Steven Weinberg

Newtonianizmus, redukcionizmus és a kongresszusi érvelés művészete

Nemrég, 1987-ben ünnepeltük Isaac Newton Principiája megjelenésének 300. évfordulóját. Ez volt az a nagy horderejű könyv, amelyben Newton lefektette mozgás- és gravitációs elméletét. Úgy illett, hogy a Cambridge-i Egyetemen ünnepeljék meg az évfordulót, ahol Newton tanult, s ahol később a Henry Lucas által alapított matematikai tanszék professzora volt. A véletlen úgy hozta, hogy leányom az 1986-1987-es tanévben éppen Cambridge-ben kutatott, én pedig tudattam összes ottani barátommal, hogy hálásan elfogadnék erre az időszakra bármilyen cambridge-i meghívást. Hogy, hogy nem, meg is hívtak, tartsak előadást 1987 júniusában a Principia évfordulója alkalmából rendezendő ülésen, így született meg a következő lapokon olvasható előadásom, amely később a Nature-ben is megjelent.

Nagyjából ugyanebben az időben sok időt töltöttem azzal, hogy érveket sorakoztassak fel egy hatalmas méretű, az elemi részecskék fizikájában alkalmazandó kutatási eszköz, az úgynevezett szupravezető szupergyorsító (Super-conducting Super Collider, SSC) megépítése mellett. (Ebben nem texasi patriotizmusom vezérelt, hiszen akkor még nem döntöttek arról, hogy Texasban épüljön meg a gyorsító.) Úgy éreztem, ez a projekt egy filozófiai kérdést is fölvet a gyakorlati, politikai és gazdasági kérdéseken túl. Az a hajlandóságunk, hogy az elemirészecske-laboratóriumokban folyó kutatásoknak oly nagy jelentőséget tulajdonítsunk, jórészt redukcionista világszemléletünkből fakad: azokat az alapvető elveket kutatjuk, amelyekből - elvben - minden más tudományos elv levezethető. Talán éppen Newton volt az első, aki megfogalmazta ezt a célt, ami pedig a megvalósítás módját illeti, egészen biztosan tőle kaptuk a legtöbb útravalót. Ilyenformán a redukcionizmus kínálkozott előadásom egyik témájául. Az előadás egyes részleteit később kibővítettem és újra felhasználtam a Dreams of a Final Theory (Álmok a végső elméletről) című, 1992-ben megjelent könyvemben. A szupravezető szupergyorsító felépítésének programját a kongresszus 1993-ban levette a napirendről, de egy ehhez hasonló, bár kisebb gyorsító építése Genf mellett, a CERN-ben továbbra is folyik, és az alapkutatások támogatásának problémája egy darabig még egészen biztosan napirenden marad.

Végül egy helyreigazítás. Előadásomban idéztem Lord Kelvint, aki 1900 körül azt mondta volna, hogy „nincs már semmi új a fizikában, ami fölfedezésre vár. Egyetlen feladatunk maradt: egyre pontosabb és pontosabb méréseket végezni." Az idézetet egy dián láttam, amellyel egy kedves barátom illusztrálta az előadását valamelyik fizikai konferencián. Később, a Dreams of a Final Theory írásakor megpróbáltam megkeresni, honnan való az idézet: végiglapoztam Kelvin életrajzát és válogatott munkáit, de hiába. Végül a barátomhoz fordultam, aki azt válaszolta, hogy emlékezetből idézte Kelvint, sok évvel korábban hallotta, hogy ezt a megjegyzést tulajdonítják neki. Jelen pillanatban tehát nem tudom pontosan, mit mondott Kelvin arról, hogy nincs a fizikában semmi felfedezni való, és hogy nyilatkozott-e ebben a tárgyban egyáltalán.

---------------

Ma délután nem magáról a tudományról, hanem a tudomány filozófiájáról szeretnék beszélni Önöknek. Ez nem igazán jellemző sem rám, sem általában az aktív kutatókra. Egyszer azt a megjegyzést hallottam valahol (már nem tudom pontosan, hol), hogy a tudósoknak annyi hasznuk van a tudományfilozófiából, mint a madaraknak az ornitológiából.

Ugyanakkor az Egyesült Államokban fölvetődött egy nagy horderejű kérdés, amely még a XXI. században is hosszú időre meghatározhatja a fizikai kutatások irányát, és én úgy látom, hogy ennek a kérdésnek egy filozófiai probléma a sarkalatos pontja. Ez év január 30-án Washingtonban bejelentették, hogy döntés született egy igen nagy méretű elemirészecske-gyorsító, a Superconducting Super Collider (röviden SSC) megépítéséről. A „nagy" úgy értendő, hogy a kerülete mintegy 85 kilométer. Azért lesz épp ekkora, hogy protonokat lehessen benne 20 billió elektronvoltra felgyorsítani. A gyűrűben két protonsugár köröz majd ellentétes irányban, és ezek számos ponton ütköznek egymással. A sugarak intenzitását úgy választják meg, hogy nagyjából másodpercenként egy olyan ütközés következzék be, amely érdeklődésünkre számot tartó folyamatokat indít el. A különféle tervezett paraméterekből pedig végeredményben az a kiindulási paraméter adódott, hogy a gyorsító megvalósításának összköltsége 1986-os USA-dollárban számolva 4,4 milliárdra becsülhető.

A fő ok, amiért ezt a gyorsítót jó lenne megvalósítani, az, hogy a nagy energiájú folyamatok új, eddig soha nem tanulmányozott birodalmát nyitná meg előttünk. Ahogy a csillagászok vagy a szilárdtest-fizikusok is látványos új eredményekhez jutnak el, amikor új hullámhosszon kezdik tanulmányozni az égboltot, illetve sikerül még egy nagyságrenddel alacsonyabb hőmérsékletet megvalósítaniuk, úgy a részecskegyorsítókkal elérhető energia megtízszerezése is izgalmas újdonságokkal kecsegtet. Gyakorta állt ez a megfontolás az új gyorsítók létesítése mögött. Olykor az is előfordult, hogy az új gyorsítóval előre megjósolható felfedezésekre jutottunk. Jó példa erre a Berkeleyben több mint harminc éve épített gyorsító, a Bevatron, amelyben először hoztak létre egymilliárd elektronvolt tömegű részecskéket. A Bevatront antiprotonok létrehozására tervezték, és ez a terv valóra is vált nem sokkal a gyorsító üzembe helyezése után. De nem ez volt az egyetlen izgalmas eredmény, amit ennek a gyorsítónak köszönhetünk. Kevesen gondolták például, hogy újfajta elemi részecskék tömkelegével ismertet majd meg bennünket, és emiatt változni fog az elemi részecskék fogalmának értelmezése is. Mindenesetre jó érzés volt tudni a Bevatron tervezésekor, hogy legalább egy fontos fölfedezéshez eljuthatunk általa.

Hasonló a helyzet ma az SSC-vel. Az SSC-t arra tervezték, hogy fölfedezhessük a segítségével az úgynevezett Higgs-részecskét, föltéve hogy az nem túl nehéz. Ha a Higgs-részecske túl nehéznek bizonyulna ehhez, akkor az SSC-vel valami mást fedezhetünk föl, ami nem kevésbé érdekes.

Megmagyarázom pontosabban, mire gondolok. Mint bizonyára hallottak róla, az utóbbi időben bizonyos fokig egységben szemléljük a természetben előforduló különböző kölcsönhatásokat. Ez a szemlélet azzal a következménnyel jár, hogy spontán módon sérül a szimmetria bizonyos kölcsönhatások, nevezetesen a gyenge nukleáris és az elektromágneses kölcsönhatás között — más szóval, ez a szimmetria, amely az elmélet alapegyenleteiből következik, nem jelenik meg a megfigyelhető fizikai állapotokban. Ezt a szimmetriát az általunk ismert kölcsönhatások - tehát az erős és gyenge nukleáris, valamint az elektromágneses kölcsönhatás -nem sértik, ezért kell hogy legyen még egy kölcsönhatás, amely felelős a szimmetriasértésért, mint például a szupravezetőkben a hanghullámok elektronok közötti terjedéséből fakadó jól ismert kölcsönhatás. Nem tudjuk pontosan, hogy ez az új kölcsönhatás miben áll. A legegyszerűbb magyarázathoz úgy jutunk, ha egy újfajta elemi részecskét társítunk hozzá - ez lenne az a bizonyos Higgs-részecske.

Nem vagyunk tehát biztosak abban, hogy az elektrogyenge szimmetriasértésnek ez a helyes értelmezése, és persze a Higgs-részecske tömegét sem ismerjük. Az SSC révén akkor fogjuk tudni azonosítani ezt a részecskét, ha a tömege nem nagyobb körülbelül 850 milliárd elektronvoltnál, no meg akkor, ha létezik egyáltalán. Ennek ellenére (Michael Chanovitz szavaival1 élve) az SSC-vel nem bukhatunk meg, mert ha a Higgs-részecske nem létezik, vagy nehezebb 850 milliárd elektronvoltnál, akkor erős kölcsönhatásoknak kell érvényesülniük a gyenge nukleáris kölcsönhatást közvetítő részecskék között, amelyek fölfedezését az SSC szintén lehetővé teszi. Ebben az esetben ezek az erős kölcsönhatások világítanák meg a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatások közti spontán szimmetriasértés természetét.

Most már a Kongresszuson múlik, hogy felhatalmazást ad-e a gyorsító megépítésére, és elkülöníti-e az ehhez szükséges összeget. A Kongresszus két házának két bizottsága - a Képviselőház űrkutatási, Tudományos és Technológiai Bizottsága és a Szenátus Energiaügyi és Természeti Erőforrások Bizottságának Energetikai Kutatási és Fejlesztési Albizottsága - meghallgatást tűzött ki, mégpedig mindkét testület ez év április 7-ére. Márciusban, körülbelül egy hónappal a meghallgatás előtt felkértek, hogy tanúskodjak én is a két bizottság előtt. Be kell vallanom, inkább megrémültem, semmint megtisztelve éreztem magam. Korábban egy ideig aktívan részt vettem az SSC tervezésében, és akkoriban nem hagyott nyugodni a rémlátomás, hogy egyszer majd valami bíróság elé citálnak, s rideg hangon nekem szegezik a kérdést: miért ér meg nekünk 4,4 milliárd dollárt a Higgs-részecske fölfedezése? Meg aztán korábban csak egyetlen alkalommal álltam ilyen bizottság előtt, és az volt az érzésem, hogy nem én vagyok a kongresszusi érvelés legavatottabb mestere.

Egyébként a részecskefizikusok Amerikában szinte egységesen vallják, hogy éppen egy ilyen gyorsítót érdemes legközelebb megépíteni. (Mint mondtam, a cél nem csupán a Higgs-részecske felderítése lenne, hiszen egy új energiatartomány tárulhatna fel előttünk.) Van azonban az Egyesült Államokban az SSC-nek komoly szakmai ellenzéke is. Azt olvastam valahol, hogy sohasem merült még föl olyan kérdés, amely ennyire megosztotta volna az amerikai fizikusokat.2 Ha jól tudom, Önöknél, Nagy-Britanniában is folyik egy hasonló vita, no nem az SSC-ről, hanem arról, hogy tagja maradjon-e az ország a CERN-nek, vagyis a Nukleáris Kutatások Európai Centrumának. Gyanítom, hogy ebben a kérdésben nincs teljes egyetértés a brit kutatók között.

Előre tudtam, hogy a washingtoni meghallgatáson lesz két nehézsúlyú ellenfelem, akik minden követ megmozgatnak majd, hogy megakadályozzák a projekt elindítását. Egyikük Philip Anderson, a szilárdtest-fizika - azon belül a szupravezetés - egyik legismertebb szakekintélye, aki már sok éve hangoztatja, hogy nem érdemes olyan rengeteg pénzt nagyenergiájú fizikai kutatásokra költeni. Rajta kívül egy másik jeles szilárdtest-fizikus, James Krumhansl neve is szerepelt a meghívott szakemberek listáján. Ő történetesen tanított is engem, amikor még kezdő voltam a Cornell Egyetemen, amellett pedig - ez többet nyomhatott a latban - őt jelölték az American Physical Society két év múlva megüresedő elnöki pozíciójába.

Pontosan tudtam, hogy Anderson és Krumhansl ellenezni fogja az SSC megépítését, és hogy olyan érveket is felhoznak majd, amelyekkel nem lehet nem egyetérteni. Számítottam arra az érvükre, hogy az elemi részecskék fizikájára (vagy nagy energiájú fizikára, vagy nevezzük bárminek) költött pénznek a technikai fejlődésen mért megtérülése nem olyan biztos, mint a kondenzált anyagok fizikájára vagy más kutatási területekre fordított összegeké. Úgy gondoltam, ezt el kell fogadnom (bár a magam részéről nagyobb hangsúlyt helyeznék a váratlan fölfedezésekre, a „melléktermékekre"). Számítottam arra az érvre is, hogy az elemi részecskék fizikája intellektuálisan semmmivel sem mélyebb tudomány a fizika más ágainál, például a kondenzált anyagok fizikájánál. Ezt is elfogadom. Tagadhatatlan, hogy az elmúlt évtizedekben az új eszmék folyamatosan, két irányban áramlottak a részecskefizika és a kondenzált anyagok fizikája között. Mi, részecskefizikusok sokat tanultunk a kondenzált anyagok fizikájából a szimmetriasértésről; ők meg a mi tudományunkból a renormálási csoportként ismert matematikai módszerről. Mostanában pedig ők is, mi is sokat emlegetjük a fizikai elméletek egyik osztályát, az úgynevezett konformális kvantumtérelméleteket. (Meg nem tudnám mondani, hogy ezt ki tanulta kitől.) Jól látszik mindebből, hogy a kondenzált anyag fizikája matematikai mélységében nem marad el az elemi részecskék fizikájától.

Azt a kérdést, miért kell nagy összegeket költenünk az elemi részecskék fizikájára, más irányból kell megközelíteni. Legalábbis az egyik magyarázat abban keresendő, hogy a részecskefizika - és most ebbe beleértem a kvantumtérelméletet, az általános relativitás elméletét, valamint az asztrofizika és a kozmológia ehhez kapcsolódó területeit is -, szóval ez a tágan értelmezett részecskefizika valamilyen értelemben fundamentálisabb a fizika más területeinél. Ezt a bizottsági meghallgatáson többé vagy kevésbé nyíltan mind Anderson és Krumhansl, mind az SSC más ellenzői tagadták. Az SSC ügyének szószólójaként egyszerűen nem kerülhettem meg ezt a kérdést, pedig tudom, veszélyes érv ez. Veszélyes, mert irritálja a más tudományterületeken működő barátaimat. Hadd mutassak erre egy példát, mégpedig úgy, hogy magamat idézem, mert utána idéznék majd néhány kommentárt is, amelyet mások a megjegyzéseimhez fűztek.

Nos, 1974-ben, tehát, nem sokkal az után, hogy sikerült végleges formába önteni az elemi részecskék ma is elfogadott standard modelljét az erős nukleáris kölcsönhatások kvantum-kromodinamika néven ismert elméletének sikereként, írtam egy cikket a Scientific American számára „Az elemi részecskék kölcsönhatásainak egyesített elmélete" címen.3 Mivel a cikket valahogy el kellett kezdenem, bevezetésül a. következő közhelyes megállapításokat választottam. „Az ember egyik régi vágya, hogy néhány általános törvénnyel megmagyarázza, miért olyan a természet, amilyen, a maga látszólagos komplexitásában és változatosságában. Ehhez az .egységes természetszemlélethez a jelen pillanatban az elemi részecskék és kölcsönhatásaik leírásával juthatunk a legközelebb." Nem akartam én ezzel semmi újat mondani, másoktól is hallhattunk hasonlókat nemegyszer. (Einsteintől például ezt: „A fizikus számára a végső erőpróba, hogy eljusson azokhoz az univerzális elemi törvényekhez, amelyekből a kozmosz tisztán dedukcióval felépíthető.") Egy évtizeddel később a MIT Press (A Massachusettsi Műegyetem tudományos könyvkiadója) felkért, hogy írjak recenziót egy különféle kutatók cikkeit felölelő tanulmánygyűjteményről. A kéziratban megtaláltam harvardi barátomnak, korunk egyik kiemelkedő evolúcióbiológusának, Ernst Mayrnak a tanulmányát is.4 És mit gondolnak, mit idézett Mayr a „fizikusok gondolkodásmódjának elrettentő példájaként"? Eltalálták, nem mást, mint az én megjegyzéseimet a Scientific Americanben megjelent cikkből, engem pedig „megalkuvást nem ismerő redukcionistának" nevezett.

Mármost erős a gyanúm, hogy nincs valódi ellentmondás Mayr felfogása meg az enyém között, egyszerűen elbeszélünk egymás mellett, és jobban tennénk, ha a közös nevezőt keresnénk a csatározás helyett. Nem hiszem, hogy megalkuvást nem ismerő redukcionista lennék: megalkuvásra hajló redukcionistának vallom magam. Megpróbálnám tehát úgy megfogalmazni, milyen értelemben fundamentálisabb az elemi részecskék fizikája a fizika más ágainál, és annyira leszűkíteni a „fundamentális" jelző értelmét, hogy mindannyian egyetérthessenek velem.

Először is nézzük meg, mit nem akarok állítani. Ehhez hasznos lesz, ha egy kicsit közelebbről is szemügyre vesszük Ernst Mayr írását, hiszen ő a redukcionista gondolkodásmód fő ellenfele nemcsak a biológián belül, hanem általában a természettudományokban is. The Growth of Bíological Thought (A biológiai gondolkodás fejlődése) című, 1982-ben megjelent könyve5 köztudottan hadüzenet a redukcio-nizmus ellen, így ebből próbáltam kihámozni, mit ért Mayr redukcionizmuson, s hogy az ő fogalmai szerint redukcionistának kell-e tartanom magam.

A redukcionizmus egyik fajtáját, amellyel szembeszáll, Mayr az elmélet reduk-cionizmusának (theory reductionism) nevezi. Ha jól értem, itt arról lenne szó, hogy a többi tudomány végső soron elveszti önállóságát, és mind beolvad az elemi részecskék fizikájába, vagyis a részecskefizika egy-egy ága lesz.

Nyilvánvaló, hogy én ebben nem hiszek. Még ha megmaradunk is a fizika területén, s félretesszük a biológiát, akkor sem. Biztos, hogy nem szűnhet meg önálló tudományként létezni sem a termodinamika, sem a hidrodinamika; még a molekuláris fizikára való visszavezetésük sem fordul meg a fejünkben, még kevésbé az, hogy az elemi részecskék fizikájából vezessük le őket. Még ha mindent pontosan tudnánk is a víz molekuláiról, és olyan komputerrel dolgozhatnánk, amellyel követni lehet egy pohár víz minden egyes molekulájának a térbeli mozgását, az is csak annyit jelentene, hogy lesz egy kazalra való számítógépes adatunk. Vajon hogyan bányászhatnánk ki ebből az adattömegből a víz bennünket érdeklő tulajdonságait: örvénylését, entrópiáját, hőmérsékletét?

A filozófiai szakirodalomban az „előtűnés" (emergence) szóval fejezik ki azt a jelenséget, hogy magasabb és magasabb szerveződési szintre lépve újabb és újabb fogalmakra lesz szükségünk az adott szinten tapasztalható jelenségek megértéséhez. Anderson elegánsan fogalmazta ezt meg a Science-ben, 1972-ben megjelent érdekes cikkének címében: „More Is Different", azaz „A több más"6.

A redukcionizmus következő válfaja Mayr felosztása szerint a magyarázat redukcionizmusa (explanatory reductionism). Ez az én értelmezésemben azt jelenti, hogy a legalsó szinten, tehát, mondjuk, az elemi részecskék fizikájában kell előrelépnünk ahhoz, hogy haladást érhessünk el más tudományokban: a hidrodinamikában, a kondenzált anyag fizikájában és így tovább.

A magam részéről ezt sem írnám alá. Azt gondolom, valószínűleg tudjuk már az elemi részecskék fizikájáról mindazt, amire egy szilárdtest-fizikusnak vagy egy biológusnak szüksége lehet. Meglepetésemre Mayr még azt az állítást is megkockáztatta (bizonyára joggal, hiszen ezekről a dolgokról ő sokkal többet tud nálam), hogy a DNS fölfedezése sem jelentett túl sokat a tulajdonságok átörökítésének kutatásában. Mayr így fogalmaz: „Kétségtelen, hogy a DNS, az RNS és más effélék fölfedezésével a klasszikus örökléstan számos fekete dobozát meg lehetett tölteni kémiai tartalommal, ám ez a tulajdonságok átörökítésének tanulmányozását jellegében nem változtatta meg."

Mindezt elfogadom. Mégis úgy látom, hogy heves antiredukcionizmusukban Mayr, meg Anderson, Krumhansl és a hozzájuk hasonlóan gondolkodó fizikusok megfeledkeznek a lényegről. Mindannyian érezzük, hogy különféle szinteken lehet valami fundamentális. Még Anderson is vallja, hogy a DNS „az élet titka".7 Úgy érezzük, a DNS-nek a biológiában fundamentális jelentősége van. Ezzel nem azt mondtam, hogy szükség van rá a tulajdonságok átörökítésének megértéséhez, és bizonyosan nincs szükség rá ahhoz, hogy megmagyarázzuk az emberi viselkedést, de mégis, a DNS valami fundamentális dolog. Vajon mi az a DNS fölfedezésében, ami fundamentális a biológia számára? És mi az a részecskefizikában, ami fundamentális minden diszciplína számára?

Miután hosszasan fejtegettem, mit nem gondolok, ideje megmondanom, hogy mi az, amit viszont gondolok. Ezzel azonban nem akarok én semmi újat mondani - semmi olyat, amit ne tudnának valamennyien. Pontosan az ellenkezőjére törekszem: hogy rámutassak arra, amiben egyetérthetünk.

Bármelyik tudományágat műveljük is, célunk az, hogy megtudjunk a természetről bizonyos általános igazságokat. Ha pedig megtudtunk valamit, mindjárt föltesszük a kérdést, hogy miért van az a valami úgy. Nem azt, hogy mi miért gondoljuk úgy, hanem hogy miért van úgy. Miért ilyen a természet? Ha megválaszoljuk ezt a kérdést, a válasz részben mindig az adott körülményekből fakad, vagyis az épp fölvetett probléma természetéből, részben azonban más általános igazságokból. Van tehát a tudományban egyfajta irányultság: bizonyos általános igazságok más általános igazságokkal „magyarázhatók".

A Principia 300. évfordulóját ünnepeljük, vegyünk hát egy ezzel kapcsolatos példát. Johannes Kepler általános tételeket alkotott a bolygók mozgására vonatkozóan, Newton pedig a tömegvonzási erőről és a mechanika törvényeiről tett általános megállapításokat. Nem lehet kétségünk afelől, hogy történetileg Kepler volt az első, és hogy Newton, azután Edmund Halley, Christopher Wren és mások Kepler törvényeiből vezették le a gravitációs erő és a távolság közti négyzetes reciprok ösz-szefüggést. Formális logikai alapon, mivel mind Kepler, mind Newton törvényei igazak, bármelyikről mondhatjuk, hogy jelenti (implies) a másikat. (Hiszen a formális logikában az „A jelenti B-t" állítás annyit tesz: nem fordulhat elő, hogy A igaz, B viszont nem. Ha viszont A is és B is igaz, akkor mondhatjuk, hogy A jelenti B-t és B jelenti A-t.)

Mégis, bármi következzék is a formális logikából, és bármi következzék a történelmi időrendből, intuitív alapon belátjuk, hogy Newton mozgástörvényei és gravitációs törvénye fundamentálisabbak Keplernek a bolygók mozgását leíró törvényeinél. Nem tudom egészen pontosan megmagyarázni, mit is értek ezen; alighanem az is benne van, hogy Newton törvényei általánosabbak, de erről is nehéz lenne precíz megállapításokat tenni. Ha azonban azt mondjuk: Newton törvényei „megmagyarázzák" a kepleri törvényeket, mindannyian tudjuk, miről van szó. Filozófiai szakkifejezések segítségével valószínűleg pontosabban is leírhatnánk, hogy ez az állítás mit jelent, de én azt szeretném itt világossá tenni, hogy ez az állítás nem a fizikusok, hanem az univerzum viselkedésére vonatkozik. S ugyanígy, bár új fogalmak „tűnnek elő", ha folyadékokat vagy sok testből álló rendszereket kezdünk tanulmányozni, tökéletesen tudatában vagyunk annak, hogy a hidrodinamika és a termodinamika a mikroszkopikus fizika elveinek talaján válhatott azzá, ami. Senki seni gondolja, hogy a fázisátmenetek vagy a káosz jelenségeit (hogy én is Krumhansl példáit említsem) az atomfizika alapján pontosan megérthetnénk új tudományos gondolatok.kreatív alkalmazása nélkül, de kételkedhet-e bárki is abban, hogy a létező anyagi rendszerek az őket felépítő részecskék tulajdonságai miatt mutatják ezeket a jelenségeket?

Van még egy bonyodalom a „magyarázatok" tünékeny-fogalmának meghatározásával kapcsolatban. Ezek a „magyarázatok" ugyanis nagyon sokszor csak elviek. Ha ismerjük Newton mozgástörvényeit és a gravitáció négyzetes reciprok törvényét, nem boszorkányság levezetni belőlük Kepler törvényeit. Ugyanakkor, bár nem tagadható, hogy például a molekulák kémiai viselkedését is a kvantummechanika és a Coulomb-törvények határozzák meg, a nagyon bonyolult molekulák viselkedését nem ezekből próbáljuk kikövetkeztetni. Egyszerű molekulák esetében megtehetjük. A kvantummechanika alapegyenletének, a Schrödinger-egyenletnek a megoldásával leírhatjuk például, hogyan egyesül két hidrogénatom hidrogénmolekulává. A módszer nagyobbacska molekulákra is kiterjeszthető, de a DNS kémiai viselkedését nem tudjuk a Schrödinger-egyenlet megoldásával kiszámítani. Még ilyenkor is megjegyezhetjük azonban, hogy bár a valóságban az ilyen bonyolult molekulák viselkedését nern a kvantummechanikából és az elektromágneses vonzás Coulomb-féle törvényéből szoktuk kiszámítani, ha nagyon akarnánk, megtehetnénk. Van egy algoritmusunk (a variációs elv), amelynek segítségével bármilyen kémiai jelenséget kiszámíthatunk, feltéve, hogy elég nagy számítógépen dolgozunk, és elég türelmesek vagyunk.

Ha most az atommagok viselkedését vesszük szemügyre, a „magyarázat" jelentése még kevésbé nyilvánvaló. A kvantum-kromodinamika alapján senki sem tudja kiszámítani a vasatom magjának spektrumát, vagy azt, hogyan viselkedik az uránium-atommag maghasadáskor. Erre még algoritmusunk sincs. Az elképzelhető legnagyobb számítógép a lehető leghosszabb komputeridő alatt sem végezhetné el a megfelelő számításokat. Ennek ellenére a legtöbben meg vagyunk győződve arról, hogy a kvantum-kromodinamika megmagyarázza az atommagok viselkedését. Úgy fejezzük ki magunkat, hogy „elvben" megmagyarázza, de azt már nem tudnám megmondani, pontosan mit értünk ezen.

Mégis, abból az intuitív tételből kiindulva, hogy bizonyos tudományos általánosítások megmagyaráznak másokat, érzékelhetünk bizonyos irányt a természettudományban. Tudományos magyarázatok nyilai szövik át a tudományos általánosítások terét. Miután már sok ilyen nyilat fölfedeztünk, szemügyre vehetjük az elrendeződésüket. Mit látunk? Azt a figyelemre méltó tapasztalatot szűrhetjük le, ami egyben talán minden idők legnagyobb tudományos fölfedezése: a nyilak a jelek szerint mind egyetlen közös forrás felé mutatnak. Bármelyik tudománytól indulunk is el, ha kíváncsiskodó kisgyerek módjára újra meg újra azt kérdjük, „miért", végül a nagyon kicsiny dolgok birodalmába jutunk.

A magyarázatok nyilait az 1920-as évekre az elektronok, fotonok és atommagok kvantummechanikájáig, meg a kissé félretolt klasszikus gravitációs elméletig sikerült visszavezetni. Az 1970-es évekre a standard modell kidolgozásával eljutottunk egy ennél mélyebb szintre, a kvarkoknak, leptonoknak és mértékbozonoknak nevezett részecskék kvantumtérelméletéig, de a gravitáció még mindig kilógott egy kicsit az elméletből, a gravitáció kvantumtérelmélete nem volt igazán meggyőző. A következő lépés sokunk szerint a szuperhúrok ma még alakulóban levő elmélete. Bár késve fordultam e terület felé, csak a lelkesedés hangján szólhatok róla. Azt hiszem, ma a húrok kínálják a legígéretesebb lehetőséget a standard modell meghaladására.

Ez a redukcionizmus, amelyet a magyarázatok nyilainak konvergenciájaként határoztam meg, nem a tudományos kutatási programok sajátsága, hanem magáé a természeté. Ha nevet kellene adnom neki, azt hiszem, objektív redukcionizmus-nak nevezném. Aki ezt közhelynek hiszi, téved. Az is elképzelhető lenne, hogy a magyarázatok nyilai sok különböző forrás felé mutatnak. S fontos hangsúlyoznunk, hogy egészen a legutóbbi időkig a legtöbb tudós ezen a nézeten volt. Az a fölfedezés, hogy a magyarázatok nyilai egy pontban futnak össze, meglehetősen új. (Előadásom egy korábbi vázlatához fűzött kommentárjában Ernst Mayr felhívta a figyelmemet arra, hogy az én objektív redukcionizmusom megfelel annak, amit ő az elmélet redukcionizmusán ért. Ha így van is, én megmaradnék a magam kifejezésénél, mert azt szeretném hangsúlyozni vele, hogy nem az emberiség tudományos programjának jövőbeli szerveződésére, hanem a természet belső rendjére, gondolok.)

Hogy jobban megértessem magam, példaként megemlítenék néhány olyan, ezzel ellentétben álló nézetet, amely még a XX. században is elég sokáig tartotta magát. Egyik példám a biológiai vitaiizmus, mely szerint a fizika és a kémia törvényei az élőlényekre csak módosított formában alkalmazhatók. Azt gondolhatnánk, hogy ez az elképzelés a szerves kémia és az evolúcióbiológia színre lépésével a XIX. században szertefoszlott. Max Perutz emlékeztetett bennünket arra a Schrödinger-cen-tenáriumon, Londonban idén áprilisban tartott előadásában, hogy a fizika törvényeit az 1920-as, 30-as években elfogadott értelmezésükben sem Niels Bohr, sem Erwin Schrödinger nem tartotta, elegendőnek az élet megértéséhez.8 Perutz megmagyarázza, hogy az élet szabályozottságának problémája, amely zavarta Schrö-dingert, az enzimatikus katalízis jobb megismerésével elhárult. Könyvében Mayr gondosan elhatárolja magát a vitaiizmus minden formájától: „Amint azzal minden biológus tökéletesen tisztában van, a molekuláris biológia egyértelműen megmutatta, hogy az élő szervezetekben zajló folyamatok mind megmagyarázhatók fizikai és kémiai alapon." (Mellesleg itt Mayr pontosan ugyanolyan értelemben használja a „megmagyarázni" szót, mint én.)

Nézzünk még egy példát! A British Association for the Advancement of Science rendezvényén elhangzott beszédében Lord Kelvin ezt mondta: „Nincs már semmi új a fizikában, ami fölfedezésre vár. Egyetlen feladatunk maradt: egyre pontosabb és pontosabb méréseket végezni." Albert Michelson is tett egy hasonló megjegyzést, amelyet gyakran idéznek.9 Kelvin és Michelson e megjegyzését rendszerint a tudományos arrogancia és vakság példáiként hozzák fel, ez azonban véleményem szerint Kelvin és Michelson mondandójának téves értelmezésén alapul. Én úgy vélem, Kelvin és Michelson azért tette ezeket a különös kijelentéseket, mert nagyon szűken értelmezték a fizika feladatát. Úgy képzelték, a fizikának a mozgással, az elektromossággal, a mágnességgel, a fénnyel és a hővel van dolga, és ezeken kívül alig valamivel. Úgy érezték, ez a fizika utolsó napjait éli, és ez bizonyos értelemben így is volt. Kelvin 1900-ban még nem tudhatta, hogy a fizika máris megmagyarázta a kémiai folyamatokat. Ő még arra sem gondolt, hogy ez a fizika feladatai közé tartozik. Úgy látta, a fizika és a kémia fundamentális jellegét tekintve azonos szinten áll. Ma már mást tartunk erről, de nem is olyan régen még fizikusok is gondolkodtak így.

Mint mondtam, elméletileg elképzelhető lenne, hogy ezek a nyilak számos különálló tudományhoz vezetnek. Éppenséggel kört is alkothatnának. Ezt a lehetőséget tulajdonképpen még nem vethetjük el. A fizikusok és a kozmológusok között ma is akadnak szószólói az „antropikus elvnek", vagyis annak a föltevésnek, hogy bizonyos természeti állandók értékére nem létezik egyéb magyarázat, mint az, hogy ha más lenne az értékük, akkor egészen más lenne az univerzum, és nem lennének benne tudósok, akik ilyen kérdéseket tesznek föl. Ha ez a fajta antropikus elv érvényes magyarázatnak bizonyulna, az azt jelentené, hogy bizonyos cirkularitás van beépítve a természetbe, s akkor, attól tartok, ki kéne mondanunk, hogy nincs egyetlen fundamentális szint, mert a magyarázatok nyilai köröket alkotnak. Azt hiszem, az antropikus elvet a legtöbb fizikus csak utolsó mentsvárként veszi számításba, s csak akkor fanyalodna rá, ha tisztán mikroszkopikus úton sehogy sem sikerül magyarázatot találni a természeti állandók értékére és a természet egyéb sajátosságaira. Hát, majd meglátjuk.

Jóllehet amit objektív redukcionizmusnak neveztem, csak viszonylag rövid ideje épült be a tudományos közgondolkodásba (a kvantummechanikának az 1920-as években történt kidolgozása után), gyökerei Newtonig (ki másig?) vezethetők vissza. Newton mutatta ki elsőként, hogy a természet megértésének létezhet olyan módja, amely egyszerre komprehenzív és kvantitatív. Korábban is akadtak olyanok, Thalésztől Descartes-ig, akik megpróbáltak komprehenzív állításokat megfogalmazni a természetről, de arra egyikük sem vállalkozott, hogy komprehenzív fizikai elmélet keretében mennyiségileg magyarázzon meg konkrét megfigyeléseket.

Nem tudok olyan forrást mondani, ahol Newton explicit módon kifejtené redukcionista programját. Talán annak az előszónak az egyik megjegyzésében jut ehhez a legközelebb, amelyet a Principia első kiadásához írt 1686 májusában: „szeretném, ha a természet többi jelenségét is ugyanolyan okfejtéssel levezethetnénk a \ mechanika elveiből [gondolom, úgy érti, hogy ugyanolyannal, mint a Prínci-piában], mert számos okból azt hiszem, hogy ezek mind bizonyos erőktől függenek." Annak talán leglátványosabb példáját, hogy Newton megteremtette a természet komprehenzív és kvantitatív megértésének lehetőségét, a Principia harmadik kötetében találjuk, a következő gondolatmenetben. A Hold hatvanszor olyan messze van a Föld középpontjától, mint Cambridge (akár az angliai, akár az amerikai), ezért a Holdnak a Föld felé irányuló gyorsulása hatvanszor hatvanad (3600-ad) része a Cambridge-ben a fáról leeső almáénak. Ahogy ebben az érvben Newton egyesíti az égi mechanikát a hulló gyümölcsökről tett megfigyelésekkel, azzal véleményem szerint elsőként veszi birtokba a matematikai gondolkodásban rejlő hatalmas lehetőségeket oly módon, hogy az idealizált rendszerek, például a pályájukon mozgó bolygók viselkedésén túl végeredményben minden egyebet is megmagyarázzon vele.

Engedjék meg, hogy tegyek egy rövid kitérőt! Mivel Newtonról beszéltem, meg az SSC-ről, amely kiváló példa a „nagy tudományra", nem hagyhatom említés nélkül, hogy maga Newton is foglalkozott „nagy tudománnyal".10 A Royal Society elnökeként 1710-ben királyi parancsra ő felügyelte az akkori Anglia legnagyobb nemzeti tudományos intézetének, a Greenwich Obszervatóriumnak a tevékenységét. Ugyancsak ő felügyelte a tudományos műszerek javítását,- ami a Master of Ordnance hatáskörébe tartozott, s érdekes kapcsolatot jelent a katonai szférával. Természetesen sok még a hézag a magyarázatok láncolatában, és meglehet, sohasem tudjuk betömni az összes hézagot. A tudománytörténet nagy pillanatai azok, amikor egyet-egyet sikerül kitöltenünk - például amikor Charles Darwin és Alfréd Russel Wallace megmagyarázta, hogyan jöhettek létre az élőlények környezettől függő adaptációi folytonos külső beavatkozás nélkül. De vannak hézagok ma is. Az sem mindig nyilvánvaló, hogy merre mutatnak a magyarázatok nyilai. Erre is mondok egy példát, egy csekélységet, amely azonban engem sok éven át nem hagyott nyugodni. Matematikailag kimutatható, hogy Einstein általános relativitáselméletének következményeként létezniük kell polarizált gravitációs hullámoknak, ezért a kvantumos gravitációs elméletben olyan zéró tömegű részecskéknek kell szerepelniük, amelyek mozgásirányuk körüli perdülete 2 (az egység a Planck-állan-dó). Másrészt azt is tudjuk, hogy minden zéró tömegű és 2-es spinű részecskének Einstein általános relativitáselmélete szerint kell viselkednie. Kérdés, hogy az iménti két állítás közül melyik magyarázza a másikat. Melyik a fundamentálisabb: az általános relativitás vagy a zéró tömegű és 2-es spinű részecskék létezése? Sok éven át hol az egyik, hol a másik válaszra hajlottam. Jelen pillanatban a húrelméletben a graviton zéró tömege és 2-es spinje az elmélet szimmetriái közvetlen következményének tűnik, az a tény pedig, hogy a gravitációt a nem euklideszi geometria és az általános relativitás formalizmusával írjuk le, bizonyos értelemben másodlagos tény, melynek eredete még mindig meglehetősen rejtélyes. De hogy ez lesz-e a végső válasz," nem tudom. Ezzel a példával arra szeretnék rámutatni, hogy jóllehet nem mindig tudjuk, melyik a fundamentálisabb igazság, a kérdést mindenképpen érdemes föltenni, mert ez a kérdés a természet logikai rendjét firtatja.

Azt hiszem, az objektív redukcionizmus, vagyis az a redukcionizmus, amelyik a természeti magyarázatok nyilainak konvergenciáját mondja ki, mára beleivódott a tudományos gondolkodásba, s nemcsak a fizikusokéba, hanem az olyan biológusokéba is, mint Ernst Mayr. Hadd mondjak ismét egy példát! Richárd Owennek a British Association ülésén, 1858-ban elmondott elnöki beszédéből fogok idézni.11 Owen anatómus volt, általános vélemény szerint korának első anatómusa, amellett pedig Darwin nagy ellenfele. Beszédében Owen így fogalmazott: „A paleontológiái kutatások talán legfontosabb és legjelentőségteljesebb eredménye annak az axiómának a megszilárdulása, amelyik az élőlények eleve elrendelt keletkezésének folyamatosságát mondja ki." Nem értem egészen pontosan, mit akar Owen ezzel az axiómával mondani, de számomra itt az a lényeg, hogy manapság egyetlen biológus sem hozakodna elő efféle állítással, még akkor sem, ha pontosan értené a kérdéses axióma jelentését, mert ma egyetlen biológus sem elégedne meg a biológiai viselkedés leírásában egy axiómával, amelyről nem gondolhatja azt, hogy funda-mentálisabb szinten magyarázatra lel. Ez a fundamentálisabb szint pedig a fizika és a kémia kell hogy legyen, ha hozzávesszük még azt a körülményt, hogy a Föld több milliárd éves.

Az imént felvázolt gondolatok önmagukban még nem döntik el a kérdést, hogy megér-e az SSC 4,4 milliárd dollárt. Bizony nehéz kérdés lenné ez, ha úgy merülne föl, hogy az SSC-re költsük-e a 4,4 milliárd dollárunkat, vagy inkább más tudományos kutatásokra. Nem tartom azonban valószínűnek, hogy ilyen lehetőségek közül kell választanunk. Bizonyítható, hogy a „nagy tudományra" költött összegek nem szűkítik, hanem inkább bővítik más kutatási területek költségvetését. Valójában nem tudjuk, hogy az SSC milyen célok megvalósítása elől halászná el a befektethető pénzeszközöket. Annyit mondhatok, én nem arra törekedtem, hogy eldöntsem a kérdést, érdemes-e 4,4 milliárdért megépíteni az SSC-t vagy nem -bonyolult kérdés ez, és számos elágazása van. Mindössze azt szerettem volna kifejteni, hogy amikor a különféle tudományágak képviselői közpénzekért folyamodván a maguk területének fontosságát ecsetelik - gyakorlati hasznosságról, mellékes hozadékokról és más effélékről beszélnek -, akkor az elemirészecske-fizikus egy speciális jogcímet is felemlegethet, amelyet figyelembe kell venni és tisztéletben kell tartani, nevezetesen, hogy az ő tudománya a természetnek egy olyan tartományát vizsgálja, amely közelebb van a magyarázatok nyilainak közös forrásához az egyéb fizikai kutatások tárgyainál. Hogy ennek az érvnek mekkora a súlya? ízlés és személyes megítélés kérdése, és engem nem azért fizetnek, hogy a végső döntést meghozzam. Csupán az volt a célom, hogy hozzátegyek még egy szempontot az SSC mellett szóló érvekhez.

Mint már megjegyeztem, a magyarázatok nyilai a jelek szerint egy közös forrás felé konvergálnak, és az elemi részecskék fizikájában folyó kutatásaink, úgy gondoljuk, közel járnak ehhez a forráshoz. Van a mai elemirészecske-fizikában egy árulkodó jel, amely arra mutat, hogy nem egyszerűen a számunkra jelenleg elérhető legmélyebb szinten járunk, hanem olyan szinten, amely abszolút értelemben is meglehetősen mélynek mondható, talán nincs is messze a végső közös forrástól. Most ismét saját szavaimat szeretném idézni, amelyek a kongresszusi bizottság előtt hangzottak el, mert utána bizonyos, ehhez fűzött megjegyzéseket is idéznem kell, és szeretném, ha Önök is értenék, mire vonatkoztak a megjegyzések.

Jó okunk van hinni abban, hogy az elemi részecskék fizikája révén megtudhatunk valamit arról, hogy egy nagyon, nagyon mély szinten milyen az univerzum logikai szerkezete. Ezt pedig azért állítom, mert ahogy a mind nagyobb energiák birodalmába lépünk, és mind kisebb struktúrákat tanulmányozunk, azt látjuk, hogy a törvények, a tapasztalatainkat magyarázó fizikai elvek egyre egyszerűbbek és egyszerűbbek lesznek. Nem azt mondom, hogy matematikailag egyszerűbben leírhatók, mert isten bizony, nem azok! Azt sem mondom, hogy ahogy mélyebbre hatolunk, mindig rövidebb lenne az elemi részecskék listája. Állítom viszont, hogy a szabályok, amelyeket fölfedeztünk, egyre koherensebbek és egyre univerzálisabbak. Már-már kezdhetünk arra gyanakodni, hogy ez nem puszta véletlen, nem csupán az éppen most, a fizika történetének jelen periódusában vizsgálataink tárgyául választott problémák esetlegességeit tükrözi, hanem hogy az egyszerűségben és szépségben, amelyet az anyag viselkedését irányító szabályokban föllelünk, egy olyan valami mutatkozik meg, ami egy nagyon alapvető szinten részét képezi üz univerzum logikai szerkezetének. Azt gondolom, jelen civilizációnkban ennek fölfedezése is folyik, s az utánunk jövők - nem csak a fizikusok - megbecsüléssel fognak visszatekinteni rá.

E megjegyzéseim után a többi meghívott is elmondta a maga észrevételeit, végül pedig kérdéseket intéztek hozzánk az űrkutatási, Tudományos és Technológiai Bizottság tagjai. Kettejük hozzászólásából fogok idézni: az egyik Harris W. Fawell, Illinois állam republikánus képviselője volt, aki kérdéseivel mindvégig támogatni látszott az SSC tervét, a másik pedig Don Ritter, szintén republikánus pennsylvaniai képviselő, aki egész délelőtt az SSC fő ellenzőjének tűnt. (A következő párbeszédet egyfajta modern Salviati-Simplicio dialógusként is olvashatjuk.12 Az alábbiakban a jegyzőkönyv szerkesztetlen szövegét idézem.)

Mr. Fawell: - Nagyon köszönöm. Nagyra értékelem mindannyiuk tanúságtételét. Azt hiszem, remekül sikerült. Ha egyszer meg kellene magyaráznom valakinek, miért van szükségünk az SSC-re, kétségkívül az önök érveire támaszkodnék. És igen nagy hasznukat venném. Néha arra vágyom, hogy egyetlen szóval fejezhessük ki az egészet, ami szinte lehetetlen. Ha nem tévedek, dr. Weinnberg kissé közel került ehhez, nem tudom biztosan, de ezt vettem, ki a szávaiból. Ön azt mondta, arra gyanakszik, nem puszta véletlen, hogy vannak szabályok, amelyek irányítják az anyag viselkedését, és azt jegyeztem föl magamnak, hogy talán Istenhez juthatunk el így? Nyilvánvaló, hogy ön nem állított ilyesmit, de hogy bizonyosan oly sok mindent elárul majd az univerzumról, ugyebár?

Mr. Ritter: - Képviselőtársam, ha megengedi. Csak annyit szeretnék mondani, ha képviselőtársam egy percre...

Mr. Fawell:— Nem biztos, hogy ezt én akarom.

Mr. Ritter: — Ha ez a masina erre képes, akkor meghátrálok, és támogatni fogom.

E párbeszéd alatt az járt a fejemben, milyen csattanós észrevételekkel gyűjthetnék további pontokat az SSC számára. Mire azonban Mr. Ritter utolsó szavai is elhangzottak, úgy döntöttem, jobb, ha hallgatok. Nos, kedves barátaim, ezt tanultam a kongresszusi érvelés művészetéről.

Köszönetnyilvánítás

A Cambridge-ben elhangzott beszéd és az itt olvasható írásos változat összeállításakor nagy hasznát vettem a G. Holtonnal, H. Markkal, E. Mayrral és E. Mendelsohnnal folytatott beszélgetéseimnek. A korábbi írásos változathoz fűzött megjegyzéseikért hálás vagyok J. Krumhanslnak, E. L. Goldwassernek, E. Mayrnak, M. Perutznak és S. Wojickinek.

Jegyzetek

1. Chanowitz, M. S. beszéde a 23. Nemzetközi Nagyenergiájú Fizikai Konferencián. Berkeley, Kalifornia, 1986. július 16-23. (Lawrence Berkeley Laboratory Publication no. 21973).
2. Dixon, B.: The Scientist (1987. június 15.), 13. o.
3. Weinberg, S.: Scientific American 231, 50. (1974).
4. Mayr, E., in Evolution at a Crossroads, ed. Depew, D. J., and Weber, B. H. (MIT Press, Cambridge, 1985).
5. Mayr, E.: The Growth ofBiologkal Thought: 58-66. (Harvard University Press, Cambridge, 1982).
6. Anderson, P., Science 177, 393 (1972).
7. Anderson, P., levél a The New York Timesnak, 1987. június 8.
8. Perutz, M, in Schrödinger: Centenary Celebration of a Polymath, ed. Kilmister, C, 234. o. (Cambridge University Press, Cambridge, 1987).
9. Michelson, A. A.: LightWaves and Their Uses (1903).
10. Mark, H.: Navigation 26, 25 (1979).
11. Edinburgh Review 11, 487-532; /. még Hull, D. L, in Darwin and His Critics (Harvard University Press, Cambridge, 1973).
12. Salviati és Simplicio: Galilei Párbeszédek c. művének (Európa, Budapest, 1959) két szereplője, (fordítóijegyzet)

(Részlet Steven Weinberg: Csillagokra látni - Természettudomány és filozófia című könyvéből (HVG könyvek, 2005.))