Тази публикация в блога изследва дали научните теории могат да надхвърлят простото обяснение, за да се превърнат в описания на реалността, като се фокусира върху теорията за черната дупка на Стивън Хокинг в рамките на дебата за научния реализъм.
В историята за пеперудата на Джуангдзъ, известна като „Сънят на пеперудата“, Джуангдзъ, превърнал се в пеперуда, не можел да различи дали сънува или наистина съществува в реалността. Това е завладяващ мисловен експеримент от класическата литература. Филмът на Кристофър Нолан „Начало“ по подобен начин се развива около темата за „сънищата в сънищата“, като печели огромна популярност в Корея, привличайки приблизително 5.9 милиона зрители. По този начин въпросът дали преживяванията, които виждаме и преживяваме, са наистина реални, отдавна е основна тема на философски дебат, наричан философски реализъм. В сферата на науката се е разгърнал подобен дебат за научния реализъм, фокусиран върху задълбочено изследване на природата и статуса на научните теории.
Днес високоразвитите науки като физика, биология и химия изучават теми, далеч отвъд обхвата, пряко възприемаем от човешките сетива – от раждането на Вселената до силите, действащи в атомите. И така, наистина ли съществуват обекти, които не можем да наблюдаваме директно, като електрони, ДНК и черни дупки? Ключов момент, който трябва да се отбележи тук, е, че научният реализъм, за разлика от универсалния реализъм, обсъждан във философията като цяло, вече предполага като даден факт, че наблюдаваният обект и възприеманото съществуване съществуват.
В наскоро преведената и публикувана автобиография „Моята кратка история“ теоретичният физик Стивън Хокинг самият споменава, че е малко вероятно изследванията му да му спечелят Нобелова награда приживе. Това е така, защото физическият му инвалид не му позволява да участва пряко в експериментална физика, а основните му теми на изследване – черните дупки и теорията на квантовата гравитация – притежават характер, който прави експерименталната проверка в близко бъдеще трудна. Нобеловата награда за физика по принцип се присъжда само за постижения, които могат да бъдат проверени или наблюдавани чрез експерименти. Тази статия, основана на тази критична перспектива, има за цел да изследва дали научните теории са просто добре изградени инструменти за обяснение на явленията или могат да бъдат разбрани като описания на реалността, като се фокусира върху теориите на Хокинг. Дали учените, като Джуандзъ, който е сънувал, че е пеперуда, просто летят насън или всъщност правят стъпки към истината?
Научният реализъм твърди, че обектите, изучавани от науката, действително съществуват. Според тази позиция, научните теории ни позволяват да различим истината от лъжата, а причината, която води до такива резултати, се крие в реален свят, външен за човешкия ум. С други думи, целта на науката е да предостави буквално вярно обяснение за това как е светът. Основен аргумент, често представян от реалистите, е „аргументът за чудото“. Аргументът за чудото следва следната логическа структура: Първо, развитието на научните теории е позволило множество прогнози, които са били невъзможни в миналото. Второ, този успех на науката не може да бъде постигнат само чрез обяснение на наблюдаваните резултати след факта. Трето, ако научните теории бяха просто обяснителни инструменти, феноменът на такива повтарящи се точни прогнози би трябвало да се счита за чудотворен. Предположението, че чудеса се случват непрекъснато във всяка област, обаче е неразумно. Четвърто, следователно, научните теории трябва да се разбират не просто като обяснителни инструменти, а като описания на реалността. Примери изобилстват, като например производството на високо интегрирани полупроводници, базирани на електронната теория, и разработването на нови лекарства, базирани на теории за ДНК и клетъчни процеси.
За разлика от това, научният нереализъм разглежда научните теории като просто емпирично адекватни. Нереалистите предлагат свои собствени критики на аргумента за чудото и твърдят, че множество исторически примери подкрепят тяхната позиция. Отличен пример е теорията за флогистона. В миналото процесът на горене се е разбирал като излъчване на частици, наречени флогистон. Когато обект, който ще се гори, се е поставил на кантар и се е запалил, след горенето се е наблюдавало намаляване на теглото на обекта. Теорията за флогистона се е появила, за да обясни това явление. Днес обаче теорията за флогистона е очевидно невалидна. Следователно, според нереалистите, концепцията за „флогистон“ не съществува и научните теории функционират само като инструменти за обяснение на явленията. По подобен начин теорията, че светлината се разпространява през етерна среда, някога е заемала доминираща позиция, предоставяйки полезни обяснения и интуиция в дебата за дуалността вълна-корпусна частица. Сега обаче е научно установен факт, че между Слънцето и Земята не съществува етер. Следователно „етер“ също не съществува. По този начин основната позиция на антиреалистите е, че високата обяснителна сила на една теория не гарантира нейната истинност. Антиреалистите също така посочват, че аргументът от чудото допуска грешката да потвърждава следствието. Тоест, ако твърдението „Ако p, тогава q“ е вярно, не следва непременно, че твърдението „Ако q, тогава p“ също е вярно. Индуктивното мислене е склонно към тази грешка, когато извежда общи твърдения от наблюдавани случаи. Някои антиреалисти също така твърдят, че научните твърдения могат да бъдат само опровергани, а не в крайна сметка потвърдени като истина.
В отговор на тези критики, научният реализъм може да бъде защитен по-строго, въз основа на теорията на Леплин. Леплин предлага „теорията на новите предсказания“. Ясно е, че самият факт, че е възможно да се предостави post-hoc обяснение, не може напълно да оправдае реализма. Когато обаче се правят „нови“ предсказания отвъд обикновеното ниво, въпросната научна теория трябва да се разглежда като частично или приблизително вярна. Отличен пример е феноменът на огъване на светлината от гравитацията, предсказан от общата теория на относителността на Айнщайн. Нютоновата механика, основана на частицната природа на светлината, не може да обясни това явление съгласно принципа на постоянството на скоростта на светлината. За разлика от това, общата теория на относителността на Айнщайн въвежда нова концепция за пространство-времето, позволявайки теоретичното предсказание на това явление. Това предсказание по-късно е потвърдено чрез експерименти, измерващи ъгъла на отклонение на звездната светлина, наблюдавана около Слънцето по време на пълно слънчево затъмнение. Друг пример за ново предсказание е дифракционният експеримент на Френел. По време на интензивния дебат за корпускулярно-вълновия дуализъм на светлината, Френел проектира експеримент, при който светлината преминава през двоен процеп в тъмна кутия. Резултатът беше ярко петно в центъра на фоточувствителния филм, заедно с дифракционни картини. Това явление не можеше да бъде обяснено от съществуващите оптични теории и можеше да бъде точно предсказано предварително само от теорията на Френел. Най-малкото, когато една научна теория представя нови предсказания, които надхвърлят общоприетите обяснения, е разумно да се разглежда тази теория като работеща с реални обекти.
Освен това е необходимо да се установи по-универсален стандарт за „новост“. Според Чой Сонг-хо (2006), критериите за силна новост са следните. Първо, съществува условието за независимост: наблюдението трябва да може да се изведе, използвайки само тази специфична научна теория. Второ, условието за уникалност изисква по това време само тази научна теория да може да осигури убедителна основа за предсказанието. Пречупването на светлината на Айнщайн и експериментът с тъмната кутия на Френел, споменат по-рано, отговарят и на двете условия. Айнщайн може да изведе пречупването на светлината от гравитацията на Слънцето чрез своята теория на относителността, което Нютоновата механика по това време не може да обясни. Френел също може да изведе моделите, появяващи се върху фоточувствителния филм, въз основа на двойствената природа на светлината, което съществуващите теории – разглеждащи светлината като притежаваща само едно свойство, било то вълна или частица – не могат да обяснят. Макар че случаите, удовлетворяващи както условията за независимост, така и условията за уникалност, са редки, те съществуват в историята на науката. Следователно, „новите предсказания“ – случаи, удовлетворяващи както условията за независимост, така и условията за уникалност – могат да служат като достатъчни условия за преценка, че дадена научна теория описва реалността.
Моята позиция относно научния нереализъм е следната. Научният реализъм и нереализмът могат да се разглеждат като фокусиране върху различни аспекти на научните теории. Реализмът набляга на предсказващата сила на науката, докато нереализмът набляга на обяснителната сила на научните теории, твърдейки, че такава обяснителна сила не е задължително да съответства директно на реалността. Научните теории обаче предоставят отлични обяснения, като същевременно позволяват предсказания. Научните теории не са просто сбор от описателни изречения или математически твърдения; те притежават както обяснителна сила по отношение на света на съществуването, така и предсказваща сила по отношение на бъдещи явления. Ако термините на една научна теория изпълняваха само метафорични функции или ако обясненията, които тя предлага, бяха просто структурни модели, тогава причината да се нарича емпирична наука също би изчезнала. Както се вижда в новата предсказваща теория, разгледана по-рано, условията за независимост и уникалност могат да служат като критерии за преценка на природата на една научна теория. За разлика от дебатите за общия реализъм, в дебата за научния реализъм и двете страни се съгласяват относно съществуването на самия обект; спорният въпрос се крие в природата на обяснението. Ако обяснението притежава силата на уникално, ново предсказание, това означава, че то се занимава с реалността.
Възможни са контрааргументи и срещу нереалистите, които цитират многократното отхвърляне на съществуващите теории в историята на науката като доказателство. Нереалистите твърдят, че твърденията за реалността трябва да бъдат необратими, но фактът, че науката е претърпяла множество революционни промени, не оправдава това твърдение. Дори ако обяснителната рамка се промени, фактът, че научните теории се отнасят до самата реалност, остава непокътнат. Например, теорията за флогистона вече не се приема като обяснение за горенето. Въпреки това, феноменът на загуба на маса по време на горене, който флогистонът се стреми да обясни, сега се обяснява чрез изпаряването на водните пари и химическото им съединение с кислород. Съвременната химическа теория изключва старото, погрешно обяснение, като по-точно обхваща реалността, към която сочи феноменът. По подобен начин, класическата механика на Нютон вече не е точна, когато скоростта на обекта се приближава до скоростта на светлината. И все пак, при ежедневни условия повечето обекти се движат много бавно в сравнение със скоростта на светлината (v≪c) и при тези условия, Нютоновата механика се счита за частен случай на теорията на относителността чрез трансформацията на Лоренц. Светът, описан от Нютоновата механика, може да бъде разбран не като просто абстракция, а като част от реалността или като триизмерно приближение на четириизмерното пространство-време. Тоест, научните теории предоставят частично верни интуиции за реалността и чрез научния прогрес ние постепенно се приближаваме до реалността.
Другото твърдение на нереалиста – ограниченията на човешкия опит и непълнотата на когнитивните способности – също е подложено на критика. Крайният релативизъм или скептицизъм не могат да заместят науката. Дори крайните релативисти разчитат на рационалността и разума в ежедневието. Твърдението, че всички системи от вярвания са относителни или несравними, граничи с избягване на проверка и едва ли е справедлив аргумент. В самото начало на дебата за научния реализъм съществуването на наблюдавания обект, възможността за обяснение и възможността за предсказване вече са предпоставени. Разбира се, преобладаващите научни теории или психологическото състояние на наблюдателя могат да повлияят на експерименталния дизайн и събирането на данни. Въпреки това, самият опит за доближаване до реалността чрез наблюдение и експериментиране е присъща характеристика на науката. Научните теории претърпяват глобални процеси на проверка, за да установят своята строгост. Дори и да им липсват чистите дедуктивни системи на математиката или логиката, те прогресивно се доближават до истината и реалността чрез опита.
Въз основа на тази дискусия можем да разгледаме теорията на Хокинг за черната дупка като случай, който е бил критикуван от научни нереалисти, като просто конструирана теория. Според нереалистите, теорията на Хокинг за черната дупка и теорията на квантовата гравитация не се занимават с реалността; те са просто математически устройства, въведени, за да обяснят движението на Вселената. Космическата теория на Хокинг обаче може да се разглежда като занимаваща се с реални обекти, когато се оценява спрямо новия критерий за предсказване, предложен от Реплен. По-конкретно, черните дупки образуват изключително силно гравитационно поле, като абсорбират маса, създавайки област, от която дори светлината не може да излезе. Тази граница се нарича ръб на черната дупка или хоризонт на събитията. Според теорията на Хокинг, квантовите ефекти в близост до хоризонта на събитията причиняват слабо излъчване на енергия, известно като лъчение на Хокинг. Това лъчение е изключително слабо и се появява на големи разстояния, което го прави изключително трудно за наблюдение със съвременните технологии. Ако обаче експерименталната физика, включително технологията за радиодетектори, напредне достатъчно или ако в космоса извън Земята бъде установено оборудване, способно да открива лъчението на Хокинг, теорията на Хокинг за черната дупка би могла да бъде емпирично потвърдена. Освен това, теорията на Хокинг може теоретично да изведе формата и разпределението на това лъчение, удовлетворявайки условието за независимост. Нещо повече, очаква се лъчението на Хокинг да съдържа информация, свързана с образуването на звездата преди нейното поглъщане от черната дупка. Не съществува друга теория освен тази на Хокинг, която да може да интерпретира тази информация. Това удовлетворява условието за уникалност. Следователно, теорията за черните дупки на Хокинг може да се разглежда като представяща нови предсказания, които удовлетворяват както условията за независимост, така и условията за уникалност. Въпреки че фактът, че експериментално оборудване за директно потвърждаване на тези предсказания не се е появило по време на живота на Хокинг, е отделен въпрос, фактът, че тази теория позволява нови предсказания, не може да бъде отречен. Следователно, теорията за черните дупки на Хокинг може да бъде оценена като теория, занимаваща се с реалността. Дори и да не е пълна теория за черните дупки, съществуването на обект, излъчващ енергия в пространството, е поне неоспоримо.
В заключение, чрез голямото изследователско постижение на Хокинг – теорията за черните дупки – можем основателно да заключим, че във Вселената съществуват обекти, свързани с квантовата гравитация. Научният прогрес постепенно ще разкрие тази реалност, водейки човешкото разбиране до по-дълбоки и по-сложни нива. Учените могат да бъдат разглеждани не като същества, скитащи се в сънища, а като такива, които се доближават до реалността чрез несъвършени, но натрупващи се знания.
