หลงทางคณิตศาสตร์: ความงามนำไปสู่ฟิสิกส์อย่างไร
Astray Sabine Hossenfelder Basic (2018)
“ทำไมกฎของธรรมชาติถึงสนใจในสิ่งที่ฉันคิดว่าสวยงาม” ด้วยคำกล่าวนั้น นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและบล็อกเกอร์ผู้เก่งกาจอย่าง Sabine Hossenfelder ออกเดินทางเพื่อบอกเล่าเรื่องราวทั้งในด้านอาชีพและส่วนตัวในหนังสือเล่มใหม่ของเธอ Lost in Math มันสำรวจความสกปรกที่ฟิสิกส์สมัยใหม่พบว่าตัวเองต้องขอบคุณการแพร่กระจายของทฤษฎีที่คิดค้นโดยใช้เกณฑ์ด้านสุนทรียศาสตร์มากกว่าคำแนะนำจากการทดลอง นอกจากนี้ยังแสดงแผนภูมิการต่อสู้ของ Hossenfelder กับแนวทางนี้
Hossenfelder — นักวิจัยที่เชี่ยวชาญด้านแรงโน้มถ่วงควอนตัมและการดัดแปลงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่สถาบันแฟรงค์เฟิร์ตเพื่อการศึกษาขั้นสูงในเยอรมนี — นำเสนอเสียงใหม่ที่น่ากังวลซึ่งส่งเสียงก้องในฟิสิกส์เป็นเวลาอย่างน้อยสองทศวรรษ ในปี 2549 เรื่อง The Trouble with Physics ของ Lee Smolin และเรื่อง Not Even Wrong ของ Peter Woit ทำให้เกิดการระดมความคิดครั้งแรกที่แนวโน้มของการประเมินความสง่างามทางคณิตศาสตร์เหนือหลักฐานเชิงประจักษ์ หนังสือทั้งสองเล่มใช้ทฤษฎีสตริง ซึ่งเป็น ‘ทฤษฎีของทุกสิ่ง’ ซึ่งองค์ประกอบพื้นฐานของธรรมชาติเป็นสายที่สั่นสะเทือนในมิติเชิงพื้นที่มากกว่าสามมิติที่คุ้นเคย นับตั้งแต่เข้าสู่ฟิสิกส์กระแสหลักในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ทฤษฎีนี้ล้มเหลวในการทำนายที่จะตรวจสอบหรือปลอมแปลงอย่างชัดเจน
Hossenfelder เองก็ใช้ทฤษฎีสตริงเช่นกัน
แต่การโจมตีของเธอนั้นพื้นฐานกว่า เธอชี้ให้เห็นถึงความขัดสนของข้อมูลการทดลอง ซึ่งรุนแรงขึ้นเมื่อเครื่องจักรจำเป็นต้องตรวจสอบพลังงานที่สูงขึ้นเรื่อยๆ และระยะทางที่สั้นลงจะกลายเป็นต้นทุนที่สูงขึ้นในการสร้าง เนื่องจากเธอกังวลว่านักทฤษฎีจำนวนมากเกินไปกำลังใช้ข้อโต้แย้งทางคณิตศาสตร์และสุนทรียศาสตร์เชิงอัตวิสัยเพื่อตัดสินความถูกต้องของทฤษฎี
ตัวอย่างเช่น Hossenfelder ตั้งคำถามถึงความปรารถนาในความเป็นธรรมชาติ — แนวคิดที่ว่าไม่ควรสร้างทฤษฎีขึ้นมาหรือมีพารามิเตอร์ที่ต้องปรับแต่งให้เหมาะสมกับการสังเกต แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคให้ความรู้สึกเหมือนเป็นการประดิษฐ์สำหรับนักฟิสิกส์หลายคน แม้จะประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่งในการทำนายอนุภาค เช่น ฮิกส์โบซอน ซึ่งถูกค้นพบที่ Large Hadron Collider (LHC) ที่ CERN ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อนุภาคของยุโรปใกล้เจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ตามทฤษฎีแล้ว เพื่อป้องกันไม่ให้มวลของฮิกส์พุ่งเกินขอบเขตที่สมเหตุสมผล พารามิเตอร์บางอย่างต้องถูกกำหนดไว้อย่างนั้น แทนที่จะได้มาจากหลักการแรก นี้ตบของความไม่เป็นธรรมชาติ
เพื่อกำจัดความอัปลักษณ์นี้ นักฟิสิกส์ได้พัฒนาสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งเป็นทฤษฎีที่สง่างามซึ่งอนุภาคที่รู้จักทุกตัวมีอนุภาคที่สมมุติฐาน สมมาตรยิ่งยวดทำให้มวลฮิกส์เป็นธรรมชาติ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าสามในสี่พลังพื้นฐานของธรรมชาติจะเป็นหนึ่งเดียวกับพลังงานที่มีอยู่ไม่นานหลังจากบิกแบง มันยังให้อนุภาค Neutralino ซึ่งสามารถอธิบายสสารมืดได้ โดยไม่คาดคิด สสารที่มองไม่เห็น แต่ยังคิดว่ามีอยู่เนื่องจากผลกระทบจากความโน้มถ่วงที่สังเกตพบในดาราจักรและกระจุกดาราจักร Hossenfelder อธิบายว่าในการรวมทุกอย่างที่นักฟิสิกส์ทฤษฎีให้ความสำคัญ (สมมาตร ความเป็นธรรมชาติ การรวมเข้าด้วยกัน และข้อมูลเชิงลึกที่ไม่คาดคิด) สมมาตรยิ่งยวดได้กลายเป็น “สิ่งที่นักชีววิทยาเรียกว่า
แม้ว่านักฟิสิกส์ระดับแนวหน้าหลายร้อยคนจะใช้ทฤษฎีมาหลายทศวรรษ แต่ทุกคนก็เห็นพ้องต้องกันว่าสมมาตรยิ่งยวดกำลังมีปัญหา เวอร์ชันที่เป็นธรรมชาติที่สุดซึ่งไม่ต้องการการปรับแต่ง ถูกตัดขาดโดยข้อมูล LHC Hossenfelder อ้างคำพูดของนักทฤษฎี Nima Arkani-Hamed ว่า “คนที่ดีที่สุด” ตระหนักถึงปัญหานี้เป็นอย่างดีก่อนที่ LHC จะออนไลน์ จากนั้น Hossenfelder ประณาม “คนที่ดีที่สุด” เหล่านั้น – ไม่มีการตั้งชื่อ – เพราะไม่ได้เรียก “พล่าม” ในการกล่าวอ้างอย่างกว้างขวางว่า LHC จะค้นพบสสารมืดหรือสมมาตรยิ่งยวด
Hossenfelder มักสวมหมวกนักข่าว การสัมภาษณ์นักฟิสิกส์ที่เคารพนับถืออย่างสูง (เช่น นักทฤษฎี Garrett Lisi และผู้ได้รับรางวัลโนเบลอย่าง Steven Weinberg และ Frank Wilczek) ทำให้เกิด Lost in Math ที่สำคัญ เนื่องจาก Hossenfelder พยายามที่จะทำความเข้าใจกับสาขานี้และความไม่พอใจของเธอเอง เราได้รับการแนะนำให้รู้จักกับปัญหามากมายที่ทำให้เกิดภัยพิบัติทางฟิสิกส์ เช่น การปรับแต่งแบบจำลองมาตรฐาน การขาดทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม และความกังวลว่ากลศาสตร์ควอนตัมกำลังพูดถึงธรรมชาติของความเป็นจริงอย่างไร (การเปิดเผยแบบเต็ม: ส่วนหลังเป็นหัวข้อของหนังสือที่กำลังจะมาถึงของฉัน ผ่านสองประตูพร้อมกัน ซึ่ง Hossenfelder รับรอง) Hossenfelder ยังกังวลเกี่ยวกับการขาดหลักฐานเชิงประจักษ์ในการตรวจสอบวิธีแก้ปัญหา (ดู N. Wolchover Nature 555, 440–441; 2018)
เธอทำซ้ำการสนทนากับนักฟิสิกส์หลายครั้งเพื่อให้เนื้อหาซ้ำซาก เธอสามารถใช้เสียงที่หนักแน่นของเธอเองเพื่อสังเคราะห์ข้อโต้แย้งบางอย่างได้ ถึงกระนั้นก็มีช่วงเวลาที่การโจมตีด้านนักข่าวของ Hossenfelder โดดเด่น ตัวอย่างเช่น เรื่องราวของเธอที่พบกับเวนเบิร์กผู้ข่มขู่ซึ่ง “พูดเหมือนหนังสือ เกือบจะพร้อมพิมพ์” เป็นการปฏิเสธตนเอง
