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3 razões simples pelas quais a nova 'teoria fundamental' de Wolfram ainda não é ciência

De regras simples, estruturas e relacionamentos complexos são conhecidos por surgir, algo que antecedeu Stephen Wolfram por muitos anos. A noção de que toda a física fundamental pode ser derivada de tal abordagem é especulativa, na melhor das hipóteses, hoje. (STEPHEN WOLFRAM, LLC)

Há três coisas que sua nova teoria deve fazer para ser levada a sério como ciência. Este é 0-para-3.

De vez em quando, surge uma ideia revolucionária que tem o potencial de substituir nossas melhores ideias científicas do dia. Isso aconteceu várias vezes na física teórica durante o século 20, quando a Relatividade Geral de Einstein substituiu a gravidade newtoniana, a física quântica substituiu nossa visão clássica do Universo e o Modelo Padrão baseado na teoria de campos quânticos substituiu a versão do início do século 20 do nosso Universo quântico. .

Ao longo do último meio século, muitas ideias novas procuraram superar as limitações atuais que assolam a física teórica, da supersimetria às dimensões extras, da grande unificação à gravidade quântica e à teoria das cordas. A ideia final de muitos é chegar a uma teoria unificada de tudo: onde uma estrutura engloba elegantemente a totalidade das leis da natureza. O mais recente concorrente é A nova abordagem de Stephen Wolfram para uma teoria de tudo , amplamente divulgado no mês passado. Mas não só não é particularmente atraente, como nem mesmo é ciência neste momento. Aqui está o porquê.

Inúmeros testes científicos da teoria geral da relatividade de Einstein foram realizados, submetendo a ideia a algumas das restrições mais rigorosas já obtidas pela humanidade. A presença de matéria e energia no espaço diz ao espaço-tempo como se curvar, e esse espaço-tempo curvo diz à matéria e à energia como se mover. Mas também há um parâmetro livre: a energia do ponto zero do espaço, que entra na Relatividade Geral como uma constante cosmológica. Isso descreve com precisão a energia escura que observamos, mas não explica seu valor. (COLABORAÇÃO CIENTÍFICA LIGO / T. PYLE / CALTECH / MIT)

Quando usamos a palavra teoria em um sentido convencional, falamos sobre ela da mesma forma que falaríamos sobre a palavra ideia ou hipótese. Queremos dizer que, com certeza, temos nossa maneira convencional de pensar sobre as coisas que geralmente aceitamos, mas talvez as coisas sejam realmente dessa outra maneira.

Para um cientista, porém, uma teoria é uma coisa muito mais poderosa do que isso. É uma estrutura autoconsistente que tem o poder quantitativo de prever os resultados (ou conjuntos de resultados prováveis) de um grande conjunto de sistemas sob uma ampla variedade de condições.

Uma teoria bem-sucedida e estabelecida vai ainda mais longe. Ele contém um grande conjunto de previsões que concordam com experimentos e/ou observações estabelecidas. Ele foi testado em um grande número de maneiras independentes e passou em todos os testes até agora. Tem um intervalo de validade que é bem compreendido, e também é entendido que a teoria pode não ser válida fora desse intervalo específico.

Um Universo com energia escura (vermelho), um Universo com grande energia heterogênea (azul) e um Universo crítico, livre de energia escura (verde). Observe que a linha azul se comporta de maneira diferente da energia escura. Novas ideias devem fazer previsões diferentes, observáveis ​​e testáveis ​​das outras ideias principais. E as ideias que falharam nesses testes observacionais devem ser abandonadas quando chegarem ao ponto do absurdo. (GÁBOR RÁCZ ET AL., 2017)

O que significa que, se você quiser superar essa teoria em um sentido científico, terá uma tarefa difícil pela frente. Você tem que fazer melhor do que a velha teoria que está procurando substituir por sua nova ideia, e isso significa que você tem que dar esses três passos muito difíceis.

1. Você tem que reproduzir todos os sucessos da teoria atualmente predominante; sua nova ideia deve ter sucesso em todos os lugares onde a anterior tem sucesso.
2. Você precisa explicar pelo menos uma observação ou medição existente com a qual a teoria atual luta; você precisa demonstrar por que essa nova ideia é mais atraente do que aquela que está tentando substituir.
3. Você precisa fazer pelo menos uma nova previsão que difere das previsões da teoria principal que você pode medir; se sua nova ideia estiver certa, deve haver uma maneira de validá-la ou refutá-la.

Isso é pedir muito, e a maioria das novas ideias nunca chega tão longe.

Uma antiga placa fotográfica de estrelas (circuladas) identificada durante um eclipse solar em 1900. Embora seja notável que não apenas a coroa do Sol, mas também estrelas possam ser identificadas, a precisão das posições estelares é insuficiente para testar as previsões de Relatividade geral. (ESPAÇO CHABOT & CENTRO DE CIÊNCIAS)

Quando Einstein inventou a teoria geral da relatividade, levou muitos anos para ele entender como tomar o limite do campo fraco da teoria: a grandes distâncias de massas pontuais, o que lhe permitiu recuperar a velha teoria da gravidade de Newton. Quando você chegou muito perto de uma grande massa, no entanto, as previsões foram diferentes. Isso permitiu uma explicação bem-sucedida para a órbita de Mercúrio (que a teoria de Newton não conseguia explicar), bem como uma nova previsão sobre a deflexão da luz perto do contorno do Sol (confirmada anos depois pelo eclipse solar de 1919).

A Relatividade Geral de Einstein é um exemplo notável de uma teoria científica bem-sucedida em todas essas três frentes, mas as coisas nem sempre acontecem da maneira que você espera. Ainda assim, você precisa superar todos esses três obstáculos se seu objetivo é impulsionar nossa compreensão do Universo de alguma maneira fundamental.

As flutuações quânticas que ocorrem durante a inflação se estendem por todo o Universo e, quando a inflação termina, elas se tornam flutuações de densidade. Isso leva, ao longo do tempo, à estrutura em grande escala do Universo hoje, bem como às flutuações de temperatura observadas na CMB. Novas previsões como essas são essenciais para demonstrar a validade de um mecanismo de ajuste fino proposto. (E. SIEGEL, COM IMAGENS DERIVADAS DA ESA/PLANCK E DA FORÇA-TAREFA INTERAGÊNCIA DO DOE/NASA/NSF NA PESQUISA CMB)

A Relatividade Geral teve sucesso em todos os lugares que a gravidade newtoniana faz, mas também onde não. Tem um intervalo maior de validade. A mecânica quântica relativística substituiu a versão desenvolvida por Bohr, Pauli, Heisenberg e Schrõdinger, apenas para mais tarde ser substituída pela teoria quântica de campos e a eventual chegada do Modelo Padrão. O Big Bang venceu porque suas previsões foram confirmadas pelo Universo; a inflação substituiu a ideia de uma origem singular porque eliminou esses três obstáculos críticos (apesar de fazê-lo fora de ordem).

Mas muitas grandes ideias não foram atendidas com previsões bem-sucedidas e, na melhor das hipóteses, só podem ser consideradas teorias especulativas. Supersimetria, dimensões extras, supergravidade, grande unificação e muitas outras ideias produziram um grande número de ideias preditivas, mas nenhuma delas foi confirmada por observação ou experimentalmente. A Relatividade Geral e o Modelo Padrão, onde quer que os tenhamos desafiado, sempre saíram vitoriosos.

As partículas do Modelo Padrão e suas contrapartes supersimétricas. Pouco menos de 50% dessas partículas foram descobertas e pouco mais de 50% nunca mostraram um traço de sua existência. A supersimetria é uma ideia que espera melhorar o Modelo Padrão, mas ainda precisa fazer previsões bem-sucedidas sobre o Universo na tentativa de suplantar a teoria predominante. Se não houver supersimetria em todas as energias, a teoria das cordas deve estar errada. (CLAIRE DAVID/CERN)

Ainda assim, muitos esperam que descubramos um conjunto mais fundamental de leis que abrangem todos os sucessos da Relatividade Geral e do Modelo Padrão, enquanto explicam os quebra-cabeças – como matéria escura, energia escura, os valores das constantes fundamentais, gravidade quântica ou paradoxos de buracos negros, etc. — que eles ainda não podem explicar completamente.

O candidato mais popular para tal teoria de tudo é a teoria das cordas , que pelo menos demonstrou conter toda a Relatividade Geral e o Modelo Padrão dentro dela. Sim, ele também contém muito mais (dimensões extras, parâmetros extras livres, acoplamentos extras, partículas extras, etc.) que não parecem estar presentes na natureza, bem como previsões ambíguas que não foram confirmadas por experimento.

Para a nova ideia de Wolfram , porém, o mesmo não pode ser dito.

Embora as estruturas matemáticas a que se pode chegar sejam belas e intrincadas por muitas métricas, sua conexão com as leis e regras físicas que governam nosso Universo permanece, na melhor das hipóteses, especulativa. (STEPHEN WOLFRAM, LLC)

Existem todos os tipos de estruturas matemáticas que se podem desenvolver ou inventar que têm propriedades interessantes, bem como regras simples das quais emergem estruturas complexas. Wolfram adota a última abordagem, algo com o qual ele vem brincando há décadas (inclusive em seu livro, Um novo tipo de ciência ), e está claramente apaixonado por ele.

Mas ele pode obter física conhecida com isso? A resposta parece ainda não ser, como ele mesmo aponta:

... resta muito a explorar na correspondência potencial entre nossos modelos e a física, e o que será dito aqui é apenas uma indicação - e às vezes especulativa - de como isso pode acontecer.

Ele não recupera toda a Relatividade Geral; ele não extrai dele o Modelo Padrão ou a Teoria Quântica de Campos. Ele não avançou a ponto de fazer previsões, muito menos novas que diferem do que já temos.

Um exemplo de como uma série de eventos binários, mas indeterminados, pode levar a muitos resultados possíveis pode ter nuances de mecânica quântica probabilística, mas a correspondência entre a abordagem de Wolfram e a física quântica real que reflete a realidade não foi estabelecida. (STEPHEN WOLFRAM, LLC)

Ele está apenas jogando um jogo de aplicação de regras para fazer estruturas, então tentando encontrar analogias entre essas estruturas e a física real do nosso Universo. Esta é uma rota popular ( uma tirada por Verlinde , entre outros) quando você está nos estágios iniciais de uma nova ideia, mas não uma que deu frutos. Nenhum dos três critérios críticos foi atendido até agora, e o mais preocupante é que Wolfram não parece acreditar que sua ideia precise. Como ele declarou publicamente :

No final, se quisermos ter uma teoria fundamental da física completa, teremos que encontrar a regra específica para o nosso universo. E eu não sei o quão difícil isso vai ser. Não sei se vai demorar um mês, um ano, uma década ou um século. Alguns meses atrás, eu também teria dito que nem sei se temos a estrutura certa para encontrá-lo.

Mas eu não diria mais isso. Muito tem funcionado. Muitas coisas se encaixaram. Não sabemos se os detalhes precisos de como nossas regras são configuradas estão corretos ou se as regras finais podem ser simples ou não. Mas neste ponto estou certo de que a estrutura básica que temos está nos dizendo fundamentalmente como a física funciona.

Um resumo visual do novo 'caminho para uma teoria fundamental' de Stephen Wolfram que ele publicou em abril de 2020. Neste momento, sua ideia não atendeu a nenhum dos três critérios necessários para uma teoria científica substituir a pré-existente 1. (STEPHEN WOLFRAM, LLC)

Estas não são palavras que carregam qualquer peso científico legítimo por trás delas. Wolfram – um ex-físico que foi cientificamente treinado – está saindo do que sente. No fundo, ele sabe que embarcou em um caminho que deve levar ao destino final: uma teoria fundamental de tudo. Enquanto um observador objetivo veria placas de sinalização ambíguas sem indicação clara do que está mais adiante na estrada, Wolfram acredita inabalavelmente que está no caminho da Victory Road.

E esse é o problema: você precisa conhecer esses detalhes precisos (os que ele está ocultando) para avaliar sua ideia de maneira científica. A única maneira de saber o valor científico de uma ideia é confrontá-la com a realidade e perguntar com que precisão tanto suas previsões estabelecidas quanto as novas concordam e discordam da teoria predominante que ela está tentando substituir. Se você não pode quantificar suas previsões, e então (pelo menos em princípio) sair e testá-las, você ainda não tem uma teoria científica.

A ideia de que as forças, partículas e interações que vemos hoje são todas manifestações de uma única e abrangente teoria é atraente, exigindo dimensões extras e muitas novas partículas e interações. A falta de uma única previsão verificada na teoria das cordas, combinada com sua incapacidade de dar a resposta certa para parâmetros cujo valor já é conhecido, é uma enorme desvantagem dessa ideia brilhante. (USUÁRIO ROGILBERT DO WIKIMEDIA COMMONS)

O que não quer dizer que a nova ideia de Wolfram esteja errada ou que sua abordagem nunca dará frutos. É muito difícil ter uma nova ideia em física, e é ainda mais difícil que essa nova ideia seja realmente boa. A abordagem geral de Wolfram à física não é nova em si, mas seu ângulo específico é novo e não está obviamente errado. Mas o que ele apresentou ao mundo não está totalmente pronto ou nem meio cozido; é uma ideia em estágio inicial que ainda não está pronta para sair da caixa de areia.

Assim como a Teoria das Cordas, não saberemos se esse caminho é o caminho para uma nova teoria fundamental de tudo ou se é um beco sem saída irrelevante para nossa realidade até chegarmos ao fim. Mas, ao contrário da Teoria das Cordas, ainda não está claro que toda a Relatividade Geral ou a Teoria Quântica de Campos possam ser extraídas dessa abordagem. Até que esta (ou qualquer) nova ideia possa reproduzir todos os sucessos de nossas principais teorias pré-existentes, resolver problemas que não podem resolver e fazer previsões novas, mas testáveis, ela não atenderá os critérios necessários de uma teoria científica .

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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