A sekély magyarázatoktól a minden elméletéig

Philip Gosse 19. századi angol természetbúvár azt vetette fel, hogy a Föld látszólagos régisége meg a Bibliában olvashatóak közötti ellentétet azzal lehetne feloldani, ha feltételeznénk, hogy a kövületek valójában nem ősmaradványok, hanem  a Teremtő a világ többi részével együtt hozta őket létre az első hat napon. Ezt az óta a különböző kormeghatározási módszerek persze megcáfolták, viszont a Gosse által alkalmazott megközelítés jó példa arra, amit sekély elméletnek nevezhetnénk. És ez elvezet a „minden elméletéhez is”.
De ahhoz eljussunk odáig, érdemes azzal kezdenünk, hogy John D. Barrow amerikai fizikus nyomán megkülönböztethetjük a „széles” és a „mély” magyarázatokat. Az ókorban/középkorban inkább az előbbit használták, amellyel a jelenségek minél szélesebb körét fogjuk át. Az például, hogy minden jelenség mögött valamiféle isteni entitások állnak, eléggé széles, viszont ekkor még minden külön jelenségre egy külön magyarázatot (istent) is be kell vezetnünk: az eső azért esik, mert az esőisten csinálja, és a szél azért fúj, mert a szélisten… és így tovább.

Ma viszont inkább az olyan elméleteket preferáljuk, amelyek mélyek, és a következtetések kívülről jövő beavatkozás nélkül, pusztán az eredeti feltételezés segítségével is működtethetőek. A modern fizikában nem kell minden újonnan felfedezett égitesthez egy újabb magasabb rendű mozgató létét is bevezetnünk – elég a gravitáció is. A sekélynél a „felsőbbrendű entitás csinálja” típusú megoldás azért nem alakítható valamiféle törvénnyé, mert nem tudjuk, hogy mi lesz a kimenet, az ugyanis változik. Az egyik esetben egy meteorológiai, a másikban egy csillagászati jelenségre kell „magyarázatot” találni, és ebben leginkább az az érdekes, hogy vadászó-gyűjtögetőként ilyen „sekély megközelítéssel” is viszonylag jól elboldogultunk, és nem volt szükségünk mélyekre ahhoz, hogy életben maradjunk, eszközöket készítsünk és áttérjünk a földművelésre stb.
Vagyis: kérdés, hogy miért olyan egyszerű a világ azon a szinten, ahol az őseink is éltek; illetve általánosítva: miért olyan egyszerű, hogy a lokális maximumkereséssel dolgozó evolúció is hatékonynak tud bizonyulni benne? Elvégre elképzelhető lenne az is, hogy annyira bonyolultak a szabályok, hogy az evolúció által alkalmazott próba-szerencse módszer egyszerűen nem működik.
Tehát feltételezhetjük, hogy egy olyan valóságban, amin nem tudnunk keresztül evickélni sekély elméletek segítségével, valószínűleg nemhogy az értelemig, de nem jutnánk el még az élet megjelenéséig sem – elvégre az élő szervezet bizonyos értelemben olyan rendszernek tekinthető, amely előrejelzéseket próbált tenni azzal kapcsolatban, hogy mi fog történni.
Schrödinger Mi az élet című, 1944-es tanulmányában arról beszél, hogy a rend a káoszból emelkedik ki, azaz: az atomi szinten jelen lévő kaotikus folyamatok nagyobb léptéknél jól követhető fizikai törvényekbe torkollnak, és ebből szerinte többek között az is következik, hogy szükségképpen nem atomi szinten élünk, mert „odalent” túlságosan nagy a zűrzavar ahhoz, hogy alkalmazkodni lehessen hozzá.
Innentől kezdve viszont többféle univerzum-modell vázolható fel aszerint, hogy a két különböző szinten miként viselkednek – a szinteket itt nem a fizikai mérettartományra vonatkoztatva, hanem elvont értelemben használva.
Elképzelhető, hogy a „magasabb szint” viszonylag egyszerű – miként a minket körülvevő valóság esetében is, ahol viszonylag egyszerű szabályok követésével is elboldogulunk.
De ez lehetne bonyolult és átláthatatlan (=az élet számára alkalmatlan) is.
A felszín alatt meghúzódó szabályszerűségek pedig elvileg lehetnének nem csak komplikáltak (miként a mi univerzumunkra jellemző), de akár roppant egyszerűek is. Valójában, mint ahogy elgondolkoztató, hogy a vadászó-gyűjtögetők által megtapasztalt valóságban viszonylag egyszerű eszközök is jól beválnak, legalább ugyanilyen furcsa az is, hogy amikor viszont elkezdjük közelebbről szemügyre venni a jelenségeket, akkor azok egyre bonyolultabbak lesznek. És erre persze válaszolhatnánk azt, hogy ahhoz, hogy ezen egyáltalán el tudjunk csodálkozni, nekünk is meglehetősen bonyolultnak kell lennünk – csak éppen nem szükségszerű, hogy bonyolult okozatoknak bonyolult okai legyenek. Értsd: innentől kezdve kérdés, hogy miért van ez így – illetve az is kérdés lehet, hogy tényleg így van-e, és a látszólagos bonyolultság legalul nem valamiféle alapvető szabályszerűséget takar-e.
Az az elképzelés, hogy létezhet valamiféle „mindenség elmélete” a fizikán belül, viszonylag új: Eddington és Einstein esetében még hóbortnak számított a keresése, és a main stream-be csak valamikor a ’80-as évektől került be – azóta viszont nagyon is. És ha sikerülne rábukkannunk, akkor a dolog úgy nézne ki, hogy az egyszerű „mindennapi valóság” mögött bonyolult szabályszerűségek lappanganak, ám ezek végső soron visszavezethetőek lennének egyetlen, a barrow-i értelemben vett „mély”, sőt, nagyon mély magyarázatra.
És ezzel egy újabb szintet adhatunk az eddigi építményhez, mert innentől kezdve a „minden elmélete” utáni kutatást úgy is megfogalmazhatjuk, mint ahol a legalapvetőbb szint egyszerűségét/összefüggéseit keressük a fizikában. Vagyis azt, amiből levezethető annak a középső szintnek az (innentől kezdve látszólagos) bonyolultsága, amelyre a számunkra érzékelhető „valóság” épül rá.
Természetesen elképzelhetőek olyan modellek is, ahol ez a bizonyos végső összefüggés egyszerűen nem létezik. Attól, hogy a vadászó-gyűjtögetők világának látszólagos egyszerűsége mögött ott van egy második réteg, ahová legfeljebb a modern tudomány segítségével tudunk leásni (márpedig az tény, hogy ott van), semmi sem teszi szükségszerűvé, hogy létezzen ez a harmadik is.
Úgyhogy egyfelől: tényleg ott van? Másfelől: amennyiben igen, úgy az is érdekes probléma, hogy az, hogy világ éppen úgy épül fel, ahogy, szükségszerűség-e; és nem lehetne-e másként; vagy csak a több (vagy akár végtelen számú) lehetséges megoldás egyike.
És ha szükségszerűség, akkor miért az; ha pedig nem az, akkor miért éppen ez valósul meg – és így tovább.
Idáig jutva nagyon jól el tudom képzelni, hogy miként teszünk majd fel ezen az úton haladva újabb és újabb kérdéseket – de legalább ugyanilyen hihető forgatókönyv az is, hogy mint ahogy a minden elmélete iránti érdeklődés is csak mostanában jelent meg, a jövőben a jelenlegi felfogás továbbvitele helyett inkább olyan problémákkal fogunk bíbelődni, amelyek ma még eszünkbe sem jutnak.

Századik blogbejegyzés: az időfizikáig és tovább

Albert Michelson amerikai fizikus1894-ben úgy gondolta, hogy „a fizikai legalapvetőbb tényeit és törvényeit [immár] felfedeztük... a jövőbeni felfedezéseknek a hatodik tizedes jegyre kell irányulniuk”. Vagyis: már csak a már meglévők pontosítása van hátra, mert lényegében mindent tudunk. Amiben nem is csak az az érdekes, hogy Michleson nevét ma leginkább azzal a Michelson-Morey kísérlettel kapcsolatban ismerjük, amely az éter nemlétét kimutatva aztán elvezetett Einsteinhez és a 20. század egyik legnagyobb fizikai forradalmához. Hanem az is, hogy1890 körül még tényleg úgy tűnhetett, hogy Michelsonnak igaza van, hiszen alig egy-két – nem különösebben jelentősnek látszó – anomália várt már csak magyarázatra (mint amilyen pl. a Merkúr perihéliumvándorlása meg a fekete test sugárzása volt).
De aztán jött előbb a speciális, majd az általános relativitáselmélet, továbbá a kvantummechanika. „A legtöbb fizikusnak [ma sem] nem okoz gondot egyetlen [egységes] dolognak látni a fizikát”, jegyzi meg . W. Kilimster angol matematikus Sir Arthur Eddington „mindenségelméletéről” írva, és végső soron bármiféle „Nagy Egyesített Elmélet” is arról szólna, hogy állítsuk vissza azt a 19. századi állapotot, amikor még úgy tűnt, hogy a makro- és a mikrofizika ugyanolyan törvényeknek engedelmeskedik. Az pedig más kérdés, hogy eközben abból indulunk-e ki, hogy mondjuk ugyanúgy közvetlen kapcsolat van a gyenge, az erős meg az elektromágneses erők között, és lényegében ugyanúgy ugyanannak az éremnek a különböző oldalai-e, mint az elektromosságot és mágnességet egyesítő elektromágnesesség, vagy pedig a két végpont között  köztes elméleteket:  valamiféle elméleti hidat kell még kiépítenünk.
De mivel ez messzire vezetne, térjünk vissza inkább ahhoz, hogy amikor a 20. század elején jöttek a fentebb már érintett tudományos áttörések, akkor ezekhez többek között (sőt, talán első sorban) arra volt szükség, hogy – Lee Smolin amerikai fizikus megfogalmazásával élve – a kutatóknak Einsteintől Heisenbergig kedvük legyen „nehéz elvi kérdéseken” töprengeni. Mondjuk azon, hogy egészen kis mérettartományokban meg egészen nagy sebességeknél ugyanúgy működnek-e a dolgok, mint a klasszikus, newtoni fizikában, amelyet egyáltalán nem mellékesen a hagyományos értelemben vett matematika alapoz meg. A megoldást pedig akár a fénysebesség, akár az elemi részecskék esetében annak felismerése jelentette, hogy ami addig paradoxonnak tűnt, az valójában szabályszerűség/természeti törvény (de ettől persze nem lesz érthetőbb a számunkra:-)
Ma bizonyos szempontból hasonló a helyzet, mint Michelson idején; azzal a nem elhanyagolható különbséggel persze, hogy az akkori „apró anomáliák” helyett most olyan, első ránézésre is súlyos problémákkal van dolgunk, mint amilyen a sötét anyag és a sötét energia. Vagy mint az idővel, illetve az időutazással kapcsolatos ellentmondások, és lehet, hogy ideje lenne ismét az alapjaitól átgondolni az egészet.
Ehhez kiindulási pontként választhatjuk például a metamatematikát. Ez magát a matematika alapjait vizsgálja különböző matematikai módszerekkel (miként a talán legismertebb példa, a Gödel-tételek esetében is). De megtehetjük azt is, hogy eggyel még „hátrébb lépünk”, és rákérdezünk ezeknek a módszereknek a megalapozására meg arra, hogy mennyire szükségszerűek, és hogy elindulhatnánk-e valamilyen másik irányba az eddigiek helyett.
És itt nem is csak arra gondolok, hogy a klasszikus geometria teljesen önkényes módon a körző és a vonalzó használatán alapul (és ez egyebek között – hogy ad hoc példákat hozzak – még a descartesi, illetve a polárkoordináta-rendszerben is tetten érhető, hiszen ezekhez is vonalzóra, illetve körzőre és vonalzóra van szükségünk. Hogy a kúpszeletekről például már ne is beszéljünk). Hanem arra is, hogy könnyen lehetséges, hogy egyáltalán nem volt véletlen, hogy az ókori görögök a „tökéletes” geometriai objektumok létét tételezték fel.
Steven Mithen amerikai őstörténész azt írja az evolúciós pszichológiából kiindulva Prehistory of Mind c. könyvében, hogy a fejünkben az alkalmazkodás során ugyanúgy különböző mentális szervek alakultak ki, mint ahogy testi szerveink is a különböző szelekciós nyomásokhoz alkalmazkodtak. Ennek megfelelően az agy nem valamiféle „általános problémamegoldó eszköz”. Ehelyett különböző „célmodulok” találhatóak benne (a nyelv; a fizikai alapmodul (amelynek köszönhetően természetes számunkra a tárgyak tehetetlensége); a többi ember viselkedését értelmező pszichológiai; valamint az a biológiai modul, amely gondoskodik róla, hogy az élőlényekkel alapvetően mások legyenek az elvárásaink, mint az élettelen dolgokkal). A törzsfejlődésben a mostanit megelőző állapotra az egyes modulok független működtetése lehetett jellemző, most pedig a „kognitív fluiditás”: a különböző elemek súrlódásmentes együttműködése.
Ami a mi problémánk felől nézve azt jelenti, hogy mivel az agyban nincs matematikai modul, ezért az ilyen funkciókat valahogy máshogy kellett végrehajtani. Alkalmasint úgy, hogy eközben a nyelvi modult használtuk (mint ahogy a számneveknél is erre van szükség), és ha helyes a feltételezésem, akkor gyakorlatilag ez volt az a szűrő, amelyen keresztül értelmeztük a matematikát(az pedig meglehetősen késői fejlemény, hogy megjelenik egy, nem a nyelvhez kötődő és nem „elmondásra való” matematikai szimbólumrendszer). A nyelv viszont szükségképpen absztrahálásra épül (hiszen nincs olyan, hogy „pont”, „ember” vagy éppen „kör”, lévén ezek is gyűjtőfogalmak), és innét talán már nem is olyan nagy ugrás a mindenkori „kör” ábrázolásban az ideális kört látni, amelynek minden (végtelenül sok) pontja ugyanolyan távolságra van a középponttól. Meg egy valóban létező pontban az ideális, kiterjedés nélküli pontot, és így tovább. Értsd: bizonyos értelemben az evolúciós múltunkból fakadó korlátok/hiányosságok vezethettek a klasszikus matematika kialakulásához.
A másik lehetőség természetesen az, hogy egy véletlennek köszönhetően alakult volna ki ilyennek a matematika, de akár az egyik, akár a másik magyarázat helytálló, mindenképpen legalább elképzelhető, hogy létezik a mostaninál jobb és hatékonyabb megoldás a matematikai problémák kezelésére.
És megpróbálkozhatunk valami hasonlóan alapvető szemléletváltással a fizika esetében is.
A metafizika eredetileg azt jelentette, ami Arisztotelésznél a Fizika című könyv után következett – ma pedig valami olyasmit, hogy „a valóság természetének általános érvényű leírása”. A metamatematika analógiájára viszont eljátszhatunk egy olyan megközelítés lehetségességével is, amelynek a fizika értelmezését biztosító keretrendszer tanulmányozása a célja.
Norman Packard amerikai káoszkutató úgy fogalmaz, hogy „a fizikus olyan matematikus, akinek van érzéke a realitáshoz”. Newton óta a matematika tökéletesen beleépült a fizikába, és ezért logikusnak tűnik, hogy a fizikai alapokat vizsgálva a matematikát is az alapoktól gondoljuk újra, és közben megvizsgáljuk, hogy ennek milyen hatása lehet a fizikára.  Illetve – a kvantumelmélet mint példa alapján – megpróbálkozhatnánk azzal is, hogy különböző, problémásnak bizonyuló területeken a helyett, hogy az eddigi módszerekkel keresnénk megoldást, inkább eltérő logikából indulnánk ki (és példának okáért az idővel kapcsolatos problémák és paradoxonok megoldására valamiféle új időfizikát próbálnánk létrehozni).  A lényeg mindenképpen az lenne, hogy nekiálljunk újfajta szemléltekkel és az eddigieknek az alapoktól újraértelmezésével kísérletezni ott, ahol a hagyományos megközelítések csődöt mondtak.
Hátha akkor többre jutunk.