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.

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.

Crowther 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.

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 for å lete etter den, sier Crowther.

Vanligvis utvikler vi en teori for å forklare noe vi står ovenfor, 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.

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, så 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 i CERN.

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 den til det den er ment for, slår hun fast.

Søker svar på grunnleggende spørsmål

Crowther jobber tett med fysikere. Hun mener det er helt nødvendig for vitenskapsfilosofer å være tett koblet på forskere i fagene de jobber med.

Hun mener at ved hjelp av hennes bidrag, så kan fysikerne komme nærmere svaret.

– 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, sier Karen Crowther.

Referanse:

Karen Crowther: Defining a crisis: the roles of principles in the search for a theory of quantum gravity. Synthese, 2018. (Sammendrag) Doi:10.1007/s11229-018-01970-4

Artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo

Universitetet i Oslo er én av 77 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Fikk du med deg disse artiklene fra Universitetet i Oslo?

Jobben hans er å lage flest mulig kollisjoner i Cern

Ny bit er lagt i puslespillet om Den store døden

Bipolar lidelse: Når livet svinger mellom dype depresjoner og manier