"Vragen van causaliteit"

Sarah Jones Nelson

​

8 februari 2019 Herziene versie

​
 

I. Causale systemen

De oorsprong en evolutie van ruimtetijd roepen open vragen op over causaliteit. Hoe verklaart de opkomst uit een verstrengelde begintoestand een klassiek universum beschreven door de zwaartekracht van Einstein? Hoe zal de kwantumzwaartekracht ons beeld van het vroege heelal veranderen? Hoe kan snaartheorie als kwantumtheorie met klassieke oorsprong temporele verandering beschrijven?

Onze motivatie is coherentie in de fysica van de initiële toestand als prolegomena naar een nieuw paradigma van verschijnselen voorafgaand aan fossiel bewijs van de kosmische microgolfachtergrond (CMB). We brengen de filosofie en fysica van mechanismen in verband met initiële en mogelijke voorafgaande toestanden van bevestigde waarneembare objecten zoals zwaartekrachtsgolven.

De positivistische misvatting van Ludwig Wittgenstein dat fysieke feiten alle feiten zijn, is in tegenspraak met de fysica van kwantumverstrengeling en causale tijdsevolutie met dynamisch complexe informatie die voortkomt uit een klassieke oorsprong die ontoegankelijk is voor  de zintuigen.  We onderzoeken de grenzen van zintuiglijke gegevens bij het beoordelen van niet-fysieke feiten zoals:  de EPR-paradox om begrijpelijke verificatienormen te formaliseren die de natuurkunde scheiden van de metafysica van gebeurtenissen zonder observatiemiddelen om de theorie te weerleggen.

We beschrijven eigenschappen in de begintoestand van het waarneembare heelal afgeleid van de Planck-kaart. De empirische taak is het analyseren van de gemeten verdeling van temperaturen en gerelateerde fysieke mechanismen van wat er ruwweg gebeurde  13.7  miljard  jaar  geleden om een fysieke basis van de theorie te construeren. De ontologische taak is om de natuurkunde te scheiden van de metafysica en om categorieën te formaliseren die onderscheid maken tussen waarneembare en niet-waarneembare verschijnselen. Een empirische basis van de fysische theorie veronderstelt tastbaar bewijs van de fysieke realiteit, de evoluerende substantie die door de zintuigen wordt waargenomen.

René Descartes was de eerste filosoof die de aard van het bewijs dat de zintuigen kunnen verifiëren als betrouwbare waarheid analyseerde. Hij was de eerste wiskundige die beweerde dat de geest alle fysieke wetten voor elke mogelijke wereld of universum kan afleiden, een idee dat Wilhelm Leibniz inspireerde om fysieke en metafysische wetten van mogelijke werelden of universums te formaliseren. Zijn tijdgenoot Isaac Newton wist echter net zo goed als Descartes dat de zintuigen onbetrouwbaar kunnen zijn bij het vaststellen van een of alle wetten van dit universum of enige andere. Newton weerlegde de cartesiaanse metafysica, maar geloofde dat Gods ontestbare voorzienigheid de oorzaak was van de zwaartekracht.

Fundamentele natuurkundige theorie is het resultaat van waarneembare feiten, maar alle feiten zijn nog niet bekend met de waarheden of oorzaken van de fysieke realiteit. We begrijpen de causale structuur van ruimtetijd nog niet; we hebben nog geen observatietechnologie uitgevonden om de dynamiek van de uitdijende fase, de donkere sector en het interieur van zwarte gaten te onderzoeken. Evenmin zijn we als soort geëvolueerd om uit zintuiglijke gegevens af te leiden of de natuurwetten de kwantumfysica en de klassieke fysica kunnen verenigen, de oorzaken van niet-lokaliteit kunnen verklaren, of een oneindig landschap van universums kunnen beschrijven met een open verzameling niet-fysieke eigenschappen die in strijd zijn met het bewijs van de zintuigen.

Sterke fysieke grondslagen van theorie ondersteunen bestaande theorie die werkt en demonstreren een consistente wiskundige logica van numerieke causaliteit. Nu zijn waarneembare zaken onmisbaar voor fundamentele criteria bij het verifiëren of falsificeren van theorie. Neutrino-oscillaties zijn bijvoorbeeld vroeg genoeg waarneembare bewijzen in de begintoestand voor het ontstaan van zwaartekracht in de beginfase. Waar waarneembare gegevens aan zintuiglijke gegevens ontsnappen, leiden we metingen van fysieke of wiskundige waarschijnlijkheden af in gevallen zoals verstrengeling in de kwantumveldentheorie (QFT) als het raamwerk van de snaartheorie - of een metafysica van een mogelijke oneindigheid van werelden.

​

II. Natuurkunde en metafysica

​

​

We onderscheiden fysieke  van  metafysisch  feiten  in   volgorde  tot  categoriseren  gegevens van de CMB, ons beste empirische bewijs voor  die  tot  bouwen  fysieke grondslagen van de theorie voor de waarneembare evolutie van ruimtetijd. Maar het standaard kosmologische model is onvolledig. Het bestaan van een "big bang" is speculatief. We hebben geen verifieerbare analyse van klassieke en kwantumdynamica van de oertoestand of voorgaande gebeurtenissen die de mechanismen verklaren die versnelling van kosmische expansie veroorzaakten als een opkomend fenomeen.

De standaardaanname dat de kwantummechanica van toepassing zou moeten zijn op het oerregime en op alle schalen, wordt betwist, met de mogelijke uitzondering van de zwaartekracht. De zwaartekrachteffecten van donkere materie en donkere energie op structuurvorming zijn onbekend. De ontologie van de golffunctie is onbegrijpelijk, de geschiedenis van willekeurige toestanden onsamenhangend, acausale niet-unitaire tijdsevolutie een diep mysterie. De horizon en het interieur van zwarte gaten zijn onzeker. De kernvermoedens van de snaartheorie zijn onvolledig omdat er nog geen zintuiglijke gegevens bestaan om het te testen; fundamentele niet-waarneembare buiten de (3 + 1)-dimensionale wil  beperk elk theoretisch kader van toetsbaarheid totdat vergelijkingen binnen de theorie de temporele dynamiek kunnen verklaren. Al het bovenstaande suggereert het metafysische karakter van de hedendaagse natuurkunde.

Klassieke en kwantumfysica presenteren waarneembare gegevens die een compleet en coherent kosmologisch model nog steeds ontgaan. In de richting van empirische coherentie zoeken we gegevens voor kwantum- of verstrengelde eigenschappen van een opkomende begintoestand die consistent is met de zwaartekracht van Einstein. Is de gerelateerde causale dynamiek van ruimtetijd waarneembaar op een grens die wordt gedeeld door kwantumsystemen en klassieke systemen? Gerard 't Hooft suggereert de mogelijkheid van theorieën waarin kwantum- en klassieke systemen naast elkaar kunnen bestaan op een grens die dubbele toewijzingen van beide systemen mogelijk maakt die dezelfde tijdsevolutie beschrijven. Kunnen de onderliggende krachten van kwantumzwaartekracht als een opkomend systeem in een klassiek regime daartoe testbaar worden geformaliseerd? Hoe kan de puur natuurkundige theorie de initiële randvoorwaarden van kwantumzwaartekracht beschrijven?

Waarnemingen laten empirisch waarneembare patronen in de Planck-kaart zien die belangrijke aspecten van deze randvoorwaarden kunnen verklaren. De sleutelcode voor de CMB is een sferische harmonische transformatie. Primordiale adiabatische verstoringen bestaan in het vermogensspectrum. Empirisch is de CMB consistent met Gaussianiteit en statistische isotropie (SI). SI gaat ervan uit dat er geen duidelijk speciale plaats aan de hemel is; de CMB is consistent met de oorspronkelijke 3D-massaverdeling met het vermogensspectrum. Als we naar de Gauss-verdelingen kijken, zien we eigenschappen van een plat universum met een opvallende verdeling van temperaturen, adiabatische verstoringen en single-field slow-roll (SFSR) inflatie in een vroeg universum dat wordt gedomineerd door verplaatsing van een scalair veld. SFSR-inflatie heeft de empirische consequentie van B-modi, en de zoektocht naar B-modi wordt gemotiveerd door SFSR-inflatie. Wat stelde de beginvoorwaarden voor SFSR?

SFSR-inflatie lijkt op de kwantummechanica (QM) van vóór 1925 met veel experimentele waarden die het resultaat zijn van een eeuw atomaire spectroscopie. De eerste patronen werden in 1885 door Johann Balmer herkend en in 1913 door Niels Bohr verklaard. De Bohr-kwantisering leek uit het niets te komen. De Einstein A-coëfficiënt realiseerde toen een onbepaalde aard, die veel verklaarde, maar onsamenhangend eindigde. QM (1925-1930) veranderde alles. Lijkt de geschiedenis van het idee van inflatoire kosmologie op aspecten van dit scenario?

Sinds de jaren '80 is inflatoire kosmologie het dominante paradigma. Velen vinden inflatie een meeslepend verhaal over een faseovergang die een periode van expansie veroorzaakte. Is het een empirisch waargebeurd verhaal van een plat, homogeen en isotroop universum, of is het een metafysisch verhaal van sleutelelementen in de gegevens die we waarnemen? Kunnen we de inflatie starten vanaf de Planck-schaal? Fysische theorie in precisiekosmologie vereist fundamentele, toetsbare beginvoorwaarden. Het vereist een verklaring van fenomenen zoals de toekomst, dichtheid, de donkere sector, kwantumzwaartekracht, oerzwaartekrachtgolven en het horizonprobleem. Critici van inflatie zoals Paul Steinhardt beweren dat het geen van deze dingen meer verklaart dan het bijna schaalinvariante dichtheidsfluctuatiespectrum of rode helling, een kleine afwijking van schaalinvariantie. We weten niet hoe de inflatiehomogeniteit vereist is voor  inflatoire dynamiek kwam net zo goed tot stand als hoe de vlakheid van het voor inflatie vereiste potentieel ontstond.

Inflatie ging oorspronkelijk uit van een faseovergang waarvoor bellen nodig waren - SFSR-inflatie - als de kern van haar verhaal, met als gevolg dat het probleem van een te glad universum werd gesuggereerd. Kwantumfluctuaties die in de theorie worden gebracht, stellen het probleem van de manier waarop ze evolueren op het gebied van inflatie. Ook vereist SFSR-inflatie initiële omstandigheden die onwaarschijnlijk lijken.

Is dit een pragmatische kritiek? Van weinig theorieën wordt gedacht dat ze de voordelen van inflatie hebben. Kijkend naar de verdeling in de lucht, zien we tekenen van voorspelling. Voor velen lijken alternatieven voor inflatie onjuist. Maar het echte probleem is de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat dingen meer willekeurig worden naar voren en minder willekeurig naar achteren. De sleutel hier is de zwaartekrachtsgraden van vrijheid. Inflatie werkt niet in tijdomkering, noch verklaart het de empirische structuur van het waarneembare heelal.

​

III. Testbaarheid

Elke versie van het standaard kosmologische model vereist testbare beginvoorwaarden die een bepaalde uitkomst voorspellen. Steinhardts kritiek op het inflatoire model laat zien dat exponentiële inflatie elk resultaat kan opleveren, afhankelijk van hoe de omstandigheden worden gedefinieerd of gedacht om kwantumeffecten te scheiden van de klassieke achtergrond. Verder, voor  ieder   voorspelling  van   inflatie niet bevestigd door waarneming, krijgen we een model dat ermee instemt omdat een resulterend multiversum elk model kan suggereren waarin de beginvoorwaarden van energiedichtheid langzamer groeien dan Planck-dichtheid. De theoretische taal van inflatie van verfijnde beginvoorwaarden impliceert bestaanstoestanden waarvoor we nog geen maatregelen hebben. Ook hebben we, om redenen die in het verschiet liggen, een conform beeld nodig van sterrenstelsels binnen en buiten onze deeltjeshorizon. Kan het inflatiemodel ons dit beeld geven?

In observationele kosmologie zoeken we miljoenen getallen uit de CMB en grootschalige structuur. Wat zijn onze opties voor oplossingen die afwijken van het inflatoire paradigma? Kijk naar de ringen in de CMB-hemel. Zijn het kenmerken van een bellenbotsing van faseovergangen in het vroege heelal? Aanverwante open vragen over de causale dynamiek van donkere materie en donkere energie roepen op hun beurt de vraag op of snaartheorie deze problemen kan oplossen. Of zullen we ons wenden tot het bispectrum en het oorspronkelijke niet-Gaussianisme?

Hoe kan de snaartheorie de fysica van singulariteiten formaliseren, de mechanismen van expansie en fluctuaties in de kosmische microgolfstraling die inflatie moet verklaren? Is conforme invariantie een fundamenteel kenmerk van de elementaire bestanddelen van de fysieke werkelijkheid die het suggereert?

Hoe zit het met de trans-Planckiaanse effecten die we zien in de begincondities van verstoringen? Is er een mogelijk residu van een reeds bestaande fase? De effecten zijn het meest uitgesproken op de grootste schalen. De wiskunde van de Mendeliaanse genetica was voor de meeste wetenschappers te geavanceerd; niet-triviale erfelijkheidspatronen werden dus 35 jaar lang genegeerd. Heeft de gemeenschap de resterende patronen in de CMB genegeerd?

Wat betreft trans-Planckiaanse effecten, bestaat er enige mate van inflatie om rekening te houden met het vroege heelal vóór ons waarneembare heelal? Is er een mogelijk residu waarneembaar uit een pre-expansiefase? Stel je de toekomst van het waarneembare heelal voor door terug te kijken in het oorspronkelijke verleden. Welke parameters en voorwaarden kunnen worden afgeleid na de expansiefase? Kunnen we de inflatie starten vanaf de Planck-schaal? Vanaf Einstein wordt nog steeds een scherp onderscheid gemaakt tussen inflatie en theoretische structuur. Het inflatoire model kan een metafysisch, niet-testbaar concept blijken te zijn dat bepaalde aspecten van de fysieke realiteit voorspelt.

​

NS. Ontestbaarheid

​

​

Hoe kunnen we, afgezien van de inflatietheorie, verklaren wat er gebeurde vóór de aanvankelijke singulariteit? Welke gebeurtenissen zijn mogelijk voorafgegaan aan het oerscenario en wat is de verre toekomst ervan? Sir Roger Penrose heeft een theorie van conforme cyclische kosmologie (CCC) ontwikkeld om de pre-fenomenologie van het waarneembare  universum. CCC is een radicaal voorstel dat nu de bekende parameters van conventioneel toetsbare kosmologie overtreft. Op dit moment zijn de vergelijkingen onvolledig; het model is speculatief. Maar het kan helpen bij het verklaren van de  aard van  de   oerscenario en onze  verre toekomst door een conform soepele evolutie - het oplossen van het horizonprobleem waarom het universum glad en uniform is - door gebruik te maken van klassieke vergelijkingen.

De huidige aeon in het CCC-beeld van een door Λ aangedreven exponentieel groeiende verre toekomst voorspelt de geleidelijke verdwijning van massa via het Higgs-mechanisme, met een botsing tussen superzware zwarte gaten die in elkaars spiraalvorm in de vorm van zwaartekrachtstraling, en met de cruciale aanwezigheid van de kosmologische constante. CCC komt overeen met de huidige verwachtingen voor de verre toekomst van ons eigen universum; de exponentiële expansie van de vorige eon elimineert een inflatoire fase voor een begin. CCC verklaart ook de opmerkelijke onderdrukking van zwaartekrachtsgraden van vrijheid die aanleiding geven tot de raadselachtig extreem lage entropie van de oorspronkelijke singulariteit.

In CCC volgen wiskundige vergelijkingen voor een overgang van elke eon naar de volgende de vereisten van Einsteins algemene relativiteitstheorie: een positieve kosmologische constante Λ en conforme regelmaat bij de overgang. Er blijven echter onzekerheden bestaan over uitstervende deeltjesmassa's in de zeer verre toekomst, en het opnieuw verschijnen van massa in het begin van de daaropvolgende eon waaruit deeltjesmassa's bij de overgang moeten verdwijnen om het conform glad te laten zijn. Ook vereist CCC een sleutelrol voor donkere materie, een natuurlijke partner voor zwaartekracht, maar donkere materie moet wegvallen om CCC consistent te laten zijn. In die zin hebben de vergelijkingen van CCC betrekking op kwesties in de deeltjesfysica.

​

We kunnen pleiten voor alternatieve verklaringen in de CMB-hemel van de aanwezigheid in M-waarden van signalen in concentrische verzamelingen, de ringen die door CCC werden voorspeld op basis van samensmeltingen van zwarte gaten in de vorige eon. Deze ringen kunnen een lichte, verre stijging of daling van de temperatuur veroorzaken bij een meer uniforme en iets lagere variantie dan de norm. De signalen lijken aanwezig te zijn in een zeer niet-isotrope verdeling in tegenstelling tot het conventionele beeld van temperatuurschommelingen als gevolg van willekeurige kwantumgebeurtenissen in een inflatiefase.

Theoretici zoeken naar meer empirisch toetsbare verklaringen voor gebeurtenissen tijdens of vóór de begintoestand. We hebben misschien een exact kwantummechanisch resultaat nodig rond de singulariteit of een niet-instortende beginvoorwaarde. De vergelijkingen wijzen op het feit dat als de kosmologische constante juist is, we een eeuwigheid zien. Op basis van het startpunt van de initiële singulariteit kunnen we de Weyl-kromming op nul zien. Conform kunnen we een dichte, hete begintoestand uitbreiden naar iets ervoor door middel van het inflatoire model? Conforme fysica geeft betekenis aan conforme voortzetting waarin iets bestond vóór de oorspronkelijke staat. Zwaartekrachtgolven kunnen ons gegevens geven om terug te kijken vóór deze toestand.

Stuiterende kosmologie, een alternatief voor CCC en inflatie, is zo'n mogelijk scenario dat wordt beperkt door CMB-gegevens. Het bounce-scenario beschrijft verschijnselen van samentrekkende en uitdijende fasen die gladheid en vlakheid verklaren door naar twee regio's van de CMB-hemel aan weerszijden te kijken en terug te extrapoleren, uitgaande van geen inflatie en geen singulariteit die in strijd is met de klassieke wetten. Niet-singuliere bounce-modellen kunnen de twee luchtregio's voldoende tijd geven om oorzakelijk contact te maken en glad te strijken voordat de CMB de dichtheidsfluctuaties ontkoppelt en vastlegt, zodat licht of een andere kracht de afstand sinds de oorspronkelijke toestand kan overbruggen. Ook bevat de afvlakkings- of samentrekkingsfase fluctuaties in zeldzame plekken die vervagen en eindigen, waardoor het multiversumprobleem in de inflatoire kosmologie wordt voorkomen.

Modellen van een niet-singuliere kosmologische bounce in strijd met standaard singulariteitsstellingen wijzigen de samentrekkende dynamiek van ineenstorting tot een punt voor een oerknal-singulariteit. In het bounce-model van Neil Turok produceren de effecten van de kwantummechanica in plaats daarvan de terugkaatsende dynamiek die een dergelijke singulariteit uitsluit. Anna Ijjas en Paul Steinhardt daarentegen gebruiken de vergelijkingen van de klassieke mechanica om een bounce voor te stellen door middel van een nul-energietoestand die schenden, met energie die zwaartekracht zelfafstotender is dan vacuümenergie, voldoende om een bounce te produceren, en onder de Planck-schaal bij eindige schaalfactoren die instorting tot een punt voorkomen en een expansie voorspellen in een klassiek scalair veld. Dit voorspelt een stabiele, soepele overgang van de sprong naar uitdijing, bevestigd door waarnemingen van een isotroop, vlak homogeen universum.

Peter Graham, David Kaplan en Surjeet Rajendran stellen de mogelijkheid voor -- tijdens een samentrekkende fase in de semi-klassieke algemene relativiteitstheorie -- van vier compacte ruimtelijke dimensies op elk punt binnen een vectorveld van vorticiteit dat dynamisch de  NEC in genoemde dimensies en vermijdt zo een singulariteit op een zodanige manier dat de kosmologische constante wordt opgelost. Ze stellen ook de theoretische relevantie voor van doorkruisbare Lorentziaanse wormgaten.

Theoretisch fysicus Juan Maldacena's AdS/CFT-correspondentie, het holografische vermoeden van 1997, brengt ijktheorieën in de fysica van deeltjes en gecondenseerde materie in verband met zwaartekracht op de kwantumschaal. Hij beschrijft doorkruisbare wormgaten als asymptotische objecten van een veelvoud gerealiseerd in de Anti-deSitter-ruimte. Wormgaten verbinden in theorie discrete punten van ruimtetijd en vertonen de eigenschappen van teleportatie veroorzaakt door twee op elkaar inwerkende grenzen in een zwaartekrachtregime van verstrengelde dubbele of gekoppelde kwantumsystemen die complexe informatiebits door een wormgat overbrengen. Dit is een meetkundige theorie in de Hilbert-ruimte met een soepele klassieke overdracht tussen de twee op elkaar inwerkende systemen. Een wormgat kan worden veroorzaakt door twee verstrengelde zwarte gaten als kwantumsystemen analoog aan een instortend heelal.

Een wormgatinterieur komt overeen met een zwart gatinterieur; verstoringen veroorzaakt door het kwantumproces van interactieve koppeling kunnen de horizon van het zwarte gat terugschuiven om het interieur beter waarneembaar te maken. Deze stap van theorie naar de fenomenologie van zwarte gaten voorspeld door Stephen Hawking vindt plaats binnen een verstrengelde Hawking-straling. Theoretisch zijn de vermoedens van Maldacena veelbelovend voor waarneembare zwarte gaten die de empirische kracht van snaartheorie en correlatieve mechanismen van kwantumverschijnselen met klassieke eigenschappen zouden kunnen bevestigen. De AdS/CFT-correspondentie moet nog worden verfijnd met betrekking tot vrijheidsgraden om ons meer te vertellen over de zwaartekracht en het waarneembare universum dat we via de zintuigen waarnemen. Om deze reden vormt het een nieuwe metafysica van rigoureuze wiskundige logica in de richting van waarneembare verschijnselen: het beste van vele mogelijke werelden in ontwikkeling.

​

V. De toekomst van de metafysica

​

​

Visioenen van wormgaten en zwarte gaten als objecten van de fysische theorie weerspiegelen het Gedanken-experiment dat Einstein ertoe bracht de algemene relativiteitstheorie te ontdekken. Bestond er klassieke mechanica vóór zijn gedachte-experimenten? Ja, theoretisch, in de mogelijke wereld van metafysica. Maar sinds het begin van de 20e eeuw heeft Wittgensteins extreem invloedrijke dogma dat de gevoelde fysieke wereld "alles is wat het geval is" de metafysica als "onzin" gebagatelliseerd. Onze eerste moderne metafysici, Descartes, Spinoza en Leibniz, gaven ons diepgaande niet-triviale analyse en logica in de rationalistische traditie die de natuurlijke filosofie van mogelijke werelden scheidde van de empirische wetenschap. Newton formaliseerde eerst deze scheiding tussen de disciplines; Locke, Hume en Kant volgden.

Een analoge, minder coherente scheiding tussen theoretische en empirische fysica verdeelt nu de wetenschappelijke gemeenschap. Als gevolg hiervan heeft een impasse tussen de niet-fysieke, wiskundige feiten van een niet-testbare maar aantoonbare theorie, en de testbare feiten van de fysieke realiteit, de fundamenten van de wetenschappelijke waarheid doen wankelen. Een nieuwe metafysica van waarneembare zaken binnen de theorie zal het conflict geleidelijk oplossen. Ondertussen zijn de kerngissingen van  snaartheorie en snaardualiteiten zullen de theoretische van de falsifieerbare wetenschap van experimentele bevestiging scheiden.

Het criterium van falsifieerbaarheid dat wetenschap definieert, is voortgekomen uit de positivistische orthodoxie dat het bewijs van de zintuigen noodzakelijk en voldoende is om elke wetenschappelijke waarheid van feitelijke uitspraken over de kosmos, natuurwetten en de verzameling van alle gehele getallen te verifiëren. Deze eeuwenoude uitdrukking van naïef realisme is onvoldoende voor mogelijke werelden en kwantumfysica die dimensies, oneindigheden en causale complexe dynamica veronderstellen waarvoor observatie- en analytische hulpmiddelen in de computationele fysica in aanbouw zijn.

Een coherent paradigma van verificatie moet nu de grenzen van de zintuigen verduidelijken bij het beoordelen van bewijs in theoretische en empirische wetenschap. Bayesiaanse analyse is op zichzelf onvoldoende om het gebruik van verbeeldingskracht en Gedankenexperiment te voorspellen, niet beperkt door waarschijnlijkheid en standaardregels voor testbaarheid voor niet-fysieke verschijnselen. Denk aan het verschil tussen abstracte en realistische kunst met het impressionisme op de grens tussen abstractie en figuratie. Een analoog verschil scheidt de theoretische van de empirische fysica. Wiskundige fysica leeft op de grens tussen deze twee bewijzen als bewijs of natuurwet.

Einstein heeft ooit gezegd dat geen enkel antwoord epistemisch correct kan worden aanvaard, tenzij dit wordt gerechtvaardigd door de waarneembare feiten van de ervaring. Karl Popper handhaafde de overeenkomstige positivistische orthodoxie dat "een theorie falsifieerbaar moet zijn om wetenschappelijk te zijn." Zijn bewering mist kennis van de 21e-eeuwse wiskundige fysica en theoretische wetenschap die het dogma van epistemische lichamelijkheid tegenspreken.

Een systematische, coherente en begrijpelijke herinterpretatie van de metafysica van de Verlichting binnen bewijscategorieën van wetenschappelijk onderzoek moet nu de grens tussen fysieke en niet-fysieke aspecten van verschijnselen parametriseren en het verschil tussen theoretische en empirische feiten verduidelijken. Criteria van verifieerbaarheid zullen overeenkomen met de categorieën van onderzoek die noodzakelijkerwijs verwijzen naar fysieke of metafysische eigenschappen van de relevante verschijnselen, met randvoorwaarden gedefinieerd voor faseovergangsaspecten van wiskundige fysica die de twee categorieën van verklaring en voorspelling overbruggen.

Metafysica is niet triviaal. Elke natuurkundige theorie die een werkelijke oneindigheid voorstelt, gaat uit van Plato's metafysica van een niet-waarneembare oneindige reeks getallen die bestaat in de mogelijke wereld van ideale vormen. Zoals hierboven opgemerkt, gebruikte Leibniz Descartes' platonisme in zijn vermoeden van mogelijke werelden, waarvan de onze de beste van allemaal was. Voltaire verscheurde hem in Candide als de naïeve Dr. Pangloss die zich niet bewust was van de groteske wereld van lijden waarvoor Leibniz het concept van theodicee bedacht. Maar Voltaire miste zijn onderliggende boodschap: de wetten van Newton tonen aan dat de onze de best mogelijke wereld of universum is, goddelijk geperfectioneerd als door Ockham's scheermes. Ook maakte Voltaire de categoriefout om wiskundige logica te verwarren met morele verhandeling van goed en kwaad.

Leibniz' tijdgenoot Isaac Newton klaagde in de 3e editie van de Principia dat, hoewel hij verschijnselen 'van de hemel en onze zee had verklaard door de kracht van de zwaartekracht', hij ervan afzag de zwaartekracht een oorzaak te geven. "Zeker, deze kracht", schreef hij, "komt voort uit een of andere oorzaak die doordringt tot het centrum van de zon en planeten ... doen) maar volgens de hoeveelheid van de vaste stof: en waar actie zich op alle manieren uitstrekt tot immense afstanden, zodat gebeurtenissen in de dubbele verhouding tot die afstanden afnemen ... Maar de oorzaak van deze eigenschappen van zwaartekracht ben ik nog niet geweest kunnen putten uit de phaenomena: En ik maak geen hypothesen.  Voor  alles wat niet uit de phaenomena is ontleend, moet een hypothese worden genoemd. En hypothesen, of ze nu metafysisch zijn, of fysiek, of van occulte eigenschappen, of mechanisch, hebben geen plaats in de experimentele filosofie.”

De vroege Verlichtingsideeën over oorzakelijk verband zijn ontstaan in de natuurfilosofie die in tegenspraak was met de mechanische theorie van Descartes en Galileo, zijn hedendaagse mede-uitvinder van ongekende precisie in een mechanische filosofie die aanleiding gaf tot oneindig kleine calculus en analytische meetkunde. Galileo ontdekte een revolutionair systeem van wiskundige analyse gebaseerd op meetbare observatiewetten die in tegenspraak waren met de standaardformalismen van Aristoteles' Natuurkunde en Metafysica.

In 1633 censureerde Descartes zichzelf Le Monde, ou Traité du monde et de la lumière , zijn verhandeling over licht: een nieuwe Copernicaanse filosofie die consistent is met Galileo's bewijs van causale wetten die de waarneembare mechanica van materie beschrijven. Beiden hadden gehoopt de natuur begrijpelijk te maken zonder te verwijzen naar de natuurwetfilosofie als de spiegel van de morele wet in een gevaarlijke ketterij van causale principes waarvoor moraliteit onbelangrijk was.

De 17e-eeuwse revolutie in de deeltjesfysica vloeide voort uit het eerste patent van de telescoop door de Duits-Nederlandse brillenmaker Hans Lippershey, in 1608, kort na de eerste uitvoering van Shakespeare's Hamlet in Oxford, waar Francis Bacon bezig was met het uitvinden van moreel realisme in Magdalena. Middelbare school. De telescoop luidde de materiële cultuur van een nieuwe discipline in: wiskundige fysica. Dit scheidde formeel de natuurkunde van de natuurfilosofie en was in strijd met Galileo's vertrek van de Aristotelische en bijbelse causaliteitspolen. Natuurkunde werd nu een functie van observaties, niet van moreel discours. De daad van toetsbare observatie werd dus noodzakelijk en voldoende om de eigenschappen van wetten te verklaren die bekend zijn door observatie-instrumenten, niet de aangeboren waarheden van de rede.

​

VI. Vooruit kijken

​

​

Van Aristoteles tot Thomas van Aquino, Newton en Hume heeft de stilzwijgende metastructuur van oorzakelijkheid altijd eenheid betekend: een verenigd, zelfconsistent systeem van diep verbonden dynamiek verborgen voor zintuiglijke waarneming. Van Genesis tot het inflatoire scenario, hebben de oorspronkelijke verhalen over oorzakelijkheid altijd een willekeurig oorzakelijk punt verondersteld aan het begin van de ruimtetijd, niet waarneembaar en ontoegankelijk voor de zintuigen. Het feit van niet-waarneembare beginvoorwaarden blijft vragen over evolutie bemoeilijken  fysieke systemen van kwantummechanica in de begintoestand die voortkomen uit a  klassiek systeem waarin, volgens Netta Engelhardt, het gedrag van nul-hyperoppervlakken de zwaartekrachtdynamiek bepaalt.

​

Het standaard kosmologische model weerspiegelt onbepaalde aspecten van de Verlichtingsfysica en de filosofie van oorzakelijk verband. Feitelijk bewijs voor een initiële toestand blijft speculatief en staat open voor tegenstrijdige interpretaties van kwantum- en klassieke verschijnselen die een inflatoire, conforme, stuiterende of oneindige mogelijke werelden beschrijven die voorafgaan aan de oorspronkelijke staat van evoluerende waarneembare waarnemingen van de CMB.

Omdat feitelijk bewijs voor de fysieke en niet-fysieke eigenschappen van een begintoestand onbepaald is, zijn waarneembare zaken noodzakelijk, maar onvoldoende voor fundamentele criteria voor verificatie of falsificatie van de theorie. Poppers falsifieerbaarheidscriterium voor wetenschappelijk bewijs legt beperkingen op aan methoden voor het verifiëren van niet-fysische verschijnselen in de begintoestand die bijvoorbeeld worden beschreven door AdS/CFT en zwaartekracht die verband houdt met de fysica van zwarte gaten, deeltjes en gecondenseerde materie voorafgaand aan de uitdijende fase.

Coherente natuurkundige theorie van onbepaalde of niet-waarneembare verschijnselen voorspelt onbevooroordeelde resultaten die experimentele waarnemingen bevestigen waar de theorie onvolledig is, bijvoorbeeld van zeer vroege neutrino-oscillaties, zoals Edward Witten me ooit heeft uitgelegd. Waar waarneembare zaken de gemeenschap ontgaan, leiden we waarschijnlijke toestanden af in gevallen zoals dynamische opkomst uit kwantumverstrengeling. Waar de acausale verschijnselen bekende wetten doorbreken, gaan we terug naar de kosmische tekentafel, ongehinderd door de regel van falsifieerbaarheid.

De nieuwe fysica moet de coherente klassieke theorie van de initiële toestand en de kwantumtheorie formaliseren. We hebben een nieuw causaal paradigma nodig dat de filosofie en de fysica van kwantumzwaartekracht in initiële en mogelijk voorafgaande toestanden van bevestigde waarneembare waarnemingen overbrugt. Een verifieerbare theorie die zwaartekrachtgolven uit een eerdere toestand beschrijft, moet echter eerst zowel de waarneembare als niet-waarneembare causale dynamiek verklaren om het Boek van de Natuur tussen de regels door te kunnen lezen.

Causale dynamiek en causale structuren van fysieke systemen zijn fundamenteel voor onderliggende krachten die aan het zicht onttrokken zijn.  Als, in feite, oer-gravitatiegolven gebeurtenissen vóór de begintoestand zullen verklaren, moet de wetenschappelijke gemeenschap worden voorbereid met een coherent nieuw paradigma van pre-fenomenologie voor de komende revolutie in de computationele fysica. Het falsifieerbaarheidscriterium van Popper is noodzakelijk voor de verificatie van sense-data, maar het stelt onrealistische eisen aan de theorie, bijvoorbeeld van niet-waarneembare mechanismen die nu worden onderzocht door computationele tools.

We leven in een wereld van paradoxen. Newtoniaanse fysica kan de causale complexiteit van kwantum- en klassieke systemen niet verklaren. Newton had geen idee dat ze bestonden. Als Hawking en Penrose gelijk hadden dat alleen een theorie van beginvoorwaarden voorspellende kracht heeft, moeten we  aandacht besteden aan computationele fysica van fysieke evolutie van initiële dynamische toestanden bij spins en snelheden die zo onwaarneembaar zijn als zwaartekrachtgolven naar Newton. Leibniz produceerde de eerste coherente uniforme beschrijving van fysieke en metafysische causale wetten waarvan we nu weten dat ze op zijn best bij benadering zijn. Zal het standaard kosmologische model worden aangepast door een computationele revolutie in de wiskundige fysica? In deze beste van alle mogelijke werelden is alles mogelijk.

Sarah Jones Nelson

Afdeling Wijsbegeerte

Princeton Universiteit

Princeton, New Jersey

​

​

Referenties

​

P. Agrawal, G. Obied, PJ Steinhardt en C. Vafa, Over de kosmologische implicaties van het snaarmoerasland, arXiv:1806.09718v2 [hep-th]

S. Alexander, E. McDonough en DN Spergel, chirale zwaartekrachtsgolven en baryon superfluïde donkere materie , arXiv:1801.D7255v4 [hep-th]

D. An, KA Meissner, P. Nurowski en R. Penrose, Schijnbaar bewijs voor Hawking-punten in de CMB-hemel , arXiv:1808.01740v3 [astro-ph.CO]

JJ Balmer, Notiz über die Spectrallinien des Wasserstoffs, Annalen der Physik und Chemie (25), 1885

JS Bell, Over de Einstein Podolsky Rosen-paradox, Physics (1), 1964, pp 195-200

S. Betts en CG Tully, et al., Ontwikkeling van een relikwie neutrino-detectie-experiment bij PTOLEMY: Princeton Tritium Observatory for Light, Early-Universe, Massive-Neutrino Yield, arXiv: 1307.4738v2 [astro-ph.IM]

D. Bohm, een voorgestelde interpretatie van de kwantumtheorie in termen van 'verborgen' variabelen ,

Fys.Rev. 85 (2), 1952, blz. 166-179

N. Bohr, Het kwantumpostulaat en de recente ontwikkeling van de atoomtheorie , Nature

(121), 1928, blz. 580-590

R. Descartes, Discours de la méthode , Leiden: Jan Maive, 1637

R. Descartes, Le Monde, ou Traité du monde et de la lumière, Parijs: Chez Michel Bobin en Nicolas le Gras, 1664

A. Einstein, B. Podolsky en N. Rosen, Kan de kwantummechanische beschrijving van de fysieke werkelijkheid als compleet worden beschouwd? Fys.Rev. (47), 1935, blz. 777-780; vgl. ook N. Bohr, Ibid, (48), 1935, blz. 696-702

​

N. Engelhardt en S. Fischetti, De zwaartekracht dualiteit van grenscausaliteit, arXiv:1604.03944v2 [hep-th]

R. Feynman, The Character of Physical Law , New York: Modern Library, 1994

M. Giustina en A. Zeilinger, et al., Bell-schendingen met verstrengelde fotonen, vrij van fair-sampling-aanname , arXiv: 1212.0533v2 [quant-ph]

D. Gross, Waar staan we in de fundamentele (snaar)theorie , Physica Scripta (T117), 2005, pp. 102-105

S. Hawking, Particle creatie door zwarte gaten , Commun.Math.Phys. (43), 1975, blz. 199- 220

G. 't Hooft, Natuurkunde op de grens tussen klassieke en kwantummechanica , Journal of Physics: Conference Series door IOP Publishing Ltd (504), 2014

D. Hume, een verhandeling over de menselijke natuur , Londen: John Noon, in het White-Hart, 1739

A. Ijjas en PJ Steinhardt, Bouncing cosmology made simple , arXiv:1803.01961v1 [astro-ph.CO]

A. Kusaka en L. Page, et al., Resultaten van het Atacama b-mode search (ABS) experiment , arXiv:1801.0121v1 [astro-ph.CO]

GW Leibniz, Essais de Théodicée sur la bonté de Dieu, la liberté de l'homme et l'origine du mal, Amsterdam: Chez Isaac Troyel, Libraire, 1710

D. Lewis, Causation , The Journal of Philosophy (70), Zeventigste jaarlijkse bijeenkomst van de American Philosophical Association Eastern Division, 11 oktober 1973, blz. 556-567

J. Maldacena, De grote N-limiet van superconforme veldtheorieën en superzwaartekracht , arXiv:hep-th/9711200v3

J. Maldacena en XL Qi, Eternal traversable wormholes , arXiv:1804.00491v3 [hep-th]

CW Misner, KS Thorne en JA Wheeler, Gravitatie , New York: WH Freeman and Company, 1973

I. Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , 3e druk, Cambridge: Trinity College, Wren Library MS T.10.17, 1726

​

L. Page, Kaarten van de kosmos: de kosmische microgolfachtergrond , arXiv:atroph/0402547v1

R. Penrose, mode, geloof en fantasie in de nieuwe fysica van het heelal , Princeton: Princeton University Press, 2016

M. Planck, Zür theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspectrum, Leipzig: Johann Ambrosius Barth, 1900

K. Popper, Realisme en het doel van de wetenschap: van het naschrift tot de logica van wetenschappelijke ontdekking , ed. WW Bartley III, Londen: Routledge, 1992

B. Russell, The relation of sense-data to physics , Scientia (16), 1914, pp. 1-27

E. Verlinde, Emergente zwaartekracht en het donkere universum, SciPostPhys.2.3016, arXiv:1611.02269v2 [hep-th]

H. Verlinde, Holografie en verdichting, arXiv:hep-th/9906182v1

FM Voltaire, Candide, ou l'Optimisme , Gallimard, 1759

N. Walchover, A fight for the soul of science, Quanta Magazine, 16 december 2015

JA Wheeler, Informatie, natuurkunde, kwantum: het zoeken naar links, Proc. 3e Int. Symp. Grondslagen van Quantum Mechanics, Tokyo: 1989, blz. 354-368

E. Witten, Opmerkingen over enkele verstrengelingseigenschappen van de kwantumveldentheorie, arXiv:1803.04993v6 [hep-th], 6 augustus 2018

L. Wittgenstein, Philosophische Untersuchungen/ Philosophical Investigations, vert.

GEM Anscombe, Oxford: Basil Blackwell, 1953

​
 

Dankbetuigingen

Als waardering voor deelnemers aan CMB@50, Department of Physics, Princeton University, 2015: Neta Bahcall, Wendy Freedman, Juan Maldacena, Lyman Page, James Peebles, Roger Penrose, Martin Rees, Suzanne Staggs, David Spergel, Paul Steinhardt, Christopher Tully , Erik Verlinde, Herman Verlinde en Edward Witten. Ik ben ook dankbaar voor Freeman Dyson en Karen Uhlenbeck.

​