Zaktualizowano artykuł 6 lutego 2022
Teoria wszystkiego – Jednym z celów współczesnej fizyki jest określenie podstawowych zasad rządzących naszą rzeczywistością. Rzeczywiście, jednym z cudów wszechświata jest to, że zaledwie kilka reguł wydaje się opisywać wiele aspektów naszego świata. Co więcej, naukowcy znaleźli sposoby na połączenie tych zasad w prostsze, potężniejsze.
To skłoniło wielu myślicieli do zasugerowania, że może istnieć jedna reguła lub zbiór reguł, z których wyłania się wszystko inne. To dążenie do teorii wszystkiego napędzało wiele myśli stojącej za współczesną fizyką. Zbudowaliśmy wielomiliardowe maszyny i obserwatoria, aby przetestować te pomysły, generalnie z ogromnym sukcesem.
Pomimo tego sukcesu, wybitnym wyzwaniem jest połączenie dwóch zupełnie różnych, ale fundamentalnych filarów współczesnej nauki. Teorii względności, która opisuje wszechświat w dużej skali; oraz teoria mechaniki kwantowej, która opisuje ją w najmniejszej skali.
Obie teorie niemal doskonale wyjaśniają wyniki prawie każdego przeprowadzonego eksperymentu. A jednak są ze sobą całkowicie sprzeczne. Wielu teoretyków próbowało zjednoczyć, ale postęp był powolny.
To przygotowuje grunt pod pracę Stephena Wolframa, fizyka i informatyka, który większość swojej kariery spędził na kategoryzowaniu prostych algorytmów, zwanych automatami komórkowymi, i badaniu ich właściwości. Jego głównym odkryciem jest to, że najprostsze algorytmy mogą powodować ogromną złożoność; niektóre nawet generują losowość. Jego główna hipoteza głosi, że wszechświatem rządzi pewien podzbiór tych algorytmów.
Nowy rodzaj nauki
W 2002 roku opublikował swoje wyniki. W ważkim tomie zatytułowanym A New Kind of Science , który zebrał mieszane recenzje i generalnie nie wywarł wpływu, na który, jak się wydawało, Wolfram liczył. Teraz wraca z innym, podobnym pomysłem i jeszcze bardziej ambitnym roszczeniem.
Wolfram ponownie zbadał właściwości prostych algorytmów; tym razem trochę różniące się od automatów komórkowych. których mówi, że są tak minimalne i pozbawione struktury, jak to tylko możliwe. I po raz kolejny mówi, że stosowanie tych prostych algorytmów wielokrotnie prowadzi do modeli – wszechświatów zabawek, jeśli wolisz – o ogromnej złożoności. Ale jego nowe sensacyjne twierdzenie jest takie, że prawa fizyki wyłaniają się z tej złożoności, że są wyłaniającą się własnością tych wszechświatów zabawek.
Wolfram, który pracuje z kilkoma współpracownikami, opisuje, w jaki sposób względność i krzywizna czasoprzestrzeni są właściwościami emergentnymi w tych wszechświatach. Następnie opisuje, w jaki sposób mechanika kwantowa jest wyłaniającą się właściwością tych samych wszechświatów, gdy bada się je w inny sposób. Zgodnie z tym sposobem myślenia, teoria względności i mechanika kwantowa to różne strony tego samego medalu. Następnie pokazuje, w jaki sposób są one ściśle powiązane z inną, coraz bardziej wpływową i ważną ideą we współczesnej fizyce: złożonością obliczeniową.
Ogólną teoria wszystkiego
Tak więc jego nowa teoria wszystkiego mówi, że trzy filary współczesnej fizyki — teoria względności, mechanika kwantowa i złożoność obliczeniowa — są zasadniczo tym samym postrzegane na różne sposoby. „W tym momencie jestem pewien, że podstawowe ramy, które mamy, mówią nam zasadniczo, jak działa fizyka”, mówi Wolfram. To oszałamiające twierdzenie.
Pierwszą rzeczą, którą należy przyznać, jest to, że trudno jest opracować jakąkolwiek spójną teorię. Która łączyłaby teorię względności z mechaniką kwantową. Jeśli przejdzie zbiórkę w ramach wzajemnej oceny, będzie to ogromne osiągnięcie.
Ale są też powody do ostrożności. Po pierwsze, nie jest jasne, czy Wolfram przekazuje pracę do formalnego przeglądu. Jeśli nie, dlaczego nie?
Po drugie, miarą każdej nowej teorii są testowalne prognozy, które czyni, co odróżnia ją od innych teorii. Wiele ciekawych pomysłów zostało odrzuconych na bok, ponieważ ich przewidywania są takie same, jak konwencjonalne lub lepiej znane teorie.
Wolfram z pewnością mówi, że jego podejście prowadzi do nowych przewidywań. „Mamy już kilka dobrych wskazówek na temat dziwacznych nowych rzeczy, których możemy szukać” — mówi.
Ale to, czy można je przetestować, to inna sprawa, ponieważ pomija szczegóły, jak można to zrobić. Na przykład jego teoria sugeruje, że we wszechświecie istnieje elementarna długość około 10^-93 metrów. Czyli znacznie mniejsza niż długość Plancka 10^-35 m, uważana obecnie za najmniejszą możliwą długość.
Wolfram mówi, że to sugeruje, że promień elektronu wynosi około 10^-81 m. Obecne dowody eksperymentalne wskazują, że promień jest mniejszy niż 10^-22 m.
Skwantyzowana masa
Jego teoria przewiduje również, że masa jest kwantowana do jednostek około 10^36 razy mniejszych niż masa elektronu.
Inną prognozą jest to, że cząstki, takie jak elektrony, wcale nie są elementarne, ale konglomeraty znacznie prostszych pierwiastków. Według jego obliczeń elektron powinien składać się z około 10^35 tych pierwiastków.
Ale powinny też istnieć znacznie prostsze cząstki złożone z mniejszej liczby pierwiastków. Nazywa te oligony, a ponieważ powinny wywierać siłę grawitacyjną. Wolfram sugeruje, że tworzą one ciemną materię, o której astronomowie myślą, że wypełnia nasz wszechświat, ale której nie widać.
Nie jest jasne, jak fizycy mogą testować te przewidywania. Ale być może niesprawiedliwe jest oczekiwanie takiego poziomu szczegółowości na tak wczesnym etapie. (Wolfram powiedział, że zaczął na poważnie pracować nad tym pomysłem dopiero w październiku ubiegłego roku.)
Portale społecznościowe
Ostatnim punktem, na który warto zwrócić uwagę, jest miejsce Wolframa w społeczności fizyków. Jest outsiderem. To nie powinno mieć znaczenia, ale ma.
Trwała krytyka Nowego rodzaju nauki polegała na tym, że nie uwzględniał on w wystarczającym stopniu wkładu innych osób pracujących w tej samej dziedzinie. Wrażenie to bez wątpienia miało szkodliwy wpływ na sposób, w jaki idee Wolframa były przyjmowane i jak się rozprzestrzeniały.
Czy tym razem będzie inaczej? Wiele będzie zależeć od jego interakcji ze społecznością. Dobrym początkiem byłaby formalna weryfikacja wzajemna. Wolfram poczynił pewne wysiłki, aby docenić przydatne dyskusje, które odbył z innymi fizykami. Również zawiera długą listę odniesień (chociaż mniej więcej jedna czwarta dotyczy jego własnej pracy lub jego firmy, Wolfram Research). W szczególności Wolfram docenia pracę Rogera Penrose’a nad kombinatoryczną czasoprzestrzenią we wczesnych latach 70., która wyprzedziła podejście Wolframa.
Czy ci się to podoba, czy nie, nauka jest przedsięwzięciem społecznym. Pomysły rozprzestrzeniają się w sieci, której węzłami są ludzie. A jeśli nie należysz do społeczności i aktywnie lekceważysz jej normy, nie powinno dziwić, że twoja praca jest ignorowana, współpraca nie rozwija się lub że trudno jest zdobyć fundusze. I podczas gdy prace teoretyczne, takie jak praca Wolframa, mogą się rozwijać przy minimalnym finansowaniu, prace eksperymentalne nie mogą. Praca Wolframa z pewnością skorzystałaby na szerokiej współpracy i rozwoju. To, czy to dostanie, zależy w dużej mierze od niego.
Teoria wszystkiego jest cały czas badania przez naukowców z całego świata.
