Ik bedank David Atkinson en Theo Kuipers voor de gesprekken die ik met hen had, die van grote waarde waren voor de totstandkoming van dit essay.
In een eerder essay heb ik verdedigd dat de snaartheorie een alternatief kan bieden voor traditionele metafysische onderwerpen als het ontstaan van het universum en de kleinste deeltjes. Naar aanleiding hiervan ben ik op zoek gegaan naar de graad van wetenschappelijkheid van de snaartheorie. Dit essay gaat over die zoektocht. Die tocht begon bij een geprek met wetenschapsfilosoof Theo Kuipers, over de mogelijkheden van een theorie die wel principeel toetsbaar is, maar niet praktisch toetsbaar, om toch niet tot pseudo-wetenschap te verworden. Na in dit gesprek enige mogelijkheidsvoorwaarden hiervoor te hebben gedefinieerd, ging ik een gesprek aan met natuurkundige David Atkinson. Die wees mij op het feit dat het schijnbare succes van de snaartheorie misschien meer te maken heeft met de prestaties van een snaartheorie-maffia, dan met de werkelijke verklarende kracht van de theorie zelf. Deze conclusie roept de vraag op, wat de snaartheorie dan nog wel kan betekenen. Die vraag zal ik aan het einde van dit essay beantwoorden.
In de zeventiende eeuw waren Robert Boyle en de mensen om hem heen voorvechters van het bedrijven van een nieuwe vorm van natuurlijke filosofie. Namelijk met behulp van het experiment. Volgens Boyle moest je niet eerst met je hoofd proberen te bedenken hoe de natuur in elkaar zou moeten zitten en vervolgens gaan kijken of je ideeën klopten, maar moest je de natuur zelf laten spreken. Dit zelf laten spreken kon door middel van experimenten. Boyle ontwikkelde hiervoor het exemplarische voorbeeld van de vacuumpomp. Hiermee was het mogelijk een glazen koker vacuum te pompen, zodat je kon laten zien hoe objecten zich gedragen in een toestand waar geen lucht is. Maar dat was nog niet eens het belangrijkste aspect van zijn uitvinding. Waar het vooral om ging, was een hulpmiddel te hebben om vertrouwen te kweken in zijn manier van wetenschap bedrijven. Hij vond dat je feiten hard moest maken door de natuur voor zichzelf te laten spreken, met behulp van bijvoorbeeld zijn vacuumpomp. Uiteindelijk heeft deze manier van doen ons hedendaagse denken over wetenschap gevormd. Als het gaat om de natuurkunde, kijken Nobelprijscomités naar de empirisch toetsbare voorspellende kracht van een theorie.
Hier ligt een probleem voor de snaartheorie. De snaartheorie is een poging om de relativiteitstheorie van Einstein en het standaardmodel met elkaar te verenigen. De relativiteitstheorie werkt erg goed op relatief grote afstanden. Het standaardmodel, waaronder bijvoorbeeld de quantummechanica valt, werkt goed op zeer kleine afstanden. Deze beide theorieën werken echter niet op elkaars gebieden. De snaartheorie spreekt daarom over een nog veel kleiner deeltje, de snaar, waardoor de theorie zowel de relativiteitstheorie als het standaardmodel kan omvatten. Deze snaar is geen fysiek deeltje, maar een één-dimensionaal stukje energie. Dit stukje energie kan trillen. Afhankelijk van hoe de snaar trilt, genereert hij een bepaald deeltje. Doordat verschillende snaren op verschillende manieren trillen, kunnen alle in ons universum voorkomende deeltjes worden gegenereerd. Net zoals de snaar van een gitaar vele verschillende tonen kan genereren.
Het probleem is nu, dat snaren niet waargenomen kunnen worden. Nu zijn er wel omwegen om indirect het bestaan van snaren aan te tonen, maar daarvoor zijn zulke hoge energieën nodig, dat je een apparaat zou moeten bouwen dat niet in ons zonnestelsel past. Principieel is deze theorie testbaar, praktisch niet. Maar mede dankzij Boyle wil de wetenschap tegenwoordig testbare theorieën zien, anders lopen ze het risico versleten te worden voor pseudo-wetenschap. De vraag is of de snaartheorie toch geaccepteerd zou kunnen worden, ook zonder dat de theorie praktisch toetsbaar is.
Met Theo Kuipers had ik een gesprek over hoe snaartheorie gered zou kunnen worden van het etiket pseudo-wetenschap. De redding van de theorie zou moeten liggen in het feit dat de theorie probeert zowel de relativiteitstheorie als het standaardmodel in zich te verenigen. Kuipers voorzag drie mogelijkheden voor de snaartheorie:
Aangezien de eerste optie onwaarschijnlijk is en de derde onwenselijk, richtten we ons op de tweede optie. De snaartheorie zou zichzelf kunnen redden, als het zou lukken een volledige theoretische verklaring te zijn voor de theorie van Einstein en het standaardmodel. Als die twee theorieën overtuigend volledig uit de snaartheorie zouden kunnen volgen, zou de wetenschappelijke gemeenschap geneigd kunnen zijn de theorie te accepteren. Maar dan ook alleen vanwege de combinatie dat de theorie volledige theoretische verklarende kracht heeft (feitelijk een theorie van alles is) én wél principieel toestbaar is (hoewel niet praktisch toetsbaar).
Dit deed bij mij de vraag rijzen hoe goed snaartheorie bezig is zichzelf in de markt te zetten. Hoe goed doen snaartheoretici aan trust-building. Boyle probeerde met behulp van zijn vacuumpomp de wetenschappelijke wereld ervan te overtuigen dat wetenschap aan andere voorwaarden moest gaan voldoen. Hoezeer proberen snaartheoretici om de hedendaagse wetenschappelijke wereld te overtuigen dat het feit dat hun “theorie van alles” werkelijk alles theoretisch kan verklaren, genoeg is om deze theorie te accepteren. Want hij is wel principieel testbaar, ook al is hij niet praktisch testbaar. Voor een antwoord op deze vraag ging ik een gesprek aan met David Atkinson.
Atkinson wees nogmaals op het nut van een theorie die de twee oudere theorieën in zich zou kunnen verenigen, aangezien deze twee problemen kennen op elkaars gebied. Hij wees echter ook op nog een vierde lot dat de snaartheorie beschoren zou kunnen zijn, naast de drie mogelijkheden die Kuipers had vastgesteld. De snaartheorie zou nog vervangen kunnen worden door een andere mogelijke kandidaat voor de theorie van alles, die wellicht wel praktisch toetsbaar is. Een groot deel van de aantrekkelijkheid van de snaartheorie is dat het op dít moment “the only game in town” is, maar dat zou kunnen veranderen. Daar komt nog bij dat de theorie, ook nu al, zeer interessante wiskunde voort heeft gebracht die onder andere al een bijdrage heeft geleverd aan uitwerking van de relativiteitstheorie. Ed Witten, de meest prominente voorvechter van de snaartheorie, heeft dan ook de Fields Medal gekregen (het equivalent van de Nobelprijs voor de wiskunde), vanwege zijn werk in dit veld. De snaartheorie heeft voordelen, maar hoe groot is dat risico nu precies om verstoten te worden door een andere theorie?
Atkinson stond niet afwijzend tegenover het principe dat een theorie die alles verklaart, die niet praktisch testbaar is, maar wel principieel toetsbaar, geaccepteerd zou kunnen worden door de wetenschappelijke gemeenschap, zoals hierboven beschreven. Hij wees er echter op dat de snaartheorie helemaal niet aan het eerste criterium voldoet. Snaartheoretici noemen de theorie een theorie van alles. Eigenlijk is dit echter meer wishful thinking dan een feitelijke stand van zaken. Een natuurkundige theorie van alles zou écht alles moeten kunnen verklaren. Bij de snaartheorie worden echter verschillende constanten gebruikt die je zelf in moet vullen. Deze constanten volgen niet uit de theorie zelf, maar moeten in de werkelijkheid worden gemeten en vervolgens ingevuld in de theorie. Naast dit voorbeeld heeft de theorie nog een aantal andere tekortkomingen op het gebied van verklarende kracht, die het onmogelijk maken haar een theorie van alles te noemen.
Dit maakt het interessant te vragen waarom zovelen wel beweren dat het de theorie van alles is. Vele snaartheoretici roepen op vele plaatsen dat de theorie zo mooi is dat hij wel waar moet zijn en dat ze overtuigd zijn dat zij de theorie van alles is. Ze doen het in documentaires en in populaire wetenschappelijke tijdschriften. Atkinson vertelde me dat deze mensen wel werkelijk geloven wat ze roepen, maar dat ze daarbij toch enigszins hun ogen voor de realiteit moeten sluiten. Dit wordt versterkt door wat Atkinson de snaartheorie-maffia noemt. Dit is de groep wetenschappers, vooral in Princeton, die ervoor zorgt dat de wetenschappers die op belangrijke posten aangesteld worden, sympathisanten van de snaartheorie zijn. Waar ik bang was dat de voorvechters misschien wel niet genoeg deden om hun theorie te promoten, blijken ze eigenlijk zelfs te ver te gaan. Ze doen juist aan trust-building, op oneigenlijke gronden. Het grote probleem is niet de praktische ontestbaarheid van de theorie, maar dat de verklarende kracht niet eens zo groot is als de snaartheoretici ons willen doen geloven. Om deze reden is het erg onwaarschijnlijk, dat de snaartheorie het uiteindelijk helemaal gaat maken.
Het is niet de eerste keer dat in de fysica een theorie probeerde op oneigenlijke gronden de theorie van alles genoemd te worden. Atkinson noemde het voorbeeld van de S Matrix-theorie. Deze theorie had dezelfde pretenties, maar ging ten onder aan het feit dat ze een oneindig aantal oplossingen voortbracht. “Theorieën van alles” komen en gaan blijkbaar. Het hoeft niet alleen maar schadelijk te zijn dat de snaartheorie de pretenties heeft die ze heeft. Dat er veel wetenschappers zich met de snaartheorie bezig houden, betekent sowieso dat veel wetenschappers zich bezig houden met het idee van een theorie van alles.
De ideeën van Hans Harbers en Imre Lakatos ondesteunen deze positieve gedachte. Harbers spreekt in zijn denken over de proliferatie van praktijken, om te waarborgen dat de wetenschap de best mogelijke uitkomsten voortbrengt. Zo veel mogelijk concurrerende technologieën moeten er volgens hem toe leiden dat de best werkende technologie gevonden wordt. In de zoektocht naar de beste theorie van alles, zouden we van concurrerende theorieën kunnen spreken. De proliferatie van theoretische praktijken. De snaartheorie mag dan zelf niet het laatste woord zijn, ze stimuleert misschien wel de ontwikkeling van “theorieën van alles”. Lakatos zou de snaartheorie een degeneratief onderzoeksprogramma kunnen noemen, dat vervangen zal worden door een meer progressief programma. Dit gebeurt als de hypothesen binnen het programma van de snaartheorie niet meer houdbaar zijn en er een ander programma komt, dat beter om kan gaan met de problemen die de snaartheorie heeft. De snaartheorie zal niet haar eigen revolutie in de wetenschap a la Boyle veroorzaken waarmee mijn zoektocht begon. Desondanks heeft de theorie nog wel haar nut in de zoektocht naar een uiteindelijke theorie van alles.
Bronnen:
Atkinson, D. (2005). A new metaphysics, finding a niche for string theory. Te verschijnen in Volumes in Debate with Theo Kuipers.
Kuipers, T.A.F. (2005). Kepler, Newton, Einstein and the string theory, reply to David Atkinson. Ibid.
Shapin, S. (1996). How to Make an Experimental Fact, The Scientific Revolution. (pp. 96-117). Chicago: University of Chicago Press.
Harbers, H. (1998). Technologie en politiek. Over ficties van sturing en democratisering in een technologische cultuur. In Socialisme en Democratie: Vol 55. (pp. 3-9). Amsterdam: Boom.
Loef, P. (2005). Snaartheorie en Metafysica.