Image
Sort hull

Fysikere strever med å finne en teori som kan beskrive hva som skjer i et sort hull. Foto: NASA

Filosofer vil løse krisen i fysikken

Fysikere jakter på den revolusjonerende teorien som kan beskrive «alt». Da må man tenke på andre måter, mener filosof og forsker Karen Crowther.

Til tross for flere store fremskritt de siste årene, som det første foto av et sort hull i 2019 eller oppdagelsen av partikkelen Higgs-boson i 2012, ser fysikkfaget fortsatt utålmodig etter én ny revolusjonerende teori.

Karen Crowther
Karen Crowther forsker på fysikkens filosofi. Foto: UiO

I 1915 presenterte Albert Einstein den generelle relativitetsteorien. På starten av 1970-tallet ble kvantefysikken fullendt, med den såkalte standardmodellen som beskriver alle grunnleggende partikler og vekselvirkninger – unntatt tyngdekraft.

– Nå leter fysikerne etter en teori som kan kombinere disse to og dermed beskrive alt. De prøver å utvikle en kvantegravitasjonsteori, sier Karen Crowther.

Hun er vitenskapsfilosof ved Senter for filosofi og vitenskap ved Universitetet i Oslo. Hun har fordypet seg i fysikkens filosofi og har ambisjoner om å hjelpe fysikerne med å løse deres store krise.

LES MER: "Gudepartikkelen" higgs er ikke lenger like mystisk 

Fra fysikk til filosofi

Det begynte med formler, X-er, kvadratrøtter og lover.

– Som fysikkstudent ble jeg forført av harmoniske ligninger og teorier som svært korrekt kunne forutse ting. Men da jeg fordypet meg videre, innså jeg at det er mange ubesvarte spørsmål og at mange av teoriene er ufullstendige. Det plaget meg.

Heldigvis pekte en oppmerksom lærer Crowther i retning vitenskapsfilosofi.

– Det er stor forskjell på å kalkulere, som man gjør i fysikk, og kritisk tenking, som er det viktigste i filosofi, sier hun.

I de fleste fagfelt er det lett å la seg fange i fagets egne regler, og mange forskere blir oppslukt av de spesifikke utfordringene de har foran seg. Kanskje burde de ta et skritt tilbake og se på problemstillingen på nytt? Her kommer vitenskapsfilosofien inn. Karen Crowther har valgt å gå løs på det store kvantegravitasjonsmysteriet med et kritisk blikk.

En teori for alt

– Vi trenger altså en teori som kan favne lærdommen fra både relativitetsteorien og kvantefysikken. Det er mange måter å gå frem på for å lete etter den, sier Crowther.

Vanligvis utvikler vi en teori for forklare noe vi står overfor, eller vi kommer frem til teorier gjennom eksperimenter. Når det gjelder kvantegravitasjon, er det motsatt.

– Vi snakker om innsiden av sorte hull, om Big Bang eller ekstremt små avstander og tidsrom. Det er størrelser som ikke gir mening for oss – vi kan ikke se dem eller skaffe data om dem. Da er jo spørsmålet hva vi skal med en sånn teori?

Crowther mener krisen vel så mye ligger i dette spørsmålet. Hun har forsket på kvantegravitasjonsteorien i flere år og er kritisk til å løsrive en ny teori fra virkeligheten.

– Når teoriene blir så abstrakte, blir spørsmålet heller hvordan verden ville sett ut dersom teorien stemte enn omvendt. Motivasjonen for å finne kvantegravitasjonsteorien er abstrakt og teoretisk. For meg fremstår krisen som at det ikke er klart hva teorien egentlig skal gjøre.

Da Einstein utviklet relativitetsteorien, var han på mange måter i samme situasjon som dagens fysikere. Han kjente på et teoretisk ubehag, ifølge Crowther.

– Einstein var også teoretisk motivert og hadde først ikke data han kunne basere relativitetsteorien på. Det var først senere den ble testet og man fant ut at teorien faktisk stemte.

LES MER: Også i biologien mener noen det er tid for storrengjøring og en ny "grunnlov": Gener er ikke alt – evolusjonen er mer nyansert enn mange tror

Ulike tilnærminger – samme problem

Ifølge Crowther jobber mange fysikere iherdig med å finne den nye teorien, men hun ser flere utfordringer i horisonten. Blant annet at forskerne er ulikt skolert og at de ikke snakker sammen.

– Enten jobber de med en ovenfra-og-ned-tilnærming, eller de tar utgangspunkt i en teori som allerede finnes. Hvilke valg du tar, avhenger av hvilken bakgrunn du har, sier hun.

Jobber du med høyenergipartikler og prinsipper fra kvantemekanikk, vil du antagelig ende med strengeteori. Starter du med den generelle relativitetsteorien, vil du insistere på å bruke den og prøve å legge til kvantemekanikken.

– Begge disse er godt etablerte utgangspunkt, og ingen stiller spørsmål ved at man som fysiker lener seg på en av disse teoriene. Men det er også mulig å jobbe andre veien – nedenfra og opp. Da handler det om å bygge oppover fra grunnleggende strukturer og se om det du finner kan matche teoriene.

Uansett hvordan man vrir og vender på det, mangler fysikerne dataene de trenger for å komme i mål.

– Kan ny teknologi løse dette?

– Teknologi vil helt klart hjelpe oss med mer nøyaktige beregninger, men det vil aldri bli nøyaktig nok. Vi vil aldri nærme oss de ekstremt små avstandene inne i de sorte hullene. Vi kan heller aldri simulere eller skape en så stor mengde energi som trengs for å bevege oss i så stor fart som behøves, selv ikke i den store partikkelakseleratoren Large Hadron Collider i CERN.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi: Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Nytt blikk på prinsipper og metoder

Crowther mener en løsning kan være å ta et langt skritt tilbake og stille spørsmål ved metodene og prinsippene som ligger til grunn.

– Alle er enige om de etablerte prinsippene, selv om de gjerne bruker dem forskjellig. Spørsmålet er om det kan begrense jakten på en ny teori.

Typiske prinsipper er, ifølge Crowther, at nye teorier ikke må bryte med gamle. Siden de gamle har fungert, må de nye bygge videre på dem. Et annet mønster mange følger, er at teoriene skal være elegante og harmoniske.

– Det finnes mange «vakre» teorier, i den forstand at de er harmoniske eller symmetriske. Siden dette har vært et trekk ved tidligere gode teorier, forventer mange at nye teorier skal være like vakre. Jeg tror vi er nødt til å kaste slike antagelser på båten hvis det skal være mulig å komme frem til noe helt nytt.

Crowther er også kritisk til at en ny teori skal kunne brukes på flere områder enn til det den er laget for.  

– En teori er et verktøy, du må bruke det til det det er ment for, slår hun fast.

– Ikke ta noe for gitt!

Crowther jobber tett med fysikere. Hun mener det er helt nødvendig for vitenskapsfilosofer å være tett koblet på forskere i fagene de jobber med. Med hennes bidrag kan fysikerne komme nærmere svaret, mener hun.

– Jeg prøver å bidra til å besvare spørsmål. Både de store, som hva som foregår i universet og hva som er kjernen til materien i tid og rom. Men også de grunnleggende, som hva vi tar for gitt når vi prøver å forstå virkeligheten.

Vitenskapsfilosofi er systematiske filosofiske studier av ulike vitenskaper og tar særlig for seg metoder og etikk.

Senter for filosofi og vitenskap er en forsknings- og utdanningssatsing ved Det humanistiske fakultet. Forskningen ved senteret ligger i skjæringspunktet mellom humaniora og naturvitenskapene.

Artikkelen ble først publisert på nettsidene til Det humanistiske fakultet

Etter at denne artikkelen ble publisert, spurte vi tre fysikkprofessorer om hva de tenker om «krisen». Her kan du lese hva de svarte: – Nei, det er ingen krise i fysikken

Les mer på Titan.uio.no: