Az éterörvények és az információs Világegyetem

Tait kísérlete, amely az ötletet adta Kelvinnek

A későbbi lord Kelvin egy 1867-es előadásában arról beszélt a Royal Society előtt, hogy az atomok az éter örvényeiként írhatóak le – és innét már csupán egyetlen lépés lenne egy olyan, Nagy Egyesített Elmélet létrehozása, amely a hidrodinamika alapján és persze az éter létének feltételezésével képes lenne mindent megmagyarázni. De csak lenne, mert az éter létezését többek között annak az Albert Michelsonnak mérései cáfolták meg, aki egy időben maga is hitt abban, hogy ez a szubsztancia tölti ki a Világmindenséget, és a fény is ennek a hullámainak tekinthető. Mára pedig egyes tudósok számára az információ vált ugyanolyan központi szerepűvé, mint annak idején az éter volt, és felvetődhet, hogy mennyire vonhatunk párhuzamot a 19. század végi, illetve 20. század végi megközelítés között abban az értelemben, hogy az egyik sikertelenségéből következtethetünk-e arra, hogy a másik is megalapozatlan. Illetve általában véve is kérdés, hogy valóban az információ áll-e minden mögött.
Julian Baggini és Peter S. Fosl A filozófia eszközkészlete című könyvükben azt írják, hogy az analógiának két célja lehet: szolgálhat illusztrációként, miként Platón barlanghasonlatában is történik. Vagy pedig része lehet magának az érvelésnek: például amikor William Paley híres, 18. század végi órahasonlatában arra hivatkozik, hogy mivel egy óraszerkezet létezéséből az órakészítő létére következtetünk, ezért az Univerzum létéből levezethető a Teremtő léte. Eközben azonban Pailey elkövet egy logikai hibát, mivel elfeledkezik arról, hogy az óra alapján azért jutunk arra a meggyőződésre, hogy valaki készítette, mert tudjuk, hogy „mesterséges” alkotás – a Világmindenség esetében azonban éppen az a kérdés, hogy ez így van-e. Mindenesetre, amikor természeti törvényt fogalmazunk meg múltbeli megfigyeléseink alapján, akkor „azzal a feltételezéssel élünk, hogy az új jelenség analóg a korábbiakkal”, továbbá azzal, hogy ez az analógia lényegi, állapítja meg Baggini és Fosl.
De éppen ez az, amiben sosem lehetünk biztosak, ugyanis, miként már Hume rámutatott, a múltból nem következtethetünk teljes biztonsággal a jövőre. Ami témánk szempontjából azt (is) jelenti, hogy bármennyire bizalmatlanná tenne is bennünket az információn alapuló, egységes magyarázat iránt a korábbi kísérletek kudarca, ez önmagában nem elég. Abból, hogy a hipotetikus éter örvényei alapján nem lehet létrehozni egy egységes világleírást vagy éppen valamiféle Nagy Egyesített Elméletet, nem következik automatikusan, hogy az információalapú, „egyesített leírás” is hibás lenne. Elvégre, még ha feltéteznénk, is hogy a valóság nem ragadható meg így, egyetlen alapvető koncepcióra alapozva, és ezt a feltételezést a természeti törvény rangjára emelnénk is (pl. a múltbéli tapasztalatokra hivatkozva), akkor sem tudhatnánk, hogy ez valóban így van-e.
Azt viszont megvizsgálhatjuk, hogy egy adott elmélet mennyire állja meg a helyét. Esetünkben a kiindulási pont Rolf Landauernek, az IBM kutatójának azon kijelentése, mely szerint „az információ fizikai természetű”. Ez alatt valami olyasmit értett, hogy az információ mindig konkrét hordozóval összekapcsolódva jelenik meg, nem pedig csupán valamiféle kényelmes rövidítés. Információt tárol a DNS-től az áramkör kondenzátorainak töltöttségén át a fény kvantumállapotáig bezárólag minden. Ráadásul fel szokás vetni, hogy a különben nagyon pontosan működő kvantumelmélet csak a „hogyan”-ra ad választ, de a „miért”-re, tehát arra, hogy miért éppen olyanok a szabályok, amilyenek, nem – mint ahogy egy jelenség működésének miértjét a saját szintjén soha nem is lehet megmagyarázni. Ehelyett azt kell megnézni, hogy a jelenséget megalapozó, „mélyebb” és alapvetőbb szinten mi található, és ezen a ponton megpróbálhatjuk összekapcsolni a bitet (az információ alapegységét) a kvantummal (amely ugye a kvantumelmélet alapegysége), mondván, hogy „a kvantumvilág különös vonásai talán abból fakadnak, hogy a kvantumrészecske csak korlátozott mennyiségben hordozhat információt” (hogy Michale Brooks-t idézzem). Sőt, olyan vélekedéseket is hallani, melyek szerint „elképzelhető, hogy a mi háromdimenziós valóságunk a Világegyetem határfelületén tárolt információk holografikus kivetülése” (mondja ismét csak Brooks).
De ez egyelőre nem látszik bizonyítottnak, sőt. Craig Hogan amerikai fizikus néhány éve felvetette, hogy mivel „a Világegyetem határfelülete csak véges mennyiségű információt tárolhat”, ezért „ha ez az információ a háromdimenziós Világegyetembe vetül, ez a végesség képfelbontási korlátként jelentkezik” (Brooks), és egy ideig úgy tűnt, hogy valamiféle „szemcsézettséget” sikerült is megtalálni.
Ám még ha a megfigyelések igazolták volna is Hogan várakozásait (mint ahogy nem igazolták), akkor is elképzelhetőek lennének más magyarázatok. És még az is lehet, hogy érdemesebb lenne azokat választanunk, ugyanis erősen úgy tűnik, hogy valójában két különböző dologról beszélünk, ahol az egyik lehetővé teszi ugyan, hogy eljussunk a másikhoz: a következtetéshez, de nem teszi szükségszerűvé.
Landauer abból indult ki, hogy „az információ kétségtelenül kötődik a[z olyan] fizikai reprezentációhoz”, mint amilyen akár egy kőtáblába vésett szöveg, akár pedig a DNS szerkezete, „ezért a rá vonatkozó korlátozások és lehetőségek kapcsolatban állnak a fizikával, illetve az Univerzumban jelen lévő dolgokkal”. Azaz: az információ nem képzelhető el fizikai hordozó nélkül, és mivel ezekre vonatkoznak a fizika törvényei, ezért az információ létrehozására, tárolására stb. is vonatkoznak. Ami persze tökéletesen elfogadható álláspont. Landauer azonban azzal folytatja, hogy „az a megállapítás, hogy az információ fizikai természetű, ahhoz a megállapításhoz vezet, hogy a matematika és a számítástudomány is a fizika része”, és ezzel nyilvánvaló logikai hibát követ el. Elvégre abból, hogy a fizika törvényei korlátozzák a matematikával foglalkozó agyak (legyenek bár azok természetes vagy mesterséges eredetűek) műveletvégzési lehetőségeit, és például nem teszik lehetővé, hogy az entrópia növelése nélkül töröljünk adatokat, nem következik, hogy magának a matematikai rendszernek a tulajdonságait is befolyásolnák vagy korlátoznák.
És hasonlóképpen: attól, hogy az információ fizikai természetű, a fizika nem szükségképpen lesz egyenlő vele, a Világmindenség pedig nem szükségképpen lesz információk holografikus kivetülése. Egy David Wallace nevű angol kutató megfogalmazásával élve: „az, hogy ’az információ fizikai természetű’, nem jelenti azt, hogy ’a fizikailag létező kizárólag információ’” lenne.
 Mindez persze önmagában nem zárja ki, hogy igaza legyen Paul Daviesnek, aki szerint „az információ… az az elsődleges entitás, amelyből a fizikai valóság felépül”. Azaz az Univerzum (akár mint egy hardver, amely programot futtat, akár pedig mint valamiféle, számítógépen futó szoftver) valamiképpen „számítástechnikai természetű” lehet.
Csak éppen korántsem biztos, hogy így van, és számomra az egészben az a legérdekesebb, hogy mindez mintha annak a püthagoraszi – platonista felfogásnak az átfogalmazása lenne, amely szerint minden lényege a szám, és az egész Világmindenség is matematikai természetű. Most nem történik más, mint a matematikára épülő információelmélettel próbáljuk magyarázni a dolgokat, melyeket korábban közvetlenül a matematikával próbáltunk, és személy szerint nagyon is kíváncsi lennék, hogy ötven vagy száz év múlva meg fog-e jelenni egy új, az információelméletre épülő tudomány, amelyből kiindulva majd ismét nekifutunk a dolognak.
Viszont ha az elején azt írtam, hogy az átfogó éterelmélet kudarcából nem következik szükségképpen az információalapú világmagyarázat kudarca, akkor most hadd tegyem hozzá, hogy a végső kérdés az, képesek vagyunk-e olyan koherens és mindenre kiterjedő leírást adni a valóságról, amely egyetlen elvből (éter, információ, Nagy Egyesített Elmélet stb.) indul ki.
És éppen ez az, ami a számomra több, mint kérdéses.

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.

Kétféle természettudomány?

Lényegében kétféle természettudományt különböztethetünk meg, írja John D. Barrow amerikai fizikus a Lehetetlenről szóló könyvében. A fizikára az egyszerű és alapvető törvények a jellemzőek, míg a biológiára az, hogy az élőlényekkel kapcsolatban „a változásokat könnyű észrevenni, de nehéz megérteni, és… nincsenek egyszerű matematikai képletek, melyek előre jeleznék a jövőt”.

A probléma ugyanis az, hogy „a természettörvényekből fakadó eredmények sokkal komplikáltabbak, mint maguk a törvények, mivel ezek az eredmények nem rendelkeznek a természettörvények szimmetriáival”, és ennek megfelelően miközben a részecskefizikus az alapvető erőkkel foglalkozva „szimmetriákkal és egyszerűséggel” találkozik – mondja ismét csak Barrow –, aközben a biológusnak azzal kell szembenéznie, hogy az ő világa igencsak komplikált. Ami egyébként magyarázatot látszik adni arra, hogy a modern értelemben vett fizika kialakulása miért előzte meg annyival az evolúciós elméleten alapuló modern biológiáét. És eljátszhatunk ugyan azzal a kérdéssel, hogy mi lett volna, ha ezek fordított sorrendben bukkannak fel, és nem az erősen matematizált fizika válik hosszú időre a természettudományok mintaképévé, de ezek szerint egyáltalán nem véletlen, hogy nem így történt, és ezen még az sem változtat, hogy a kívülállók az evolúcióelméletet szokták egyszerűbbnek gondolni. Miként ez abból is kiderül, hogy ennek a leváltására szánt „alternatív” elképzelésekkel  jóval gyakrabban találkozhatunk, mint „alternatív fizikákkal”.
Az persze, hogy mi mennyire egyszerű vagy bonyolult, nem csak ezért érdekes a számunkra. Hanem azért is, mert Barrow arra keresve a választ, hogy az ember képes lesz-e megismerni a „fizikai valóságot”, négy forgatókönyvet vázol fel:

• sem a természetnek, sem az emberi megismerésnek nincsenek korlátai;
• a természetnek nincsenek, de az embernek vannak;
• a természetnek vannak, az emberi megismerési képességnek nincsenek;
• a természetnek és az emberi megismerésnek egyaránt vannak korlátai.

Azt, hogy az emberi megismerés korlátai alatt mit értünk, valószínűleg nem kell hosszasan magyarázni; az pedig, ha a természetnek vannak „korlátai”, valami olyasmit jelent, hogy egy idő múlva majd elfogynak/elfogynának a felfedezni való dolgok.
Ez a kategorizálás elsőre talán meggyőzően hangzik; ha azonban kissé jobban belegondolunk, akkor többek között az a probléma vele, hogy eldönthetetlen dolgokról próbál véleményt mondani. Vitatkozhatunk azon, hogy ha aktuálisan tévedett is, hosszabb távon igaza lesz-e Diderot-nak, aki 1785-ben azt hangoztatta, hogy „száz év múlva nem lesz három nagy matematikus sem Európában”, mivel elértük a tudomány „Herkules oszlopait, amelyeken túl nem lehet hajózni”. Ugyanis a dolgok lassanként olyan bonyolulttá válnak, hogy meghaladják majd  a képességeinket. Miként Barrow is megjegyzi, a szuperhúr-elmélet matematikáját alig maroknyi ember érti, és innét már csak egy lépés az ember számára felfoghatatlan problémákig… Amire persze azt válaszolhatnánk, hogy a történet mindeddig arról szólt, hogy amikor szükség volt rájuk, akkor mindig olyan, újabb és újabb eszközöket találtunk (mint ahogy a matematika is ilyen eszköz), amelyek lehetővé tették a „csupasz emberi agy” számára máskülönben elérhetetlen kérdések megoldását.
Ami a természet végességét illeti, Feyman szerint a tudomány a következő ezer évben egészen biztosan nem fog annyi újdonságot ránk zúdítani, mint ahogy eddig tette, mert a mostani helyzet „olyan..., mint Amerika felfedezése – csak egyszer történt meg”. De ebben az esetben is élhetnénk azzal az ellenvetéssel, hogy eddig ahányszor csak azt mondtuk, hogy már mindent (vagy legalábbis majdnem mindent) felfedeztünk, hamarosan újabb áttörésre került sor.
Amire persze a Feyman-i álláspont képviselői azzal vághatnának vissza, hogy viszont: az összes kontinens felfedezése után is ostobaság lenne abban reménykedni, hogy újabbakra bukkanunk – de ez csupán hasonlat, és nem visz minket előbbre.
A gond tehát az, hogy nem tudjuk eldönteni, hogy kinek van igaza – és bármennyi idő is teljen el, ez mindig így lesz. Ugyanis attól, hogy állandóan új dolgokat találunk, nem biztos, hogy egyszer majd nem érjük el a természet vagy az emberi agy lehetőségeinek korlátait – és attól, hogy hosszú ideje egy helyben topogunk (mint ahogy a fizika egyes területein bizonyos értelemben jelenleg is évtizedek óta történik) még nem biztos, hogy a következő pillanatban nem teszünk szenzációs felfedezést. Értsd: elvileg is eldönthetetlen, hogy a természetnek és az emberi agynak vannak-e korlátai, és David Hackett Fischer amerikai történész ezt nevezi metafizikai hibának. Mármint azt, amikor „nem empirikus kérdést empirikus módon próbálunk megoldani”.
Vagyis amennyiben a legalább elvileg eldönthető kérdésekkel foglalkozó tudományosság keretein belül kívánunk maradni, úgy nincs értelme a dolognak Másfelől viszont (és ezért is volt érdemes a számomra ezt az egészet megírni) a fentebbiekből kiderül, hogy bármikor valami újba botolhatunk - de persze nem bárhol.
Arra például nem számíthatunk, hogy egyszer majd találunk egyszerű szabályokat a biológiai/evolúciós szint leírására. Azzal az ötlettel viszont bátran eljátszhatunk, hogy mi lenne, ha az derülne ki, hogy a Nagy Egyesített Elméletet nem lehet megalkotni, mert a fizika alapjainak látszólagos egyszerűsége alatt nagyon is bonyolult dolgok húzódnak meg.