Det murrer litt i grunnvollene til fysikken. Rett som det er dukker det opp advarsler om at hele faget er i krise.
Det betyr ikke at den fysiske verden rundt oss er i ferd med å rase sammen. Problemet består i at forskere ennå ikke har klart å forene de to grunnleggende teoriene: Den generelle relativitetsteorien og det som kalles standardmodellen i partikkelfysikken.
Relativitetsteorien forteller hvordan tiden og rommet oppfører seg. Standardmodellen beskriver de aller minste partiklene – som kvarker, elektroner og fotoner – og hvordan de oppfører seg.
Hver for seg fungerer begge helt fint, men naturligvis er ikke fysikerne fornøyde før de klarer å koble dem sammen til en helhetlig teori. Regnestykket må gå opp for å fullende «teorien om alt».
Det har latt vente på seg.
Det stygge universet
– Den grunnleggende matematiske strukturen har ikke endret seg på 40 år, sa den tyske fysikeren Sabine Hossenfelder da hun i forrige uke besøkte Realfagsbiblioteket ved Universitetet i Oslo.
Hossenfelder mener noe av problemet er at mange forskere virker nærmest besatt av skjønnhet. En vakker teori er bedre enn en som kanskje ser litt stygg ut.
– Det fører til at de fokuserer på feil spørsmål, mener Hossenfelder, som forsker ved Frankfurt Institute for Advanced Studies.
Hun har skrevet boka som på engelsk har fått tittelen Lost In Math – How Beauty Leads Physics Astray. På hennes tyske morsmål heter den Das hässliche Universum som betyr «det stygge universet».
Lang historie
Koblingen mellom vitenskap og skjønnhet går flere hundre år tilbake, men den har endret seg, mener Hossenfelder.
– For Isaac Newton var skjønnheten i naturlovene et tegn på Guds inngripen, sier hun.
Senere ble skjønnheten en bonus ved det vitenskapelige arbeidet. En bonus som også var drivkraften for forskeren selv.
På 1900-tallet begynte flere å se på skjønnheten som en veiviser. Vakker matematikk trumfet nærmest sannheten.
– Fysikerne begynte å tro at skjønnhet de mente de kunne se i en ligning, sa dem noe om sannhetsverdien til denne ligningen, sier Hossenfelder.
Hun henviser blant annet til nobelprisvinner Murray Gell-Mann som i en Ted-talk har sagt at «skjønnhet er et veldig effektivt kriterium for å velge den riktige teorien» – at det innenfor grunnleggende fysikk er mer sannsynlig at en vakker eller elegant teori er riktig enn en teori som er uelegant.
Hossenfelder mener dette er feil. Hun tror fysikere har en tendens til å huske vakre teorier som var vellykkede og glemme vakre teorier som ikke fungerte.
Hva er skjønnhet?
Så hva mener fysikere når de snakker om skjønnhet. Ifølge Hossenfelder handler det i hovedsak om enkelhet, naturlighet og eleganse.
– Det er helt greit å bruke disse kriteriene når du utvikler en teori eller setter opp en hypotese. Men da må du vurdere hvor vellykkede de er og finne ut om de faktisk virker.
– Folk har glemt at de var hypoteser i utgangspunktet, sier Hossenfelder.
Vakre teorier som ikke virket
På 1500-tallet var de sirkulære banene til de fem planetene i solsystemet utgangspunkt for de vakreste modeller og teorier. Men planetene beveger seg i ellipser, og det er flere enn fem.
– De trodde banene var sirkulære fordi sirkler var vakrere og mer perfekte.
– I dag er det ingen som tenker på dem som stygge selv om vi vet at de er elliptiske, sier Hossenfelder.
På slutten av 1800-tallet florerte teorier om at atomene egentlig var innfløkte og vakre knuter. Det var de ikke. Hossenfelder sender også et stikk til strengteorien og jakten på supersymmetri, som hun mener ikke har ført noe sted.
Stygge teorier som stemmer
Den tyske fysikeren trekker også fram fysiske sannheter som ikke først og fremst kjennetegnes ved skjønnhet.
– Mange synes kvantemekanikken til Niels Bohr er stygg, men den funker bra, sier Hossenfelder.
Retorisk spør hun: Virker det skjønne? Og svarer:
– Noen ganger ja, og andre ganger nei. Men det har ikke virket på 40 år.
– Vi må sette oss ned og spørre oss selv om vi heller burde gjøre noe annet. Det koster så mye å teste nye teorier at vi må være forsiktig når vi velger hvilke teorier vi skal teste.
– Før fysikerne prøver å løse et problem, må de forsikre seg om at det faktisk er et problem. Mangel på skjønnhet er ikke et problem, slår hun fast.
– Hossenfelder mangler nyanser
Forsker Anders Kvellestad ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo overvar Hossenfelders foredrag. Han er både enig og uenig.
– Først og fremst støtter jeg det jeg oppfatter som Hossenfelders grunntanke: at vi må holde et kritisk øye med praksisen i vårt eget fagfelt, sier han i en e-post til forskning.no.
Men Kvellestad mener den tyske fysikeren kunne vært mer nyansert. Selv jobber han med supersymmetri og mener det er altfor tidlig å slå fast at dette ikke har noe for seg.
– At alle prediksjoner om supersymmetri basert på «naturlighet» er avvist, slik Hossenfelder sier, mener jeg er en feilaktig beskrivelse av fagfeltet vårt, sier Kvellestad.
Han har nettopp vært med på å offentliggjøre en ny studie av en rekke datasett fra Large Hadron Collider ved Cern. De konkluderer med at en supersymmetrisk modell, som er «naturlig», stemmer bedre med disse datasettene enn det Standardmodellen gjør.
– Igjen fremstår Hossenfelders analyse heller unyansert, sier Kvellestad til forskning.no.
Han mistenker at Hossenfelder og han selv har ganske ulikt syn på fysikkforskning. Kvellestad gir gjerne plass til litt subjektivitet, for eksempel i form av skjønnheten.
– Hossenfelder synes å mene at et fysikkresonnement som inneholder et subjektivt element, er nær verdiløst. Selv tenker jeg på naturvitenskapelig forskning som en form for resonnering basert på usikre antakelser.
– Når denne usikkerheten har et element av subjektivitet, så er det uunngåelig at vi finner spor av denne subjektiviteten også innen teoretisk fysikk. Dette subjektive elementet er ikke noe vi kan velge bort kun fordi vi ikke liker det, sier Kvellestad.
– Dårlig metode
Hossenfelder er ikke spesielt lydhør overfor innsigelsene. Hun spør seg heller hvorfor fysikere fortsetter med skjønnhetsdyrkelsen.
Hun mener det blant annet er fordi det har blitt en akseptert praksis. Og fordi forskere kan ha en tendens til å legge mest vekt på det som bekrefter teorien, såkalt confirmation bias.
Dette er ikke spesielt for fysikken, det er noe som rammer andre vitenskaper og oss alle sammen hele tiden.
– Forskere må ta inn over seg hvordan det å være del av en gruppe påvirker dømmekraften, sier Hossenfelder.
Vurderingen av en vitenskapelig hypotese krever objektiv dømmekraft.
– Å bruke skjønnhet som rettesnor er dårlig vitenskapelig metode.
– Dårlige metoder kan bli aksepterte normer dersom mange nok forsikrer hverandre om at de gjør det rette, sier Hossenfelder.
