null (Illustrasjon: Wikimedia Commons/The Scientific Monthly/www.colourbox.no)
null (Illustrasjon: Wikimedia Commons/The Scientific Monthly/www.colourbox.no)

Under radaren: Monolittisk Einstein

Fysikere håper å finne den store forente teorien. Kanskje må de overlate letingen til monolittiske datakretser.

Publisert

To bilder av fysikeren står mot hverandre. Det ene er dyptenkeren som klarer å se helt nye helheter og sammenhenger, for så å konkretisere dem til praktiske forsøk som kan bryne seg mot virkeligheten.

Det andre er mureren som legger sin lille stein på fysikkens store byggverk, en arkitektur som vokser nedenfra, et kråkeslott av teoretiske tårn og spir.

I midt hode er det første bildet et portrett av Albert Einstein. Hans univers er eksotisk og uvant, men med en dyp og vakker indre sammenheng, så langt vi lekfolk kan forstå. Men den monolittiske helhetsforståelsen til Einstein hørte forrige århundre til.

Det andre bildet av fysikeren er nemlig fra det europeiske senteret for partikkefysikk, CERN i Cenéve. Dette bildet viser fysikere som små maur i gigantenes verden, ATLAS-detektoren til Large Hadron Collider. Her er det samarbeid som bygger forståelse.

Deprimerende forutsigbart

For noen dager siden fikk jeg møte talskvinnen og prosjektkoordinatoren bak ATLAS, Fabiola Gianotti. Sommeren 2012 stod Gianotti på podiet i CERN, og et nettpublikum på rundt en milliard fulgte henne.

Med hodet bankende av akutt tannverk og etter måneders hardt arbeid kunne hun fortelle at resultatene fra ATLAS og andre detektorer var entydige: Higgs-bosonet var funnet. Higgsbosonet er indirekte ansvarlig for at alle andre elementærpartikler har masse.  Den ble postulert allerede i 1964 av blant andre den britiske fysikeren Peter Higgs. Nå er den altså funnet, femti år seinere.

Fabiola Gianotti, i midten, venter på siste nytt om funnet av Higgs-bosonet i auditoriet i CERN, sammen med blant andre direktør for CERN, Rolf Heuer, ytterst til høyre. (Foto: Denis Balibouse/NTB Scanpix)
Fabiola Gianotti, i midten, venter på siste nytt om funnet av Higgs-bosonet i auditoriet i CERN, sammen med blant andre direktør for CERN, Rolf Heuer, ytterst til høyre. (Foto: Denis Balibouse/NTB Scanpix)

Gianotti strålte ut energi og intelligens. Som vanlig følte jeg meg dum, når jeg konfronterte henne med mine lekmannstanker: Selv om Higgbosonet er funnet, oppfører det seg så langt fysikerne kan se i dag, deprimerende forutsigbart. Fysikernes standardmodell blir ikke utfordret av dette funnet.

Denne modellen kan verken forklare den mystiske mørke materien som påvirker rotasjonen til fjerne galakser, eller den enda mer mystiske mørke energien, som får universet til å eksplodere raskere og raskere. Så hvorfor ser vi ingen ny fysikk, noe som kan bekrefte de eksotiske teoriene som kanskje kan forklare disse mysteriene, teorier om supersymmetri og superstrenger?

Ta i bruk alt for å forstå alt

Vær tålmodig, er Gianottis svar. Til våren starter Large Hadron Collider opp igjen. Da er den oppgradert til nesten dobbelt så kraftige kollisjoner mellom hydrogenkjerner, og da er håpet større om å se noe nytt og spennende.

Men hva om heller ikke denne høyere energien gir annet enn mer av det samme? Hva om vi måtte hatt en partikkelakselerator på størrelse med en galakse for å se noe nytt? Ja, jeg stilte det spørsmålet også til Gianotti, frekk som jeg var.

Og kanskje ville heller ikke galaksen være stor nok? Er det bare en måte å gjøre det ultimate eksperimentet på, det som skal forklare hele universet, nemlig å ta i bruk hele universet?

Gianotti svarte naturligvis negativt, og var profesjonelt optimistisk. Men en slik vill idé fører meg tilbake til svaret fra en informatiker jeg intervjuet for mange år siden. Jeg spurte ham om hva som skulle til for å simulere jorden til fullkommenhet. Jorden, svarte han.

Helt annerledes teorier?

Dette bringer oss over på forskjellen mellom en teori og virkeligheten. Teorien er stilisert virkelighet, destillert virkelighet. Teorien er kartet, virkeligheten er terrenget. Teori er menneskets svar på menneskets behov for å kategorisere, ordne, for å få kontroll over verden og sitt eget liv. Men teorien er ikke virkeligheten. Kartet er ikke terrenget.

Jeg prøvde å presse Gianotti:  Kan det tenkes at vi tegner kartet feil? Er det derfor vi fortsatt sliter med gåter som mørk materie og mørk energi?

Den stadig mer brilliante teoretiske tankegymnastikken som skal lage den store teorien om alt, resulterer i mange ørsmå dimensjoner krøllet sammen i strenger med supersymmetri, fenomener som aldri er påvist i forsøk.

Finnes det en helt annen måte å tegne et kart på, som lar oss navigere i landskapet på helt nye måter, som vi ennå ikke har fantasi til å forutsi? Nye måter, som skiller seg like mye fra dagens fysikk som fysikken skiller seg fra middelalderens skolastiske forsøk på å tolke naturen ut fra Bibelen?

Atomer som studerer atomer

Gianotti tror ikke det. Hun mener at kartet vil bli mer detaljert, men ikke helt annerledes. For henne er det de praktiske forsøkene som trumfer. Forsøkene er for henne selve fasiten, landskapet som landmåleren tråkker seg gjennom når han tegner kartet. Og landskapet er uforandret.

Jeg prøver videre: Kvantefysikken viser at illusjonen om den objektive forskeren som betrakter universet utenfra gjennom forsøkene sine, er i ferd med å avsløres. De små partiklene kan ha mange diffuse tilstander, men i det øyeblikk vi observerer dem, skvetter de inn på geledd. De påvirkes av forsøket.

For en lekmann er ikke dette så underlig. Forskeren er en del av universet, og samhandler med universet gjennom forsøkene. Satt på spissen: I eksperimentet er fysikeren en ansamling atomer som samhandler med atomer.

Murt inne av egne teorier

En geometrisk figur som består av et flerdimensjonalt rom projisert ned til en tredimensjonal modell. Slike modeller er en del av strengeteoriene. (Foto: (Illustrasjon: Lunch/Wikimedia Commons/ Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic licence))
En geometrisk figur som består av et flerdimensjonalt rom projisert ned til en tredimensjonal modell. Slike modeller er en del av strengeteoriene. (Foto: (Illustrasjon: Lunch/Wikimedia Commons/ Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic licence))

Men hva om det var andre måter å samhandle på? Andre måter for landmåleren å gå gjennom landskapet på? Hva om teoriene former eksperimentene, og eksperimentene former resultatene? Hva om svaret som forskeren får i skogen, avhenger av hva forskeren roper?

Dette var spørsmålet jeg ikke hadde åndsnærværelse nok til å stille Gianotti. Det gir mening når jeg ser plantegningene av Large Hadron Collider. Aldri har mennesker bygget noe så enormt, så komplekst, så kløktig uttenkt til minste detalj ut fra dagens teorier om hvordan verden er skrudd sammen.

Kanskje er det umulig i dag å tenke seg hvordan helt andre teorier kunne gitt helt andre eksperimenter, helt andre måter å samhandle med resten av verden på. Vitenskapens byggverk er så imponerende og nyttig for oss, og vokser så raskt med sine teoretiske spir og tanketårn at jeg noen ganger stiller meg spørsmålet: Er forskerne i ferd med å bli murt inne bak sine egne teorier?

For overveldende teorier

Er det i det hele tatt mulig å tenke seg en ny Einstein, som tenker så nytt og uvant? Det er riktig at han ikke laget et helt nytt kart over verden. Han utvidet Newtons verdensbilde, han avskaffet det ikke. Der følger jeg Gianotti. Men hvis vi bruker kartanalogien, så går det kanskje an å si at han projiserte det flate kartet ut på en tredimensjonal globus.

Er vi i stand til å gjøre et tilsvarende bevissthetsutvidende hopp ut av det flate landskapet til bildet av globusen i rommet, til en større oversikt? Eller er teoriene blitt for store, for intrikate, for overveldende til at selv de beste fysikere klarer å frigjøre seg fra dem og ta ett skritt tilbake?

Google Knowledge Vault

Tre nyhetsartikler har satt meg på sporet av hva som kan komme til å skje, kanskje ikke om fem år eller femti år, men om noen hundre eller tusen år fra nå.

Den første drømmer seg ikke langt fram i tid. Den forteller om noe som skjer allerede nå: Oppbyggingen av Googles nye kunnskapsbase, Google Knowledge Vault. Den henter selv inn enorme mengder fakta fra nettet, og ser mønstre der mønstermesteren selv, den menneskelige hjerne, bare ser kaos.

- Det kan bli mulig å bruke en kunnskapsbase så detaljert og bred for å lage nøyaktige forutsigelser basert på analyse, sier dataforskeren Fabian Suchanek i artikkelen fra New Scientist.

Klatrer i kunnskapspyramiden

Vitenskapsbloggeren Gideon Rosenblatt går lengre. Han spår at maskinene vil klatre stadig høyere på kunnskapspyramiden, fra data til informasjon til kunnskap til visdom. Han ser Googles kunnskapsbase som et trinn på denne pyramiden.

Menneske og maskin vil samarbeide om å utvikle innsikt videre, mener Rosenblatt. Men når de kunstige intelligensene har klatret høyt nok på kunnskapspyramiden, og mennesker ikke har mer å fortelle dem, vil de bli planetens nyeste, mest intelligente vesener.

Hva vil disse intelligensene finne ut om verden? Hvordan vil de interagere med den? Hvilke større perspektiver vil de kunne se, med hjerner som kan holde mange milliarder fakta i oppmerksomheten på en gang, mot menneskets bevisste evne til å holde på seks-sju?

Helhet i kaos

En tredje artikkel antyder et svar. Økologiprofessoren John Harte fra University of California, Berkeley, har utviklet en metode for å betrakte et økosystem ut fra termodynamiske teorier.

Teromodynamikken er blant annet teorien om hvordan nye egenskaper oppstår som en helhet, ut fra underliggende kompleksitet.

En tropisk regnskog inneholder trolig millioner arter av planter, dyr og mikroorganismer. Å kartlegge økosystemet ved å finne alle disse artene, blir som å finne temperaturen i vann ved å kartlegge bevegelsene til hvert enkelt vannmolekyl. (Foto: Pedro Jordano)
En tropisk regnskog inneholder trolig millioner arter av planter, dyr og mikroorganismer. Å kartlegge økosystemet ved å finne alle disse artene, blir som å finne temperaturen i vann ved å kartlegge bevegelsene til hvert enkelt vannmolekyl. (Foto: Pedro Jordano)


Et eksempel: Når du koker kaffe, varmer du vann i en kjele. Den økende varmen er resultatet av milliarder av vibrasjoner som blir kraftigere og kraftigere i vannmolekylene. Men du trenger ikke å kartlegge bevegelsen til hvert enkelt atom for å måle temperaturen. Temperaturen oppstår som en overordnet egenskap for systemet som helhet.

Harte måler ikke temperatur. Han måler artsmangfold. Og han gjør det uten å kartlegge hver enkelt dyreart i biotopen. Han tar stikkprøver fra små økosystemer, slik du stikker termometeret i vannet, og ser helheter i enorme biotoper uten å kjenne alle detaljer.

Monolittisk Einstein

Hva om den fysiske virkelighet er like rotete, like kaotisk som økosystemet i en tropisk regnskog?  I dag etterstreber fysikerne enklest mulige modeller, men er de overveldet av en kompleksitet som intet menneske, uansett hvor genialt det er, kan håpe å overskue?

I artikkelen på Quanta Magazine forteller Harte om hvordan økologer tradisjonelt har overvåket en blomstereng over tiår for å kartlegge alle artene og hvordan de utvikler seg. Har fysikerne det samme problemet i dag? Drukner de i detaljert kartlegging? Kan maskinenes enorme evne til mønstergjenkjenning, kombinert med nye innsikter lik den Harte har avdekket, men på høyere nivåer av kunnskapspyramiden, hjelpe fysikken videre til å få det neste store overblikket?

Metodene Harte bruker, kan kanskje bli til inspirasjon for framtidas monolittiske kretser, den digitale Einstein.

Lenker:

Google’s fact-checking bots build vast knowledge bank, New Scientist, 20. August 2014

When Machines Know: The Evolution of Knowledge and Artificial Intelligence, VitalEdge, bloggen til Gideon Rosenblat

The Thermodynamic Theory of Ecology, Quanta Magazine, 3. September 2014