جاه‌طلبانه‌ترین نظریه در فیزیک بنیادی

اگر عضو یکی از شبکه‌های زیر هستید می‌توانید این مطلب را به شبکه‌ی خود ارسال کنید:

Twitter

Google

Yahoo

Delicious

بالاترین

دنباله

[2009-04-01]   [ ریچارد - دیوید]

واقع‌گرایی علمی در عصر نظریه‌ی ریسمان



در حال حاضر نظریه‌ی ریسمان تنها نامزد مطمئن برای توصیف یکی‌شده‌ی نیروهای شناخته‌شده‌ی طبیعی است. این مقاله تلاش دارد تا ثابت کند که تفاوت‌های ساختاری و روشیِ بنیادی که نظریه‌ی ریسمان را از دیگر نظریه‌های فیزیکی جدا می‌سازد، نتایج فلسفی مهمی دارند. این مقاله، با عطف توجه به پیامدهای بحث واقع‌گرایی در فلسفه‌ی علمی، مدعی آن است که هر دو قطب نزاع در متن نظریه‌ی ریسمان با مسائل جدیدی روبرو هستند. از یک سو، ادعای کم‌دادگی نظریه‌ی علمی به وسیله‌ی داده‌های تجربی موجود که عنصر محوری تجربه‌گرایی است، بخش اعظم پذیرفتنی خود را از دست داده است. از سوی دیگر، تجزیه‌ی هر مفهوم بامعنا از شیء وجودشناختی خارجی مبنای روایت‌های متعارَف از واقع‌گرایی علمی را از میان می‌برد. به نظر می‌رسد نظریه‌ی ریسمان موضع میانه‌ای را نشان می‌دهد که با واقع‌گرایی ساختاری که بر اصل نوظهوری موسوم به اصل یکتایی نظری مبتنی است، شباهت دارد.
● مقدمه
از یک جهت مکانیک کوانتومی به موسیقی آرنولد شونبرگ (Arnold Schönberg) شبیه است: دسترس‌پذیری محدود آن، جوانی ابدی می‌بخشد. مفهومی که ۸۰ سال پیش آفریده شد تا جای قوانین شکست‌خورده‌ی مکانیک کلاسیکی در جهان میکروسکوپی را بگیرد هنوز تازه و هیجان‌انگیز به نظر می‌آید و هنوز الگوی نظریه‌ی علمی مدرن است. اما وضعیت تزلزل‌ناپذیر اصل کوانتومی به مثابه‌ی معمایی بزرگ در بنیان تحقیق فیزیکی مدرن پیامد خاصی دارد: جامعه‌ی علمی و فلسفی را از گروه کوچکی از متخصصان که به طرزی غریب نسبت به اهمیت تحولات جدیدتر در فیزیک بنیادی بی‌تفاوت هستند، دور نگه می‌دارد. نوآوری‌های مفهومی در این تحولات، که پشت جنگلی نفوذناپذیر از صورت‌‌بندی ریاضی از چشم بیگانه پنهان است، معمولاً اضافات پیچیده اما جزئی به رویدادهای دوران‌ساز انقلاب کوانتومی تلقی می‌شوند. هر چند نظریه‌های فیزیکی فعلی مانند نظریه‌ی پیمانه‌ها یا گرانش کوانتومی(۱) در فلسفه‌ی فیزیک تحلیل می‌شوند، اما برهان‌های حاصل از فیزیک جدیدِ انرژی‌‌های بالای بنیادی هنوز چندان به بحث عمومی در فلسفه‌ی علم وارد نشده است. به ویژه نظریه‌ی ریسمان که موضوع این مقاله خواهد بود، در فیزیک انرژی‌های بالای معاصر نقش برجسته‌ای ایفا می‌کند، اما تا کنون حتی برای فلسفه‌ی تخصصی‌شده‌ی فیزیک قلمرویی نسبتاً ناشناخته مانده است(۲). امروزه، نظریه‌ی ریسمان، جاه‌طلبانه‌ترین نظریه در فیزیک بنیادی است. نظریه‌ی ریسمان که اشیاء گسترده‌ی کهین‌مقیاس (miniscule) را به جای ذرات بنیادی نقطه‌مانندِ فیزیک انرژی‌های بالای سنتی قرار می‌دهد، در حال حاضر تنها رویکردی است که نوید توصیفی یکی‌شده از تمام نیروهای شناخته‌شده‌ی طبیعی را می‌دهد. اما به رغم تاریخ بیش از سی ساله‌ی تحقیقات در زمینه‌ی نظریه‌ی ریسمان، این نظریه هنوز از نظر تجربی تأیید نشده و از لحاظ نظری کامل نیست. هر چند در جایی دیگر (Dawid ۲۰۰۶) گفته شده است که تحقیق فلسفی در باره‌ی ساختار و دینامیک تحقیقات نظری در باره‌ی ریسمان می‌تواند افق‌های جدیدی را برای ارزیابی وضعیت علمی فعلی نظریه‌ی ریسمان بگشاید، مقاله‌ی حاضر مستقیماً در باره‌ی مسئله‌ی امکان‌پذیری نظریه‌ی ریسمان بحث نخواهد کرد. بلکه پرسشی شرطی را مطرح خواهد ساخت: اگر نظریه‌ی ریسمان یک نظریه‌ی فیزیکی از لحاظ تجربی امکان‌پذیر بود، پیامدهای فلسفی آن چه می‌بود؟ اما برای ارزیابی برآمد این بحث، باید به یاد داشت که فیزیک ریسمان نمایشگر ادامه‌ی طبیعی برنامه‌ی تحقیقاتی فیزیک ذرات است. این [فیزیک] به شدت با دیگر عرصه‌های مدل‌سازی در فیزیک ذرات درهم تنیده است و در بسیاری از مفاهیم اصلی با نظریه‌های خوش‌بنیاد و از لحاظ تجربی آزموده‌ در این عرصه سهیم است. بنابراین، نتایج فلسفی شناخته شده در زمینه‌ی فیزیک ذرات را اغلب می‌توان تشدید گرایش‌هایی دانست که در حال حاضر در متن نظریه‌های فیزیک انرژی بالا که از لحاظ تجربی تأیید شده‌اند، قابل درک هستند.
توجه مقاله‌ی حاضر به پیامدهای بالقوه‌ی نظریه‌ی ریسمان برای بحثی محوری در فلسفه‌ی علم معطوف است: بحث در باره‌ی واقع‌گرایی علمی.
گفته خواهد شد که مفاهیم علمی و تکنیک‌هایی که در چند دهه‌ی اخیر در فیزیک ذرات پدیدار شده‌اند و عمومی‌ترین تحقق خود را در نظریه‌ی ریسمان یافته‌اند، نشان‌دهنده‌ی تغییرات عمیق و نامنتَظَری در تفسیر فیزیک از واقعیت فیزیکی هستند. اگر نظریه‌ی ریسمان از نظر علمی امکان‌پذیر باشد، ممکن است این مفاهیم علمی و تکنیک‌‌ها پیامدهایی داشته باشند که بتوان به خوبی با تأثیر فلسفی مکانیک کوانتومی مقایسه کرد. پس از طرحی از نظریه‌ی ریسمان، مقدمه‌ای کوتاه بر بحث واقع‌گرایی علمی، صحنه را برای بحث اصلی آماده خواهد کرد. بخش‌های ۴ و ۵ دو نوع برهان مختلف را که می‌توان از فیزیک انرژی‌های بالا و به ویژه از نظریه‌ریسمان گرفت بر علیه تجربه‌گرایی مطرح می‌سازند؛ سپس بخش ۶ برهانی مبتنی بر ریسمان بر علیه واقع‌گرایی علمی ارائه خواهد کرد. سرانجام، برای رسیدن به نتیجه‌ای منسجم از پیام‌های به ظاهر متناقضی که در صورت تلاقی واقع‌گرایی علمی با ریسمان‌ها پدیدار می‌گردد، تلاش خواهد شد.
● نظریه‌ی ریسمان
نظریه‌ی ریسمان(۳) نخستین بار در سال ۱۹۷۴ به مثابه‌ی نظریه‌ی عمومی میکروفیزیک مطرح گردید(۴). این رویکرد در آغاز می‌بایست با دشواری‌های مفهومی بزرگی مبارزه کند و تا زمان پیشرفت آن در ده سال بعد که سرانجام برخی مسائل مهم مربوط به انسجام حل شد، آن را تخیلی غریب تلقی می‌کردند. هر چند هنوز هیچ مدرک تجربی مستقیمی بر له نظریه‌ی ریسمان وجود ندارد، اما امروزه اغلب فیزیکدانان انرژی‌های بالا آن را به مثابه‌ی تنها نامزد نویدبخش برای بنای نظریه‌ی به راستی یکی‌شده‌ی تمام نیروهای طبیعی پذیرفته‌اند. اندیشه‌ی اصلی نظریه‌ی ریسمان آن است که به منظور ایجاد مبنایی برای یکی‌سازی فیزیک کوانتومی و گرانش، ریسمان‌های تک‌بعدی را به جای ذرات بنیادی نقطه‌مانندِ نظریه‌‌های سنتی ذرات قرار دهند.
مانع اصلی بر سر راه ادغام گرانش در نظریه‌ی میدان کوانتومی پیدایش‌ بی‌نهایت‌های بحث‌ناپذیر در محاسبات اندرکنش‌های ذره‌ای به دلیل امکان نزدیک شدن دلبخواهی ذرات نقطه‌ای به یکدیگر است(۵). گستردگی ریسمان‌ها نقطه‌ی تماس میان هر دو شیء را «آلوده می‌کند» و به این ترتیب چارچوبی را فراهم می‌آورد که قطعاً بهبود یافته و ظاهراً محاسبات متناهی را ممکن می‌سازد(۶). نظریه‌ی ریسمان نمایشگر ادامه‌ی طبیعی برنامه‌ی تحقیقی فیزیک انرژی‌های بالا است که با دیگر نظریه‌‌ها در فیزیک انرژی‌های بالا مانند اَبَرتقارن، اَبَرگرانش یا ابعاد بسیار بزرگ پیوندهای نزدیکی دارد. اما به دلیل ساختار بسیار پیچیده‌ی ابعاد اشیاء تک یا چند بعدی که در محیط‌هایی با ابعاد بالاتر حرکت می‌کنند، این نظریه‌ به روش‌های ریاضی غیر از روش‌های فیزیک سنتی ذرات بنیادی نیاز دارد.
گام به ظاهر راحتی که از اشیاء نقطه‌مانند به سوی ریسمان‌ها برداشته شده است، انبوهی از پیامدهای ساختاری پیچیده را به همراه دارد. نظریه‌ی ریسمانی را که قادر به توصیف ماده باشد فقط در جا-گاهی با ده بعد می‌توان به طور منسجم صورت‌بندی کرد (در یک صورت‌بندی خاص جا-گاهی با یازده بعد). این پیش‌بینی نشانه‌ی نخستین بار در تاریخ فیزیک است که تعداد ابعاد فضایی را می‌توان از نظریه‌‌ای فیزیکی استنتاج کرد. این حقیقت بدیهی که فقط ۴ بعد جا-گاه به طور ماکروسکوپیکی قابل مشاهده هستند در این فرض در نظر گرفته می‌شود که ۶ بعد [دیگر] فشرده شده‌اند. آن‌ها شکل توپولوژیکی سطحی استوانه‌ای را دارند که در آن یک شخص، پس از انتقال در جهت فشردگی، دوباره به نقطه‌ی عزیمت می‌رسد. فرض می‌شود که شعاع فشردگی و طول ریسمان چنان کوچک هستند که هم امتداد ریسمان و هم ابعاد اضافی برای آزمایش‌های فعلی ذره‌ای نادیدنی هستند. انتظار می‌رود که هر دو مقیاس در نزدیکی طول پلانک قرار گیرند، که مقیاس طول مشخصه‌ی گرانش است که در آن نیروی گرانش به حدی قوی می‌شود که با نیروهای هسته‌ای قابل مقایسه است. بر اساس عقل سلیم و متعارَف، مقیاس پلانک چنان دور از دسترس آزمایش‌های ذره‌ای قرار می‌گیرد که با روش‌های تثبیت‌شده‌ی آزمایش ذره‌ای هرگز امیدی به مشاهده‌ی ریسمان‌ها نمی‌رود(۷). فرض اشیاء بنیادی تک‌بعدی به معنای طرح بیشتر اشیائی با ابعاد باز هم بیشتر مانند غشاهای دو بعدی یا به بیان کلی، غشاهای چند بعدی (D-branes) است.
در فیزیک کوانتومی متعارَف، ذرات کوانتومی اعداد کوانتومی‌ای دارند که رفتار آن‌ها را تعیین می‌کنند. ویژگی‌های ذره مانند اسپین یا بار که با اعداد کوانتومی بیان می‌شوند، ویژگی‌های ذاتی و تقلیل‌ناپذیر هستند. ریسمان‌ها عدد کوانتومی ندارند بلکه به واسطه‌ی شکل توپولوژیکی و دینامیک خود با یک دیگر تفاوت دارند: ریسمان‌ها می‌توانند باز باشند یعنی دو سر داشته باشند، یا مانند نواری لاستیکی بسته باشند. اگر بسته باشند، ممکن است به طرق مختلف به دور ابعاد فشرده‌ی گوناگون تابیده باشند. هم ریسمان‌های باز و هم ریسمان‌های بسته می‌توانند مدهای نوسان مختلفی را بگیرند. این ویژگی‌ها ظاهر ماکروسکوپیک ریسمان را مشخص می‌سازند. برای ناظری که برای ادراک ساختار ریسمانی از قدرت تفکیک کافی برخوردار نیست، ریسمان در یک مد نوسان و وضعیت توپولوژیکی خاص مانند ذره‌ای نقطه‌وار با اعداد کوانتومی معین به نظر می‌رسد. می‌توان گفت تغییر در مد نوسان آن به صورت استحاله به ذره‌ای متفاوت ادراک می‌شود. ریسمان‌ها در سطح بنیادی ثابت‌های تزویجگر هم ندارند. شدت اندرکنش آن‌ها با یکدیگر را نیز می‌توان به وجهی از دینامیک آن‌ها تقلیل داد (حالت پایه‌ی مد معینی از گسترش ریسمان، یعنی انبساط، ثابت تزویج ریسمان را می‌دهد). بنابراین تمام اعداد مشخصه‌ی نظریه‌ی میدان کوانتومی در هندسه و دینامیک ریسمان نوسانگر مستحیل می‌شوند.
نظریه‌‌های ریسمانی که قادر به توصیف میدان‌ها‌ی ماده باشند باید اَبَرمتقارن باشند یعنی باید نسبت به تبدیل‌های خاص میان ذراتی با اسپین متفاوت ناوردا باشند. مدل‌هایی که چنین خصوصیتی دارند مدل‌های اَبَرریسمان نامیده می‌شوند. اَبَرریسمان‌ها خود به خود دربردارنده‌ی گرانش و از این رو نامزد طبیعی یکی‌سازی گرانش و میکروفیزیک هستند.
هنوز باید به یک ویژگی مهم نظریه‌ی ریسمان اشاره کرد. جهان ریسمانی تمایلی شدید دارد که سناریوهای ریسمان به ظاهر کاملاً متفاوت را به واسطه‌ی روابط موسوم به دوگانگی، به یکدیگر مرتبط سازد. دو نظریه‌ی دوگانه از نظر نتایج مشاهدتی خود کاملاً هم‌ارز هستند، هر چند به نحوی کاملاً متفاوت ساخته شده‌اند و ممکن است شامل انواع متفاوتی از اشیاء بنیادی و سناریوهای توپولوژیکی متفاوت باشند. این پدیده را با ذکر یک مثال می‌توان بهتر مطرح کرد. همان گونه که در بالا اشاره شد، ریسمان‌های بسته ممکن است حول ابعاد فشرده بتابند. از سوی دیگر، ریسمان‌ها می‌توانند در امتداد بعد فشرده نیز حرکت کنند. بنا بر اصول بنیادی مکانیک کوانتومی، اندازه حرکت‌ها در ابعاد بسته فقط می‌توانند ترازهای کوانتیده‌ی گسسته و معینی را بگیرند. بنابراین، دو عدد گسسته وجود دارد که حالت ریسمان بسته را در بعد فشرده مشخص می‌سازد: عدد دفعاتی که ریسمان حول این بعد تابیده است و عدد حالت اندازه حرکت آن در همان بعد(۸). یکی از روابط دوگانگی در نظریه‌ی ریسمان، دوگانگی T، نشان می‌دهد که مدلی که در آن ریسمانی با طول مشخصه‌ی l (۹)، n بار حول بعدی به شعاع R بپیچد و دارای تراز اندازه حرکت m باشد نسبت به مدلی که در آن ریسمانی m بار حول بعدی به شعاع l۲/R بپیچد دوگانه است و دارای تراز اندازه حرکت n است. حاصل این دو توصیف، فیزیک یکسانی است. پیش‌شرط کلیدی برای این پدیده‌ی شایان ذکر نایقینی کوانتومی است که ابهام (Fuzziness) لازم برای چنین یکسانی نامحتملی را فراهم می‌آورد. اما فقط در نظریه‌ی ریسمان است که دوگانگی به ویژگی مشخصه‌ی نظریه‌‌های فیزیکی تبدیل می‌شود. در بخش ۶ کمی بیشتر در باره‌ی دوگانگی‌ها بحث خواهد شد و این مفهوم نقش مهمی را در برهان فیزیکی ایفا خواهد کرد. ‌
● واقع‌گرایی علمی در برابر تجربه‌گرایی
بحث واقع‌گرایی علمی که در آن چه در زیر می‌آید با فیزیک ریسمان مواجه خواهد شد از مسئله‌ی کهن ارتباط میان مشاهده و نظریه‌ سرچشمه می‌گیرد. هر چند فلسفه‌ی پیشامدرن عموماً مقام استدلال نظری را برتر از مشاهده‌ی بی‌اهمیت می‌دانست، اما توفیق روش علمی با تأکید شدید آن بر تأیید تجربی این سلسله‌مراتب را وارونه ساخته است. مشاهده به داور نهایی در باب توجیه احکام نظری تبدیل گردیده است(۱۰). اگر احکام دارای نتیجه‌ای مشاهدتی باشند که بامعنا باشد، این پرسش مطرح می‌گردد که آیا احکام نظری اصلاً می‌توانند معرفتی را پیرامون چیزی فراتر از داده‌های مشاهدتی تشکیل دهند. ضدواقع‌گرایان علمی این امر را رد می‌کنند، در حالی که واقع‌گرایان علمی بر آنند که دست کم نشانه‌ای را از عصر طلایی حاکمیت مطلق نظریه حفظ کنند. در متن نظریه‌‌های علمی مدرن، این پرسش حول وضعیت مفاهیم نظری‌ای متمرکز است که اشاره‌ای به اشیاء مستقیماً مشاهده‌پذیر ندارند. واقع‌گرای علمی به الکترون و کوارک همان وضعیت وجودشناختی میز و صندلی را می‌دهد. مخالف ضدواقع‌گرای او می‌گوید مفاهیم اشیاء مشاهده‌ناپذیر فقط به مثابه‌ی ابزارهای فنی برای توصیف و پیش‌بینی پدیده‌های قابل دیدن اهمیت دارند. می‌توان دو موضع ضدواقع‌گرای کلاسیکی را از هم تمیز داد. ابزارگرایان این نکته را که احکام مربوط به اشیاء نظری مشاهده‌ناپذیر ممکن است درست باشند، یکسره رد می‌کنند. اما باس فن فرااسن(۱۱) گفته است که راهی کم‌تر رادیکال برای رد واقع‌گرایی علمی وجود دارد. تجربه‌گرایی سازنده‌ی او تصدیق می‌کند که احکام مربوط به اشیاء نظری می‌توانند در اصول درست باشند، اما مدعی است که جمع‌آوری شواهد کافی مبنی بر درستی هر حکم خاصی ناممکن است. تجربه‌گرایی سازنده با دوری جستن از کیفیت وجودشناختیِ حکم ابزارگرایانه، در سطح معرفت‌شناختی باقی می‌ماند.
در طی تاریخ طولانی بحث واقع‌گرایی علمی، واقع‌گرایان و تجربه‌گرایان شبکه‌ی پیچیده‌ای از ایرادات به هم مرتبط بر علیه رقبای خود پدید آورده‌اند. هسته‌ی منازعه را می‌توان با فراتقلیل بدبینانه‌ی غیرواقع‌گرایان(۱۲) و برهان عدم معجزه‌ی واقع‌گرایان(۱۳) نشان داد. بر اساس فراتقلیل بدبینانه، تاریخ علم نشان می‌دهد که تحولات تجربی یا نظری اغلب به جایگزینی نظریه‌‌های موفق قبلی با مفاهیم جدیدی که وجودشناسی بسیار متفاوتی دارند، منتهی شده است. از آن جا که دلیلی برای این فرض وجود ندارد که این الگو امروز به پایان می‌رسد، اعتقاد به این امر که نظریه‌‌های فعلی تقریباً درست هستند یا حاوی اشیائی علمی هستند که به هیچ چیزی در جهان بیرونی اشاره ندارند، ناپذیرفتنی است. از سوی دیگر برهان عدم معجزه می‌گوید که اگر نظریه‌‌های مورد بحث درست نبودند و حاوی اشیائی علمی نبودند که به چیزی در جهان خارج اشاره دارد، توانایی چشمگیر این نظریه‌‌های علمی در پیش‌بینی صحیح پدیده‌های جدید معجزه‌ای بود. برهان‌های دیگری که از دو سو اقامه شده تصور بن‌بستی عبورناپذیر را تشدید می‌کند: ضدواقع‌گرایان در اعتبار راهبرد واقع‌گرایان برای تبیین موفقیت پیش‌بینانه‌ی علمی تردید دارند و می‌پرسند آیا واقع‌گرایان هرگز می‌توانند تعریفی قانع‌کننده از آن چه شیء علمی را واقعی می‌سازد ارائه کنند؛ واقع‌گرایان اشاره می‌کنند که ضدواقع‌گرایان شیوه‌ی قانع‌کننده‌ای برای جداسازی مشاهده‌پذیر و مشاهده‌ناپذیر ارائه نمی‌کنند و معانی واقع‌گرایانه و چشمگیر مستتر در بحث فنی در باره‌ی اشیاء مشاهده‌ناپذیری را که خوب فهمیده شده‌اند نادیده می‌گیرند. پذیرفتنی بودن این اظهار واقع‌گرایان که ضدواقع‌گرایی چیزی مهم را در باب علم از قلم می‌اندازد در برابر این ادعای قانع‌کننده‌ی ضدواقع‌گرایان قرار می‌گیرد که صور متعارف واقع‌گرایی قانع‌کننده نیستند. فعلاً بحث در باره‌ی تلاش‌هایی را که در فلسفه‌ی علم برای یافتن راهی میانی بین واقع‌گرایی و ضدواقع‌گرایی به عمل می‌آید به کناری می‌گذاریم و از زاویه‌ای متفاوت به مسئله نزدیک می‌شویم. در این مقاله تحلیل خواهد شد که فیزیک معاصر انرژی‌های بالا و به ویژه نظریه‌ی ریسمان تا چه حد ممکن است در فهمی تغییریافته از مسئله‌ی واقع‌گرایی نقش داشته باشد.
● پیچیدگی نظری در برابر تجربه‌گرایی
تحول اخیر در فیزیک بنیادی را می‌توان حامل یک پیام برای بحث واقع‌گرایی دانست که می‌توان آن را بدون رفتن به جزئیات مفاهیم فیزیکی جدید ارزیابی کرد: در متن نظریه‌‌ای که به طرز معتدل توسعه یافته باشد، تجربه‌گرایی پذیرفتنی‌تر است. هر چه دستگاه نظری توسعه‌یافته‌تر می‌شود، پذیرفتنی نگه داشتن این حکم که موضوع آن باید چیزی غیر از مشاهده باشد، دشوارتر می‌گردد.
دست کم دو دلیل بر له این برهان می‌توان اقامه کرد. نخست، صعود نظریه‌ می‌تواند جبهه‌های جدیدی از جهان دیدنی را بگشاید که یکسان‌انگاری آن با جبهه‌های وجود از موارد کلاسیکی کمتر پذیرفتنی است. می‌توان در کیهان‌شناسی جدید مثال خوبی یافت. اغلب روایت‌های ابزارگرایی از این ادعا حمایت می‌کنند که احکام در مورد گذشته می‌توانند دارای ارزش صدق باشند.
اکنون کیهان‌شناسی مدرن می‌گوید مراحل بسیار چگال نخستین جهان ما جهانی تهی از تمام اشیاء ماکروسکوپیکی و دور از تمام شرایط فیزیکی را چنان که ما می‌شناسیم نشان می‌دهد. بنابراین، جهان نخستین را به همان اندازه‌ی فرآیندهای میکروفیزیکی امروزی نمی‌توان مستقیماً دید. بنابراین، ابزارگرا مجبور است وجود واقعی تمام اشیاء را در جهان نخستین نفی کند و در نتیجه، اگر به راه خود وفادار باشد، باید مهبانگ وجودشناختی خود را مطرح سازد تا نقطه‌ای را در زمان مشخص کند که در آن جهان واقعی به نحوی که وی می شناسد وجود خود را آغاز می‌کند. هر چیزی قبل از این نقطه فقط سازه‌ای ریاضی است برای ساختار تحول بعدی. چیزها وجود خود را از هیچ آغاز می‌کنند زیرا هیچ تحول قبلی نمی‌تواند شرط مرئی بودن را ارضا کند. این جداسازی فرآیند علّی و از نظر فیزیکی پیوسته بر اساس تمایز دلبخواهی وجودشناختی کاملاً غیر قانع‌کننده به نظر می‌رسد. این جداسازی به ویژه از آن روی ناپذیرفتنی است که فرض وجودشناختی باید یکسره بر برهان‌های فیزیکی انتزاعی در باره‌ی شرایط فیزیکی جهان در مرحله‌ای مبتنی باشد که تهی از هر شکل از حیات هوشمند و با آن ناسازگار بوده است. بدین ترتیب، برهان، فاقد هر گونه ارتباطی با مشاهده‌ی بالفعل انسان است که آشکارا بر خلاف انگیزه‌ی ابتدایی ابزارگرایی در تأکید بر وضعیت خاص مشاهده‌ی بالفعل انسان در برابر نظریه‌پردازی انتزاعی است. تجربه‌گرایی سازنده کمتر تحت تأثیر این مسئله قرار می‌گیرد زیرا حدود معرفت‌شناختی آن را می‌توان با تلاش برهانی کمتری بر روی محور زمان قرار داد. نکته‌ی دوم به یکسان بر ابزارگرایی و تجربه‌گرایی سازنده اثر می‌گذارد: همین که موازنه میان تلاش نظری و پیامد مشاهدتی به شدت به سوی نظریه مایل شود، اعتقاد به این که انگیزه‌های کامل فیزیکدان نظری برای فعالیت خود انحصاراً در رژیم مرئی قرار می‌گیرد، کاملاً مسئله‌ساز می‌شود. مقایسه‌ی وضعیت در دوران خوش مکانیک کوانتومی با وضعیت امروز مسئله را نشان می‌دهد: پیامدهای مشاهده‌پذیر مکانیک کوانتومی عظیم هستند و در انفجار بمب‌های اتمی به اوج خود می‌رسند و نادیده‌گرفتن آن‌‌ها حتی برای سرسخت‌ترین شکاکان فیزیک نظری ناممکن است. در این زمینه، ساختاربندی میکروسکوپی را که فیزیکدانان کوانتومی نظری انجام داده‌اند با تمام پیچیدگی آن باز هم می‌توان تلاش تکنیکی معقولی برای ایجاد و پیش‌بینی اثرات مشاهده‌پذیر حیرت‌آور آن دانست. از سوی دیگر در فیزیک مدرن انرژی‌های بالا نتایج پدیدارشناختی مشخصه‌ی نظریه‌هایی مانند مدل استانده‌ی فیزیک ذرات یا اَبَرتقارن اگر از زمینه‌ی نظری خود جدا شوند، حاشیه‌ای به نظر می‌رسند. این نتایج اغلب به چند خط غیرمعمولی بر روی مجموعه‌ای از عکس‌هایی که در آزمایش برخورد گرفته شده، محدود می‌شوند. این که اصلاً این خطوط دیده شوند به ساخت برخوردکننده‌های ذره‌ای چند میلیارد دلاری و کار مداوم هزاران آزمایشگر نیاز دارد. برای توضیح آن‌‌ها فیزیکدانان نظری که تعدادشان به همین اندازه زیاد است تمام وقت و انرژی خود را اختصاص می‌دهند و احساس می‌کنند باید نظریه‌هایی با پیچیدگی بی‌سابقه مطرح سازند. این ادعا که توسعه‌ی نظریه‌های استادانه در زمینه‌ی فیزیک مدرن انرژی‌های بالا را نه با جستجوی حقیقت درباره‌ی میکروجهان بلکه فقط با قدرت تکنیکی این نظریه‌ها برای ساخت و پیش‌بینی خطوط کهین‌مقیاس در ژنو یا شیکاگو می‌توان توجیه کرد(۱۴) فقط به اعلام این سخن منتهی می‌شود که جامعه‌ی فیزیک انرژی‌های بالا گروهی دیوانه‌ی مسرف هستند. امروزه اغلب فیلسوفان علم موافقند که هر اشاره‌ای در این جهت، اقتدار فلسفه‌ی علم را زیر پا می‌گذارد(۱۵). اما اذعان به این که کار فیزیک انرژی‌های بالا موجه است به معنای پذیرش توجیه از جایی در درون بدنه‌ی نظری نظریه‌های آن، بیرون از سطح پدیدارشناختی خشک و مینی‌مالیستی است. به معنای پذیرش آن است که ما پول و وقت را صرف آن می‌کنیم که در باره‌ی کوارک‌ها، بوزون‌های پیمانه‌ای، جهان داغ اولیه یا مهبانگ دانشی کسب کنیم، نه فقط در مورد الگوهای عجیب خطوط روی عکس. برای کسب دانشی از نوع اخیر، ما باید اطمینان داشته باشیم که دست کم برخی از احکام مندرج در نظریه‌های مورد بحث به معنای ظاهری تقریباً درست هستند. اما اتخاذ چنین نگرشی آشکارا با ادعاهای اصلی هم ابزارگرایی و هم تجربه‌گرایی سازنده در تناقض قرار دارد. نظریه‌ی ریسمان گامی است دیگر به سوی مفهومی از فعالیت علمی که با موضع تجربه‌گرایانه متفاوت است. روشن نیست که در چه زمانی آزمایشی صورت خواهد گرفت که بتواند نظریه‌ی ریسمان را به طور مستقیم مورد آزمون قرار دهد و این آزمایش چگونه به نظر خواهد رسید- البته اگر اصلاً چنین آزمایشی صورت بگیرد. بنابراین امروزه کانون توجه نظریه‌ی ریسمان باید بر ساختارهای نظری توسعه‌یافته متمرکز باشد. هر چند نظریه‌پردازان ریسمان ادعا ‌کنند- چنان که بسیاری از آن‌‌ها چنین می‌کنند- که با توسعه‌ی نظریه‌ی خود بینش‌های جدیدی درباره‌ی طبیعت یافته‌اند، بسیاری از آن‌‌ها می‌توانند فقط به دانشی (بالقوه) در باره‌ی اشیاء یا ساختارهای نظری و نه دانشی در باره‌ی پدیده‌های دیدنی اشاره کنند.
● کم دادگی علمی
▪ تنوع دیدگاه‌ها
نظریه‌ی ریسمان برای تجربه‌گرایی نیز مسائل جدی در سطحی کاملاً متفاوت ایجاد می‌کند. نگاهی به وضعیت فعلی نظریه‌ی ریسمان، صحنه را برای بحث در باب این نکته آماده می‌کند. اختلاف عجیب در دیدگاه‌ها از همان زمان ظهور نظریه‌ در اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰ شایان توجه بوده و اخیراً گاهی به منازعات تند و سوزان میان مخالفان و موافقان برنامه‌ی تحقیقی نظریه‌ی ریسمان گسترش یافته است. خود فیزیکدانان ریسمان بارها این احساس قوی را داشته‌اند که بر روی گامی محوری و تاریخی به سوی فهم کامل‌تر جهان کار می‌کنند. یقیناً فقدان تأیید تجربی برای نظریه‌ی ریسمان و وضعیت ناگوار و ناکامل آن، عموماً نقاط ضعفی رقت‌انگیز تلقی می‌شود. با این همه، جز در مورد اقلیتی که خود را صرفاً ریاضی دان می‌دانند، نظریه‌ پردازان ریسمان متقاعد شده‌اند که نسبت به هر کسی قبل از خود به بینش عمیق‌تری در مورد ساختار ماده‌ی فیزیکی دست یافته‌اند. بسیاری از حامیان عرصه‌های نزدیک مانند مدل‌سازی ذرات بنیادی یا کیهان‌شناسی به طرزی اندک محتاطانه‌تر در این تلقی سهیم هستند. دیدگاه اکثر فیزیکدانان عرصه‌های دیگر از فیزیک پدیدارشناختی انرژی‌های بالا تا گرانش کوانتومی کانونی تا فیزیک کاربردی و اغلب فیلسوفان علم در مورد وضعیت نظریه‌ی ریسمان اساساً انتقادی‌تر است. تلقی ایشان این است که با توجه به فقدان تأیید تجربی، نظریه‌ی ریسمان هیچ گاه از مرحله‌ی تفکر محض بیرون نرفته است. پس از بیش از سی سال کار شدید بر روی موضوع که هرگز نه پیش‌بینی آزمودنی‌ای ایجاد کرده و نه حتی چیزی نزدیک به نظریه‌ی کامل، منتقدان صریح برنامه‌ی تحقیقات نظری ریسمان توصیه می‌کنند به جای وفاداری دائمی به این کار بسیار دشوار اما بالقوه بیهوده، تحقیق بر روی بدیل‌های نظریه‌ متمرکز گردد. به رغم عبارت‌پردازی‌های گاهی جدلی، عدم توافق میان دو طرف از سرشتی بنیادگرایانه برخوردار نیست. نظریه‌‌پردازان ریسمان جرئت ندارند که در مورد وجود ریسمان‌ها مطلقاً مطمئن باشند و منتقدان آن‌ها اذعان می‌کنند که اگر آزمونی تجربی یافته شود ممکن است بالاخره معلوم گردد که نظریه‌‌پردازان ریسمان در مسیر صحیح گام بر می‌دارند. باز هم میزان دشمنی متقابل کاملاً بامعنا است.
اختلاف مذکور در دیدگاه‌های مربوط به اعتبار نظریه‌ی جدید دارای ویژگی‌های تغییر پارادایم کوهن است (Kuhn ۱۹۶۲). اما شکاف، نسبت به موارد استانده‌ی تغییر پارادایم در علم، عمیق‌تر می‌شود. از نظر منتقدانِ نظریه‌ی ریسمان، نظریه‌‌ای بدون پشتوانه‌ی تجربی را، جزئیات آن هر چه باشد، نمی‌توان نظریه‌‌ای خوش‌بنیاد خواند. بنابراین، اعتماد اغراق‌آمیز به آن نظریه‌ موجب بیرون رفتن از مسیر علم طبیعی متین می‌گردد. در مقابل، از نظر نظریه‌‌پرداز ریسمان اعتماد او به نظریه‌ بر تحلیل علمی دقیق از مزایای نظری نظریه‌ و قرار گرفتن آن در جای خود مبتنی است. بنابراین عدم توافق بنیادی در مورد ارزش نظریه‌‌ی ریسمان بر سر جزئیات فیزیکی نیست، بلکه بر سر تعریف اقتدار و قدرت استدلال خالص نظری در درون فرآیند علمی است. اگر کسی بخواهد از کلمه‌ی پارادایم به مثابه‌ی اصطلاحی فنی استفاده کند که فقط در مورد دیدگاه‌های درون عرصه‌ی علمی قابل کاربرد است، ممکن است بتواند شکاف میان نظریه‌‌پردازان ریسمان و پدیدارشناسان را شکافی فراپارادایمی بخواند. دو طرف بر سر تعریف علم توافق ندارند. قبلاً وضعیت‌های مشابهی روی داده است. نمونه‌ی برجسته‌ی آن مخالفت فیزیکدانان تجربه‌گرایی مانند ارنست ماخ با فرض اشیاء علمی نادیدنی مانند اتم‌ها در فیزیک در قرن نوزدهم است. فهم آن‌ها از علم چنان وابسته به اصل مشاهده‌ی مستقیم بود که سخن گفتن از اشیاء نادیدنی، آن¬ها را غیرعلمی می‌دانستند(۱۶). در قرن بیستم در زمانی که عموماً استاندارد علمی برای بحث بر مبنای ساختارهای نادیدنی را پذیرفتند، این نزاع از عرصه‌ی فیزیک بیرون رفت، اما در سطح تفسیری فلسفی ادامه یافت و در این جا انگیزه‌ی اصلی ابزارگرایی و تجربه‌گرایی سازنده است.
دیدگاه متفاوت در مورد نظریه‌ی ریسمان را می‌توان به منزله‌ی نتیجه‌ی بحث قدیمی تجربه‌گرایانه دانست. اعتماد به نفس نظریه‌‌پردازان ریسمان بدون پشتوانه‌ی تجریی یک بار دیگر تسلط مشاهده را در علم نقض می‌کند و به نظر می‌رسد که نسبت به ماجرای پذیرش اشیاء علمی نادیدنی، نمایشگر تغییر شدیدتری در پارادایم علمی باشد. ماجرای اشیاء نادیدنی علمی با پذیرش گزینه‌ی اندازه‌گیری غیرمستقیم مشاهده‌پذیرها معنی مشاهده‌پذیر را تغییر داد، اما رجحان تجربه را کاملاً دست‌نخورده باقی گذاشت. نظریه‌‌پردازان ریسمان، هر چند هنوز موقعیت تجربه را به منزله‌ی داور نهایی درباره‌ی نظریه‌ی علمی قبول دارند، اما به نظر می‌رسد با فرض این که دانشمندان می‌توانند بر مبنای نظری محض تا حد زیادی به امکان‌پذیری احکام علمی اعتماد داشته باشند، نقش آن را کاهش داده‌اند. خلاصه آن که، آن‌ها مدعی هستند: آزمایش مهم است اگر بتوانیم آن را انجام دهیم، اما اگر نتوانیم، پیشرفت علمی بدون آن انجام می‌گیرد.
چه چیزی نظریه‌‌پردازان ریسمان را به سوی این تغییر مهم در برداشت خود از علم سوق می‌دهد؟ هنگامی که فیزیک در آغاز قرن بیستم از [وجود] اشیاء علمی به طور کامل حمایت کرد، پیشرفت علمی به ناگزیر این گام را تقویت نمود زیرا بسیاری از پدیده‌های به تازگی کشف‌شده توضیح رضایت‌بخش دیگری نیافته بودند. آیا فیزیک انرژی‌های بالای معاصر برهانی به همین اندازه قدرتمند برای بسندگی ظاهری نظریه‌ی ریسمان ارائه می‌کند؟
▪ کم دادگی علمی
تلاش زیر برای پاسخ به این پرسش به شدت بر مفهوم کم‌ دادگی نظریه‌‌سازی علمی با داده‌های موجود مبتنی است (از این رو به پیروی از دیوید ۲۰۰۶ آن را کم دادگی علمی می‌نامند). کم دادگی علمی باید به دقت از دو شکل برجسته‌تر کم دادگی متمایز گردد. از یک سو، باید آن را از کم دادگی کواینی که در کواین ۱۹۷۰ صورت‌بندی گردیده است، جدا ساخت که به وجود نظریه‌های علمی‌ای که از جهت تمام داده‌های تجربی ممکن از نظر تجربی هم‌ارز هستند، حکم می‌دهد. در برابر، کم دادگی علمی به وجود چند نظریه یا نظریه‌‌های متعددی حکم می‌دهد که با داده‌های فعلاً موجود متناسب هستند اما ممکن است از جهت داده‌های آتی در پیش‌بینی‌های خود متفاوت باشند. از سوی دیگر، کم دادگی علمی، به دلیل مسلم انگاشتن پیش‌فرض‌ها و پیش‌شرط‌های معین برای نظریه‌‌سازی علمی از کم دادگی هیومی متفاوت است. هر چند هیوم به امتناع منطقی استنتاج هر پدیدارشناسی آینده از مشاهدات گذشته اشاره می‌کند، اما علم بر استنتاج استقرایی از الگوهای نظم مشاهده شده برای پیش‌بینی رویدادهای آینده مبتنی است. به علاوه، انتظار می‌رود نظریه‌‌های رضایتبخش علمی برخی از شرایط عمومی مانند درجه‌ی معینی از عمومیت یا اجتناب از فرض‌های موقتی را که رویدادهای منفرد را تبیین می‌کنند، ارضاء نماید. کم دادگی علمی فقط در صورتی محقق می‌شود که چند نظریه‌ یا نظریه‌‌های متعددی را بتوان بر طبق داده‌های تجربی موجود بنا کرد که شرایط پیش‌گفته را ارضا کنند و از این رو صلاحیت ادعای جدی علمی بودن را داشته باشند. بنابراین، این که کم دادگی در مرحله‌ای معین ویژگی فرآیند علمی تلقی شود یا خیر هیچ پیامدی برای مسئله‌ی بنیادی‌تر استقرا ندارد. در بحث زیر درباره‌ی کم دادگی علمی ما نظریه‌‌های تجرباً هم‌ارز را نادیده می‌گیرم و توجه خود را به نظریه‌‌هایی معطوف می‌سازیم که، هر چند همه با داده‌های فعلاً موجود در توافق هستند، می‌توان آن‌ها را با آزمایش‌های آینده از هم متمایز ساخت. بنابراین، اصطلاح کم دادگی علمی مترادف با مفهوم کم دادگی موقت به کار برده خواهد شد که اسکلار (۱۹۷۵) مطرح ساخت و مثلاً استانفورد (۲۰۰۱) آن را مورد بحث قرار داد(۱۷).
عموماً فرض می‌شود که نظریه‌‌سازی علمی با داده‌های تجربی موجود کم داده می‌شود. اگر نظریه‌‌سازی علمی از لحاظ علمی کم داده نبود، پیشرفت علمی می‌بایست انحصاراً انباشتی باشد. تعویض نظریه‌‌های موقتاً موفق با جانشینان از لحاظ مفهومی متفاوت منع می‌شد زیرا چنین تعویضی به معنای آن بود که دست کم دو نظریه‌، قدیمی و جدید، در زمانی که نظریه‌ی قدیمی معتبر بود، با داده‌های تجربی موجود سازگار هستند. اما تاریخ علم نشان می‌دهد که پیشرفت علمی در گذشته به هیچ روی انباشتی نبوده است. پس کم دادگی علمیِ نظریه‌‌های علمی معاصر را می‌توان از مثال‌های تاریخی تعویض بر مبنای فرااستقرای بدبینانه‌ی مذکور در بخش ۳ استنتاج کرد.
اهمیت کم دادگی علمی به مثال‌های تعویض نظریه‌ محدود نیست. در بسیاری از عرصه‌های علمی روشن به نظر می‌رسد که می‌توان شمار زیادی نظریه‌ بنا کرد که با داده‌های فعلاً موجود سازگار هستند اما پیش‌بینی‌هایی درباره‌ی پدیده‌های آینده خواهند کرد که با طبیعت در توافق قرار ندارد. هر نوع تنوع نظریه‌‌ها ازاین دست، نمونه‌ای است از کم دادگی علمی.
باز هم روشن به نظر می‌رسد که کم دادگی علمی نامحدود با ویژگی‌های مشهود تحقیق علمی انطباق ندارد. علم طبیعی در هر مرحله از تحول خود تمایلی بارز به یک نظریه‌ی بنیادی خاص در باب موضوعی معین دارد. این نکته علم طبیعی را از سایر عرصه‌ها مانند تاریخ یا علوم اجتماعی متمایز می‌سازد و با اصل عدم تبعیض کم دادگی علمی مخالف است. افزون بر آن، همین تاریخ علم که مثال‌های بی‌شماری از تغییر نظریه‌‌ی بنیادی ارائه می‌کند در عین حال مثال‌های بی‌شماری را می‌شناسد که نظریه‌‌ها پدیده‌های آتی را با موفقیت پیش‌بینی کرده‌اند. اگر شمار نامحدودی از نظریه‌‌های علمی بدیل و به یکسان نویدبخش وجود داشت که با مجموعه‌ی معینی از داده‌های فیزیکی متناسب بودند اما پیش‌بینی‌های تجربی متفاوتی در مورد آزمایش‌های آینده می‌کردند، روشن نبود که دانشمندان چگونه می‌توانند به دفعات نظریه‌ی صحیح را برگزینند (مثلاً نگاه کنید به Dawid ۲۰۰۷). بنابراین توفیق پیش‌بینانه‌ی علم نیز که همان گونه که در بخش ۳ ذکر شد، با برهان عدم معجزه در برابر مواضع ضد واقع‌گرایانه به کار گرفته می‌شود وجود محدودیت‌هایی را برای کم دادگی نشان می‌دهد.
بنابراین میزان کم دادگی علمی به مثابه‌ی ویژگیِ به شدت مهم فرآیند علمی پدیدار می‌گردد؛ ویژگی‌ای که به یک دلیل برای بحث فعلی مهم است: تا حد زیادی وضعیت نظریه‌‌سازی تجرباً تأیید نشده را معین می‌سازد. برای دانشمندی فرضی که عدم کم دادگی علمی را نفی می‌کند، امکان‌پذیری پیش‌بینی‌های تجربی که از توصیف نظری منسجم داده‌های موجود حاصل می‌شود فقط به اندازه‌ی این فرض امکان‌پذیر به نظر می‌رسد که توصیف علمی امکان‌پذیر پدیده‌های معینی اصلاً وجود دارد. هرچند، با توجه به این که به نظر می‌رسد کم دادگی علمی موضوعی واقعی است، محدودیت‌های مفروض آن ممکن است باز هم درجه‌ی معینی از اعتماد را از جهت اعتبار نظریه‌ی تجرباً تأیید نشده توجیه کند. سرانجام، کم دادگی نامحدود، هر گونه امیدی را به انتخاب نظریه‌ی صحیح بدون راهنمایی تجربی مستقیم از میان می‌برد.
در این مرحله فیزیک ریسمان وارد صحنه می‌شود. هر چند علم مثال‌های بسیاری را می‌شناسد که برهان‌های نظری محض درجه‌ای از اعتماد را به طرح‌واره‌های نظری تجرباً تأیید نشده وارد کرده‌اند، اما اصل کم دادگی علمی به قدر کافی قوی تلقی شده است که مانع پشتیبانی کامل از این نظریه‌‌ها گردد. رهبری تأیید تجربی همیشه بلامنازع باقی مانده است. فیزیک ریسمان‌ها ممکن است نخستین مثالی باشد که موافقان آن ارزیابی نظریه را به نحو دیگری پیشنهاد کرده‌اند. بنابراین، می‌توان گمان داشت که، از نظر موافقان نظریه‌ی ریسمان، این نظریه دلایلی برای فرض محدودیت‌های به طرز نامعمول قوی برای کم دادگی علمی فراهم می‌آورد که تأکید بیشتر بر روی برهان‌های نظری برای ارزیابی امکان‌پذیری احکام علمی را توجیه می‌کند. این درک توضیحی پذیرفتنی برای ضدیت چشمگیر میان نظریه‌‌پردازان ریسمان و منتقدان بیرونی نظریه‌ فراهم می‌آورد: هر چند خود فیزیکدانان ریسمان احساس می‌کنند تحت تأثیر انواع جدید نتایج محدودیت‌های قوی بر روی کم دادگی که در کار روزمره‌ی خود با آن روبرو هستند قرار گرفته‌اند، اما فیزیکدانانی که در این تجربه سهیم نیستند یا احساس علاقه‌ی خاصی به پارادایم علمی سنتی دارند، نمی‌توانند غفلت فیزیکدانان ریسمان را از اصول سنتی و خوش‌بنیاد ارزیابی نظریه‌ درک کنند.
▪ محدودیت‌های کم دادگی علمی در نظریه‌ی ریسمان
دیوید ۲۰۰۶ برهان‌هایی بر له این ادعا اقامه می‌کند که آثار قوی محدودیت‌های جدید بر روی کم دادگی علمی را در واقع می‌توان در نظریه‌ی ریسمان یافت. از آن جا که این برهان‌ها در تحلیل‌های بعدی هنوز نقشی اساسی ایفا می‌کنند، در قسمت فعلی به اختصار بیان می‌شوند. اما خواننده‌ای که به دنبال برهان کامل است باید به دیوید ۲۰۰۶ مراجعه کند.
برهان‌هایی که بر له محدودیت‌های کم دادگی علمی ارائه می‌شوند در دو سطح متفاوت پدیدار می‌گردند. نخستین نوع استدلال بر ویژگی‌های کلی فرآیند تحقیقی مبتنی است که به نظریه‌ی ریسمان منتهی می‌شود(۱۸). شاید برجسته‌ترین برهان از نظر فیزیکدانان نظری برهان عدم انتخاب است. فیزیکدانان نظری مدعی هستند که پس از بررسی‌های مفصل در جهات مختلف، رویکرد آن‌ها تنها رویکرد مطمئنی باقی مانده است که به نظریه‌ی یکی‌شده‌ی گرانش و اندرکنش‌های هسته‌ای منتهی می‌شود که دست کم تا اندازه‌ای موفق بوده است. از این دیدگاه رویکرد گرانش کوانتومی- حلقه‌ای و سایر رویکردها در گرانش کوانتومی کانونی را نمی‌توان بدیل به شمار آورد، زیرا آن‌ها فقط در مورد جمع میان گرانش با اصول بنیادی فیزیک کوانتومی بحث می‌کنند بدون آن که راهبردی برای منظور کردن توصیف نظری کامل اندرکنش‌های هسته‌ای ارائه کنند. در رابطه با نظریه‌‌های کاملاً یکی‌شده، فیزیکدانان ریسمان برهان‌هایی کیفی ارائه می‌کنند تا نشان دهند نقاط عزیمت بسیار متفاوتی که ظاهراً هیچ ارتباطی با فیزیک ریسمان ندارند، پس از بررسی دقیق به نظریه‌ی ریسمان می‌رسند (مثلاً نگاه کنید به Polchinski ۱۹۹۹).
تصور می‌شود که تجربه‌ی گذشته در فیزیک ذره‌ای از اهمیت این احکام حمایت می‌کند: اگر فیزیکدانان برای حل مسئله‌ای مفهومی درهای بسیاری را بزنند و دقیقاً یک در باز شود که به سوی ساختار غنی و منسجم جدیدی رهنمون می‌گردد، ظاهراً بخت خوبی وجود دارد که این راه حل از نظر تجربی قابل اطمینان باشد. برانگیزاننده‌ترین گواه این ادعا مدل استانده‌ی فیزیک ذره‌ای است. عناصر مهمی از مدل استانده مانند ساختار پیمانه‌ای اندرکنش‌ها بدون مدرک تجربی بلاواسطه و بر مبنای استدلال نظری محض برای حل مسائل سازگاری نظری پیشنهاد شده است. سرانجام، توسعه‌ی این مفاهیم با آزمایش تأیید و به شمار زیادی پیش‌بینی‌های تجربی مطمئن منتهی شده است. فیزیکدانان نظری ادعا می‌کنند که بدیل‌ها در مورد فیزیک ریسمان دقیق‌تر از بدیل‌های زمان توسعه‌ی مدل استانده بررسی شده‌اند که ممکن است موجب اطمینان زیادی به امکان‌پذیری ادعاهای مفهومی نظریه‌ی ریسمان گردد. برهان دیگر بر نمونه‌های شگفت‌آور از انسجام مفهومی در متن نظریه‌ی ریسمان مبتنی است. عموماً پذیرفته شده است که نظریه‌ی علمی به طرزی متقاعدکننده با داده‌های تجربی تأیید می‌شود که بر روی بنای نظریه اثری نگذاشته‌اند اما به درستی توسط آن پیش‌بینی می‌شوند. به طریق مشابه، ممکن است نظریه‌ای بر اساس مبانی نظری محض مورد حمایت قرار گیرد. ممکن است موجب بهبود فهم نظری از ارتباطات متقابل در میان پدید‌های مختلف فیزیکی گردد، هر چند هدف اصول ساختمانی که در زمان ایجاد نظریه به کار گرفته شده این نوع بهبود نبوده است. نظریه‌ی ریسمان ادعا می‌کند که این تأیید نظری را می‌توان به طور جدی به مثابه‌ی مبنای داوری درباره‌ی امکان‌پذیری نظریه تلقی کرد. فیزیک ریسمان مثال های شگفت‌آوری از انسجام مفهومی ارائه می‌کند. سه مثال از میان مهم‌ترین مثال‌ها عبارت‌اند از این که اشیاء کوانتیده‌ی ممتد گرانش را نشان می‌دهند، نظریه‌ی ریسمان ماده مستلزم اَبَرتقارن است (که به دو راستای مهمِ تحقیقات فیزیک ذره‌ای می‌پیوندد)، و در موارد خاص و معینی می‌تواند ارتباط میان انتروپی سیاه‌چاله و افق رویداد آن را تبیین کند.
هر یک از این سه دلیل ارائه شده برای اعتماد به نفس نظریه‌پردازان ریسمان را می‌توان بر اساس کاهش ارزش اصل کم‌دادگی علمی تفسیر کرد. برهان عدم انتخاب مستقیماً می‌گوید که وجود نظریه‌های بدیلی که از نظر علمی رضایت‌بخش باشند، در مورد نظریه‌ی ریسمان، در مقایسه با زمینه‌های فیزیکی پیشین، فرضی کم‌تر طبیعی است. موفقیت تجربی برنامه‌ی تحقیق فیزیک ذره‌ای و تمایل نظریه‌ی ریسمان به ایجاد انسجام درونی نامنتظَر را می‌توان نشانه‌های غیرمستقیم محدودیت‌های مهم کم‌دادگی علمی دانست، زیرا کم‌دادگی نامحدود وقوع هر دو را نامحتمل می‌سازد.
هر چند سه برهان ارائه شده تا این جا، پیشتازانی در نظریه‌سازی علمی متقدم دارند و می‌توان آن‌‌ها را بر اساس نقاط اوج تحولات (مقدماتی) دیرپا فهمید، نظریه‌ی ریسمان نیز برهان‌های به راستی جدیدی ارائه می‌کند که در سطحی متفاوت به همان جهت معطوف هستند: به نظر می‌رسد خود ساختار نظری فیزیک ریسمان کاهش ارزش کم‌دادگی علمی را پیشنهاد می‌کند.
در این زمینه دو ویژگی مرتبط نظریه‌ی ریسمان از اهمیت اساسی برخوردار است. برخلاف تمام نظریه‌های فیزیکی شناخته‌شده‌ی دیگر، نظریه‌ی ریسمان در سطح بنیادی هیچ پارامتر آزادی ندارد. نه پارامتر بی‌بعدی دارد که بتوان آن را آزادانه طوری تنظیم کرد که با داده‌های تجربی متناسب باشد، نه پارامتری ابعادی دارد که بتوان مقدار آن را نسبت به پارامترهای مشخصه‌ی دستگاه اندازه‌گیری مربوطه تنظیم کرد(۱۹). فراتر از این نقطه، بر اساس برخی فرض‌های بسیار بنیادی مانند وجود ماده و بیش از یک بعد فضایی، نظریه‌ی ریسمان درجه‌ی بالاتری از یکتایی را نیز نشان می‌دهد. به دلیل پدیده‌ی دوگانگی ریسمان که در بخش ۶ مورد بحث قرار خواهد گرفت، به نظر می‌رسد اختیاری برای ساخت انواع مختلف نظریه‌ی ریسمان در سطح بنیادی باقی نمی‌ماند. بلکه ظاهراً تنها یک راه برای ساخت ساختار بنیادی نظریه‌ی ریسمان وجود دارد. فقدان آزادی ساختاری انتخاب همراه با فقدان پارامترهای آزاد «یکتایی ساختاری» نظریه‌ی ریسمان خوانده خواهد شد.
در این مرحله روشن نیست چقدر از یکتایی ساختاری ریسمان به یک مجموعه‌ی اجتناب‌ناپذیر از مقادیر پارامتری نظریه‌های انرژی‌های پایین مانند مدل استانده تبدیل می‌شود. از دیدگاه نظریه‌ی ریسمان، پارامترهای مدل استانده پارامترهای مؤثری هستند که به طرز یکتا توسط ویژگی‌های نظریه‌ریسمانی مانند مقدار ثابت تزویج، شعاع‌های ابعاد فشرده یا غشاهای چندبعدی تعیین می‌شوند. این ویژگی‌های ریسمانی را باید بار دیگر به مثابه‌ی نتیجه‌ی فرآیندی دینامیکی فهمید که بر معادلات بنیادی نظریه‌ی ریسمان مبتنی هستند (که همان گونه که شرح داده شد، هیچ پارامتر آزادی ندارند) و از مهبانگ به سوی حالت پایه‌ی نظریه می‌روند. اگر نظریه‌ی ریسمان یک حالت پایه‌ی پرانرژی و از لحاظ نظری واداشته داشت که در آن تمام آن مقادیر به طور یکتا تعیین شده بودند، این امر مقادیر پارامترهای کم‌انرژی را نیز به طور یکتا تعیین می‌کرد. اما بر اساس فهم فعلی به نظر می‌رسد شمار زیادی حالت‌های پایه‌ی پایدار یا فراپایدار(۲۰) و از لحاظ نظری منسجم در نظریه‌ی ریسمان وجود دارد که می‌توان همه‌ی آن‌ها را به فرآیندهای کوانتومی متقدم جهان ما رساند(۲۱). هر چند ممکن است مکانیسم انتخابِ خلأیی هنوز ناشناخته که یک می‌نیموم انرژتیک خاص یا شماری از آن‌ها را که به طرزی معقول اندک باشند مشخص می‌سازد، از طریق فهم بهتر یا شکل‌دهی مجدد نظریه‌ی ریسمان بروز کند، اما وجود آن در این مرحله محل تردید به نظر می‌رسد. بدیل آن، سناریویی است که در آن انتخاب از میان تعداد زیادی حالت‌های پایه‌ی موضعی که از نظر فیزیکی مجاز هستند به برآمد تصادفی اغتشاشات کوانتومی در مراحل اولیه‌ی جهان ما بستگی دارد(۲۲). از آن جا که حالت‌های پایه‌ی مختلف با مقادیر پارامتری متفاوت نظریه‌های مؤثر در انرژی‌های پایین متناظرند، این سناریو می‌تواند قدرت پیش‌بینانه‌ی نظریه‌ی ریسمان را به شدت کاهش دهد (مثلاً نگاه کنید به Douglas ۲۰۰۳ و Susskind ۲۰۰۷).
هر چند پرسش از قدرت پیش‌بینانه‌ی نظریه‌ی ریسمان بدین ترتیب موضوع تأمل باقی می‌ماند، اما توجه به این نکته مهم است که هر دو سر طیف پاسخ‌های ممکن فهمی از کم‌دادگی علمی را مطرح می‌سازند که از بنیاد تغییر کرده است. اگر قدرت پیش‌بینانه‌ی فیزیک ریسمان به راستی به واسطه‌ی ماهیت فیزیک کوانتومی که به طرزی تقلیل‌ناپذیر آماری است به شدت تغییر می‌یافت، این امر چشم‌اندازهای تحقیق فیزیکی آتی را به طرزی بامعنا تغییر می‌داد. از آن جا که فهم این نکته دشوار است که چگونه وجوه کمّی که در یک طرح‌واره موضوع آمار کوانتومی هستند باید در طرح‌واره‌ای دیگر قابل محاسبه باشند، می‌توان انتظار سنگ‌بنایی بنیادی برای پیشرفت علمی را داشت که آشکارا فهم ما را از موفقیت نظریه‌ تغییر می‌دهد و می‌توان گفت که باید بر روی پرسش مربوطه در باب کم‌دادگی علمی نیز تأثیر داشته باشد. اما در این جا برای تحلیل بیشتر این نکته تلاشی نخواهد شد.
از سوی دیگر، اگر مکانیسم انتخاب خلأیی که هنوز ناشناخته است تعداد حالت‌های پایه‌ای را که از نظر فیزیکی مجاز است به حدی کاهش دهد که توان پیش‌بینی نظریه‌ی ریسمان را به شدت بالا ببرد(۲۳)، می‌توان برهانی را به کار برد که باز هم دوررس‌تر باشد. خلاصه آن که، نظریه‌‌ای که از لحاظ ساختاری یکتا و دارای توان پیش‌بینی زیادی باشد، مبنای ارزیابی پذیرفتنی بودن بدیل‌های از نظر علمی امکان‌‌پذیر را تغییر می‌دهد. از آن جا که (۱) به نظر می‌رسد نظریه‌هایی که از لحاظ ساختاری یکتا باشند به مراتب نادرتر از نظریه‌‌های متعارفند و (۲) اگر این نظریه‌‌ها دارای توان پیش‌بینی زیادی باشند، بخش بسیار کوچک‌تری از فضای پارامتری اعداد مشخصه‌ی مشاهده‌پذیر قابل تصور را پوشش می‌دهند، ارزیابی‌های سنتی از کم‌دادگی علمی دیگر به کار نمی‌آیند. انتظار این که نظریه‌‌های بدیلی وجود داشته باشند که از لحاظ ساختاری یکتا و دارای توان پیش‌بینی زیاد هستند و می‌توانند با حدی از دقت مقادیر پارامتری نظریه‌‌ای معین از این نوع را بازتولید کنند، کاملاً ناپذیرفتنی است. اگر معلوم گردد که نظریه‌ای که از نظر ساختاری یکتا و دارای توان پیش‌بینی زیادی است از نظر تجربی تا حدی از دقت (تحت مجموعه‌ی معینی از داده‌های تجربی) امکان‌پذیر است، بدین ترتیب باید فرض کرد که جای این نظریه‌ را نمی‌توان به نظریه‌ی دیگری داد که شرط یکتایی ساختاری و توان پیش‌بینی بالا را برآورده می‌سازد. تعویض آن با نظریه‌ی جدیدی که این شرط را ارضا نمی‌کند نیز پذیرفتنی نیست، زیرا در این صورت یکتایی ساختاری و توان پیش‌بینی بالای سلف آن چونان معجزه‌ای به نظر می‌رسد. این دو حکم، در کنار یکدیگر، می‌گویند که باید انتظار داشت چنین نظریه‌‌ای، نظریه‌ای نهایی باشد که هیچ بدیل از نظر تجربی متفاوتی جای آن را نخواهد گرفت.
جالب آن است که نظریه‌ی نهایی مشابه در سطح دیگری در نظریه‌ی ریسمان نیز پدیدار می‌گردد. نظریه‌ی ریسمان نخستین نظریه‌ی فیزیکی است که به طور جدی مدعی یکی‌سازی مفهومی تمام پدیده‌های بنیادی فیزیکی مقدماتی است و این امر، اگر یکی‌سازی مفهومی هدفی علمی تلقی شود، آن را به نخستین نامزد عنوان نظریه‌ی نهایی تبدیل می‌کند. ادعای قدرتمندتر برای جایگاه نظریه‌ی نهایی به نتیجه‌ای جالب از دوگانگی‌های ریسمان مربوط می‌شود (مثلاً نگاه کنید به Witten ۲۰۰۱). دوگانگی T که در بخش ۲ به اختصار شرح داده شد، طول کمینه‌ی مطلقی را نشان می‌دهد، به این معنا که تمام آزمایش‌های تجربی بر روی مقیاس‌های فاصله‌ای را که کوچک‌تر از مقیاس بحرانی باشند می‌توان، بر اساس روابط دوگانگی، آزمایش مقیاس‌های فاصله‌ی بزرگ‌تر از مقیاس بحرانی دانست. برای دستیابی به اطلاعات فیزیکی جدید، حد مطلق زیر مقیاسی معین قرار داده می‌شود و به این ترتیب به طور صوری پایانی بر تحقیق مداوم فیزیکی برای پدیده‌های جدید در مقیاس‌های فاصله‌ی باز هم کوچک‌تر می‌گذارد.
هر چند هیچ یک از برهان‌های ارائه شده به تنهایی رد اصل کم‌دادگی علمی نیست، انبوه برهان‌های مختلفی که همگی در یک جهت قرار دارند این ادعا را توجیه می‌کند که کاهش اساسی ارزش اصل کم‌دادگی علمی در متن فیزیک ریسمان پذیرفتنی به نظر می‌رسد. البته این حکم فقط در صورتی معنا پیدا می‌کند که فیزیک ریسمان مفهوم فیزیکی امکان‌پذیری باشد. اما اگر چنین باشد، دلایل زیادی وجود دارد که دیگر هیچ نظریه‌ی جانشینی آن را لغو نخواهد کرد. باید تأکید کرد که این ادعا به معنای اعلام پایان قریب‌الوقوع تحقیقات فیزیکی نیست. تاریخ تحقیقات نظریه‌ی ریسمان نشان می‌دهد که ممکن است تکمیل نظریه‌ هدفی موهوم باشد درست همان گونه که نظریه‌ی نهایی در مراحل اولیه‌ی تکامل علمی چنین به نظر می‌رسید.
▪ یکتایی نظری
بر اساس قسمت قبلی، نظریه‌ی ریسمان حاکی از تغییر شدید ارزیابی در باب تضاد میان کم‌دادگی و پیش‌بینی نظری است. با بررسی مجدد بن‌بست میان واقع‌گرایی و تجربه‌گرایی که در بخش ۲ شرح داده شد، می‌توان اهمیت این تغییر را دریافت.
آشفتگی وضعیت موجود به دلیل عناصر مهمی از پیش‌بینی‌های موفق در علم بوده که به نظر می‌رسید به نفع واقع‌گرایی است هر چند ظاهراً عناصر به همین اندازه انکارناپذیری از کم‌دادگی نیز از تجربه‌گرایی حمایت می‌کردند. همین نوع موازنه‌ی غیررضایت‌بخش مشخصه‌ی تمام کوشش‌های فلسفی کلاسیکی برای تضعیف موقعیت کم‌دادگی است. بحث‌های مربوط به «استنتاج از پدیده‌ها» که در سال‌های اخیر توجهی را به خود جلب کرده، مثال خوبی است(۲۴). نیوتن ادعا می‌کرد که نظریه‌‌های فیزیکی وی چیزی جز استنتاج از پدیده‌ها نیستند. چند سال پیش نورتون (Norton) و دیگران تصمیم گرفتند ادعای نیوتن را توجیه کنند و بر شیوه‌ی به ظاهر یکتایی که اغلب داده‌های تجربی نظریه‌‌های فیزیکی را تقویت می‌کنند، تأکید کردند. مثلاً نورتون دوباره تأکید کرد که کوانتش را تجربه بر فیزیک تحمیل کرده است. ظاهراً برهان استنتاج از پدیده‌ها نشان می‌دهد که قضیه‌ی کم‌دادگی به آن سادگی که برخی از تجربه‌گرایان تمایل دارند که باور کنند، نیست. اما این داوری به رد کامل کم‌دادگی نمی‌انجامد. در ووررال (۲۰۰۰) تأکید شده است که استنتاجات از پدیده‌ها همیشه بر چارچوب مفهومی معینی مبتنی هستند که تلویحاً بخشی از طرح‌واره‌ی نظری را تشکیل می‌دهد. بنابراین، خصلت استنتاجی آفرینش نظریه‌ نمی‌تواند پس از تجدید نظر در مبانی مفهومی آن، مانع حذف آن توسط نظریه‌ی جدید شود. نورتون، برای ارائه‌ی مثالی برجسته، قوانین گرانش را بر مبنای فضای تخت «استنتاج کرد» که گرانش عمومی این نقطه‌ی عزیمت را رد می‌کرد. استنتاج از پدیده‌ها نشان می‌دهد که عنصر قابل توجهی از یکتایی در تکامل نظریه‌‌سازی فیزیکی وجود دارد، اما نمی‌تواند فرااستقرای بدبینانه را رد کند. بنابراین، فقط بن‌بست میان سمت واقع‌گرا و تجربه‌گرا را سخت‌تر می‌کند.
در مورد نظریه‌‌ی ریسمان وضعیت بسیار متفاوت است. می‌توان دو سطح از بحث را از هم تمیز داد که دو راهبرد متفاوت برای بررسی مسئله‌ی فرااستقرای بدبینانه فراهم می‌آورد. نخست، وضعیت موجود و بالفعل تحقیق نظری ریسمان است. امروزه نظریه‌ی ریسمان به شدت ناقص است و از برخی جهات بیش از نظریه‌‌ای کامل به راهنمایی نظری به سوی تحولات آینده مانند است. هسته‌ی ادعای فرااستقرای بدبینانه دست‌نخورده باقی می‌ماند زیرا مفاهیم علمی نظریه‌ی ریسمان امروزه یقیناً کم‌تر از مفاهیم علمی در دوره‌های پیشین علم مقدماتی نیستند. اما فرض کم‌دادگی علمی دیگر نمی‌تواند از این نکته بهره‌ای ببرد. در تصویر سنتی، تصور می‌شد که تکامل علمی با زنجیره‌ای از نظریه‌‌های کاملاً سازگار انجام می‌شود. هر یک از این نظریه‌‌ها مجموعه‌ی محدودی از داده‌ها را به درستی توصیف می‌کرد و روزی به واسطه‌ی داده‌های به شدت مخالف منسوخ می‌شد یا انتظار می‌رفت که چنین شود(۲۵). فرااستقرای بدبینانه مستقیماً به کم‌دادگی علمی اشاره داشت، زیرا هر نظریه‌ی جدیدی می‌بایست دست کم به اندازه‌ی سلف خود به طرزی متقاعد‌کننده با داده‌های قدیمی سازگار باشد. در نظریه‌ی علمی، تصویر سنتی دیگر قابل استفاده نیست. طرح‌واره‌ی نظری در هر مرحله از پیشرفت فیزیکی را باید مقدماتی دانست زیرا از لحاظ نظری ناکافی و ناقص است. می‌توان انتظار داشت که پیشرفت به جای تعویض نظریه‌ بر فهمی دوررس‌تر از نظریه‌ی تحت بررسی مبتنی باشد. کار نظری بر روی فهم عمیق‌تر و صورت‌بندی کامل‌تر و منسجم‌تر نظریه‌ی ریسمان پیشرفت نظری محض را به مثابه‌ی هم ارز مسیر دوم به سوی معرفت فیزیکی علاوه بر پیشرفت تجربی و مستقل تثبیت می‌کند(۲۶).
وضعیت فعلی کار، از آرمان تصویرشده برای نظریه‌ی ریسمان کاملاً منسجم بسیار دور است. برخی از ویژگی‌های این نظریه‌ی نهایی مانند فقدان پارامترهای آزاد یا حد پایینی بنیادی برای مقیاس‌های طول فیزیکی را می‌توان همین امروز با اطمینان پیش‌بینی کرد. به دنبال بحث‌های قسمت ۵-۳، می‌توان تصور کرد که این معرفت این حکم را توجیه می‌کند که نظریه‌ی ریسمان کاملاً توسعه ‌یافته، فرااستقرای بدبینانه را در هم می‌شکند. اگر یک روز بتوان صورت‌بندی سازگار نظریه‌ی ریسمان را یافت، باید انتظار داشت که این نظریه‌ به یکی از دو طریق به جهان مشاهده‌پذیر مربوط باشد. یا بن‌بستی است بدون ارتباط با جهان فیزیکی یا نظریه‌‌ای نهایی را تشکیل می‌دهد به این معنا که تمام داده‌های تجربی ممکن را بر اساس مجموعه‌ای از اصول بنیادی بدون هیچ پارامتر بنیادی تنظیم‌پذیر توصیف می‌کند. در هر دو حال، نظریه‌ی ریسمان کاملاً سازگار را نمی‌توان امکان‌پذیر دانست بلکه باید آن را گامی میانی در تکامل علم به معنای فرااستقرای بدبینانه دانست.
سناریوی پدیدارشونده با سلب جایگاه ویژگی «ابدی» تمام نظریه‌‌های علمی از کم‌دادگی بر بن‌بست میان کم‌دادگی و پیش‌بینی نظری فائق می‌آید. کم‌دادگی نظریه‌‌های فیزیکی سنتی با تجربه، ویژگی تاریخی دوره‌ی فیزیک بنیادی به نظر می‌رسد که هنوز به سطح میان‌ارتباطی لازم برای احساس نیروی کامل برهان‌های انسجام درونی نرسیده است. در تمام این مراحل قبلی فرآیند علمی، نیروی پیش‌بینانه‌ی نظریه‌‌های علمی نشانه‌ای است از آن که کم‌دادگی علمی یکسره نامحدود نیست.
تمایل فزاینده به سوی نظریه و دامنه‌ی برانگیزاننده‌ی تأییدهای مربوط به فیزیک انرژی بالا از دهه‌ی ۱۹۷۰ را می‌توان نشان‌دهنده‌ی محدودیت‌های مهم کم‌دادگی علمی همراه که نیروی خاصی دارند دانست. نظریه‌ی ریسمان یا آن چه پس از تکمیل خواهد شد، ممکن است سرانجام به حکومت کم‌دادگی علمی پایان دهد. در این مرحله، پرسش خاصی مطرح می‌شود: اگر کم‌دادگی علمی موضع محکم خود را در برابر فیزیک ریسمان از دست بدهد، در مورد پارادایمی که جای آن را خواهد گرفت چه می‌توان گفت؟ یک بار دیگر سه پیام فیزیک ریسمان را به یاد آوریم که تصویر قدیمی دینامیک نظریه‌ای را که از نظر علمی کم‌داده باشد مغشوش می‌کند.
ـ ویژگی‌های توسعه‌ی نظریه و انسجام درونی آن بر مفهوم محدودیت‌های اکید کم‌دادگی که از فیزیک مدل استانده به ارث رسیده متکی است.
ـ برهان‌هایی در سطوح مختلف از این ظن حمایت می‌کنند که ممکن است نظریه‌ی ریسمان نظریه‌ی نهایی باشد.
ـ بر خلاف تمام نظریه‌های قبلی فیزیکی، نظریه‌ی ریسمان در سطحی بنیادی از نظر ساختاری یکتا است.
این سه پیام با یکدیگر بنیانی را برای طرح اصلی پی می‌افکنند که من مایلم آن را چنین بنامم:
اصل یکتایی نظری: در مرحله‌ی معینی از تحقیق علمی، مجموعه‌ای عمومی از داده‌های تجربی همراه با پیش‌مفهوم‌های عمومی درباره‌ی شرایط لازمی که نظریه‌ای باید برآورده سازد تا علمی تلقی شود، دیگر برای انتخاب مفاهیم نظری، جزئیات ساختاری یا مقادیر پارامتری بنیادی آزادی‌ای باقی نمی‌گذارد. دقیقاً یک نظریه‌ی علمی وجود دارد (شاید صورت‌بندی‌های بدیلی که از نظر تجربی هم‌ارزند)، که با داده‌های تجربی تناسب دارد. همان گونه که به نظر می‌رسد، داده‌ها نباید حتی خیلی خاص باشند بلکه فقط باید برخی احکام کمّی بنیادی را درباره‌ی خصلت جهان فیزیکی تثبیت کنند.
هر چند دانش فعلی ما در باره‌ی فیزیک ریسمان به شدت از اصل بنیادی یکتایی نظری حمایت می‌کند اما قدرت این اصل حتی با این فرض که نظریه‌ی ریسمان نظریه‌ای بسیار معتبر در باره‌ی طبیعت است، پرسشی بی‌پاسخ مانده است. برای بحث در باره‌ی دامنه‌ی امکان‌ها، باید میان سه مشخصه‌ی متفاوت اصطلاح «یکتایی نظری» تمیز قائل شویم. تعریف بالا از یکتایی نظری هیچ سخنی درباره‌ی قدرت پیش‌بینانه‌ی نظریه‌ای که از لحاظ نظری یکتا است نمی‌گوید. این بازتاب نکته‌ای است که در قسمت ۵-۳ مورد بحث قرار گرفت و بر اساس آن نظریه‌ی ریسمان در مرحله‌ی فعلی تصویر روشنی از توان خود در پیش‌بینی پارامترهای فیزیک انرژی‌های پایین ارائه نمی‌کند. نظریه‌ی ریسمان، بسته به قدرت پیش‌بینانه‌ی نهایی خود، ممکن است سرانجام یکی از دو درجه‌ی یکتایی نظری زیر را برآورده سازد.
ـ یکتایی نظری ضعیف یکتایی نظری‌ای را نشان می‌دهد که ارتباطی با الگوی یکتای مقادیر پارامتری انرژی‌های پایین ندارد.
ـ یکتایی نظری گسترده تعین صریح تمام داده‌های کمی را با ساختار نظری یکتا نشان می‌دهد.
باز هم نمی‌توان انتظار داشت نظریه‌ای که یکتایی ساختاری گسترده را برآورده سازد ویژگی‌های موضعی توزیع فضا-زمانی اشیاء فیزیکی را تعیین کند. پیش‌بینی توزیع ماده‌ی موضعی از اصول نخستین، سنتاً فراتر از دامنه‌ی نظریه‌های علمی تلقی می‌شود. عبور از این حدود به سومین نوع یکتایی نظری منتهی می‌شود.
ـ یکتایی نظری قوی مصداق دارد اگر نظریه‌ای علمی که از لحاظ نظری بر اساس فرضیه یکتا است پیش‌بینی یکتایی از توزیع ماده به عمل آورد.
هر چند در فهم امروزی از فیزیک ریسمان چیزی وجود ندارد که حکایت از یکتایی نظری قوی داشته باشد، اما این دیدگاه که مفهوم اخیر ممکن است روزی در مورد نظریه‌سازی فیزیکی قابل اعمال باشد، کم‌تر از آن چه در نگاه نخست به نظر می‌رسد نامحتمل است. نخست، باید یادآوری کرد که تفاوت‌های میان تعیین مقادیر پارامتری انرژی‌های پایین و تعیین توزیع اشیاء منفرد خاص در زمینه‌ی کیهان‌شناسی ریسمان به طرز فزاینده‌ای مغشوش می‌شود.
غشاهای چندبعدی که تصور می‌شود موضع و تعدادشان در تعیین مقادیر پارامتری قوانین طبیعی که فیزیک را در انرژی‌های پایین هدایت می‌کنند نقش مهمی دارند، با همان نوسانات کوانتومی در جهان نخستین ایجاد می‌شوند که مسئول توزیع ماده‌ی جهان نیز هستند. بدین ترتیب مکانیسمی که تمام وجوه موضعی توزیع ماده را به طور یکتا تعیین می‌کند لازم نیست به طور بنیادی از مکانیسمی که فقط یک حق انتخاب برای مقادیر پارامتری انرژی‌های پایین باقی می‌گذارد متفاوت باشد. یکتایی گسترده و قوی ممکن است چندان دور از هم نباشند. به علاوه، یادآوری این نکته جالب است که یکی از تفاسیر جالب از فیزیک کوانتومی، تفسیر اورت (Everett ۱۹۵۷)، بر این مفهوم مبتنی است که تمام برآمدهای ممکن فرآیند کوانتومی متحقق می‌شوند و سیستم پیچیده‌ای از «جهان‌های بسیار» را تشکیل می‌دهند که واقعیت را می‌سازد. اگر کسی این مفهوم را در مورد کیهان‌شناسی ریسمان اعمال می‌کرد که در آن توزیع ماده و مقادیر پارامتری انرژی‌های پایین از نوسانات کوانتومی در جهان نخستین ناشی می‌شوند، این نشان می‌داد که تمام مقادیر پارامتری ممکن انرژی‌های پایین و تمام توزیع‌های ماده در یکی از جهان‌های بسیار متحقق می‌شوند و بنابر این باید واقعی تلقی شوند. ترکیب این فهم با این فرض که نظریه‌ی ریسمان از لحاظ نظری یکتا است در واقع به ارتباط مفهوم یک تحقق مادی یکتای واقعیت منتهی می‌گردید و بنابراین یکتایی قوی نظری را اثبات می‌کرد(۲۷).
بدیهی است که مرگ کم‌دادگی علمی و صعود یکتایی نظری بر خلاف موضع ضدواقع‌گرا است.
تزلزل فرااستقرای بدبینانه یکی از برهان‌های اصلی ضدواقع‌گرایی بر علیه واقع‌گرایی را از میان می‌برد. به علاوه، به نظر می‌رسد روح عمومی تجربه‌گرایی به سختی با مفهوم یکتایی نظری سازگار باشد. تجربه‌گرایی محیط علمیِ به شدت کم‌داده‌ای را نشان می‌دهد که در آن می‌توان انتظار داشت ابزارهای نظری مفید برای توصیف پدیده‌ها، مانند آزادی ساخت ابزارهای فنی برای منظوری عملی، در تعداد و انواع دلخواه قابل ساخت هستند. تجربه‌گرایی سازنده نیز که برهان‌های آن بر علیه واقع‌گرایی بر فرض کلی کم‌دادگی بدون پرداختن به حدود کم‌دادگی مبتنی است در این فهم، که آشکارا سازنده‌ی ابزارگرایی است، سهیم است.
بنابراین، در این مرحله، به نظر می‌رسد فیزیک ریسمان موضع واقع‌گرایی علمی را ترجیح می‌دهد. اما بخش بعد نشان خواهد داد که وضعیت کمی پیچیده‌تر از این است.

مترجم: ابوالفضل - حقیری قزوینی

---

مطلب‌های دیگر از همین نویسنده در سایت آینده‌نگری:

+ جاه‌طلبانه‌ترین نظریه در فیزیک بنیادی - 2 - 

+ جاه‌طلبانه‌ترین نظریه در فیزیک بنیادی 

+ جاه‌طلبانه‌ترین نظریه در فیزیک بنیادی 

منبع:

نسخه‌ی چاپی ارسال اين مطلب به دوستان

---

[نظر دهید]    [تعداد نظرهای ثبت شده در پیوند با این مطلب: ] 

.

---