LHC – How physics becomes metaphysics

Iets meer dan een week nadat de Large Hadron Collider (LHC) operationeel werd, ging hij kapot. Aangezien 's werelds grootste deeltjesversneller niet werkt, zijn computersimulaties de enige optie voor een hele generatie onderzoekers. Met volledige promoties die gebaseerd zijn op gesimuleerde gegevens, vraag je je af of natuurkunde nog steeds een empirische wetenschap is.

De meest ambitieuze wetenschappelijke instrumenten van vandaag zijn moderne kathedralen in hun omvang en complexiteit. Gelegen tot wel 175 meter (570 voet) onder de Frans-Zwitserse grens nabij Genève, Zwitserland, is CERN's Large Hadron Collider (LHC) ontworpen om protonen te versnellen tot bijna de snelheid van het licht en ze tegen elkaar te laten botsen in vier gigantische detectoren verspreid over de 27-kilometer omtrek. Gebouwd tegen een kostprijs van $4,3 miljard, waardoor het niet alleen het meest grootse, maar ook het duurste wetenschappelijke instrument is dat ooit door de mens is gemaakt.

Het belangrijkste argument voor de bouw van de LHC is het ontdekken van de Higgs-bosonen, een elementair deeltje waarvan het bestaan wordt voorspeld door het Standaardmodel in de deeltjesfysica, maar dat nog niet experimenteel is waargenomen – een Nobelprijs wacht op degene die de ontdekking doet.

SIMULATIES VERVANGEN EMPIRISCHE EXPERIMENTEN

Natuurkundigen hoopten ooit dat de LHC zijn botsingen eind 2006 zou starten, maar op 19 september 2008, kort nadat de machine eindelijk werd ingeschakeld, veroorzaakte een elektrische kortsluiting uitgebreide schade langs een sector van de machine. Reparaties hebben langer geduurd dan verwacht, en de LHC staat niet gepland om voor midden november 2009 opnieuw te starten.

De lange vertragingen hebben de dromen van LHC-studenten die hoopten verse gegevens van de machine te gebruiken voor hun studies, uiteengeslagen. Volgens het gerenommeerde tijdschrift Nature, worden LHC-studenten geconfronteerd met een datadroogte: "Europese promovendi staan onder strikte tijdsbeperkingen voor het voltooien van hun proefschriften. De meeste universiteiten eisen dat een proefschrift binnen drie tot vier jaar wordt ingediend, en dat betekent dat studenten niet kunnen wachten op hun gegevens. In plaats daarvan worden hun analyses gedaan met gegevens uit 'Monte Carlo'-simulaties — computerprogramma's die repliceren wat uit echte botsingen zou kunnen komen."

HET MEDIUM IS DE BOODSCHAP

Hoewel simulatie-experimenten zeer nuttig zijn als voorbereiding op de empirische experimenten – vooral bij biologische experimenten kan men kosten, tijd en energie besparen – moet je op een bepaald moment daadwerkelijke metingen doen – tenminste als je beweert dat wat je doet empirisch onderzoek is.

In de fundamentele fysica wordt het steeds moeilijker om dergelijke empirische experimenten uit te voeren. Terwijl vroege experimenten in enkele dagen konden worden gedaan door een handjevol mensen, groeien ze nu uit tot enorme – zowel qua omvang als kosten – kathedralen van de wetenschap die duizenden onderzoekers jaren kosten om te voltooien. De relatieve hoeveelheid tijd die onderzoekers besteden aan het bouwen van hun instrumenten overtreft verreweg de tijd die wordt besteed aan daadwerkelijke metingen.

De situatie met de LHC doet denken aan het verhaal over een anonieme natuurkundige, die kort na de uitvinding van lenzen enkele eeuwen geleden dacht een fenomeen te hebben ontdekt met zijn microscoop, dat later een artefact van de lens bleek te zijn die hij had gebruikt – het werd niet waargenomen in de buitenwereld, maar was het resultaat van vervuiling in de lens.

Iets soortgelijks zou kunnen gebeuren met de zeer complexe instrumenten die moderne natuurkundigen gebruiken, waarbij de rol van de simulaties zo cruciaal wordt dat je je begint af te vragen of ze niet alleen de werkelijkheid modelleren, maar deze misschien ook constitueren, en of de beoefenaars slechts de artefacten van hun instrumenten bestuderen, in plaats van een externe realiteit waar te nemen met hen.

HET EINDE VAN DE NATUURKUNDE

Naarmate het praktisch onmogelijk wordt – of het nu gaat om technische of financiële beperkingen – om operationele instrumenten te bouwen die in staat zijn om bestaande theoretische aannames daadwerkelijk empirisch te testen, kan natuurkunde niet langer een empirische wetenschap worden genoemd.

Als er ooit een dag komt waarop natuurkundigen het erover eens zijn dat het niet langer haalbaar is om hun theorieën empirisch te testen, zal hun vakgebied niet langer natuurkunde zijn. In het beste geval wordt het een formele wetenschap, het zou zelfs kunnen worden gecategoriseerd als metafysica: het niet-empirische onderzoek naar de aard van het bestaan. Dit zou het vakgebied natuurlijk een geheel andere status geven dan het vandaag heeft – mensen zouden het misschien zelfs ergens in de buurt van homeopathie, handlezen, astrologie en andere occulte kennisgebieden plaatsen.

Voordat zo'n ramp plaatsvindt, kunnen we verwachten dat de natuurkundegemeenschap om verdere financiering zal vragen voor reparaties aan het huidige LHC-apparaat of de bouw van nog grotere, betere en duurdere kathedralen van de moderne wetenschap. Hoewel ze met hun prestaties uit het verleden nog steeds enig krediet hebben bij de samenleving, zullen op een gegeven moment de politici gewoon NEE zeggen.

Laten we hopen dat ze dat mysterieuze Higgs-boson-deeltje vinden voordat dit gebeurt.

Gerelateerd: 'Atlantis' blijkt een interfaciaal artefact te zijn, Wereldbeeld, Een Samenleving van Simulaties.