Tento blogový příspěvek zkoumá, zda vědecké teorie mohou překročit pouhé vysvětlení a stát se popisy reality, se zaměřením na teorii černé díry Stephena Hawkinga v rámci debaty o vědeckém realismu.
V Čuang-c’ově motýlím příběhu, známém jako Motýlí sen, Čuang-c’, který se stal motýlem, nedokázal rozlišit, zda sní, nebo zda skutečně existuje ve skutečnosti. Jedná se o fascinující myšlenkový experiment z klasické literatury. Podobně se na téma „snů ve snech“ odvíjí i film Christophera Nolana „Počátek“ a v Koreji si získává obrovskou popularitu s přibližně 5.9 miliony diváků. Otázka, zda jsou zážitky, které vidíme a prožíváme, skutečně skutečné, je tedy již dlouho ústředním tématem filozofické debaty, označované jako filozofický realismus. V oblasti vědy se rozvinula podobná debata o vědeckém realismu, zaměřená na důkladné zkoumání povahy a statusu vědeckých teorií.
Dnes vysoce rozvinuté vědy, jako je fyzika, biologie a chemie, studují témata daleko za hranicemi přímo vnímatelných lidskými smysly – od zrodu vesmíru až po síly působící uvnitř atomů. Existují tedy skutečně objekty, které nemůžeme přímo pozorovat, jako jsou elektrony, DNA a černé díry? Důležité je zde poznamenat, že vědecký realismus, na rozdíl od univerzálního realismu, o kterém se obecně diskutuje ve filozofii, již předpokládá jako daný fakt, že pozorovaný objekt a vnímaná existence skutečně existují.
Ve své nedávno přeložené a publikované autobiografii „Moje stručná historie“ (My Brief History) sám teoretický fyzik Stephen Hawking zmínil, že je nepravděpodobné, že by mu jeho výzkum během jeho života vynesl Nobelovu cenu. Je to proto, že jeho fyzické postižení mu bránilo v přímé účasti na experimentální fyzice a jeho hlavní předměty výzkumu – černé díry a teorie kvantové gravitace – mají povahu, která ztěžuje experimentální ověření v blízké budoucnosti. Nobelova cena za fyziku se v zásadě uděluje pouze za úspěchy, které lze ověřit nebo pozorovat experimentálně. Tento článek, založený na této kritické perspektivě, si klade za cíl zkoumat, zda jsou vědecké teorie pouze dobře konstruovanými nástroji pro vysvětlování jevů, nebo zda je lze chápat jako popisy reality, se zaměřením na Hawkingovy teorie. Létají vědci, jako Čuang-c’, kterému se zdálo, že je motýl, pouze ve snu, nebo skutečně dělají kroky k pravdě?
Vědecký realismus tvrdí, že objekty studované vědou skutečně existují. Podle tohoto postoje nám vědecké teorie umožňují rozlišit pravdu od lži a příčina těchto výsledků spočívá v reálném světě mimo lidskou mysl. Jinými slovy, účelem vědy je poskytnout doslova pravdivý popis toho, jaký svět je. Základním argumentem, který realisté často předkládají, je „argument zázraku“. Argument zázraku se řídí touto logickou strukturou: Zaprvé, rozvoj vědeckých teorií umožnil četné předpovědi, které byly v minulosti nemožné. Zadruhé, tohoto úspěchu vědy nelze dosáhnout pouhým vysvětlením pozorovaných výsledků dodatečně. Zatřetí, pokud by vědecké teorie byly pouze vysvětlujícími nástroji, musel by být fenomén takových opakovaných přesných předpovědí považován za zázrak. Předpoklad, že k zázrakům dochází nepřetržitě v každé oblasti, je však nerozumný. Začtvrté, vědecké teorie proto nesmí být chápány jako pouhé vysvětlující nástroje, ale jako popisy reality. Příkladů je mnoho, například výroba vysoce integrovaných polovodičů založených na elektronové teorii a vývoj nových léků založených na teoriích DNA a buněčných procesů.
Naproti tomu vědecký nerealismus vnímá vědecké teorie jako pouze empiricky adekvátní. Nerealisté nabízejí vlastní kritiku argumentu zázraku a tvrdí, že jejich postoj podporuje řada historických příkladů. Ukázkovým příkladem je teorie flogistonu. V minulosti byl proces spalování chápán jako emise částic zvaných flogiston. Když byl objekt, který měl být spálen, umístěn na váhu a zapálen, po spálení byl pozorován pokles hmotnosti objektu. Teorie flogistonu se objevila, aby tento jev vysvětlila. Dnes je však teorie flogistonu zjevně neplatná. Proto koncept „flogistonu“ neexistuje a vědecké teorie fungují pouze jako nástroje k vysvětlení jevů, podle nerealistů. Podobně teorie, že se světlo šíří éterem, kdysi zastávala dominantní postavení a poskytovala užitečná vysvětlení a intuici v debatě o dualitě vln a částic. Nyní je však vědecky prokázaným faktem, že mezi Sluncem a Zemí neexistuje žádný éter. Proto ani „éter“ neexistuje. Základním postojem antirealistů tedy je, že vysoká vysvětlující síla teorie nezaručuje její pravdivost. Antirealisté také poukazují na to, že argument zázraku se dopouští klamu potvrzení důsledku. To znamená, že pokud je tvrzení „Pokud p, pak q“ pravdivé, nemusí nutně vyplývat, že je pravdivé i tvrzení „Pokud q, pak p“. Induktivní uvažování je k tomuto klamu náchylné při odvozování obecných tvrzení z pozorovaných případů. Někteří antirealisté také zastávají názor, že vědecká tvrzení lze pouze vyvrátit, nikoli je nakonec potvrdit jako pravdivá.
V reakci na tuto kritiku lze vědecký realismus obhajovat důsledněji na základě Leplinovy teorie. Leplin navrhl „teorii nových předpovědí“. Je zřejmé, že pouhá skutečnost, že je možné poskytnout post-hoc vysvětlení, nemůže realismus plně ospravedlnit. Pokud jsou však učiněny „nové“ předpovědi nad rámec běžné úrovně, měla by být daná vědecká teorie považována za částečně nebo přibližně pravdivou. Ukázkovým příkladem je jev ohýbání světla gravitací, předpovězený Einsteinovou obecnou teorií relativity. Newtonovská mechanika, založená na částicové povaze světla, nedokázala tento jev vysvětlit na základě principu konstantnosti rychlosti světla. Naproti tomu Einsteinova obecná teorie relativity zavedla nový koncept časoprostoru, který umožnil teoretickou předpověď tohoto jevu. Tato předpověď byla později ověřena experimenty měřícími úhel vychýlení hvězdného světla pozorovaného kolem Slunce během úplného zatmění Slunce. Dalším příkladem nové předpovědi je Fresnelův difrakční experiment. Během intenzivní debaty o dualitě vln a částic světla navrhl Fresnel experiment, kde světlo prošlo dvojitou štěrbinou do tmavé krabice. Výsledkem byla jasná skvrna uprostřed fotocitlivé fólie spolu s difrakčními obrazci. Tento jev nebylo možné vysvětlit existujícími optickými teoriemi a bylo možné jej přesně předpovědět pouze Fresnelovou teorií. Přinejmenším, když vědecká teorie představuje nové předpovědi, které jdou nad rámec běžných vysvětlení, je rozumné vnímat tuto teorii jako teorii zabývající se reálnými entitami.
Dále je nutné stanovit univerzálnější standard pro „novost“. Podle Choi Seong-hoa (2006) jsou kritéria pro silnou novost následující. Zaprvé je zde podmínka nezávislosti: pozorování musí být odvoditelné pouze s použitím dané specifické vědecké teorie. Zadruhé, podmínka jedinečnosti vyžaduje, aby v dané době pouze daná vědecká teorie mohla poskytnout přesvědčivý základ pro predikci. Einsteinův lom světla a Fresnelův experiment s temnou skříňkou, zmíněný dříve, splňují obě podmínky. Einstein mohl odvodit lom světla gravitací Slunce prostřednictvím své teorie relativity, což Newtonova mechanika v té době nedokázala vysvětlit. I Fresnel dokázal odvodit vzory objevující se na fotocitlivém filmu na základě dvojí povahy světla, což stávající teorie – vnímající světlo jako mající pouze jednu vlastnost, buď vlnu, nebo částici – nedokázaly vysvětlit. I když jsou případy splňující podmínky nezávislosti i jedinečnosti vzácné, v historii vědy existují. Proto „nové předpovědi“ – případy splňující podmínky nezávislosti i jedinečnosti – mohou sloužit jako dostatečné podmínky pro posouzení, že vědecká teorie popisuje realitu.
Můj postoj k vědeckému nerealismu je následující. Vědecký realismus a nerealismus lze vnímat jako zaměření na různé aspekty vědeckých teorií. Realismus zdůrazňuje prediktivní sílu vědy, zatímco nerealismus zdůrazňuje vysvětlující sílu vědeckých teorií a tvrdí, že taková vysvětlující síla nemusí nutně přímo odpovídat realitě. Vědecké teorie však poskytují vynikající vysvětlení a zároveň umožňují predikci. Vědecké teorie nejsou pouhým souborem popisných vět nebo matematických výroků; mají jak vysvětlující sílu týkající se světa existence, tak prediktivní sílu týkající se budoucích jevů. Pokud by pojmy vědecké teorie plnily pouze metaforické funkce, nebo pokud by vysvětlení, která nabízí, byla pouze strukturálními modely, pak by také zmizel důvod nazývat ji empirickou vědou. Jak je vidět v dříve zkoumané nové prediktivní teorii, podmínky nezávislosti a jedinečnosti mohou sloužit jako kritéria pro posouzení povahy vědecké teorie. Na rozdíl od debat o obecném realismu se v debatě o vědeckém realismu obě strany shodují na existenci samotného objektu; sporný bod spočívá v povaze vysvětlení. Pokud má vysvětlení sílu jedinečné, nové predikce, znamená to, že se zabývá realitou.
Proti nerealistům, kteří jako důkaz uvádějí opakované vyvracení existujících teorií v historii vědy, jsou možné i protiargumenty. Nerealisté tvrdí, že tvrzení o realitě by měla být nevratná, ale skutečnost, že věda prošla mnoha revolučními změnami, toto tvrzení neospravedlňuje. I když se vysvětlující rámec změní, skutečnost, že vědecké teorie odkazují na samotnou realitu, zůstává nedotčena. Například flogistonová teorie již není akceptována jako vysvětlení hoření. Fenomén úbytku hmoty během hoření, který se flogiston snažil vysvětlit, je však nyní vysvětlen odpařováním vodní páry a jejím chemickým spojením s kyslíkem. Moderní chemická teorie vylučuje staré, chybné vysvětlení a zároveň přesněji zahrnuje realitu, na kterou jev ukazoval. Podobně Newtonovská klasická mechanika již není přesná, když se rychlost objektu blíží rychlosti světla. Za běžných podmínek se však většina objektů pohybuje velmi pomalu ve srovnání s rychlostí světla (v≪c) a za těchto podmínek je Newtonovská mechanika prostřednictvím Lorentzovy transformace zahrnuta jako speciální případ teorie relativity. Svět popsaný Newtonovou mechanikou nelze chápat jako pouhou abstrakci, ale jako součást reality nebo jako trojrozměrnou aproximaci čtyřrozměrného časoprostoru. To znamená, že vědecké teorie poskytují částečně pravdivé intuice o realitě a prostřednictvím vědeckého pokroku se k realitě postupně přibližujeme.
Druhé tvrzení nerealisty – omezenost lidské zkušenosti a neúplnost kognitivních schopností – také čelí kritice. Extrémní relativismus nebo skepticismus nemůže nahradit vědu. I extrémní relativisté se v každodenním životě spoléhají na racionalitu a rozum. Tvrzení, že všechny systémy víry jsou relativní nebo nesrovnatelné, hraničí s vyhýbáním se ověření a je stěží spravedlivým argumentem. Na samém začátku debaty o vědeckém realismu se již předpokládá existence pozorovaného objektu, možnost vysvětlení a možnost predikce. Převládající vědecké teorie nebo psychologický stav pozorovatele samozřejmě mohou ovlivnit návrh experimentu a sběr dat. Nicméně samotný pokus o přístup k realitě prostřednictvím pozorování a experimentování je inherentní charakteristikou vědy. Vědecké teorie procházejí globálními ověřovacími procesy, aby se potvrdila jejich přesnost. I když jim chybí čisté deduktivní systémy matematiky nebo logiky, postupně se k pravdě a realitě přibližují prostřednictvím zkušenosti.
Na základě této diskuse můžeme zkoumat Hawkingovu teorii černých děr jako případ, který čelil kritice ze strany vědeckých nerealistů jako pouhá konstruovaná teorie. Podle nerealistů se Hawkingova teorie černých děr a teorie kvantové gravitace nezabývají realitou; jsou to pouze matematické nástroje zavedené k vysvětlení pohybu vesmíru. Hawkingovu kosmickou teorii však lze vnímat jako teorii zabývající se skutečnými objekty, pokud ji posuzujeme podle nového predikčního kritéria navrženého Replenem. Konkrétně černé díry tvoří extrémně silné gravitační pole absorbováním hmoty a vytvářejí oblast, ze které nemůže uniknout ani světlo. Tato hranice se nazývá okraj černé díry nebo horizont událostí. Podle Hawkingovy teorie způsobují kvantové efekty v blízkosti horizontu událostí slabou emisi energie, známou jako Hawkingovo záření. Toto záření je extrémně slabé a vyskytuje se na velké vzdálenosti, takže je extrémně obtížné ho pozorovat pomocí současné technologie. Pokud však experimentální fyzika, včetně technologie rádiové detekce, dostatečně pokročí, nebo pokud bude ve vesmíru za Zemí zavedeno zařízení schopné detekovat Hawkingovo záření, Hawkingova teorie černých děr by mohla být empiricky ověřena. Hawkingova teorie dále dokáže teoreticky odvodit formu a distribuci tohoto záření a splnit tak podmínku nezávislosti. Navíc se očekává, že Hawkingovo záření obsahuje informace týkající se vzniku hvězdy před jejím pohlcením černou dírou. Kromě Hawkingovy neexistuje žádná jiná teorie, která by tyto informace dokázala interpretovat. To splňuje podmínku jedinečnosti. Hawkingovu teorii černých děr lze proto považovat za teorii představující nové předpovědi, které splňují jak podmínky nezávislosti, tak i jedinečnosti. Ačkoli skutečnost, že experimentální zařízení pro přímé ověření těchto předpovědí se za Hawkingova života neobjevilo, je samostatnou otázkou, nelze popřít skutečnost, že tato teorie umožňuje nové předpovědi. Hawkingovu teorii černých děr lze proto hodnotit jako teorii zabývající se realitou. I když se nejedná o úplnou teorii černých děr, existence entity emitující energii ve vesmíru je přinejmenším nepopiratelná.
Závěrem lze říci, že prostřednictvím Hawkingova hlavního výzkumného úspěchu – teorie černých děr – můžeme rozumně usoudit, že ve vesmíru existují entity související s kvantovou gravitací. Vědecký pokrok bude tuto realitu postupně odhalovat a povede lidské chápání k hlubším a sofistikovanějším úrovním. Vědce nelze vnímat jako bytosti putující ve snech, ale jako ty, kteří se k realitě přibližují prostřednictvím nedokonalých, ale stále se hromadících znalostí.
