania,które przewidują nowe zjawiska, lub nowe prawa,czyli hipotezy szczegółowe,wynikające logicznie z teorii..
Telegraficznie przypomnę,że metodologię empiryzmu nauk przyrodniczych[w tym fizyki]opracował i rozpowszechnił Francis Bacon[1561-1626],a współczesne naukoznawstwo istotne jej idee - podtrzymuje.
Ta różnica między matematyką, a fizyką, w ostatnim półwieczu uległa jednak rozmyciu, lub wręcz zatarciu i likwidacji w praktyce badawczej fizyki i astronomii. Fizyka współczesna na przykład, została "obdarowana" teorią strun ,która jest głoszona jako teoria fizyczna, chociaż " żadne jej zdanie nie ma empirycznego potwierdzenia"[1].
Podobnie jest z teoriami: supersymetrii , p-lub D-bran,M-teoriami i na koniec z czymś prawdziwie szokującym o dziwnej nazwie " krajobraz teorii strun", czyli z hipotezą istnienia 10^500 teorii strun ![ zob.loc.cit.str.149-219].
Równolegle,w tym samym czasie, przeniesiono do kosmologii teorię cząstek elementarnych[tak zwany Model Standardowy cząstek elementarnych] i formułuje się zdania twierdzące o powstaniu i ewoucji wszechświata,które to zdania,albo mają dyskusyjne potwierdzenie w danych obserwacyjnych, albo nie mają żadnego potwierdzenia obserwacyjnego.
Omówienie kosmologii współczesnej przez Penrose'a jest zatytułowane: "Fantazja"[lok.cit.str.369-559] i modele kosmologiczne[których jest multum] najcześciej są określane jako "szalone" .Wystarczy przyjrzeć się bliżej teoriom multiverse.
Pierwsza przedstawiona przez Hugh Everett III w manuskrypcie opublikowanym w 1955 roku [2] wprowadza pojęcie rzeczywistej funkcji falowej wszechświata,która nie podlega kolapsowi,lecz każdy akt pomiaru/obserwacji powoduje jej rozszczepienie na nieskończenie wiele funkcji falowych światów równoległych w czasie.
Według tej teorii wszystkie możliwe alternatywne historie i przyszłe ewolucje są realizowane w równoległych w czasie do naszego i odrębnych - wszechświatach.Wieloświat kwantowej kosmologii , nie ma żadnego odniesienia do danych obserwacyjnych.
Druga teoria wieloświata [obydwie mają liczne modyfikacje] powstała na gruncie Ogólnej Teorii Względnosci i wykorzystuje pojęcie "czarnych dziur" wynikające z rozwiązania Schwartschilda równania Einsteina, oraz osobliwość początkową wszechświata zwaną Big Bangiem [BB-Wielki Wybuch].
W teorii tej, kazda czarna dziura rodzi z upływem czasu nowy wszechświat,przez eksplozję jej centralnej osobliwości[ A.Linde,L.Smolin] i wieloświat ma strukturę nieskończonej sieci multiplikatywnej .Przy spotkaniu czarnej dziury z białą dziurą, może pojawić się tunel czasoprzestrzenny[wormhole J.Wheelera], przez który można przeprowadzić przestrzennopodobną linię świata dowolnego obiektu fizycznego w nieskończenie małym przedziale czasu[znikapojęcie prędkości].
Nikodem Poplawski[z pochodzenia Polak]na uniwersytecie New Haven,wykorzystując ogólną teorię wzgędności Einsteina-Cartana,według której czasoprzestrzeń tylko ma krzywiznę, wprowadził do niej efekt skręcenia [ torsion] i w ten sposób grawitacja ,stała się jakby podwójnie zgeometryzowana [3].
Niestety,grawitacyjna składowa skręcenia ma wartość znaczącą dopiero przy olbrzymiej gęstości materii istniejącej w centrach czarnych dziur,lub w osobliwości początkowej wszechświata[czyli nie jest empirycznie wykrywalna ] i skutkuje pojawieniem się siły odpychającej,pod wpywem której kolaps grawitacyjny zamienia się w eksplozję,dając początek nowemu, zamkniętemu wszechświatowi po drugiej stronie horyzontu zdarzeń,a czarna dziura staje się tunelem czasoprzestrzennym łączącym stary wszechświat z nowym.
Wszystkie wersje i odmiany teorii wieloświata nie mają jakichkolwiek referentów obserwacyjno-empirycznych, są czystymi strukturami matematycznymi,wobec czego Max Tegmark wystąpił z tezą ontologiczną,iż każdy wszechświat jest strukturą matematyczną[4], a skoro jest nieskończenie wiele struktur matematycznych,tym samym ,istnieje nieskończenie wiele wszechświatów.Ciekawe dlaczego Tegmark ma takie kabaretowe rozumienie matematyki.
Powyżej opisana sytuacja wzbudziła zainteresowanie metodologów fizyki i doprowadziła do wybuchu dyskusji na temat związków teorii fizyki z rzeczywistością empiryczną. Zainicjował ją Richard Dawid -doktor fizyki teoretycznej i filozof nauki uniwersytetu wiedeńskiego- aktualnie wykładowca na uniwersytecie w Sztokhomie pracą [5],w której otwarcie ogłosił, iż teoria strun narusza paradygmat metodologii testowalności empirycznej teorii fizyki,dodając od siebie ,że może to być początek nie-empirycznego potwierdzania prawdziwości teorii fizyki.
R. Dawid nie popiera teorii fizyki, ani teorii kosmologii, w których połączenia pomiędzy empirią, a hipotezami pozostają czysto matematyczne, lub w których pewne aspekty teorii są modyfikowane w celu uzyskania pożądanych dodatkowych rezultatów.
Dawidowi odpowiedział Carlo Rovelli [6],przypominając, że naukowcy zawsze polegali na nie-empirycznych argumentach :"wybierają, rozwijają i ufają teoriom, zanim znajdą empiryczne dowody. Cała historia nauki jest tego świadkiem."
Według Rovelliego ,rozróżnienie między wiarygodnymi teoriami, a teoriami spekulacyjnymi może nie być doskonale ostre, ale jest niezbędnym składnikiem nauki.Istnienie wiarygodnych teorii jest tym, co czyni naukę wartościową.Ocena wiarygodności teorii przebiega według bayesowskiego schematu i niestety teoria strun w żadnym stopniu tego schematu nie spełnia.
R.Dawid nie pozostawił pola dla Rovelliego i w rozprawie dostępnej również w arXiv [7] zarysował próbę zmiany paradygmatu metodologii fizyki.Jego zdaniem w przypadku braku potwierdzenia empirycznego, naukowcy mogą ocenić szanse teorii na funkcjonowanie w fizyce, w oparciu o szeroki zakres innego rodzaju argumentów.Autor przedstawił trzy rodzaje nie-empirycznych potwierdzeń teorii i wykazał,że spełniają -w sensie bayesowskim -podstawę do rzetelnego osądu wiarygodności teorii fizycznej.
Cytuję z pracy [7]:
"We have now specified three conditions that should be fulfilled by nonempirical confirmation of a theory H in order to make it as similar to empirical confirmation as possible.
1) The observations on which non-empirical confirmation is based should
be about the external world rather than merely about the system of scientists
and their theories.
2) It should be possible to construe an argument of non-empirical confirmation based on ”soft” empirical confirmation of a meta-level hypothesis Y by well-specified non-empirical evidence F which, in conjunction with a positive correlation between Y and the viability of H, establishes that F confirms H.
3) Non-empirical confirmation should be applicable only to empirically
predictive theories, which is guaranteed by defining confirmation in terms of the theory’s viability.
An argument of non-empirical confirmation that meets those three conditions has a plausible path towards being significant."
I w tłumaczeniu automatycznym Google:
"Określiliśmy teraz trzy warunki, które powinny być spełnione przez nie-empiryczne potwierdzenie teorii H, aby uczynić ją podobną do empirycznego potwierdzenia, jak to tylko możliwe.
1) Obserwacje, na których opiera się nie-empiryczne potwierdzenie, powinny dotyczyć świata zewnętrznego, a nie systemów naukowychi ich teorii.
2) Powinna być możliwa interpretacja argumentu o nie-empirycznym potwierdzeniu, oparta na "miękkim" empirycznym potwierdzeniu hipotezy meta-poziomu Y według dokładnie określonych nie-empirycznych dowodów F, które w połączeniu z dodatnią korelacją między Y a żywotnością H, ustala, że F potwierdza H.
3) Nie-empirycznym potwierdzeniem powinny być jedynie empiryczne teorie predykcyjne, które są gwarantowane przez zdefiniowanie potwierdzenia w kategoriach żywotność teorii.
Argument nieempirycznego potwierdzenia, który spełnia te trzy warunki
ma wiarygodną ścieżkę do bycia znaczącym w nauce."
Do analiz metodologicznych Dawida i Rovelliego nawiązał w obszernym eseju [8]George Ellis - emerytowany profesor wydziau matematyki stosowanej na Uniwersytecie w Kapsztadzie (Południowa Afryka) ,niegdyś doktor prof.Sciamy ,równolegle z Hawkingiem, zasłynął teorią wielkoskalowej struktury czasoprzestrzeni - kładąc akcent główny na kategorii "Non-Empirical Confirmation".
Esej swój otwiera trafnym i zarazem dowcipnym twierdzeniem:
"Teorie naukowe mają od XVII wieku ścisły charakter eksperymentalnej smyczy.W ciągu ostatnich dwudziestu lat obie teorie- strun i multiwersu ześlizgnęły się ze smyczy. "
Ellis twierdzi, że fizyka dotarła do takich rejonów rzeczywistości, w których nie jest możliwe wykonanie eksperymentu weryfikującego nową teorię,nie tylko z przyczyn technicznych,lecz przedewszystkim ontologicznych.Zwraca na przykład uwagę czytelnika na granicę obserwacji , jaką jest ( z jednej strony ) ekspansja czasoprzestrzeni i z drugiej strony - skończona wartość prędkości światła.
Za Dawidem powtarza ,że:"wobec braku potwierdzenia empirycznego, naukowcy mogą ocenić szanse teorii na jej istnienie , w oparciu o szeroki zakres innego rodzaju argumentów. Jeśli multiwers jest naukowo problematyczny, zawsze jest otwarty na filozofów, aby uratować multiwers przez rozszerzenie marginesów nauki. Teoria, a więc argumentacja, nie musi być potwierdzona dowodami empirycznymi".
Tak więc wobec zgodnych stanowisk Dawida i Ellisa- teoria może być naukowym opisem rzeczywistości z nieempirycznym potwierdzeniem .To nieempiryczne potwierdzenie sprowadzić można do spójności logicznej teorii, oraz akceptowalności społecznej tej teorii. To ostatnie stwierdzenie wykłada się następująco : to co media i publika uznają za potwierdzone jestnaukowym opisem rzeczywistości.
W istocie , mamy więc do czynienia z odejściem od metodologii i filozofii fizyki zapoczątkowanych przez Galileusza i Newtona i rozwiniętych przez następne wieki ,A przecież owocem takiej tradycji metodologicznej fizyki była rewolucja technologiczna przełomu XIX-XX wieków.
Konsekwencje teoriopoznawcze tego odejścia warte są głębszej analizy. W pracach omówionych nie wystąpił ( naszczęście) często spotykany błąd logiczny[podniesiony swego czasu przez Alfreda Tarskiego],bardzo popularny w środowiskach poza naukowych ,pod postacią zwrotu: prawdziwa/fałszywa teoria fizyki.To nie jest kategoria metodologii fizyki.
W zamian dyskutujący wprowadzili do metodologii fizyki niespotykane w niej dotychczas pojęcia, jak na przykład :potwierdzenie teorii,teoria wiarygodna,żywotność teorii,usprawiedliwianie pracy nad daną teorią,subiektywne prawdopodobieństwo skuteczności teorii,itd.
Obok ważnej kategorii "nie-empiryczne potwierdzenie teorii",dyskusja zaowocowała odkryciem [G.Ellis] granic(limes ) metody empirycznej testowalnosci teorii fizyki,w odniesieniu zarówno do mikroświata , jak i megaświata .Granice te-moim zdaniem- nie są usuwalne postępem techniki pomiarowej i obserwacyjnej ,gdyż wynikają z ontologii badanych obiektów, oraz ograniczonosci rozumu ludzkiego.
Proces badania i poznania substancji , polegający na podziale jej na coraz mniejsze składniki ma swój kres (limes),gdyż pojęcie nieskończenie małego elementu substancji nie ma fizycznego sensu.
Proces badania i poznania wielkoskalowej przestrzeni [kosmosu] ma swój kres(limes), wynikający z fizycznej natury nośnika informacji docierających do obserwatora ziemskiego.
Prawdopodobnie ,dowodem na istnienie tych granic poznania, jest fakt wzrastającego procesu pojawiania się i rozprzestrzeniania wiedzy spekulatywnej,nie-empirycznie potwierdzonej.Wyobraźnia i fantazja stwarzają światy nierealne ,miast odkrywać i badać istniejące realnie.
Literatura
[1] R.Penrose,Moda,wiara i fantazja,Copernicus Center Press Kraków,2017
[2] H. Everett ,"The Theory of the Universal Wavefunction", Manuscript,1955 str.3–140 / ed." The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton University Press 1973
[3] N. Poplawski,Universe in A Black Hole In Einstein-Cartan Gravity,The Astrophysical Journal, Volume 832, Number 2, 21 November 2016
[4] M.Tegmark, "The Mathematical Universe". Foundations of Physics. 38 (2),2007,s. 101–150. arXiv:0704.0646 (lub :" Nasz wszechświat matematyczny"-Warszawa,Wyd.Prószyński,2015)
[5] R.Dawid, String Theory and the Scientific Method, Cambridge University Press,2013
[6] C. Rovelli, “The Dangers of Non-Empirical Confirmation”, 2016, arXiv:1609.01966
[7] R. Dawid, “The Significance of Non-Empirical Confirmation in Fundamental Physics”, 2017, arXiv:1702.01133.
[8]G. Ellis,: “Physics on Edge” ,Physics,(Vol. 3, No. 2).2.08.2017(inference-review.com/article/physics-on-edge)
