Τι έχει να πει σήμερα η φιλοσοφία στον διάλογό της με τις θετικές επιστήμες;

Αυτή η ομιλία μου σήμερα θα είναι μια ομιλία για το τίποτε, για το κενό. Ως μαθηματικός φυσικός, περνάω πολύ χρόνο στοχαζόμενος για το κενό, το τίποτα. Κυριολεκτικά. Το ερώτημα γιατί υπάρχει «κάτι» αντί για «τίποτα» με κρατά πραγματικά ξύπνιο πολλές νύχτες – αλλά παρηγοριέμαι από το γεγονός ότι οι στοχαστές έχουν παλέψει με αυτό το θέμα για όσο διάστημα υπήρχαν στοχαστές να παλέψουν μαζί του. Το να γνωρίζω την πιθανή ματαιότητα του όλου εγχειρήματος δεν αρκεί για να αποτρέψει το μυαλό μου από το να κατέβει σε αυτό το λαγούμι (rabbit hole) και δεν νομίζω ότι είμαι ο μόνος στον πλανήτη που το κάνει.

Προτού μπορέσουμε να μπούμε στο εάν ή πώς κάτι μπορεί να προέρχεται από το τίποτα, πρέπει να κάνουμε ένα βήμα πίσω και να μιλήσουμε για το "κενό", το «τίποτα» με μεγαλύτερη ακρίβεια. Όταν διδάσκω κάποιο μάθημα που εμπεριέχει την έννοια του κενού, πχ Κβαντική φυσική, περνάμε μια ολόκληρη εβδομάδα μιλώντας για το κενό, το τίποτα. Και είμαι βέβαιος ότι υπάρχουν πολλοί κυνικοί ανάμεσα στο ακροατήριο που αμφισβητούν τη χρησιμότητα των χρημάτων που δίδουν για δίδακτρα! Ωστόσο, το θέμα είναι ότι υπάρχουν διαφορετικοί τύποι του τίποτα. Πολλές κατηγορίες του τίποτα έχουν επεξηγηθεί σε ακαδημαϊκές συζητήσεις, αλλά σήμερα, εδώ, θα περιοριστώ σε τρεις βασικούς τύπους:

Κενό Τύπου 1. Ο πιο τετριμμένος τύπος του τίποτα σε αυτό το σχήμα είναι ο τύπος 1, που υποψιάζομαι ότι πολλοί άνθρωποι αρχίζουν να αντιλαμβάνονται όταν σκέφτονται το «τίποτα». Σε αυτήν την περίπτωση, έχουμε μόνο ένα σύμπαν, μόνο τον χωροχρόνο, "με το κλειδί στο χέρι", έτοιμο για να μετακομίσουν οι κάτοικοι, αλλά απλά δεν υπάρχει τίποτα σε αυτό – ούτε ύλη, ούτε ενέργεια και κανένα πεδίο δύναμης. Για να είμαστε σαφείς, δεν μπορούμε να επιτύχουμε αυτό το είδος του τίποτα σε ένα εργαστήριο: ακόμη και στους πιο ακραίους θαλάμους υπερκενού, εξακολουθούν να υπάρχουν πεδία που διαπερνούν το χώρο που δεν μπορούμε να αποφύγουμε (τουλάχιστον όχι ακόμα).

Κενό Τύπου 2. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν έχουμε καν το ύφασμα του χωροχρόνου. Σε μια αναλογία ακίνητης περιουσίας, θα ήταν σαν να έχεις άδεια για να χτίσεις ένα σπίτι αλλά να μην έχεις ακόμη τη γη στην οποία να το χτίσεις. Υπάρχει, ωστόσο, ένα ολόκληρο χάος χωροταξικών κανονισμών που καθορίζουν τι μπορεί να γίνει. Αυτός ο τύπος του τίποτα δεν έχει πλέον «πράγματα» μέσα του ή μια αρένα στην οποία θα μπορούσαν να υπάρχουν πράγματα, αλλά έχει υποκείμενους νόμους που πληροφορούν τι θα μπορούσε ενδεχομένως να υπάρχει.

Αυτό το είδος του τίποτα εγείρει απροκάλυπτα το ερώτημα: πού βρίσκονται αυτοί οι νόμοι αν δεν έχουν ένα σύμπαν για να κατοικήσουν; Μπορεί κανείς να φανταστεί μια ανώτερη δύναμη στο πλαίσιο του τύπου 2 τίποτα, που μπορεί να καθορίσει τι είναι και τι δεν είναι δυνατό - με άλλα λόγια, οι νόμοι που διέπουν το σύμπαν κατοικούν μαζί της. Αυτή είναι, πράγματι, η οπτική γωνία πολλών θεολογιών και μπορεί κάλλιστα να είναι σωστή από όσα γνωρίζω. Αλλά αν αυτή η οπτική γωνία είναι όντως σωστή, τότε το μόνο που καταφέραμε είναι να κλωτσήσουμε παρακάτω στον δρόμο το "φιλοσοφικό τενεκεδένιο κουτάκι" – ακόμη και μια ανώτερη δύναμη είναι «κάτι», οπότε έχουμε ακόμα κάτι αντί για τίποτα.

Κενό Τύπου 3. Ο πιο ακραίος τύπος του τίποτα είναι ο τύπος 3: χωρίς πράγματα, χωρίς ενέργεια, χωρίς ύλη, χωρίς πεδία, χωρίς αρένα-χωροχρόνο και χωρίς υποκείμενο πλαίσιο ή σύνολο νόμων. Είναι πραγματικά ένα πλήρες και απόλυτο κενό που αψηφά τη γλώσσα – ακόμα και αν το αποκαλούμε «κενό» μπορεί να υποδηλώνει ότι υπάρχει κάτι που είναι κενό. Αυτό το είδος του τίποτα είναι το πιο δύσκολο να συμβιβαστεί με το γεγονός ότι για παράδειγμα υπάρχει τώρα (αποδεδειγμένα) κάτι για να φτιάξουμε για δείπνο. Σε αυτό το είδος του τίποτα, δεν είναι ξεκάθαρο ότι υπάρχει χώρος για μια ανώτερη δύναμη – γιατί αυτό πλέον δεν θα ήταν τίποτα.

Θέλω να σταματήσω εδώ και να αναφέρω ένα περίεργο χαρακτηριστικό του παρατηρήσιμου σύμπαντος, το σύμπαν γεμάτο «κάτι». Ας φανταστούμε για μια στιγμή ότι θέλετε να αγοράσετε ένα αυτοκίνητο, αλλά δεν έχετε χρήματα. Ένας πολύ ευγενικός και γενναιόδωρος φίλος σας δανείζει τα χρήματα χωρίς τόκο και αγοράζετε το αυτοκίνητο. Τώρα το έχεις, αλλά χρωστάς στον φίλο σου ακριβώς το χρηματικό ποσό που αξίζει το αυτοκίνητο. Έτσι, με μια πολύ πραγματική έννοια, η καθαρή σας αξία είναι μηδενική. Αποδεικνύεται ότι το σύμπαν βρίσκεται σε παρόμοια κατάσταση.

Η «καθαρή αξία» του παρατηρήσιμου σύμπαντος φαίνεται να είναι ουσιαστικά μηδενική ή όσο πιο κοντά στο μηδέν μπορούμε να προσδιορίσουμε. Μπορούμε να υπολογίσουμε ολόκληρη τη μάζα και την ενέργεια του παρατηρήσιμου σύμπαντος –που είναι θετική– και μπορούμε να εκτιμήσουμε ολόκληρη τη βαρυτική δυναμική ενέργεια του σύμπαντος –που είναι αρνητική– και αυτά τα δύο φαίνεται να ακυρώνουν το ένα το άλλο. Εάν το σύμπαν έχει μια καθαρή αξία από το τίποτα, τότε αντί να ρωτάμε, «Γιατί έχουμε κάτι αντί για τίποτα;», το ερώτημα γίνεται, «Ποιος ήταν ο μηχανισμός για το δάνειο που επέτρεψε στο σύμπαν να δημιουργηθεί;».

Η γενική τακτική που έχουν χρησιμοποιήσει εδώ οι επιστήμονες είναι να εξετάζουν τη φυσική του σύμπαντος όπως την καταλαβαίνουμε και να προσπαθούν να προεκτείνουν τις πιθανότητες που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ένα τέτοιο δάνειο. Οι επιλογές περιλαμβάνουν κβαντικές διακυμάνσεις, εκπυρωτικά σενάρια, κοσμολογίες βράνων, κοσμολογίες μαύρης τρύπας, κυκλικές διαστολές και συστολές σαν το πρόσφατο μοντέλο Penrose με τους "αιώνες" αλλά και το μοντέλο «σύμπαν χωρίς σύνορο» που πρότειναν οι φυσικοί Stephen Hawking και James Hartle, πολυσυμπαντικές κοσμολογίες, κοσμολογίες πολλαπλών κόσμων, για να αναφέρουμε τις πιο σημαντικές πέρα από την κρατούσα κοσμολογία, την λεγόμενη λ CDM μεγάλη έκρηξη. Σημειωτέον, ωστόσο, καμία από αυτές τις επιλογές δεν μας οδηγεί σε ένα είδος 3 του τίποτα. Στην πραγματικότητα, κανένα από αυτά δεν επιτυγχάνει ούτε τίποτα τύπου 2! (Περισσότερες λεπτομέρειες επ' αυτού στο Παράρτημα που απευθύνεται στους ειδικούς).

Φυσικά, υπάρχει επίσης το επιχείρημα ότι το «κάτι» είναι η φυσική κατάσταση αντί για το «τίποτα», και πρέπει απλώς να το αποδεχτούμε. Ωστόσο, για μένα, αυτό έχει μια αίσθηση ότι ισχύει "ακριβώς επειδή το είπα" που δεν περνάει την επιστημολογική κρίση - για να μην αναφέρουμε τις ερωτήσεις που προκαλεί όπως πχ, "Γιατί αυτό το συγκεκριμένο είδος και ποσότητα του "κάτι" και όχι κάτι άλλο;"

Είναι ξεκάθαρο ότι εδώ βρισκόμαστε στα σύνορα της επιστήμης. Όχι μόνο έχουμε φτάσει στην φυσική του επιστημονικώς αχαρτογράφητου και δυνητικά μη χαρτογραφήσιμου, αλλά καταλήγουμε να μπλέκουμε σε φιλοσοφικά ερωτήματα. Είναι σαφές για μένα ότι η δική μου διάνοια δεν ανταποκρίνεται στην πρόκληση αυτή – υπάρχει ένα εγγενές πρόβλημα ενσωματωμένο στην άπειρη παλινδρόμηση που συναντάμε εδώ και δεν έχει καμία προφανή λύση για την οποία μπορώ να πείσω τον εαυτό μου. Για αυτόν τον λόγο, μπαίνω συχνά στον πειρασμό να τοποθετήσω αυτό το θέμα ως πέρα ​​από την ανθρώπινη κατανόηση, και ως εκ τούτου στη σφαίρα του υπερφυσικού.

Τότε μια άλλη φωνή στο μυαλό μου μιλάει για να μου υπενθυμίσει ότι επειδή δεν καταλαβαίνω κάτι, δεν σημαίνει ότι δεν είναι κατανοητό.

Εδώ είμαστε με τον περιορισμένο ανθρώπινο εγκέφαλό μας. Αυτή είναι μια καλή στιγμή για να υπενθυμίσουμε στον εαυτό μας το επιχείρημα «Ο Θεός των κενών». Απλοποιημένα, αυτό το επιχείρημα λέει: «Αν δεν καταλαβαίνω κάτι, πρέπει να οφείλεται σε ένα υπερφυσικό ον». Ο Θεός συμπληρώνει τα κενά του ανθρώπινου ορθολογισμού. Φυσικά, αξίζει να έχουμε κατά νου ότι ισχύει και το αντίστροφο: το ότι πιστεύουμε ότι καταλαβαίνουμε κάτι δεν σημαίνει ότι δεν είναι υπερφυσικό!

Ο αείμνηστος συγγραφέας και μελλοντολόγος Arthur C. Clarke είχε τρία ρητά που σχηματοποίησαν τη σκέψη του, γνωστά τώρα ως τρεις νόμοι του Clarke. Αυτοί οι νόμοι μου έρχονται συχνά στο μυαλό όταν σκέφτομαι το αίνιγμα "κάτι από το τίποτα":

1.Όταν ένας διακεκριμένος αλλά ηλικιωμένος επιστήμονας δηλώνει ότι κάτι είναι δυνατό, έχει σχεδόν σίγουρα δίκιο. Όταν [δηλώνει] ότι κάτι είναι αδύνατο, [είναι] πολύ πιθανό να κάνει λάθος.
2.Ο μόνος τρόπος για να ανακαλύψεις τα όρια του δυνατού είναι να τα ξεπεράσεις λίγο μπαίνοντας μέσα στο αδύνατο.
3.Οποιαδήποτε αρκετά προηγμένη τεχνολογία δεν διακρίνεται από τη μαγεία.

Νομίζω ότι καλό θα ήταν να έχουμε υπόψη μας αυτούς τους νόμους καθώς αναλογιζόμαστε γιατί έχουμε κάτι αντί για τίποτα, και οι επιστήμονες δεν πρέπει να "ξεκρεμαστούν από το αγκίστρι" μόνο και μόνο επειδή η σημερινή επιστήμη δεν ανταποκρίνεται στην πρόκληση. Η ίδια η επιστήμη μας οδήγησε στον γκρεμό του μεγαλύτερου ίσως υπαρξιακού μυστηρίου, που έχει ωθήσει την ανθρώπινη σκέψη και πεποίθηση για αμέτρητες γενιές.

Σίγουρα, το να σκεφτόμαστε γιατί έχουμε κάτι αντί για τίποτα, μας φέρνει στα εξωτερικά όρια αυτού που είναι επί του παρόντος (και πιθανώς πάντα) προσβάσιμο στην επιστήμη. Στην πραγματικότητα, στο σύμπαν, για την χρονική περίοδο νωρίτερα από τον χρόνο Planck των 10^(-43) δευτερολέπτων μετά τη δημιουργία του σύμπαντος – όταν έχουμε ήδη κάτι, όσο περίεργο και μικρό – η τρέχουσα κατανόησή μας για τη φυσική καταρρέει. Σε ακόμη προηγούμενες εποχές, που είναι απρόσιτες από την εμπειρική έρευνα, οι υποθέσεις μας βρίσκονται ακριβώς στη σφαίρα της φιλοσοφίας και της θεολογίας και, υποψιάζομαι, είναι πιθανό να παραμείνουν έτσι στο ορατό μέλλον.

Τούτου λεχθέντος, ποτέ δεν ξέρουμε πότε μια νέα ανακάλυψη θα μπορούσε να σπάσει ένα εμπόδιο που νομίζαμε ότι είχαμε, και μπορεί κάλλιστα να υπάρχουν πτυχές του μυστηρίου κάτι από το τίποτα που θα είναι προσβάσιμες στην εμπειρική έρευνα του μέλλοντος.

Παράρτημα (για τους ειδικούς)

Πριν λίγους μήνες, η περίφημη Βασιλική Εταιρία (είναι η Ακαδημία Επιστημών της Αγγλίας που ιδρύθηκε από τον Νεύτωνα και είναι η παλαιότερη Εθνική Ακαδημία Επιστημών Παγκοσμίως)  έστειλε ένα ερωτηματολόγιο σε κάποιους επιλεγμένους επιστήμονες ανά τον κόσμο που αφορούσε το μέλλον της επιστήμης, της τέχνης και το μέλλον των ανθρωπίνων ιδεών γενικότερα. Μεταξύ άλλων υπήρχε και η παρακάτω ερώτηση:  Αν επρόκειτο να καταστραφούν όλα τα βιβλία που υπάρχουν στη γη και μπορούσαν να διασωθούν μόνο 3 σελίδες Α4, (3 σελίδες, όχι 3 ολόκληρα βιβλία) τι νομίζετε ότι θα άξιζε πιο πολύ από όλα τα γραπτά κείμενα του ανθρώπου να διασωθεί? Η δική μου απάντηση ήταν: 1. Η παραβολή του Ασώτου από την Καινή Διαθήκη, 2. Η Λαγκρανζιανή πυκνότητα του καθιερωμένου προτύπου που περιλαμβάνει όλη την επιστημονική γνώση της ανθρωπότητας μαζί με την εξίσωση ελαχιστοποίησης της αντίστοιχης δράσης και 3. το βασικό μοτίβο από τον ύμνο της χαράς στην 9η συμφωνία του Μπετόβεν.

Παραθέτω ως παράρτημα την Λαγκρανζιανή πυκνότητα του λεγόμενου "καθιερωμένου προτύπου". Χωράει σε μια σελίδα Α4. Αυτή η Λαγκρανζιανή πυκνότητα μαζί με την εξίσωση δS = 0 που υποδηλώνει ότι η δράση της Λαγκρανζιανής πυκνότητας ολοκληρωμένη στον 4διάστατο χωροχρόνο είναι στάσιμη περιγράφουν όλη την γνώση της ανθρωπότητας μέχρι σήμερα για τον κόσμο μας. Εξηγεί πως συμπεριφέρονται τα υποατομικά σωματίδια που συγκρούονται στους επιταχυντές στο CERN, πως γίνονται οι χημικές αντιδράσεις, πως λειτουργεί το ανθρώπινο σώμα, πως προκύπτουν τα μετεωρολογικά φαινόμενα, πως πετάνε τα αεροπλάνα, πως λειτουργούν τα κινητά τηλέφωνα και το διαδίκτυο, πως λειτουργούν οι υπολογιστές, πως παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα, πως κινούνται οι πλανήτες, πως εξελίσσεται το σύμπαν και πως κινούνται τα αστέρια και οι γαλαξίες, πως σχηματίζονται οι αστέρες νετρονίων και οι μαύρες τρύπες κοκ. Όλη η γνώση της ανθρωπότητας μέχρι τώρα περικλείεται σε αυτή τη σελίδα και στην εξίσωση της στατικής δράσης. Πραγματικά εκπληκτικό το πως μπορούν τα μαθηματικά να περιγράψουν με σαφήνεια και οικονομικό τρόπο την φύση σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε μέχρι στιγμής

Με την ορολογία των σύγχρονων μαθηματικών η παραπάνω Λαγκρανζιανή πυκνότητα είναι ένα «ρεύμα de Rham», ένας «συν-κύκλος». Αυτή με ένα 4πλό ολοκλήρωμα πρέπει να ολοκληρωθεί σε ένα χωρίο 4 διαστάσεων, σε έναν «κύκλο», που είναι ο χωροχρόνος για να δώσει την Λαγκρανζιανή δράση. Η Λαγκρανζιανή δράση δεν είναι συνάρτηση αλλά συναρτησοειδές (γενικευμένη συνάρτηση). Η συνθήκη της στατικότητας της δράσης δS = 0 αποτελεί μια εξίσωση συναρτησοειδών που υποδηλώνει ότι η πρώτη συναρτησιακή παράγωγος του συναρτησοειδούς της δράσης είναι μηδέν. Από τα μέχρι στιγμής δεδομένα και όσα είναι γνωστά στην ανθρωπότητα, οι εξισώσεις που υπακούει η φύση στο σύνολό της, από το πιο μικρό (υποατομική κλίμακα) ως το πιο μεγάλο (γαλαξίες και ολόκληρο το σύμπαν) είναι αυτές που ελαχιστοποιούν την παραπάνω δράση.