Hossenfelder against string theory

stringtheory

Mark Gonyea (a.k.a. MrOblivious), “String theory”

From about the tenth paragraph of this article on, physicist Sabine Hossenfelder bashes string theory mercilessly in her blog BackReaction. In fact, she employs a very interesting strategy: she effectively depicts string theory as what Imre Lakatos would call a degenerating research program — lacking in heuristic power, with mounting ad hoc elements, and generally staying most of the time behind experiment, trying to catch up with it, instead of anticipating it:

“So, you asked, why not string theory? Because it’s an approach that has been fixed over and over again to make it compatible with conflicting observations. Every time that’s been done, string theorists became more convinced of their ideas. And every time they did this, I became more convinced they are merely building a mathematical toy universe.”

I am not sure whether I concur with all the points Sabine makes against string theory throughout the text, and I guess I’m still not prepared to leave string theory outside the conceptual landscape of contemporary physics altogether; but I must admit paragraphs 10-15 of the text constitute one of the most intelligent criticisms I’ve seen of it recently.

There are some slips, however, and ones that simply wouldn’t go unnoticed by philosophers of science. One of the most conspicuous ones is when Sabine at a certain point writes:

“I don’t see what one learns from discussing which theory is “better” based on philosophical or aesthetic criteria. That’s why I decided to stay out of this and instead work on quantum gravity phenomenology. For what testability is concerned all existing approaches to quantum gravity do equally badly, and so I’m equally unconvinced by all of them.”

In fact, many of the criticisms she presents in her discussion are themselves motivated by cognitive values, and expressed by (so-called) “philosophical” or “aesthetic” criteria. (What about calling some of them “conceptual” values instead?) Even the “degenerating phase” depiction of the string program pressuposes a certain conception of rationality and certain standards that are of a philosophical nature. Even the notions of “testability” and “evidence” she’s been employing here (together with a lot of physicists) are far from being naively empiricist ones, of course — and these in turn involve taking some philosophical sides. Testability here requires scientific community to undertake quite a heavy process of construction of objectivity; on the other hand, there is a lot of experimental methodology crucially at play here that depends on quite non-trivial interpretive choices and requires critical assessment of the results.

(There are a few more technical, properly conceptual aspects as well that should be mentioned with respect to string theory: for example, string theory doesn’t need to undergo renormalization, and that should be considered as a genuine advantage.)

There are values everywhere in science, both cognitive and social, and there is no way of blocking them outside the legitimate domain of the scientific debate. In fact, most of the orthodox views and discourses about science as “objective, universal, neutral and value-free” are themselves affected by values, albeit implicitly.

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Hugh Everett e a Mecânica Quântica

Hugh Everett III

Hugh Everett III

Hugh Everett III, criador da ‘formulação de estado relativo” da Mecânica Quântica (relative state formulation), faria hoje 85 anos. (Ele morreu em 1982.) As ideias de Everett acerca da interpretação da Mecânica Quântica — dispensando o chamado “colapso da função de onda”, e incorporando a noção de branching (ramificação ou bifurcação) — continuam a soar instigantes e a se mostrar férteis ainda hoje. Uma adaptação conceitual feita posteriormente por Bryce DeWitt tornou-se popular na comunidade científica sob a denominação de “interpretação de vários mundos” (many-worlds interpretation), porém Everett fazia questão de esclarecer que a “many-worlds” e a sua própria formulação constituíam coisas bem diferentes, e que não deveriam ser confundidas. Os papéis manuscritos de Everett foram digitalizados e organizados em uma coleção na biblioteca da Universidade da Califórnia em Irvine, que tem como curador o filósofo da ciência Jeffrey Barrett, autor de um excelente livro sobre o tema, The Quantum Mechanics of Minds and Worlds (Oxford University Press, 1999). Uma interessante sinopse biográfica sobre Everett foi preparada por Eugene Shikhovtsev.

Everett com Niels Bohr em 1955

Everett com Niels Bohr em 1955

O artigo revolucionário de Everett na Reviews of Modern Physics de 1957, derivado de sua tese de doutorado, foi acompanhado de um artigo do seu orientador John A. Wheeler (que fora, por sua vez, colaborador de Niels Bohr). Ambos estão disponíveis a partir da esplêndida página de textos sobre Mecânica Quântica Psiquadrat. A questão das conexões entre as concepções (bastante heterodoxas) de Teoria Quântica e de Física defendidas por Wheeler e a interpretação de Everett ainda está por ser investigada de forma mais aprofundada pelos filósofos e historiadores da ciência.

Mestrado no DF-USP com o Prof. Valter

No próximo processo seletivo da Pós-Graduação em Filosofia no Departamento de Filosofia da FFLCH-USP, no primeiro semestre de 2014, oferecerei duas vagas de Mestrado. O edital de seleção será divulgado em breve (por volta de jan.-fev. 2014) no site do Departamento.

Temas — Orientarei dissertações em temas pertencentes a algum dos seguintes grandes grupos: (a) Estrutura e dinâmica de teorias segundo a metateoria estruturalista. (b) Relação entre teoria científica e experimento de um ponto de vista lógico e/ou epistemológico. (c) História da metodologia da física e da química (moderna ou contemporânea) segundo teorias da racionalidade e/ou teorias epistemológicas. (d) Justificação epistêmica. (e) Dinâmica do conhecimento: valores, temas e/ou solução de problemas, sob uma perspectiva analítica. (f) Mecanicismo, mecânica, teoria do campo, desmecanização, geometrização. (g) Teoria quântica: história e/ou fundamentos.

Perfil desejado — Um dos seguintes: (a) graduação em filosofia e familiaridade com alguma área científica (p. ex. disciplinas cursadas); (b) graduação em área científica (exceto biologia) e familiaridade com epistemologia, lógica e história da filosofia.

Entrevista — Por ocasião da entrevista, entre outros aspectos considerados, o(a) candidato(a) deverá demonstrar familiaridade com pelo menos uma referência bibliográfica relevante (à escolha) a respeito do tema específico pretendido.

Outras informações sobre a Pós-Graduação em Filosofia no DF-FFLCH-USP estão na página do programa.

O centenário da trilogia de Bohr

Bohr_c1922Neste ano de 2013 completam-se cem anos da publicação, nas páginas da Philosophical Magazine, da revolucionária trilogia de artigos de Niels Bohr, “Sobre a constituição de átomos e moléculas”, marco da chamada antiga teoria quântica [1]. O modelo de Bohr foi apresentado à comunidade científica dois anos depois dos resultados de seu supervisor Ernest Rutherford com espalhamento de partículas alfa [15], que podiam ser explicados supondo um modelo atômico dotado de núcleo. O modelo “semiclássico” de Bohr foi extraordinariamente bem sucedido do ponto de vista empírico, levando a um grande número de corroborações experimentais — a previsão das séries espectrais do Hidrogênio é apenas uma delas — apesar de estar baseado em um conjunto de postulados que, de um ponto de vista lógico-clássico, é inconsistente. Essa dupla característica — o êxito preditivo somado à inconsistência lógica — tem chamado a atenção de filósofos e historiadores da ciência durante décadas [3], [4], [6], [12], [13], [14].

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Arnold Sommerfeld

O modelo de Bohr também é importante porque o seu desenvolvimento ulterior, pelas mãos de Arnold Sommerfeld, levou a uma visão mais abstrata, com a proposição de uma “condição de quantização” de caráter muito geral para os sistemas periódicos, em termos das variáveis canônicas  [7]. Essa idéia seria preservada e ressignificada na nova mecânica quântica (a partir de 1925) — na qual os operadores representam as quantidades físicas — com os chamados comutadores. A condição de quantização talvez seja a contribuição mais abstrata e conceitualmente mais profunda de Sommerfeld, vindo somar-se a outras mais conhecidas — as órbitas elípticas para os elétrons, as correções relativísticas, a estrutura fina dos espectros.

Além disso, o modelo de Bohr está na origem de uma linha evolutiva de pensamento que desemboca na teoria da radiação de Bohr-Kramers-Slater de 1924 — teoria que, apesar de não ter sido corroborada experimentalmente, já prenuncia conceitos afins aos da nova mecânica quântica, como o de “oscilador virtual” [4].

Finalmente, o chamado “princípio de correspondência” — a idéia de que, para grandes números quânticos, os valores previstos para as quantidades físicas pela teoria quântica devem se aproximar assintoticamente dos valores previstos pela teoria clássica — também nasce com os trabalhos de Bohr entre 1913 e 1918 [2], tornando-se um importante guia heurístico para boa parte da teoria quântica. Só que, na nova mecânica, passamos a ter uma correspondência de tipo formal, não mais numérico [5] — por exemplo, nos anos 20, a busca das novas equações dinâmicas de evolução dos estados dos sistemas quânticos era guiada por analogias formais com as equações hamiltonianas clássicas [8].

Assim, ao êxito preditivo do modelo de Bohr vem somar-se um surpreendente potencial heurístico. O fato de que um sistema de postulados inconsistentes possa ter originado um programa de pesquisa — o de Bohr-Sommerfeld (ou até mais de um, cf. [4]) — com tais características torna-se, então, ainda mais intrigante sob o ângulo de uma análise filosófica da racionalidade científica.

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A radiação emitida em consequência das transições entre níveis energéticos distintos no átomo de Hidrogênio, segundo o modelo de Bohr de 1913. Fonte: Henry Semat, Fundamentals of Physics, 4a. ed. (1966)

Neste centenário, vários trabalhos acadêmicos têm se voltado para analisar o modelo de Bohr e seus desdobramentos sob variados pontos de vista — histórico, epistemológico, pedagógico, etc. Um congresso na Dinamarca reuniu no mês de Junho alguns dos mais importantes historiadores da Física. Um recente dossiê na revista Nature também explorou os desdobramentos da física de Bohr até os dias de hoje. O dossiê inclui um artigo de John Heilbron, historiador que estuda a antiga teoria quântica há décadas [12] e que, por sua vez, acaba de lançar, juntamente com o também historiador Finn Aaserud, um livro que aporta novas fontes e novas interpretações. Finalmente, químicos brasileiros lançam um olhar sobre a história da teoria quântica e celebram o centenário do modelo de Bohr no último número da revista Química Nova, em três textos [9], [10], [11].

Referências

[1] Bohr, Niels. “On the constitution of atoms and molecules”. Philosophical Magazine v. 26, pp. 1-25, 476-502, 857-875, 1913. Tradução brasileira: Sobre a constituição de átomos e moléculas. Introd. por L. Rosenfeld. Trad. por E. Namorado. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1979.

[2] Bohr, Niels. On the Quantum Theory of Line-spectra [1918-1922]. Mineola, New York: Dover, 2005.

[3] Bezerra, V. A. Schola quantorum: Progresso, racionalidade e inconsistência na antiga teoria atômica: Parte I: Desenvolvimento histórico, 1913-1925″. Scientiae Studia v. 1, n. 4, pp. 463-517, 2003.

[4] Bezerra, V. A. Schola quantorum: Progresso, racionalidade e inconsistência na antiga teoria atômica: Parte II: Crítica à leitura lakatosiana”Scientiae Studia v. 2, n. 2, pp. 207-237, 2004.

[5] Bezerra, V. A. “Estruturas conceituais e estratégias de investigação: Modelos representacionais e instanciais, analogias e correspondência”Scientiae Studia v. 9, n. 3, pp. 585-609, 2011.

[6] Souza, Edelcio G. de. “Multideductive logic and the theoretical-formal unification of physical theories”. Synthese v. 125, pp. 253-262, 2000.

[7] Sommerfeld, Arnold. Atomic Structure and Spectral Lines. 2ª ed. inglesa. Trad. da 3a. ed. alemã por H. L. Brose. London: Methuen, 1928.

[8] Heisenberg, W. “Quantum-theoretical reinterpretation of kinematic and mechanical relations” [1925]. In: Van der Waerden, B. L. (Ed.). Sources of quantum mechanics, pp. 261-76.  New York: Dover, 1968.

[9] Riveros, J. M. “O legado de Niels Bohr”Quim. Nova, v. 36, n. 7, pp. 931-932, 2013.

[10] Braga, J. P. & Filgueiras, C. A. L. “O centenário da teoria de Bohr”Quim. Nova, v. 36, n. 7, pp. 1073-1077, 2013.

[11] Filgueiras, C. A. L.; Braga, J. P. & Lemes, N. H. T. “O centenário da molécula de Bohr”Quim. Nova, v. 36, n. 7, pp. 1078-1082, 2013.

[12] Heilbron, John L. & Kuhn, Thomas S. “The genesis of the Bohr atom”. Historical Studies in the Physical Sciences v. 1, pp. 211-290, 1969.

[13] Kragh, Helge. Niels Bohr and the quantum atom: The Bohr model of atomic structure 1913-1925. Oxford University Press, 2012.

[14] Kragh, Helge. “Niels Bohr between physics and chemistry”. Physics Today, v. 66, n. 5, pp. 36-41, 2013.

[15] Rutherford, E. “The scattering of {alpha} and {beta} particles by matter and the structure of the atom”Philosophical Magazine, Series 6, v. 21, pp. 669-688, 1911.