Teoretisk Fysikk, Vitenskapelig Metode og Skade utført

Vitenskapen skal ikke være rask, men når fremdriftene går opp, kan det faktisk føle at funnets tempo svekker seg - spesielt når det gjelder fysikk. Fordi det har blitt vanlig for fysikere å utvikle teorier som ingen eksisterende teknologi kan teste, har fysikkopplæringen gått etter studiet - i hvilken grad det er mulig - allokering av ressurser til eksperimentering har blitt vanskelig.

Plakatbarnet (hvem kjøper denne plakaten?) For forsinkelsen mellom teori og eksperiment er strengteori, som ikke er bestått, men som noen eksperter sier kanskje ikke kan testes i det hele tatt. For forskere, som kan hevde suksess bevise eller disprove hypoteser, er dette verste fallet. Det er derfor forskere snakker det: I forrige uke samlet en kadre fysikere og filosofer i München for å diskutere dette problemet på en konferanse som heter "Hvorfor stole på en teori?".

Ting ble overraskende oppvarmet.

En av konferansearrangørene, Richard Dawid, hevder at fysikere kan bekrefte en teori uten eksperiment ved å tiltale for eksempel sin forklarende kraft, dens interne konsistens eller fraværet av levedyktige konkurrenter. Du vil ikke bli overrasket over å lære at andre er uenige. George Ellis og Joe Silk publiserte en kommentar i Natur kalt "Forsvar fysikkets integritet", der de hevdet at Davids tilnærming undergraver de fysiske fagene. Den eneste måten å teste en teori på, sier de, er å sette den til å eksperimentere.

Sabine Hossenfelder, forsker ved Frankfurt Institute for Advanced Studies og blogger bak Backreaction, er enig med Ellis and Silk. Hossenfelder arbeider i kvantum gravitation fenomenologi, noe som betyr at hun ser etter eksperimentelt testbare prediksjoner av kvantum tyngdekraften teorier. Omvendt snakket med henne om teorier, eksperimenter og hvordan å få fysikk ut av ugresset og tilbake på sporet.

Du har vært veldig vokal om å kritisere et nylig eksperiment, Fermilabs Holometer, med den begrunnelse at eksperimentet ikke ble støttet av teori, at vi visste at tiden før eksperimentet ikke fant noe. Hva er det rette forholdet mellom teori og eksperiment?

Problemet er følgende: Jeg jobber i kvantumgravitasjon, det meste som er et av feltene i fysikk som jeg vil kalle grunnleggende fysikk. Dette er områdene som er opptatt av romtidsstrukturen, hva er det som er laget av, og hva er opprinnelsen til universet. Og det som skjedde i forrige århundre, ikke så overraskende, er at alle de enkle tingene har blitt gjort.

Men det er virkelig her, hvor du vil skyve grensene til teoriene dine, hvor trøbbel er akkurat nå. Fordi det som skjedde er at du får dette store gapet mellom eksperiment og teori. Teoretikerne har mye frihet og eksperimentellene vet egentlig ikke hva de skal gjøre. Så hvordan gjør du fremgang i et område som dette?

Vel, du må være veldig klar over hvor mye du kan stole på teorien din, fordi du trenger teorien for å fortelle eksperimentisten hvor du skal se. Du trenger teorien for å identifisere de mest lovende tester. Fordi da må vi investere mye penger og bygge noen eksperimenter som kan ta flere tiår.

Så hvor kommer Holometer inn? Vel, du kan spørre det samme om Holometeret: Var det lovende å gjøre dette eksperimentet fordi vi stolte på noen teori om at vi kunne finne noe med det? Og svaret er: Nei, det var ingen indikasjon overhodet.

Nå kostet dette eksperimentet ikke milliarder. Min forståelse er at det først og fremst handler om å øke presisjonen mulig i slike målinger, og det er en prestasjon i seg selv. Jeg har ikke noe problem med det. Men ideen om at du med dette kunne teste kvantumgravitasjon var fra begynnelsen, og alle som jobbet med kvantumgravitasjonsfenomenologi visste dette.

Det virker som den idealiserte prosessen med peer review eller den idealiserte prosessen med å vette vitenskapelige eksperimenter ville forhindre at slike ting skjer i en perfekt verden.

Ja, i en perfekt verden. Men i virkeligheten skjer det alltid skitt. Likevel er peer review det beste vi har. Jeg sier ikke at det er noe galt med peer review, jeg sier at problemene med peer review er organisatoriske problemer. De kunne i prinsippet bli løst. Peer review er fortsatt en god ting som driver vitenskap, fordi det er det eneste kriteriet vi har - annet enn naturens natur selvfølgelig. Men når det gjelder teoriutvikling - før naturen har dømt henne - er peer review den eneste måten du kan sortere det gode fra det dårlige. Når det gjelder å utvikle en ny teori, må du spørre eksperter, "Er denne teorien kompatibel med alt vi vet om naturen?"

Og når du snakker om eksperimenter som potensielt koster store hauger med penger, blir det enda viktigere.

Høyt, så med Hogan, det var Fermilab og de hadde sannsynligvis en eller annen grunn. Det er ikke mye penger. Men nå går han rundt og sier at vi har testet det holografiske prinsippet, som virkelig gjør meg grusomt, for egentlig har det ingenting å gjøre med kvantumvektighet. Fra mitt perspektiv skjuler det også et dårlig lys på hele feltet av fenomenologisk kvantvektighet, hvor folk faktisk prøver å teste disse tingene. Jeg jobbet på dette i lang tid, og nå prøver jeg å komme seg ut av det fordi jeg ikke kunne få finansiering. Så det er hvordan det fungerer for de gjennomsnittlige menneskene som meg.

Holometerproblemet lyder som en eksperimentalist uten teori. Men du har også det omvendte problemet i noen tilfeller, ikke nødvendigvis på grunn av manglende forsøk, men du har teoretikere uten klare eksperimentelle prospekter. Jeg tror du beskriver dette problemet som fysikere blir "tapt i matte". Skal jeg forstå deg riktig?

Man kunne tolke det på denne måten. Men det jeg refererer til med "tapte i matematikk" er mer dette: Fysikere har fokusert veldig sterkt på noen teoretiske muligheter når det gjelder kvantumgravitasjonsteori eller forening. Det er det samme med mørkt materiale. Og underveis har de kastet mange andre muligheter. Fysikere gjør mange forutsetninger som de bruker i teorien utvikling som de ikke eksplisitt skriver ned. Og disse får da "tapt i matte".

Det jeg mener med dette er at teoriutvelgelsen påvirkes av mange kriterier som ikke er eksplisitt anerkjent. Eksemplene i mitt sinn er de av naturlighet, enkelhet og skjønnhet. Dette er alle kriteriene som i praksis brukes, men da blir de omdannet til matematiske krav og folk glemmer at det var et valg, at de var hypoteser som du må teste.

Ta dette eksempelet på naturlighet. Argumentet er at det uansett teorien er, bør det ikke ha noen parametere som er enten veldig store eller svært små fordi det ikke virker naturlig. Jeg tror det er komplett tull.

Jeg mener, naturen bryr seg ikke om dine forventninger.

Ikke sant. Det er et godt poeng. Naturen bryr seg ikke om hva du finner vakkert. Hvorfor? Hvorfor skal naturvern? Når folk forteller meg, "Jeg liker denne teorien fordi den er så elegant," Jeg er som "Så hva?"

Med Holometer får vi år med dekning av noe som til slutt ikke sannsynligvis tester noe i det hele tatt. Likevel, fordi det har en så fengende premiss, vil journalister flocke til det. Hva kan vitenskapsjournalister gjøre for å tøffe seg litt og behandle vitenskapen mer som det egentlig er enn som denne slags fanciful TV-show?

I tilfelle av Holometeret ville det vært veldig enkelt, fordi jeg tror folk bare gjentok hva som var i pressemeldingen fra stedet som faktisk finansierte eksperimentet. Så hva forventer du? Forventer du at dette skal være objektivt? Jeg mener, i det minste bør du gå og spør noen fra feltet hva de tenker på dette eksperimentet. I dette tilfellet var det utrolig sløvt for journalister å gjenta dette.

Mer generelt tror jeg at det i enkelte tilfeller bare er vanskelig å virkelig finne ut hva forskerne sier. Det er veldig vanskelig for noen som ikke egentlig jobber med dette for å finne ut hva som er sant, hva er litt bøyd og hva er total nonsens.Men mye av dette er også drevet av press. Det er tidstrykk, og da må det selges, så du må komme opp med et stort overskrift.

Og det er hvordan vitenskapen i pressen morphs fra et sakte og gradvis fremgangende felt av kunnskap til denne tingen der gjennombruddene skjer hver annen dag, og vår grunnleggende forståelse av universet blir veltet hvert par måneder, så her er denne flotte historien om det. Ditt sinn er blåst.

Hodet har blitt blåst så mange ganger at jeg ikke vet hva jeg skal si om dette lenger.