"Fragen zur Kausalität"

Sarah Jones Nelson

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8. Februar 2019 Überarbeitete Version

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I. Kausalsysteme

Der Ursprung und die Entwicklung der Raumzeit werfen offene Fragen der Kausalität auf. Wie erklärt das Auftauchen aus einem verschränkten Anfangszustand ein klassisches Universum, das durch die Einstein-Schwerkraft beschrieben wird? Wie wird die Quantengravitation unser Bild vom frühen Universum verändern? Wie kann die Stringtheorie als Quantentheorie klassischen Ursprungs zeitliche Veränderungen beschreiben?

Unsere Motivation ist Kohärenz in der Anfangszustandsphysik als Prolegomena zu einem neuen Paradigma von Phänomenen vor fossilen Beweisen aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB). Wir korrelieren die Philosophie und Physik von Mechanismen bei anfänglichen und möglichen vorhergehenden Zuständen von bestätigten Observablen wie Gravitationswellen.

Ludwig Wittgensteins positivistischer Trugschluss, dass physikalische Tatsachen alle Tatsachen sind, widerspricht der Physik der Quantenverschränkung und der kausalen Zeitentwicklung mit dynamischen komplexen Informationen, die aus einem klassischen Ursprung stammen, der für unzugänglich ist  die Sinne.  Wir untersuchen die Grenzen von Sinnesdaten bei der Bewertung nichtphysikalischer Tatsachen wie  das EPR-Paradox, um verständliche Verifikationsstandards zu formalisieren, die die Physik von der Metaphysik der Ereignisse trennen, ohne dass Beobachtungsmittel zur Widerlegung der Theorie dienen.

Wir beschreiben Anfangszustandseigenschaften des beobachtbaren Universums, die aus der Planck-Karte abgeleitet wurden. Die empirische Aufgabe besteht darin, die gemessene Temperaturverteilung und die damit verbundenen physikalischen Mechanismen des ungefähren Geschehens zu analysieren  13,7  Milliarde  Jahre  vor, um eine physikalische Grundlage der Theorie zu konstruieren. Die ontologische Aufgabe besteht darin, Physik von Metaphysik zu trennen und Kategorien zu formalisieren, die beobachtbare von unbeobachtbaren Phänomenen unterscheiden. Eine empirische Grundlage der physikalischen Theorie setzt greifbare Beweise für die physikalische Realität voraus, die sich entwickelnde Substanz, die durch die Sinne wahrgenommen wird.

René Descartes war der erste Philosoph, der die Natur von Beweisen analysierte, die die Sinne als zuverlässige Wahrheit überprüfen können. Er war der erste Mathematiker, der behauptete, dass der Geist alle physikalischen Gesetze für jede mögliche Welt oder jedes Universum ableiten kann, eine Idee, die Wilhelm Leibniz dazu inspirierte, physikalische und metaphysische Gesetze möglicher Welten oder Universen zu formalisieren. Sein Zeitgenosse Isaac Newton wusste jedoch ebenso wie Descartes, dass die Sinne unzuverlässig sein können, um irgendwelche oder alle Gesetze dieses Universums oder eines möglichen anderen zu erkennen. Newton widerlegte die kartesische Metaphysik, glaubte aber, dass Gottes unüberprüfbare Vorsehung die Ursache der Schwerkraft sei.

Die grundlegende physikalische Theorie resultiert aus beobachtbaren Tatsachen, aber alle Tatsachen sind noch nicht in den Wahrheiten oder Ursachen der physikalischen Realität enthalten. Wir verstehen die kausale Struktur der Raumzeit noch nicht; Wir haben noch keine Beobachtungstechnologie erfunden, um die Dynamik der Expansionsphase, des dunklen Sektors und des Inneren von Schwarzen Löchern zu untersuchen. Wir haben uns auch nicht als Spezies entwickelt, um aus Sinnesdaten abzuleiten, ob physikalische Gesetze Quanten- und klassische Physik vereinen, die Ursachen der Nichtlokalität erklären oder eine unendliche Landschaft von Universen mit einer offenen Reihe nichtphysikalischer Eigenschaften beschreiben können, die den Beweisen der Sinne widersprechen.

Starke physikalische Grundlagen der Theorie halten die bestehende Theorie aufrecht, die funktioniert und eine konsistente mathematische Logik der numerischen Kausalität demonstriert. Nun sind Observablen unverzichtbar für grundlegende Kriterien bei der Verifizierung oder Falsifizierung von Theorien. Zum Beispiel sind Neutrino-Oszillationen früh genug Observables von Anfangszustandsbeweisen für die Entstehung der Gravitation in der Anfangsphase. Wo sich Observablen Sinnesdaten entziehen, folgern wir Maße physikalischer oder mathematischer Wahrscheinlichkeiten in Fällen wie der Verschränkung in der Quantenfeldtheorie (QFT) als Rahmen der Stringtheorie – oder jeder Metaphysik einer möglichen Unendlichkeit von Welten.

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II. Physik und Metaphysik

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Wir unterscheiden physische  von  metaphysisch  Fakten  in   Auftrag  zu  kategorisieren  Daten des CMB, unsere beste empirische Evidenz für  welcher  zu  bauen  Physikalische Grundlagen der Theorie für die beobachtbare Entwicklung der Raumzeit. Aber das kosmologische Standardmodell ist unvollständig. Die Existenz eines „Urknalls“ ist mutmaßlich. Wir haben keine nachprüfbare Analyse der klassischen und Quantendynamik des Urzustands oder vorhergehender Ereignisse, die die Mechanismen erklären, die die Beschleunigung der kosmischen Expansion als ein emergentes Phänomen verursacht haben.

Die Standardannahme, dass die Quantenmechanik im Urregime und auf allen Skalen gelten sollte, wird mit Ausnahme der Gravitation bestritten. Die gravitativen Auswirkungen von Dunkler Materie und Dunkler Energie auf die Strukturbildung sind unbekannt. Die Ontologie der Wellenfunktion ist unverständlich, die Vergangenheit zufälliger Zustände inkohärenter, kausaler nichtunitärer Zeitentwicklung ein tiefes Mysterium. Der Horizont und das Innere von Schwarzen Löchern sind ungewiss. Die Kernvermutungen der Stringtheorie sind unvollständig, weil noch keine Sinnesdaten existieren, um sie zu testen; fundamentale Unbeobachtbare außerhalb des (3 + 1)-dimensionalen Willens  Begrenzen Sie jeden theoretischen Rahmen der Testbarkeit, bis Gleichungen innerhalb der Theorie die zeitliche Dynamik berücksichtigen können. All dies legt den metaphysischen Charakter der zeitgenössischen Physik nahe.

Klassische und Quantenphysik präsentieren beobachtbare Daten, die sich noch immer einem vollständigen und kohärenten kosmologischen Modell entziehen. Im Hinblick auf empirische Kohärenz suchen wir nach Daten für Quanten- oder verschränkte Eigenschaften eines entstehenden Anfangszustands, der mit der Einsteinschen Gravitation konsistent ist. Ist die damit verbundene kausale Dynamik der Raumzeit an einer gemeinsamen Grenze von Quanten- und klassischen Systemen beobachtbar? Gerard 't Hooft schlägt die Möglichkeit von Theorien vor, in denen Quanten- und klassische Systeme an einer Grenze koexistieren können, was duale Abbildungen beider Systeme ermöglicht, die die gleiche Zeitentwicklung beschreiben. Können die zugrunde liegenden Kräfte der Quantengravitation als entstehendes System in einem klassischen Regime zu diesem Zweck prüfbar formalisiert werden? Wie kann eine rein physikalische Theorie die anfänglichen Randbedingungen der Quantengravitation beschreiben?

Beobachtungen zeigen empirisch erkennbare Muster in der Planck-Karte, die wichtige Aspekte dieser Randbedingungen erklären können. Der Schlüsselcode für den CMB ist eine sphärische harmonische Transformation. Primordiale adiabatische Störungen existieren im Leistungsspektrum. Empirisch stimmt die CMB mit Gaussianity und statistischer Isotropie (SI) überein. SI geht davon aus, dass es keinen offensichtlich besonderen Ort am Himmel gibt; die CMB stimmt mit der ursprünglichen 3D-Massenverteilung mit dem Leistungsspektrum überein. Betrachtet man die Gaußschen Verteilungen, so sehen wir Eigenschaften eines flachen Universums mit einer auffallenden Temperaturverteilung, adiabatischen Störungen und Single Field Slow-Roll (SFSR) Inflation in einem frühen Universum, das von der Verschiebung eines Skalarfeldes dominiert wird. Die SFSR-Inflation hat die empirische Konsequenz von B-Modes, und die Suche nach B-Modes wird durch die SFSR-Inflation motiviert. Was hat die Anfangsbedingungen für SFSR festgelegt?

Die SFSR-Inflation sieht aus wie die Quantenmechanik (QM) vor 1925 mit vielen experimentellen Werten, die aus einem Jahrhundert der Atomspektroskopie resultieren. Die ersten Muster wurden 1885 von Johann Balmer erkannt und 1913 von Niels Bohr erklärt. Die Bohr-Quantisierung schien aus dem Nichts gezogen. Der Einstein-A-Koeffizient erkannte dann eine Unbestimmtheit, die vieles erklärte, aber inkohärent endete. QM (1925-1930) hat alles verändert. Ähnelt die Geschichte der Idee der inflationären Kosmologie Aspekten dieses Szenarios?

Seit den 1980er Jahren ist die inflationäre Kosmologie das vorherrschende Paradigma. Viele halten die Inflation für eine überzeugende Geschichte über einen Phasenübergang, der eine Phase der Expansion hervorrief. Handelt es sich um eine empirisch wahre Geschichte eines flachen, homogenen und isotropen Universums oder handelt es sich um eine metaphysische Geschichte von Schlüsselelementen der von uns erfassten Daten? Können wir die Inflation von der Planck-Skala aus starten? Physikalische Theorie in der Präzisionskosmologie erfordert grundlegende, überprüfbare Anfangsbedingungen. Es erfordert eine Erklärung von Phänomenen wie Zukunft, Dichte, dunkler Sektor, Quantengravitation, ursprüngliche Gravitationswellen und das Horizontproblem. Inflationskritiker wie Paul Steinhardt behaupten, sie erkläre nichts davon ebensowenig wie das nahezu skaleninvariante Dichtefluktuationsspektrum oder Red Tilt, eine kleine Abweichung von der Skaleninvarianz. Wir wissen nicht, wie die Inflationshomogenität für  Inflationsdynamik kam ebensowenig zustande wie die Flachheit des für die Inflation erforderlichen Potentials.

Die Inflation ging ursprünglich von einem Phasenübergang aus, der Blasen erfordert – SFSR-Inflation – im Kern ihrer Geschichte mit der Konsequenz, die das Problem eines zu glatten Universums nahelegt. In die Theorie eingebrachte Quantenfluktuationen stellen das Problem ihrer Entwicklung im Inflationsfeld dar. Außerdem erfordert die SFSR-Inflation Anfangsbedingungen, die unwahrscheinlich erscheinen.

Ist das eine pragmatische Kritik? Es wird angenommen, dass nur wenige Theorien die Vorteile der Inflation haben. Wenn wir uns die Verteilung am Himmel ansehen, sehen wir Anzeichen einer Vorhersage. Für viele erscheinen Alternativen zur Inflation falsch. Aber das eigentliche Problem ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Dinge vorwärts und weniger zufällig werden, wenn sie rückwärts laufen. Der Schlüssel hier sind gravitative Freiheitsgrade. Inflation funktioniert nicht in der Zeitumkehr und erklärt auch nicht die empirische Struktur des beobachtbaren Universums.

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III. Testbarkeit

Jede Version des kosmologischen Standardmodells erfordert testbare Anfangsbedingungen, die ein bestimmtes Ergebnis vorhersagen. Steinhardts Kritik des inflationären Modells zeigt, dass exponentielle Inflation jedes Ergebnis erzeugen kann, je nachdem, wie die Bedingungen definiert oder gedacht werden, um Quanteneffekte vom klassischen Hintergrund zu trennen. Außerdem für  irgendein   Vorhersage  von   Inflation nicht durch Beobachtung bestätigt, erhalten wir ein Modell, das damit übereinstimmt, weil ein resultierendes Multiversum jedes Modell vorschlagen kann, in dem die Anfangsbedingungen der Energiedichte langsamer wachsen als die Planck-Dichte. Die theoretische Sprache der Inflation von fein abgestimmten Anfangsbedingungen impliziert Existenzzustände, für die wir noch keine Maße haben. Außerdem brauchen wir aus den oben genannten Gründen ein konformes Bild von Galaxien innerhalb und außerhalb unseres Teilchenhorizonts. Kann uns das Inflationsmodell dieses Bild vermitteln?

In der beobachtenden Kosmologie suchen wir Millionen von Zahlen aus dem CMB und der großräumigen Struktur. Was sind unsere Optionen für Lösungen, die sich vom inflationären Paradigma unterscheiden? Schauen Sie sich die Ringe am CMB-Himmel an. Sind sie Signaturen einer Blasenkollision von Phasenübergängen im frühen Universum? Damit verbundene offene Fragen zur kausalen Dynamik von Dunkler Materie und Dunkler Energie wiederum werfen die Frage auf, ob die Stringtheorie diese Probleme lösen kann. Oder wenden wir uns dem Bispektrum und der ursprünglichen Nicht-Gaussianität zu?

Wie kann die Stringtheorie die Physik der Singularitäten, die Mechanismen der Expansion und die Fluktuationen der kosmischen Mikrowellenstrahlung, die Inflation erklären muss, formalisieren? Ist konforme Invarianz ein grundlegendes Merkmal der elementaren Bestandteile der physikalischen Realität, die sie suggeriert?

Was ist mit den trans-Planck-Effekten, die wir in den Anfangsbedingungen von Störungen sehen? Gibt es ein mögliches Residuum aus einer bereits bestehenden Phase? Die Auswirkungen sind auf den größten Skalen am ausgeprägtesten. Die Mathematik der Mendelschen Genetik war für die meisten Wissenschaftler zu hoch entwickelt; nichttriviale Vererbungsmuster wurden somit 35 Jahre lang ignoriert. Hat die Community Restmuster im CMB ignoriert?

Gibt es bezüglich trans-Planck-Effekte eine Inflationsrate, um das frühe Universum vor unserem beobachtbaren Universum zu erklären? Ist ein möglicher Rest aus einer Vorexpansionsphase beobachtbar? Stellen Sie sich die Zukunft des beobachtbaren Universums vor, indem Sie in die ursprüngliche Vergangenheit zurückblicken. Welche Parameter und Bedingungen lassen sich nach der Expansionsphase ableiten? Können wir die Inflation von der Planck-Skala aus starten? Ab Einstein wird noch scharf zwischen Inflation und theoretischer Struktur unterschieden. Das inflationäre Modell kann sich als metaphysisches, nicht überprüfbares Konzept erweisen, das ausgewählte Aspekte der physikalischen Realität vorhersagt.

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NS. Untestbarkeit

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Wie erklären wir, abgesehen von der Inflationstheorie, was vor der anfänglichen Singularität geschah? Welche Ereignisse mögen dem Urszenario vorausgegangen sein, und was ist seine ferne Zukunft? Sir Roger Penrose hat eine Theorie der konformen zyklischen Kosmologie (CCC) entwickelt, um die Prä-Phänomenologie der Observablen zu beschreiben  Universum. CCC ist ein radikaler Vorschlag, der mittlerweile die bekannten Parameter der herkömmlich prüfbaren Kosmologie übertrifft. Derzeit sind seine Gleichungen unvollständig; das modell ist spekulativ. Aber es kann helfen, das zu erklären  die Natur von  das   Urszenario und unser  ferne Zukunft durch eine konform glatte Evolution - Lösung des Horizontproblems, warum das Universum glatt und gleichförmig ist - unter Verwendung klassischer Gleichungen.

Das aktuelle Äon im CCC-Bild einer Λ-getriebenen exponentiell expandierenden fernen Zukunft sagt das allmähliche Ausblenden der Masse über den Higgs-Mechanismus voraus, mit einer Kollision zwischen supermassiven Schwarzen Löchern, die sich in Form von Gravitationsstrahlung spiralförmig ineinander drehen, und mit der entscheidenden Präsenz der kosmologischen Konstante. CCC entspricht den gegenwärtigen Erwartungen für die ferne Zukunft unseres eigenen Universums; die exponentielle Expansion des vorigen Äons eliminiert zunächst eine inflationäre Phase. CCC erklärt auch die bemerkenswerte Unterdrückung der gravitativen Freiheitsgrade, die zu der rätselhaft extrem niedrigen Entropie der anfänglichen Singularität führen.

In den mathematischen CCC-Gleichungen für einen Übergang von jedem Äon zum nächsten folgen die Anforderungen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein: eine positive kosmologische Konstante Λ und konforme Regelmäßigkeit beim Übergang. Es bleiben jedoch Unsicherheiten über die ausklingenden Teilchenmassen in sehr ferner Zukunft und das Wiederauftauchen der Masse zu Beginn des darauffolgenden Äons, aus dem die Teilchenmassen am Übergang verschwinden müssen, damit er konform glatt ist. Außerdem benötigt CCC eine Schlüsselrolle für dunkle Materie, einen natürlichen Partner für die Schwerkraft, aber dunkle Materie muss zerfallen, damit CCC konsistent ist. In diesem Sinne beziehen sich die Gleichungen von CCC auf Fragen der Teilchenphysik.

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Wir können für alternative Erklärungen im CMB-Himmel für das Vorhandensein von Signalen in konzentrischen Sätzen in M-Werten argumentieren, den Ringen, die von CCC aus Verschmelzungen schwarzer Löcher im vorherigen Äon vorhergesagt wurden. Diese Ringe können einen leichten, entfernten Temperaturanstieg oder -abfall mit einer gleichmäßigeren und etwas geringeren Abweichung als die Norm bewirken. Die Signale erscheinen in einer stark nicht-isotropen Verteilung im Gegensatz zum herkömmlichen Bild von Temperaturschwankungen, die aus zufälligen Quantenereignissen in einer inflationären Phase resultieren.

Theoretiker suchen nach empirisch überprüfbaren Erklärungen für Ereignisse während oder vor dem Anfangszustand. Möglicherweise benötigen wir ein genaues quantenmechanisches Ergebnis um die Singularität oder eine nicht kollabierende Anfangsbedingung. Die Gleichungen weisen darauf hin, dass wir bei richtiger kosmologischer Konstante eine Ewigkeit sehen. Ausgehend vom Startpunkt der anfänglichen Singularität können wir die Weyl-Krümmung bei Null sehen. Können wir einen dichten, heißen Anfangszustand konform auf etwas davor erweitern, indem das inflationäre Modell fehlt? Die konforme Physik macht Sinn für eine konforme Fortsetzung, in der etwas vor dem Anfangszustand existierte. Gravitationswellen könnten uns Daten liefern, um vor diesem Zustand zurückzublicken.

Die abprallende Kosmologie, eine Alternative zu CCC und Inflation, ist ein solches mögliches Szenario, das durch CMB-Daten eingeschränkt wird. Das Bounce-Szenario beschreibt Phänomene von Kontraktions- und Expansionsphasen, die Glätte und Flachheit erklären, indem zwei Regionen des CMB-Himmels auf gegenüberliegenden Seiten betrachtet und zurück extrapoliert werden, wobei keine Inflation und keine Singularität im Gegensatz zu klassischen Gesetzen angenommen wird. Nicht singuläre Abprallmodelle können den beiden Himmelsregionen ausreichend Zeit geben, um einen kausalen Kontakt herzustellen und sich zu glätten, bevor das CMB entkoppelt und die Dichtefluktuationen erfasst, so dass Licht oder jede andere Kraft die Entfernung seit dem Anfangszustand überqueren kann. Außerdem enthält die Glättungs- oder Kontraktionsphase Schwankungen in seltenen Flecken, die ausklingen und enden, wodurch das Multiversum-Problem in der inflationären Kosmologie abgewendet wird.

Modelle eines nicht singulären kosmologischen Sprungs im Widerspruch zu Standard-Singularitätssätzen modifizieren die Kontraktionsdynamik des Kollapses bis zu einem Punkt für eine Urknall-Singularität. Im Bounce-Modell von Neil Turok erzeugen die Effekte der Quantenmechanik stattdessen die zurückprallende Dynamik, die eine solche Singularität ausschließt. Im Gegensatz dazu verwenden Anna Ijjas und Paul Steinhardt die Gleichungen der klassischen Mechanik, um einen Sprung durch eine Verletzung der Nullenergiebedingung vorzuschlagen, wobei Energie gravitativ selbstabstoßender als Vakuumenergie ist, ausreichend, um einen Sprung zu erzeugen, und unterhalb der Planck-Skala bei endlichem Skalenfaktoren, die einen Kollaps auf einen Punkt abwenden und eine Expansion in einem klassischen Skalarfeld vorhersagen. Dies sagt einen stabilen, glatten Übergang vom Sprung zur Expansion voraus, der durch Beobachtungen eines isotropen, flachen homogenen Universums bestätigt wurde.

Peter Graham, David Kaplan und Surjeet Rajendran schlagen die Möglichkeit – während einer Kontraktionsphase in der halbklassischen Allgemeinen Relativitätstheorie – von vier kompakten räumlichen Dimensionen an jedem Punkt innerhalb eines Vektorfeldes der Vorticity vor, das dynamisch die  NEC in diesen Dimensionen und vermeidet damit eine Singularität so, dass die kosmologische Konstante gelöst wird. Sie schlagen auch die theoretische Relevanz für durchquerbare Lorentzsche Wurmlöcher vor.

Die AdS/CFT-Korrespondenz des theoretischen Physikers Juan Maldacena, die holographische Vermutung von 1997, setzt Eichtheorien in der Physik der Teilchen und der kondensierten Materie mit der Gravitation auf der Quantenskala in Verbindung. Er beschreibt durchquerbare Wurmlöcher als asymptotische Objekte einer im Anti-deSitter-Raum realisierten Mannigfaltigkeit. Theoretisch verbinden Wurmlöcher diskrete Punkte der Raumzeit und weisen die Eigenschaften der Teleportation auf, die durch zwei wechselwirkende Grenzen in einem Gravitationsregime von verschränkten Doppel- oder gekoppelten Quantensystemen verursacht wird, die komplexe Informationsbits durch ein Wurmloch übertragen. Dies ist eine geometrische Theorie im Hilbertraum mit einem glatten klassischen Transfer zwischen den beiden wechselwirkenden Systemen. Ein Wurmloch kann durch zwei verschränkte Schwarze Löcher als Quantensysteme analog zu einem kollabierenden Universum verursacht werden.

Ein Wurmlochinneres entspricht einem Schwarzen Lochinneren; Störungen, die durch den Quantenprozess der interaktiven Kopplung verursacht werden, können den Horizont des Schwarzen Lochs nach hinten verschieben, um das Innere besser beobachtbar zu machen. Dieser von Stephen Hawking vorhergesagte Schritt von der Theorie zur Phänomenologie von Schwarzen Löchern erfolgt innerhalb einer verschränkten Hawking-Strahlung. Theoretisch sind Maldacenas Vermutungen vielversprechend für Observablen von Schwarzen Löchern, die die empirische Kraft der Stringtheorie und die korrelativen Mechanismen von Quantenphänomenen mit klassischen Eigenschaften bestätigen könnten. Es muss noch eine Feinabstimmung vorgenommen werden, einschließlich der Freiheitsgrade für die AdS/CFT-Korrespondenz, um uns mehr über die Schwerkraft und das beobachtbare Universum zu sagen, das wir durch die Sinne wahrnehmen. Aus diesem Grund bildet sie eine neue Metaphysik rigoroser mathematischer Logik gegenüber beobachtbaren Phänomenen: die beste von vielen möglichen Welten im Gange.

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V. Die Zukunft der Metaphysik

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Visionen von Wurmlöchern und Schwarzen Löchern als Objekte der physikalischen Theorie spiegeln das Gedankenexperiment wider, das Einstein zur Entdeckung der Allgemeinen Relativitätstheorie führte. Gab es die klassische Mechanik vor seinen Gedankenexperimenten? Ja, theoretisch in der möglichen Welt der Metaphysik. Aber seit dem frühen 20. Jahrhundert hat Wittgensteins äußerst einflussreiches Dogma, dass die gefühlte physikalische Welt „alles ist, was der Fall ist“, die Metaphysik als „Unsinn“ trivialisiert. Unsere ersten modernen Metaphysiker, Descartes, Spinoza und Leibniz, gaben uns eine zutiefst nichttriviale Analyse und Logik in der rationalistischen Tradition, die die Naturphilosophie möglicher Welten von der empirischen Wissenschaft trennte. Newton formalisierte diese Trennung zwischen den Disziplinen zuerst; Locke, Hume und Kant folgten diesem Beispiel.

Eine analoge, weniger kohärente Trennung zwischen theoretischer und empirischer Physik spaltet nun die wissenschaftliche Gemeinschaft. Infolgedessen hat eine Sackgasse zwischen den nicht-physikalischen, mathematischen Tatsachen einer nicht überprüfbaren, aber beweisbaren Theorie und den überprüfbaren Tatsachen der physikalischen Realität die Grundlagen der wissenschaftlichen Wahrheit erschüttert. Eine neue Metaphysik von Observablen innerhalb der Theorie wird den Konflikt allmählich lösen. Inzwischen sind die Kernvermutungen von  Stringtheorie und Stringdualitäten werden die theoretische von der falsifizierbaren Wissenschaft der experimentellen Bestätigung trennen.

Das Kriterium der Falsifizierbarkeit, das die Wissenschaft definiert, stammt aus der positivistischen Orthodoxie, dass der Beweis der Sinne notwendig und ausreichend ist, um jede wissenschaftliche Wahrheit von Tatsachenaussagen über den Kosmos, die Naturgesetze und die Menge aller ganzen Zahlen zu überprüfen. Dieser jahrhundertealte Ausdruck des naiven Realismus reicht für mögliche Welten und die Quantenphysik nicht aus, die Dimensionen, Unendlichkeiten und kausale komplexe Dynamiken voraussetzen, für die Beobachtungs- und Analysewerkzeuge in der Computerphysik entwickelt werden.

Ein kohärentes Verifikationsparadigma muss nun die Grenzen der Sinne bei der Beweiswürdigung in der theoretischen und empirischen Wissenschaft verdeutlichen. Die Bayessche Analyse allein reicht nicht aus, um die Verwendung von Imagination und Gedankenexperimenten ohne Beschränkung durch Wahrscheinlichkeit und Standardregeln der Testbarkeit für nichtphysikalische Phänomene vorherzusagen. Betrachten Sie den Unterschied zwischen abstrakter und realistischer Kunst mit Impressionismus an der Grenze zwischen Abstraktion und Figuration. Ein analoger Unterschied trennt die theoretische von der empirischen Physik. An der Grenze zwischen diesen beiden Beweismitteln lebt die mathematische Physik als Beweis oder Naturgesetz.

Einstein stellte einmal fest, dass keine Antwort als erkenntnistheoretisch stichhaltig anerkannt werden kann, wenn sie nicht durch beobachtbare Tatsachen der Erfahrung gerechtfertigt ist. Karl Popper vertrat die entsprechende positivistische Orthodoxie, dass „eine Theorie falsifizierbar sein muss, um wissenschaftlich zu sein“. Seiner Behauptung fehlen Kenntnisse der mathematischen Physik und theoretischen Wissenschaft des 21. Jahrhunderts, die dem Dogma der epistemischen Physikalität widersprechen.

Eine systematische, kohärente und verständliche Neuinterpretation der Metaphysik der Aufklärung innerhalb der beweiskräftigen Kategorien wissenschaftlicher Forschung muss nun die Grenze zwischen physikalischen und nichtphysikalischen Aspekten von Phänomenen parametrisieren und den Unterschied zwischen theoretischen und empirischen Tatsachen verdeutlichen. Die Kriterien der Verifizierbarkeit werden den Untersuchungskategorien entsprechen, die sich notwendigerweise entweder auf physikalische oder metaphysische Eigenschaften der relevanten Phänomene beziehen, wobei Randbedingungen für Phasenübergangsaspekte der mathematischen Physik definiert werden, die die beiden Kategorien von Erklärung und Vorhersage überbrücken.

Metaphysik ist nicht trivial. Jede physikalische Theorie, die eine tatsächliche Unendlichkeit repräsentiert, setzt Platons Metaphysik einer nicht beobachtbaren unendlichen Menge von Zahlen voraus, die in der möglichen Welt idealer Formen existieren. Wie oben erwähnt, verwendet Leibniz den Platonismus von Descartes in seiner Vermutung möglicher Welten, von denen unsere die beste von allen ist. Voltaire vernichtete ihn in Candide als naiven Dr. Pangloss, der die groteske Welt des Leidens nicht kennt, für die Leibniz den Begriff der Theodizee prägte. Aber Voltaire verfehlte seine zugrunde liegende Botschaft: Newtons Gesetze zeigen, dass unseres die bestmögliche Welt oder das bestmögliche Universum ist, göttlich perfektioniert wie von Ockhams Rasiermesser. Außerdem machte Voltaire den Kategorienfehler, mathematische Logik mit moralischem Diskurs von Gut und Böse zu verwechseln.

Leibniz' Zeitgenosse Isaac Newton beklagte in der 3. Auflage der Principia, dass er zwar Phänomene „des Himmels und unseres Meeres durch die Kraft der Schwerkraft“ erklärt habe, er es aber unterlasse, der Schwerkraft Ursachen zuzuordnen. „Gewiss entspringt diese Kraft“, schrieb er, „aus einer Ursache, die bis in das Zentrum der Sonne und der Planeten vordringt … tun), aber gemäß der Quantität der festen Materie: Und wo die Aktion in jede Richtung auf immense Entfernungen ausgedehnt wird, so nehmen die Ereignisse im doppelten Verhältnis zu diesen Entfernungen ab…. Aber die Ursache dieser Eigenschaften der Schwerkraft war ich noch nicht aus den Phänomenen ziehen können: Und ich mache keine Hypothesen.  Zum  alles, was nicht aus den Phaenomena gezogen wird, soll eine Hypothese genannt werden. Und Hypothesen, seien sie metaphysisch oder physikalisch, oder von okkulten Qualitäten oder mechanisch, haben keinen Platz in der experimentellen Philosophie.“

Die Ideen der Frühaufklärung zur Kausalität stammen aus der Naturphilosophie, die der mechanischen Theorie von Descartes und Galileo widersprach, seinem zeitgenössischen Miterfinder von beispielloser Präzision in einer mechanischen Philosophie, die zu Infinitesimalrechnung und analytischer Geometrie führte. Galilei entdeckte ein revolutionäres System der mathematischen Analyse, das auf messbaren Beobachtungsgesetzen basiert und den Standardformalismen der Physik und Metaphysik des Aristoteles widerspricht.

1633 zensierte Descartes selbst Le Monde, ou Traité du monde et de la lumière , seine Abhandlung über das Licht: eine neue kopernikanische Philosophie, die mit Galileis Beweis der Kausalgesetze übereinstimmt, die die beobachtbare Mechanik der Materie beschreiben. Beide hatten gehofft, die Natur verständlich zu machen, ohne auf die Naturrechtsphilosophie als Spiegel des Sittengesetzes in einer gefährlichen Häresie kausaler Prinzipien zu verweisen, für die Moral belanglos war.

Die im 17. Jahrhundert Revolution in der Teilchenphysik resultierte aus dem ersten Patent des Teleskops von den deutsch-niederländischen Brillenmachern Hans Lippershey, im Jahr 1608, bald nach der ersten Aufführung von Shakespeares Hamlet in Oxford, wo Francis Bacon am Magdalen beschäftigt erfinden moralischen Realismus Uni. Das Teleskop leitete die materielle Kultur einer neuen Disziplin ein: der mathematischen Physik. Dies trennte formal die Physik von der Naturphilosophie im Gegensatz zu Galileis Abkehr von der aristotelischen und biblischen Kausalitätspolemik. Die Physik wurde nun zu einer Funktion von Beobachtungen, nicht mehr zum moralischen Diskurs. Der Akt der überprüfbaren Beobachtung wurde somit notwendig und ausreichend, um die Eigenschaften von Gesetzen zu erklären, die durch Beobachtungswerkzeuge bekannt sind, nicht die angeborenen Wahrheiten der Vernunft.

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VI. Vorausschauen

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Von Aristoteles bis Thomas von Aquin, Newton und Hume hat die stillschweigende Metastruktur der Kausalität immer Einheit bedeutet: ein einheitliches, in sich konsistentes System tief verbundener Dynamiken, die der Sinneswahrnehmung verborgen bleiben. Von der Genesis bis zum Inflationsszenario haben die Gründungsnarrative der Kausalität immer einen willkürlichen Kausalpunkt am Anfang der Raumzeit vorausgesetzt, der unbeobachtbar und den Sinnen unzugänglich ist. Die Tatsache nicht beobachtbarer Anfangsbedingungen verkompliziert weiterhin Fragen der Entwicklung  physikalische Systeme der Anfangszustandsquantenmechanik, die aus a  klassisches System, bei dem nach Netta Engelhardt das Verhalten von Null-Hyperflächen die Gravitationsdynamik bestimmt.

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Das kosmologische Standardmodell spiegelt unbestimmte Aspekte der Physik der Aufklärung und der Philosophie der Kausalität wider. Faktische Beweise für jeden Anfangszustand bleiben mutmaßlich und offen für widersprüchliche Interpretationen von Quanten- und klassischen Phänomenen, die eine inflationäre, konforme, springende oder unendliche mögliche Welt beschreiben, die dem Urzustand der sich entwickelnden Observablen aus dem CMB vorausgeht.

Da faktische Beweise für die physikalischen und nichtphysikalischen Eigenschaften eines Anfangszustandes unbestimmt sind, sind Observablen notwendig, aber unzureichend als grundlegende Kriterien für die Verifizierung oder Falsifizierung von Theorien. Poppers Falsifizierbarkeitskriterium für den wissenschaftlichen Beweis schränkt Methoden zur Verifizierung nichtphysikalischer Anfangszustandsphänomene ein, die beispielsweise durch AdS/CFT und die Gravitationsphysik von Schwarzen Löchern, Teilchen und kondensierter Materie vor der Expansionsphase beschrieben werden.

Die kohärente physikalische Theorie unbestimmter oder nicht beobachtbarer Phänomene sagt unverzerrte Ergebnisse voraus, die experimentelle Beobachtungen bestätigen, bei denen die Theorie unvollständig ist, beispielsweise aus sehr frühen Neutrino-Oszillationen, wie mir Edward Witten einmal erklärte. Wo sich Observablen der Gemeinschaft entziehen, folgern wir in solchen Fällen wahrscheinliche Zustände wie die dynamische Emergenz aus der Quantenverschränkung. Wo die kausalen Phänomene bekannte Gesetze brechen, gehen wir ungehindert von der Regel der Falsifizierbarkeit auf das kosmische Reißbrett zurück.

Die neue Physik muss kohärente klassische Anfangszustands- und Quantentheorie formalisieren. Wir brauchen ein neues kausales Paradigma, das die Philosophie und die Physik der Quantengravitation in Anfangs- und möglichen vorhergehenden Zuständen von bestätigten Observablen verbindet. Eine überprüfbare Theorie, die Gravitationswellen aus einem früheren Zustand beschreibt, muss jedoch zunächst sowohl beobachtbare als auch nicht beobachtbare kausale Dynamiken erklären, damit das Buch der Natur zwischen den Zeilen gelesen werden kann.

Kausale Dynamiken und kausale Strukturen physikalischer Systeme sind grundlegend für die dem Blick verborgenen zugrundeliegenden Kräfte.  Wenn ursprüngliche Gravitationswellen tatsächlich Ereignisse vor dem Anfangszustand erklären werden, muss die wissenschaftliche Gemeinschaft mit einem kohärenten neuen Paradigma der Prä-Phänomenologie auf die kommende Revolution in der Computerphysik vorbereitet werden. Poppers Falsifizierbarkeitskriterium ist für die Verifikation von Sinnesdaten notwendig, stellt jedoch unrealistische Anforderungen an die Theorie, beispielsweise von nicht beobachtbaren Mechanismen, die jetzt von Computerwerkzeugen untersucht werden.

Wir leben in einer paradoxen Welt. Die Newtonsche Physik kann die kausale Komplexität von Quanten- und klassischen Systemen nicht erklären, von der Newton keine Ahnung hatte, dass sie existiert. Wenn Hawking und Penrose Recht hatten, dass nur eine Theorie der Anfangsbedingungen Vorhersagekraft hat, müssen wir  Achten Sie auf die Computerphysik der physikalischen Evolution von anfänglichen dynamischen Zuständen bei Spins und Geschwindigkeiten, die so unbeobachtbar sind wie Gravitationswellen bis Newton. Leibniz erstellte die erste kohärente einheitliche Beschreibung physikalischer und metaphysischer Kausalgesetze, von denen wir heute wissen, dass sie bestenfalls annähernd sind. Wird das kosmologische Standardmodell durch eine rechnerische Revolution in der mathematischen Physik modifiziert? In dieser besten aller möglichen Welten ist alles möglich.

Sarah Jones Nelson

Fakultät für Philosophie

Princeton Universität

Princeton, New Jersey

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Danksagung

In Anerkennung der Teilnehmer am CMB@50, Department of Physics, Princeton University, 2015: Neta Bahcall, Wendy Freedman, Juan Maldacena, Lyman Page, James Peebles, Roger Penrose, Martin Rees, Suzanne Staggs, David Spergel, Paul Steinhardt, Christopher Tully , Erik Verlinde, Herman Verlinde und Edward Witten. Ich danke auch Freeman Dyson und Karen Uhlenbeck.

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