FANTASTERI INOM FYSIKEN?

Hannes Nykänen, FD och lektor i filosofi och jag, lektor emeritus i vetenskapsfilosofi, har i några artiklar funderat över tendenser i den moderna fysiken. Vart är fysiken på väg? för att travestera det populära svenska tvprogrammet ”På spåret”. Nykänen har varit betydligt mer kritisk än jag och vi har därför gjort olika bedömningar. Eftersom denna fråga kan vara av stort intresse för alla som är intresserade av modern naturvetenskap och speciellt av teoretisk fysik så lägger jag här ut några av våra artiklar på nätet.
Du får gärna komma med egna funderingar, tankar och kommentarer i denna fråga. Det är förstås teoretisk fysik vi här tänker på, inte experimentell eller teknologisk.

NYKÄNENS PROVOKATIVA TES
Nykänen inledde med en essä ”Filosofin och de exakta vetenskaperna: förståelse och fantasteri” i boken Advocatus scientiae. En filosofisk vänbok tillägnad Hans Rosing (2008, 75-83). I inledningen till essän skrev han att han tänker ”förebrå naturvetenskaperna för att de tenderar att förutsätta en ansvarslös attityd till vetenskap”. (s. 75) Han hävdade, säkert medvetet provokativt, att ”normalt, sunt förnuft inte längre kan ha någon plats” i modern naturvetenskaplig forskning. (s. 80) Många av idéerna i fysiken är, enligt hans mening ”helt osannolikt fantasteri”. Den s.k. strängteorin är ett exempel som han nämner, idéen om multipla universa en annan. ”Tidigare i historien var det frågan om religiöst fantasteri, medan det i dag förstås handlar om vetenskapligt fantasteri”, skrev han. (s. 82)

Jag svarade på min blogg 25.5 2008 i lika utmanande ordalag. Men som Hannes så riktigt påpekade talade jag vid sidan av ämnet. Jag betonade nämligen att naturvetenskapen blivit mer öppen, bredare och demokratisk. Jag erkänner att mitt svar var ganska ogenomtänkt, för att inte säga förhastat. Dessutom innehöll mitt svar en lång sammanfattning av den naturvetenskapliga världsbilden. Den var irrelevant som svar på Hannes tes. Den skrevs ursprungligen för att publiceras i Vasabladet.

Hannes svarade, och försvarade sig i samma blogg genom en kommentar. Vi förblev oeniga.

Nyligen har jag igen tänkt över frågan, bl.a. i anknytning till att jag läst den senaste biografin om Albert Einstein på svenska. Så jag beslöt att igen ta upp frågan med Hannes i ett mejl. Jag antog att vi knappast kunde ha så olika åsikter som det verkade. Så jag utgick från några konkreta exempel. Detta mejl återges nedan.


MOJSAN HANNES


Jag börjar med att önska dig GOD JUL OCH ETT INTRESSANT NYTT ÅR.

Hoppas du haft ett bra år, trevliga studenter etc.

Du gillar ju att debattera och provocera så här kommer en liten utmaning för dig. Den anknyter till ett litet meningsutbyte vi hade på min blogg våren 2008.

Under den senaste tiden har jag hållit på och läst en biografi om Einstein skriven av Walter Isaacson, en alldeles utmärkt bok. Jag kom att tänka på den lilla debatt vi hade med anledning av ditt bidrag till boken Advocatus Scientiae. Jag håller med om mycket du skrev, och har sagt samma sak i olika sammanhang, men på en punkt hängde jag inte med. Du kritiserade en del moderna natvetare för ”helt osannolikt fantasteri”. Du skrev: ”Min tes är att naturvetenskaplig forskning till sin karaktär är – eller har blivit – sådan att normalt sunt förnuft inte längre kan ha någon framträdande plats i den.”

Jag håller, i stort sett, med om din tes. Man kommer inte långt med normalt sunt förnuft i dagens natvet. Vår oenighet gäller, för att uttrycka det enkelt, huruvida detta är till skada eller inte. Du anser det vara illa, skadligt, negativt – eller något ditåt. På den punkten förstår jag inte hur du tänker. Jag ser inget problem här. (Jag ser många problem i modern natvet, men just detta uppfattar jag inte som ett problem.)

Min tes skulle därför vara att det är naturligt att radikala nya ideér av samtiden uppfattas som ”helt osannolikt fantasteri”?
Einstein är, för mig, ett belysande exempel på denna tes.

Det som E gjorde i sina revolutionerande arbeten från början av 1900-talet var ju just sådant som stred mot normalt sunt förnuft. Att det inte finns någon samtidighet, att tiden förflyter olika snabbt, att massan ökar med hastigheten osv. strider uppenbart mot sunt förnuft. Kritiken mot de nya ideerna gick just ut på att det var frågan om fantasifulla spekulationer, att E hade övergett normalt sunt förnuft. E:s äldre kolleger som Planck, Lorentz, Poincare o.a. var tveksamma just för att E:s teori stod i strid med den klassiska fysiken. Denna i sin tur karakteriserades just av sunt förnuft. Tid, rum, rörelse var just sådana som vi normalt uppfattar dem. Också E:s teori om att ljuset består av partiklar stred mot sunt förnuft, och förstås mot en stor mängd experimentell evidens. Än i dag måste man väl säga att den speciella rel teorin inte kan begripas med sunt förnuft.

Min poäng blir då att E:s speciella rel teori och teorin om den fotoelektriska effekten på den tiden stred mot sunt förnuft. Det dröjde ju länge innan de kunde testas experimentellt. Om vi utgår från att fysikens teorier måste vara begripliga för normalt sunt förnuft så borde dessa teorier, på den tiden, ha förkastats som fantasteri. Det var ju för övrigt precis vad bl.a. en del filosofer på den tiden gjorde. Det är i dag förbluffande att E aldrig fick nobelpriset för sina revolutionerande teorier, utan för den fotoelektriska effekten. Men det berodde just på att nobelkommitten ansåg att den speciella och allmänna teorin var alltför spekulativa. De betraktades på den tiden ofta som filosofi, inte som vetenskap. Isaacson berättar utförligt om hur medlemmarna i Nobel-kommittéen resonerade.

Om vi ser E:s insats som ett stort vetenskapligt framsteg så måste vi förkasta det normala sunda förnuftet som grund för bedömning av nya teorier. Då måste vi förkasta din tes och se det som naturligt och t.o.m. viktigt att natvetare ”spekulerar”. (Självklart måste normala regler för konsistens etc gälla för de nya teorierna, och i slutändan måste de också kunna testas. E var noga med att föreslå hur hans nya ideér kunde testas.)

Detta resonemang gäller i ännu högre grad för den allmänna rel teorin med sin för sunt förnuft obegripliga grav teori. Att det, som teorin säger, inte finns någonting som drar mig när jag faller till marken är väl just det slag av förnekande av det för sunt förnuft uppenbara, som du kritiserar. Ideén om rummets krökning måste helt klart klassas som obegriplig för sunt förnuft. Ännu mer fantasteri blir i så fall E:s (fruktlösa) sökande efter en allmän fältteori.

Det finns ännu en lärdom vi kan dra. E var i sin ungdom radikal. Han tvekade inte att ifrågasätta normalt sunt förnuft. Han tvekade inte att provocera och utmana etablissemanget, varken det vetenskapliga eller sociala. Därför är det intressant att han senare blev en försvarare av etablissemanget. Han bidrog ju själv till framväxten av kvantteorin, men motarbetade den sedan just för att den var alltför fantastisk. Den stred mot hans intuitiva realism. Den stred mot hela den klassiska världsbilden. Och det gör den i ännu högre grad i dag. T.ex. entanglement verkar som rena magin. Men du vill säkert inte underkänna kvantteorin som fantasteri, eller?

Det här är tankar som kom för mig när jag läste biografin. Jag hoppas de kan mildra din kritiska inställning till spekulativa teorier.

Hälsningar
Hans


Hej Hans!

Tack för julhälsningen - och God Jul!

Då det gäller frågan om vetenskapens relation till sunt förnuft, så
var jag nog inte tillräckligt tydlig i artikeln. Med "sunt förnuft"
avsåg jag inte våra intuitiva förväntningar om hur naturen beter sig
utan ett slags begreppsligt begriplighetsperspektiv (som inte är samma
sak som det man menar med "logiskt möjlig").
Intuitivt kan det t.ex. verka konstigt att ljusets hastighet är ändlig
men jag tycker inte att det är ngt exempel på fantasteri då man
fastställt ljusets hastighet. Samma sak kunde sägas om det
konstigheter som upptäckts inom kvantmekaniken. Redan Hume visade ju
att våra idéer om kausalitet inte är så särskilt igenomtänkta och det
kunde han göra genom att använda det som jag skulle kalla ett
begriplighetsperspektiv. Hume sysslade alltså inte med fantasterier -
oavsett hur långt man sedan anser att han har rätt. Det som jag tycker
är problematiskt är alltså inte kontraintuitiva upptäckter utan
hypotesmakerier där man tillåter sig vilka slags arbiträra möjligheter
som helst utan att alls fråga sig vad det man säger betyder i
empiriska termer. Snacket om parallella universa är ett exempel. Såsom
jag förstår det genom populära framställningar så har vi inte att göra
med en kontraintuitiv hypotes utan om hypotes som kastar överbord all
begriplighet som sådan. Om hypotesen var sann - vad det nu skulle
betyda - så skulle det inte finnas ngn som helst möjlighet att på
erfarenhetsbasis bekräfta eller förkasta den. Att ett utslag av
vetenskapligt fantasteri går att uttrycka i matematiska termer gör det
inte på ngt sätt mer trovärdigt. Metafysik kan man lika väl uttrycka i
matematiska som i begreppsliga termer. Matematiska uttryck är inte på
ngt sätt mer pålitliga i sig än begreppsliga resonemang.
Både matematiska och begreppsliga fantasterier går till en viss del
att passa ihop med empiriska skeenden men om vi inte ser ngn allmänt
begriplig relation mellan det som påstås och det empiriska skeendet så
har vi bara en pseudoempiri. Hegels snack om andens rörelse mot
självförståelse är ett exempel på metafysiskt fantasteri som går att
"stöda" med en massa "empiriska data" - men det är ändå bara
fantasterier (jag bortser från de goda filosofiska poänger som Hegel
gör på vägen). Om Hegel hade skapat en komplex matematik, matat in
vissa "empiriska data" och fått "korrekta" resultat så skulle han
säkert bli mycket mer respekterad av dagens vetenskapsmän - helt utan
orsak.
Hegels tes är inte på samma sätt obegriplig som en del moderna
naturvetenskapliga teorier men fungerar som ett exempel som visar hur
trivialt det i sig är om det finns data som stöder en hypotes. Det här
vet du förstås, men det som enligt min mening gör en hypotes trovärdig
är inte relationen mellan matematiska kalkyler och empiriska data i
sig utan den allmänt begripliga begreppsram som omger en hypotes (och
som då inte är samma som "intuitiva förväntningar").
Då teoretiska fysiker angriper varandra på ett så fundamentalt sätt
att de avfärdar varandras teorier med boktitlar som "Not Even Wrong"
(Peter Woit) så tar jag det som ett symptom på att de har tappat bort
sig i filosofisk mening. De stirrar sig blinda på triaden rådata,
hypotes och kalkyl utan att se de begreppsliga ramarna (av vilka
falsifierbarhet bara är en aspekt). Sedan är det en helt annan sak att
vetenskapsmän kan ha vitt skilda åsikter av en massa olika
ovetenskapliga skäl (invanda tankemönster, konkurerande skolor,
nationella intressen, etc.) Man kunde helt kort antyda
begriplighetsramarna genom att påpeka att det både för Einsteins
teorier och för kvantmekaniken är viktigt att ha sådana begrepp som
hastighet, massa, tid, (spinn)riktning, laddning m.m. De symboler som
används för att beteckna de här storheterna är inte godtyckliga och
går inte att ersätta med vilka bokstäver som helst ur det grekiska
alfabetet. Oavsett hur mycket kvantmekaniken går emot våra invanda
föreställningar ("intuitioner") om massa, tid etc. så har de här
begreppen också inom kvantmekaniken en relation till vårt "vanliga"
sätt att förstå dem. Om de inte hade det skulle de de facto kunna
bytas ut till vilka symboler som helst, men då har vi inte längre att
göra med fysik utan med matematik. Man kan inte ignorera de här
begreppsramarna hur som helst och ändå mena sig göra fysik. (Kanske
problemet med strängteorin?)
Jag vet inte om jag alls lyckades göra min point klarare men som sagt
ser jag inget problem med att hypoteser går mot invanda tankemönster.
Problem uppstår då de börjar flyta fritt i förhållande till varje
begriplig erfarenhet av världen.


Hälsningar,

Hannes


Mojsan igen Hannes!

Visst blir din kritik betydligt klarare. Vi är tydligen eniga om att s.k. vardagligt sunt förnuft när det gäller rum, tid, materia, elektricitet, ljus, gravitation etc inte kan anses vara något slags självklara sanningar. Sund forskningen kan alltså nå resultat som strider mot detta slags förnuft. Då är det vardagsförnuftet som har fel.
När du talar om matematiska kalkyler (jag skulle säga modeller) utan grund i empiriska data så tror jag du kommer in på något verkligt viktigt i dagens naturvetenskap. Jag skall spinna vidare på det temat så får du berätta om du tänker i samma banor. (Du får ursäkta att jag skriver som om jag skulle föreläsa för en grupp studenter. Det är säkert andra än du som läser detta och därför blir jag litet utförlig.)

Jag tar igen min favoritfysiker Einstein som exempel. Einstein började sin bana som fysiker med rätt dåliga betyg i avancerad matematik, speciellt i icke-euklidisk geometri. De revolutionerande teorierna, den speciella och den allmänna relativitetseorin, utvecklade han utgående från konkreta fysikaliska tankeexperiment. I den speciella teorin är ljuset i centrum. Han brukade berätta hur han som ung grubblat över hur en ljusstråle skulle se ut om man färdades lika snabbt som den. Detta ledde till att han i tanken föreställde sig olika situationer, bl.a. vad som skulle hända om ljusets hastighet var konstant för alla observatörer. Han kom fram till att i så fall måste något annat i systemet variera, såsom tid och mätstickors längd. Tankarna gjorde han åskådliga med sin tågliknelse. Han använde alltså konkreta fysikaliska begrepp och processer i tankeexperiment, plus logik förstås. Men nästan ingen matematik! I hans berömda artikel från 1905 om den speciella teorin finns rätt enkel matematik. Lorentztransformationerna är inte invecklade. Vi är säkert eniga om att detta är en förebild för god fysikalisk forskning.
Efter att den speciella teorin publicerats började han grubbla över hur han skulle kunna utvidga den till alla slag av rörelse. (Den speciella gäller ju bara likformig rörelse). Problemet var hur han skulle få med accelerad rörelse och gravitation i samma teori. Han kom omkring 1907 på en enkel fysikalisk process. Det är den berömda mannen i hissen. Detta ledde till att han formulerade ekvivalensprincipen. ”Den mest lyckosamma idéen i mitt liv”. Den blev grunden för den allmänna teorin. Igen använde han konkreta tankeexperiment, som inte är svåra att förstå.
Men nu kommer det svåra. En grundpelare i fysiken är att man måste kunna räkna ut vad som sker under olika förhållanden. I den speciella teorin är detta inte svårt. Visserligen behövs en matematik för fyra dimensioner men alla kroppar rör sig likformigt i det fyrdimensionella rummet. (Matematikern Minkowski utvecklade denna och förkunnade att vi lever i ett fyrdimensionellt rum).
Inom den allmänna teorin behövdes matematiska modeller som gör det möjligt att beräkna alla slag av rörelser. Han måste kunna beräkna vektorer för kroppar som ökar eller minskar hastighet i samma fyrdimensionella rum. Ekvationer som dessutom inte skilde på tröghetsmassa och gravitationsmassa.
Hans kunskaper i matematik räckte inte till. Han fick hjälp av sin vän Grossman, som var matematiker. Hilbert, en av samtidens främsta matematiker, fann ekvationerna något innan Einstein. (Einstein hade noggrannt förklarat den bakomliggande fysiken för honom). I november 1915 hade Einstein äntligen nått fram till ekvationerna för den allmänna relativitetsteorin. Enligt experterna är det en matematiskt mycket vacker teori.

Efter detta ändrades E:s metod. Självklart skedde det gradvis, men ändå tydligt t.o.m. för en filosof, utan djupa matematiska kunskaper, som jag är. Under ungdomen baserades hans forskning på ”fysikalisk intuition” dvs på tankeexperiment utgående från konkreta, välbekanta händelser. Men efter 1915 blev han så fascinerad av matematiken att de konkreta tankeexperimenten alltmer ersattes av en rent matematisk approach.

Hans mål var att förena teorin för elektromagnetism (en fältteori) med sin allmänna teori (också en fältteori). Han sökte en allmän fältteori, ”en teori för allting”, dvs ett system av ekvationer från vilket han skulle kunna härleda såväl lagarna för såväl ljuset och magnetismen som för gravitationen. Men nu hade han inga konkreta intuitioner, inga ljusstrålar, inga hissar, att utgå ifrån. I stället använde han en rent matematisk metod. Från omkring 1920 till sin död 1955 fortsatte han, med många avbrott, att pröva olika alltmer abstrakta matematiska modeller. Ännu på sin dödsbädd satt han med penna och papper och räknade. (Ett avundsvärt sätt att dö för en forskare).
Hans metod blev alltså rent matematisk. ”Ett nästan slumpmässigt fifflande med matematiska formler utan någon fysik i sikte,” som en forskare uttryckte det. (Isaacson s. 485) Också Einsteins filosofiska världsbild förändrades. Under sin ungdom var han starkt influerad av positivister som Hume och Mach. Men den konkreta, empiriska positivismen ersattes i hans medvetande småningom med en metafysisk, deterministisk realism. Man kan väl säga att den astrakta matematikens skönhet förförde och förledde honom att tro att universum måste kunna beskrivas i matematiska termer. ”Gud är matematiker”.
Tanken att universum måste kunna beskrivas av ”vacker” men ytterst invecklad matematik har senare förfört en stor mängd fysiker. Paul Dirac hävdade t.o.m. att det är viktigare att en teori är matematiskt skön än att den kan begripas genom konkreta tankeexperiment. Sedan Einsteins död har sökandet efter allmänna fältteorier blivit en veritabel sport inom fysiken. Positivismen och den fysikaliska intuitionen spelar en underordnad roll. Sambandet mellan ekvationer och verklighet är på sin höjd ytterst vagt om det ens finns. Exempel är de olika varianter av strängteorin som under många år konstruerats, och förkastats. Likaså teorierna om multipla universa. Hit får vi väl också räkna den kosmologiska inflationsteorin, liksom också Stephen Hawkings modeller för universums uppkomst och imaginär tid.
Det är väl detta du tänkte på när du använde termen ”fantasteri” Hannes? Jag håller med om att detta åtminstone inte kan kallas empirisk forskning. Okej, låt gå för termen ”fantasteri”.

Det är inte bara en del teoretiska fysiker som huvudsakligen ”fifflar med formler”. Detta sker i mycket stor omfattning inom t.ex. klimatforskningen. Massor av forskare bygger upp invecklade matematiska modeller innehållande hundratals eller fler variabler. Sedan väljer man utgångsvärden och kör modellerna på supersnabba datorer. På detta sätt anser man att det är möjligt att förutsäga klimatet, inte om en månad eller ett år utan om flera decennier. T.ex. år 2050 har varit ett populärt år. Också tron att man kan göra pålitliga matematiska modeller för hela jordens klimat måste väl betraktas som ”fantasteri”. Man kunde också tala om ”vetenskaplig hubris”.
Det verkar finnas en övertro på rent matematiska metoder, på komplicerade modeller, som kan användas endast om man har ytterst snabba datorer. Om det är något i den stilen du avser så är vi ganska långt överens.

Samtidigt måste jag erkänna att jag själv är barnsligt förtjust i spekulativ, filosoferande naturvetenskap. Den öppnar så fantastiska visioner. Men detta är något som jag hoppas kunna återkomma till mina bloggar när jag är klar min forskning om jaget.
Hälsningar
Hans