Прогрес у фізиці залежить від правильних запитань

Фізика — наука, яка має на меті зрозуміти фундаментальну природу реальності та закони, що нею керують. Протягом століть фізики шукали теорію всього, всеосяжну концепцію, яка могла б об’єднати всі фізичні я вища у Всесвіті.

Однак практичний пошук такої теорії залишається на рівні адаптації математичних рівнянь чи проведення, м’яко кажучи, абстрактних експериментів. Річ у тому, що на фізичних кафедрах не дуже люблять. Звичайно, від них ніхто не вимагає цілісного розуміння, чим логічні візерунки Вітгеншиейна відрізняються від феноменологічного концептуалізму Гуссерля. Але саме філософська освіта дозволяє ставити правильні запитання та бути відкритим до нових перспектив.

На сьогодні базовий виклик у фізиці — примирення двох найуспішніших теорій 20 сторіччя: квантової механіки та загальної теорії відносності. Квантова механіка математично описує вірогідну поведінку матерії та енергії на найдрібніших масштабах, де частинки можуть існувати в суперпозиціях станів і переплітатися одна з одною на великих відстанях.

Своєю чергою, загальна теорія відносності концентрується на вивчанні простору і часу на найбільших масштабах, коли гравітація деформує і викривляє статичну, на перший погляд, тканину реальності.

Обидві теорії були детально протестовані та перевірені, але вони несумісні одна з одною в певних екстремальних ситуаціях, наприклад, при розгляді чорних дір або прописуванні сценаріїв раннього Всесвіту.

Багато фізиків намагалися знайти спосіб об’єднати квантову механіку і загальну теорію відносності в єдину теорію, часто шляхом введення нових понять або вимірів.

Серед найпопулярніших кандидатів на таку теорію — теорія струн, петльова квантова гравітація, каузальна динамічна тріангуляція та асимптотична безпека.

Однак жодна з цих теорій не була остаточно доведена або спростована експериментами чи спостереженнями. Мало того, деякі фізики стверджують, що ці теорії занадто складні або спеціальні, і вони не відповідають на глибші філософські питання про природу фізичної реальності.

Одне з таких питань: чому всесвіт має саме ті властивості, які він має? Наприклад, чому існує чотири фундаментальні сили, а не більше чи менше? Чому ці сили мають саме такі сили й діапазони? Чому існує три просторові виміри й один часовий? Чому час має напрямок? Чому працює квантова механіка?

Ці питання часто називають проблемою точного налаштування або проблемою природності, і вони кидають виклик нашому розумінню фізики та космології.

Деякі фізики запропонували можливі відповіді на ці питання, висуваючи на передній план антропний принцип, гіпотезу мультивсесвіту або голографічний принцип.

Зокрема антропний принцип стверджує, що Всесвіт має ті властивості, які він має, тому що вони необхідні для існування розумних спостерігачів, таких як ми.

Гіпотеза мультивсесвіту розповідає про існування багатьох інших всесвітів з різними властивостями. Відповідно до цієї точки зору, ми живемо лише в одному з них, придатному для фізіологічного життя.

Голографічний принцип фантазує на тему інформаційного вмісту області простору, пропорційний площі її поверхні, а не об’єму. А це означає, що наша тривимірна реальність — це проєкція більш низьковимірної альтернативної реальності.

Насправді всі ці рішення можна вважати суперечливими й спекулятивними, хоча й порушувати нові питання про їхню обґрунтованість і перевірку.

Деякі фізики навіть стверджують, що більшість сучасних рішень виходять за межі науки, для них вони метафізичні або філософські.

За їх логікою, фізика не повинна покладатися на неспостережувані сутності чи принципи, а спиратися лише на емпіричні докази та фальсифіковані передбачення. Питання тільки в тому, що ми не знаємо, що реально, а що математично. Та й сфальсифікувати можна тільки те, що вимірюється. А що робити, коли ми не розуміємо, що вимірювати, а доказати власну теорію ну дуже хочеться?

Вони також стверджують, що фізика не повинна відмовлятися від пошуку простої та елегантної теорії всього, а навпаки, продовжувати шукати нові підказки та інсайти.

Але дозвольте філософські зазначити, що теорія всього іноді нагадує теологію, посилаючись на дещо, що умовно називаємо “альфа”, або шукаємо аристотелівський першодвигун, відкрито збиваючись на космологічне виправдання божественного.

Особливі сподівання покладаються на гравітаційні хвилі. Тобто пульсації у просторі-часі, спричинені прискоренням мас, наприклад, зіткненням чорних дір або нейтронних зір. Існування таких астрономічних об’єктів було передбачено загальною теорією відносності Ейнштейна в 1916 році, але вперше були виявлені лише у 2015 році лазерним інтерферометром гравітаційно-хвильової обсерваторії (LIGO).

З того часу LIGO та інші детектори спостерігали десятки гравітаційних хвиль, відкриваючи нове вікно у Всесвіт.

Дійсно, гравітаційні хвилі можуть надати цінну інформацію про джерела, які їх генерують, наприклад, про їхні маси, спіни, відстані та орієнтації. Вони також можуть виявити нові явища, невидимі або недоступні для звичайних телескопів Злиття чорних дір або зіткнення нейтронних зір зі стандартного телескопа не постерігаєш.

Мало того, за допомогою гравітаційних хвиль перевіряється загальна теорія відносності. Особливо коли аналізуються екстремальні явища або їх модифікації. Так, гравітаційні хвилі обмежують швидкість гравітації, яка, згідно із ЗВТ, дорівнює швидкості світла. Вони також можуть перевірити, чи є гравітація квантованою, чи ні, шукаючи ознаки квантових флуктуацій або де когерентності.

До того ж гравітаційні хвилі, перед усім, пов’язані з темною матерією, темною енергією, інфляцією або сингулярністю. Уявляєте, що скажуть космологи, коли зрозуміють, як ТМ взаємодіє зі звичайною матерією або впливає на гравітаційне лінзування.

Вони також можуть пролити світло на темну енергію, вимірюючи її рівняння стану або її еволюцію з часом. Вони також можуть досліджувати інфляцію, виявляючи первинні гравітаційні хвилі, що генерувалися під час фази швидкого розширення раннього всесвіту.

І куди ми дінемося без сингулярності, спостерігаючи, що відбувається, коли чорні діри зіштовхуються або випаровуються.

Але всі ці всі можливості витікають з… філософського осмислення фізичної природи “реальності”.

І якщо філософія, навіть гносеологія, не стануть методологічним обмеженням фізики, ми все одно будемо шукати фантасмагоричну теорію всього — а разом вигадані рівняння вигаданих речей.

Треба вміти правильно ставити питання. Або спочатку переосмислити основні поняття фізики. Бо, як казав свого часу Гегель, спочатку треба визначитися з категоріями, а потім вже братися до теорії. Фізичної, зокрема.