Einstein's Unfinished Revolution: The Search for What Lies Beyond the Quantum Hardcover – Illustrated, April 9, 2019

Lee Smolin is one of the most fun quantum theorists to read. He is among a handful of popular writers who have done important research in quantum theory and quantum gravity (such as it is). He doesn't write books just to write a book, but aims to move the bleeding (and I mean bleeding) edge of physics theory forward in a way that brings the general reader along too. That is a true feat. From my point of view as a quantum physicist (and sometime popular book author) who doesn't work in quantum gravity, I always find his books educational and extremely thought provoking.The new book is a surprisingly personal exposition of Smolin's lifelong attempts to find a key to unifying quantum theory and gravity (general relativity), a task Einstein famously failed at. Smolin concludes that both of these theories need to be thrown out (while keeping their main messages intact) and an entirely new theory found. He tells us his deepest ideas about how to do that. It borders on a natural philosophy of the world, but from a very abstract point of view.Smolin explains clearly why he (and everyone else) has failed so far, and tries very hard and sincerely to point to a set of basic principles of nature (which may or may not be true), which may or may not provide a basis for a new theory.A weakness is that he describes the choice of realist/anti-realist viewpoints too simply. He seems to say that anyone who doesn't accept that physics is nonlocal must be an anti-realist and must think the world doesn't exist until someone looks at it. But that is only one way to view the implications of experimental violations of Bell inequalities, which forces us to accept that the combination of locality, realism and 'free will' (ability to choose independently which quantities will be measured) can't exist. There are more than two ways to unpack that conclusion (all of them murky).A brave, elegant, and thought-provoking book for the lay reader, and the 'lay scientist.'

This book begins by arguing clearly and passionately that science has lost touch with reality, in the most literal sense, and hat we need to do better. But it reminds me of debates going on in Silicon Valley, where people realize that their past way of doing business is becoming ever less viable (not to mention Terminator threats) but end up funding innumerate salesmen of "principles for a people-centered internet" and folks who would paint happy faces representing love on the hard metal hulls of killer drones. The problem part is real, but where is the solution? How could we mobilize a bit better to really address this issue of reality, in reality? It may be that Smolin and 'tHooft are the best hope we now have for allowing that to be possible. The Financial Times review of the book was exciting to me. But could it be that physics has simply become too complex to allow real fundamental progress, given the growing issues in political environments and cultures all over the world at the same time? Smolin hints that his call to action is important to saving science itself in the face of those issues. He tries VERY hard to explain the issues the issues without any equations. It was somewhat amusing to me where he tried to explain a kind of Bell state, two entangled photons, as a Lesbian couple which is committed to disagreeing about absolutely everything. He then weaves a great story about where the Einstein-Bohr debate comes from, but makes it a bit too interesting, in my view, when he attacks some people (Von Neumann and Wheeler especially) in a way which overstates the case. How can he call Wheeler anti-realist, when he is a kind of author of the Everett-Wheeler theory of physics? The book does discuss that theory later on, and gets into the nitty-gritty later on. In fact, the book does get around to mentioning a number of important issues which people need to know more about. What should we actually DO to get back to viable realistic theories in physics? For awhile, he seems to say that the later ideas of Bohm already give a workable solution able to predict everything, but the words made me a bit skeptical. If the branching pilot waves are just a backdoor approach to reinventing Everett and Wheeler, what kind of magical particles could make Bohm 2 any better? It made me look to google scholar, where I found just one paper by Bohm that might make it clear: Bohm, D. J., & Hiley, B. J. (1982). The de Broglie pilot wave theory and the further development of new insights arising out of it. Foundations of Physics, 12(10), 1001-1016.. But it is behind a pay wall.He also gives a list of five ideas that might be an alternative (a few pages each), but doesn't get into the kind of detail which TODAY is being tested in hard core quantum optics, in really physical measurements with implications for electronics and photonics. The real challenge here is how to bridge the gap between the important higher concerns expressed in this book and the nitty-gritty empirical reality, without getting squashed by a new aggravated form of the same forces which squashed deep learning in computer science from 1974 to 2009. He talks about the need for a confident and driven young graduate student to follow through; well, I was one of those once, but it seems to be a necessary yet insufficient condition. That reminds me of how he also attacks Spengler at one point, accusing him of causing chaos. Has he ever read the Decline of the West? Spengler might discourage us from rediscovering reality, more by giving up on the present state of civilization than by giving up on the reality it is losing touch with.

I think I'm the target for this book: I enjoyed physics in college, and have read about 8 books on quantum gravity. I felt the author glossed over loop quantum gravity without really ever saying why he thought the bloom was off the rose. Also I was puzzled by the assertion that either time or space was fundamental, and the other emergent. Why couldn't they both emerge from some other undiscovered process? That's what I thought this book was going to be about. In the end I got the feeling we are much further away from quantum gravity than I thought. Maybe not in my lifetime.

Alas, regardless of all the glowing reviews, I suspect the average reader will probably, like me, find this book as obscure and arcane as the majority of other "pop" quantum physics books around. Try as he might to explain Bell's Theorem - and all the successive competing attempts to relate the worlds of Relativity and Quantum physics in plain English (substituting a possibly more politically correct "Anna" and Beth" for the time-worn "Alice" and "Bob") Smolin simply doesn't cut it. He tries hard, but one comes away with very little enlightenment. Reluctantly I come to the conclusion that quantum physics belongs entirely in the realm of advanced mathematics, and if you are math blind like me, you will never understand it.

The book has a bold premise, but I struggled to find it clearly articulated anywhere in the first 100 pages. As a result, I gave up. The book’s premise is that quantum mechanics is incomplete and that there is a ‘realist’ interpretation of quantum behaviour. In order to lay out his argument, he spends the first 50 pages or so with a confusing recount of quantum behaviour - mixing metaphors and using unnecessary analogies. The word smithing was so stilted and confusing that I had to abandon. He probably should have put this book to the side for a year and re approached with a fresh set of eyes. Sorry.

I’m afraid I found this book to be quite rambling. I couldn’t finish it in the end, because it was just too unfocused. It also smacks a little of weirdness. I’m afraid Smolin comes across as a bit of a crank. He’s not, he’s a solid scientist. But that doesn’t come across here.

Die Quantenmechanik ist eine der am besten bestätigten Theorien, sie beschreibt die Phänomene ist atomaren und subatomaren Bereich mit fantastischer Genauigkeit, ihre oft bizarren Vorhersagen haben immer wieder die ausgeklügeltsten Tests der Experimentatoren bestanden, aber sie ist unvollständig – und kann damit nicht fundamental sein, so erläutert Lee Smolin in seinem neuen Buch ‘Einstein’s Unfinished Revolution‘.Der Autor ist theoretischer Physiker am Perimeter Institut (Ontario), er leistete wesentliche Beiträge zur Quanten Loop Theorie, befasst sich aber mit Gebieten wie Kosmologie, Teilchenphysik und theoretische Biologie. Einem breiteren Publikum wurde Smolin durch seine populärwissenschaftlichen Bücher bekannt, in denen er nicht nur originelle neue Ideen propagiert sondern auch gelegentlich kritisch Stellung zu aktuellen Entwicklungen auf seinem Fachgebiet bezieht, etwa in ‘Three Roads to Quantum Gravity‘ und 'The Trouble with Physics' -- einem kritischen Diskurs zum Stringtheorie Hype.Da sich Smolin mit seinem Buch an ein breites Publikum wendet, beginnt er mit einem kurzen Abriss der Quantenmechanik und ihrer Interpretationen. Die ersten Quantentheoretiker, allen voran Niels Bohr und Werner Heisenberg, propagierten einen anti- realistischen Standpunkt, nachdem die Quantenmechanik nicht physikalische Realität beschreibt, sondern lediglich ein mathematisches Mittel ist, um die Wahrscheinlichkeiten für die möglichen Resultate von Messungen vorherzusagen – erst durch diese Messungen entsteht überhaupt erst Realität. Dieser Standpunkt ging als Kopenhagener Deutung in die Lehrbücher ein, und wurde alsbald zum Kanon – wobei zahlreiche ‘working physicists‘ sich mit diesen Fragen der Interpretation in der Regel gar nicht weiter beschäftigen, da ihre Anwendbarkeit ja außer Frage steht, David Mermin karikiert diese Haltung mit den Worten “shut up and calculate!“. Allerdings gab es unter den Forschern durchaus kein Konsens, mindestens Einstein und de Broglie konnten sich damit nicht abfinden, letzterer entwickelte mit der Pilotwellen Theorie einen realistischen Ansatz zur Quantenmechanik, der ohne Kollaps des Zustand auskommt. Der Autor diskutiert noch eine ganze Reihe weitere solche realistische Interpretationen, darunter Kollaps- Theorien, Retrokausalität, viele Geschichten und viele interagierende klassische Welten Ansäte und ‘t Hoofts Superdeterminismus. Keine dieser Theorien ist vollständig zufriedenstellend – nach Somlins Ansicht liegt die Ursache des Scheiterns in der inhärenten Unvollständigkeit der Quantentheorie.Ist es dann aber möglich, ein Realist in einem Quantenuniversum zu sein? – Smolin ist davon überzeugt, mehr noch, er hält einen solchen Standpunkt für die einzig aussichtsreiche Basis, um den Fortschritt auf dem Gebiet der fundamentalen Physik zu gewährleisten – wie er im Vorwort bekennt. Auf der Grundlage der Resultate von Bell, kann eine Theorie mit verborgenen Variablen nur dann mit der Quantenmechanik verträglich sein, wenn sie nicht- lokal ist – etwas, das Einstein und Bells Zeitgenossen von vornherein ausgeschlossen hatten. Der Autor, mit seinen Erfahrungen mit der Quantum Loop Gravitation Theory, wertet das hingegen als ein Indiz, dass eine eventuelle Vervollständigung der Quantenmechanik, Raumzeitstrukturen von selbst hervor bringt. Bei seiner Suche nach neuen Fundamenten, lässt sich der Autor durch Prinzipien leiten, wobei ihm Leibniz‘ Prinzip vom hinreichende Grund als Maßstab dient – physikalisch gewandet, werden daraus: Hintergrundunabhängigkeit, Relationalität von Raum und Zeit, kausale Vollständigkeit, Reziprozität und die Identität des Ununterscheidbaren. Diese Prinzipen schränken die Form einer möglichen fundamentalen Theorie ein – hinzu kommen noch einfache Hypothesen über die Natur: Zeit ist fundamental und irreversibel, Raum ist emergent.Eine weitere Idee von Leibniz, die Monaden, adaptiert der Autor in vereinfachter Form, bei ihm heißen sie einfach nads und sind in Graphen Strukturen miteinander verknüpft. Die Umgebung eines nad besteht aus jenen Knoten, die eine, zwei usw. Kanten weit entfernt sind – Smolin nennt dies die Sicht (View) des nads vom Universum. Benachbarte Views sind sich somit ähnlich und können leichter interagieren; das kehrt Smolin um, ähnliche Views interagieren – gleich, wo sich die zugehörigen nads befinden. Diese Interaktionen wirken, analog den action Prinzipien der Mechanik, hin zur Maximierung der Diversität der Views. Nun haben einfache Systeme, wie etwa Atome, viel eher ähnliche Umgebungen, stehen somit mit größerer Häufigkeit in Kontakt, dabei sind diese Interaktionen hochgradig nichtlokal. Die Ensemble von ähnlichen Views sind dabei vollkommen real – dieser Ansatz war die Basis für Smolins Theorie verborgener Variablen, seiner Real Ensemble Formulierung der Quantenmechanik, aus deren Maximierung der Varietät konnte er die Schrödinger Gleichung ableiten – mit dieser Deutung wird ganz leicht verständlich, wieso große und komplexe Objekte keine typischen Quanteneigenschaften zeigen, während Atome das tun.Dehnt man die Idee auch auf Views zu verschieden Zeiten aus, so gelangt man zu dem, was Smolin das Präzedenzprinzip nennt. Nach der gewöhnlichen Interpretation von Quanten Messungen, entsprechen die Wahrscheinlichkeiten für die verschieden Ergebnisse denen der Auswahl eines zufälligen Resultate aus einer Kollektion ähnlicher Instanzen aus der Vergangenheit, da die wirkenden Gesetze von der Zeit unabhängig sind (Präzedenzgesetz) . Der Autor macht nun den Vorschlag, diese Gedankengang umzukehren, also das Präzedenzgesetz vorausgesetzt, ergibt sich das Ergebnis einer Messung als zufälligen Auswahl des Resultats aus einer Kollektion ähnlicher System aus der Vergangenheit. Damit erweist sich die zeitlich Unabhängigkeit von Gesetzen als Illusion, die sich aus dem Präzedenzgesetz und dem Alter und der Größe des Universums ergibt, das folglich riesige Mengen an ähnlichen atomaren Systemen in der Vergangenheit hervorgebracht hat.Auf der Grundlage der soweit entwickelten Ideen, versucht der Autor abschließend zu zeigen, wie mögliche Annäherungen an sein Ziel, einer fundamentalen Theorie, die die Quantenmechanik vervollständigt, aussehen könnten. Neben der Real Ensemble Formulierung hat der Autor auch Rafael Sorkins Causal Set Theory mit Energie und Impuls, als intrinsische Eigenschaften, (Energetic Causal Sets) erweitert, beide Ansätze erfüllen aber nur einige der oben vorgestellte Prinzipien, und entsprangen verschieden Forschungsprogrammen. Smolin versucht nun, gemeinsam mit Marina Cortes, zu einer Synthese beider Modelle in der Causal Theory of Views zu gelangen – die Rolle der nads spielen hier Events, und Views bestehen aus der kausalen Vergangenheit eines Events, die als dynamische Variablen fungieren, wodurch die Theorie Background unabhängig wird, Raum und Lokalität sind darin vielmehr emergent. Wie bei der Real Ensemble Formulierung, ergibt sich die Quantenmechanik aus den nichtlokalen Interaktionen als Approximation. Die Causal Theory of Views ist ein wichtiger Schritt – so schließt der Autor – auf dem Weg zu einer realistische Vervollständigung der Quantenmechanik, da die Views selbst ‘beables‘ sind; zudem beweist die Theorie, dass eine fundamentale Theorie gleichzeitig die Quantenmechanik komplettierten und ein Atommodell für die Raumzeit sein kann.Smolins Buch zeichnet sich durch Klarheit und Originalität aus, dem Autor gelingt es, auch altbekannte physikalische Theorien und Zusammenhänge aus neuen Blickwinkeln zu beleuchten, vor allem aber scheut er sich nicht, neue Entwicklungen seines Faches auch für Laien verständlich zu erörtern. Seine Buchprojekte sind für ihn sogar eine Form mentaler Selbsttherapie, wie er im Nachwort bekennt, die in zwingen, seine unfertigen Gedanken und Intuitionen zu überdenken und sie logisch zu entwickeln. Allein die Diskussionen zu den bekannten Interpretationen der Quantenmechanik sind, wiewohl knapp gehalten, tiefsinniger und prägnanter als jene, in so populären Darstellungen wie Adam Beckers ‘What is Real‘ und Jim Baggotts ‘Farewell to Reality‘ – ohne damit deren ausgezeichnete, ausführliche historische Ausführungen zu schmälern.Bereits in ‘Time Reborn‘ (2013), hat Smolin über das Präzedenzprinzip, Deutungen der Quantenmechanik, Real Ensembles Formulierung und die Emergenz des Raumes geschrieben, demgegenüber haben die Erläuterungen nun, dank der Konzentration auf die Aspekte der Quantenmechanik, an Klarheit gewonnen. Leider gerät dann die Vorstellung der Kandidaten für eine fundamentale Theorie etwas diffuse und die Argumente hand waving, was besonders schade ist, da es sich ja um das Fazit des Buches handelt. Das Ausbleiben eines definitiven Fortschritts auf dem Weg zur gesuchten Theorie, ist frustrierend, gesteht der Autor, zudem mögen Puristen sein Unterfangen als Naturphilosophie abtun, aber er weiß sich in bester Gesellschaft und bleibt optimistisch, dass Neugier und das menschliche Vorstellungsvermögen ausreichen, um auch dieses Problem zu lösen und damit Einsteins Revolution -- Verständnis der Quantentheorie und Vereinigung von Quanten und Gravitation --, die dem Buch den Titel verlieh, zu vollenden.Obgleich sich das Buch an ein breites Publikum wendet, dürfte es für den Leser hilfreich sein, wenn er mit der zum Teil bizarren Natur der Quantentheorie – zumindest informativ – bereits ein wenig vertraut ist, zahlreiche Passagen sind anspruchsvoll und erfordern Geduld; auf jeden Fall gehört es in die Kategorie von Büchern, die es wert sind, mehrfach gelesen zu werden, wobei sie jedes Mal neue Facetten offenbaren. Als populärwissenschaftliches Buch ist es gut ausgestattet, neben den obligatorische Anhang mit Anmerkungen zum Text, gibt es eine recht ausführliche Liste mit Hinweisen zu weiterführender Literatur, ein Glossar und Index, leider sind die Quellenangaben nur in den Anmerkungen enthalten, eine Bibliographie fehlt hingegen.

This is a very well-written and timely book on the current state of play in interpretations and proposed modifications of quantum theory. It is all the more telling because it is written by an expert on quantum gravity - not many quantum gravity experts think it is necessary to address foundational issues in quantum theory when seeking a quantum theory of gravity. Smolin correctly points out that a limitation of collapse models is that they do not make connection with quantum gravity. This is precisely the connection developed in my recent research `Proposal for a new quantum theory of gravity'. Smolin's easy to read book will be found useful and instructive by anyone interested in the puzzles of quantum mechanics, and their likely implications for the unification of relativity and quantum theory.

I have been reading the books of Lee Smolin for years, and the experience is always illuminating. He is capable of talking to the curious, though not scientist, reader in a way that make complex ideas comprehensible.It is often tough to read books from scientists because they are easy lost into their language, mathematics, and their poor communication skills. Smolin is apart from those, because he is genuely speaking as you would to your partner about a topic you know but he or she does not. This seems easy but it is very unusual among science writers.Differently of other books from the author, which were focused on the Universe at its larger scales, this one is dedicated to the quantum conundrums. But Smolin is able to find and share with the reader the incomprehensible wonder of nature as plain as it is: marvellous, without being magical.