Ovaj blog post ispituje mogu li znanstvene teorije nadići puko objašnjenje i postati opisi stvarnosti, fokusirajući se na teoriju crne rupe Stephena Hawkinga unutar rasprave o znanstvenom realizmu.
U Zhuangzijevoj priči o leptiru, poznatoj kao San leptira, Zhuangzi, nakon što je postao leptir, nije mogao razlikovati sanja li ili zaista postoji u stvarnosti. Ovo je fascinantan misaoni eksperiment iz klasične književnosti. Christopher Nolanov film "Početak" slično se odvija oko teme "snova unutar snova", stekavši ogromnu popularnost u Koreji privukavši otprilike 5.9 milijuna gledatelja. Stoga je pitanje jesu li iskustva koja vidimo i prolazimo zaista stvarna dugo bila središnja tema filozofske rasprave, poznate kao filozofski realizam. Unutar područja znanosti odvijala se slična rasprava o znanstvenom realizmu, usredotočujući se na temeljito ispitivanje prirode i statusa znanstvenih teorija.
Danas, visoko razvijene znanosti poput fizike, biologije i kemije proučavaju teme daleko izvan raspona izravno percipiranog ljudskim osjetilima - od rođenja svemira do sila koje djeluju unutar atoma. Dakle, postoje li doista objekti koje ne možemo izravno promatrati, poput elektrona, DNK i crnih rupa? Ključna stvar koju ovdje treba napomenuti jest da znanstveni realizam, za razliku od univerzalnog realizma o kojem se općenito raspravlja u filozofiji, već pretpostavlja kao danu činjenicu da promatrani objekt i percipirano postojanje postoje.
U svojoj nedavno prevedenoj i objavljenoj autobiografiji „Moja kratka povijest“, teorijski fizičar Stephen Hawking sam je spomenuo da mu njegovo istraživanje vjerojatno neće donijeti Nobelovu nagradu za života. To je zato što ga je tjelesni invaliditet spriječio da izravno sudjeluje u eksperimentalnoj fizici, a njegovi primarni istraživački subjekti - crne rupe i teorija kvantne gravitacije - posjeduju prirodu koja otežava eksperimentalnu provjeru u bliskoj budućnosti. Nobelova nagrada za fiziku se, u načelu, dodjeljuje samo za postignuća koja se mogu provjeriti ili promatrati eksperimentiranjem. Ovaj članak, utemeljen na ovoj kritičkoj perspektivi, ima za cilj ispitati jesu li znanstvene teorije samo dobro konstruirani alati za objašnjavanje fenomena ili se mogu shvatiti kao opisi stvarnosti, fokusirajući se na Hawkingove teorije. Jesu li znanstvenici, poput Zhuangzija koji je sanjao da je leptir, samo lete u snu ili zapravo poduzimaju korake prema istini?
Znanstveni realizam tvrdi da objekti koje proučava znanost doista postoje. Prema ovom stavu, znanstvene teorije nam omogućuju razlikovanje istine od laži, a uzrok takvih rezultata leži u stvarnom svijetu izvan ljudskog uma. Drugim riječima, svrha znanosti je pružiti doslovno istinit prikaz o tome kako svijet jest. Ključni argument koji realisti često iznose jest 'argument čuda'. Argument čuda slijedi ovu logičku strukturu: Prvo, razvoj znanstvenih teorija omogućio je brojna predviđanja koja su u prošlosti bila nemoguća. Drugo, ovaj uspjeh znanosti ne može se postići samo objašnjavanjem opaženih rezultata nakon događaja. Treće, ako bi znanstvene teorije bile samo alati za objašnjavanje, fenomen takvih ponovljenih točnih predviđanja morao bi se smatrati čudesnim. Međutim, pretpostavka da se čuda kontinuirano događaju u svakom području je nerazumna. Četvrto, stoga, znanstvene teorije ne treba shvaćati kao puke alate za objašnjavanje, već kao opise stvarnosti. Primjeri su brojni, poput proizvodnje visoko integriranih poluvodiča na temelju teorije elektrona i razvoja novih lijekova na temelju teorija DNK i staničnih procesa.
Nasuprot tome, znanstveni nerealizam smatra znanstvene teorije tek empirijski adekvatnima. Nerealisti nude vlastite kritike argumenta čuda i tvrde da brojni povijesni primjeri podupiru njihov stav. Glavni primjer je teorija flogistona. U prošlosti se proces izgaranja shvaćao kao emisija čestica zvanih flogiston. Kada bi se objekt koji treba izgorjeti stavio na vagu i zapalio, nakon izgaranja bi se uočilo smanjenje težine objekta. Pojavila se teorija flogistona kako bi objasnila ovaj fenomen. Međutim, danas je teorija flogistona očito nevažeća. Stoga koncept 'flogistona' ne postoji, a znanstvene teorije samo funkcioniraju kao alati za objašnjenje fenomena, prema nerealistima. Slično tome, teorija da se svjetlost širi kroz eter nekoć je imala dominantnu poziciju, pružajući korisna objašnjenja i intuiciju u raspravi o dualnosti valova i čestica. Međutim, sada je znanstveno utvrđena činjenica da između Sunca i Zemlje ne postoji eter. Stoga ni 'eter' ne postoji. Dakle, temeljni stav antirealista je da visoka objašnjavajuća moć teorije ne jamči njezinu istinitost. Antirealisti također ističu da argument čuda čini pogrešku potvrđivanja posljedice. To jest, ako je tvrdnja „Ako p, onda q“ istinita, ne slijedi nužno da je tvrdnja „Ako q, onda p“ također istinita. Induktivno zaključivanje sklono je ovoj pogrešci prilikom izvođenja općih tvrdnji iz promatranih slučajeva. Neki antirealisti također smatraju da se znanstvene tvrdnje mogu samo opovrgnuti, a ne u konačnici potvrditi kao istinite.
Kao odgovor na ove kritike, znanstveni realizam može se rigoroznije braniti na temelju Leplinove teorije. Leplin je predložio 'teoriju novih predviđanja'. Jasno je da sama činjenica da se može pružiti post-hoc objašnjenje ne može u potpunosti opravdati realizam. Međutim, kada se daju 'nova' predviđanja izvan uobičajene razine, dotičnu znanstvenu teoriju treba smatrati djelomično ili približno točnom. Glavni primjer je fenomen savijanja svjetlosti gravitacijom, predviđen Einsteinovom općom teorijom relativnosti. Newtonova mehanika, utemeljena na čestičnoj prirodi svjetlosti, nije mogla objasniti ovaj fenomen prema principu konstantnosti brzine svjetlosti. Nasuprot tome, Einsteinova opća teorija relativnosti uvela je novi koncept prostor-vremena, omogućujući teorijsko predviđanje ovog fenomena. Ovo predviđanje kasnije je potvrđeno eksperimentima mjerenja kuta otklona zvjezdane svjetlosti promatrane oko Sunca tijekom potpune pomrčine Sunca. Drugi primjer novog predviđanja je Fresnelov difrakcijski eksperiment. Tijekom intenzivne rasprave o dualnosti valno-čestičnog sustava svjetlosti, Fresnel je osmislio eksperiment u kojem je svjetlost prolazila kroz dvostruki prorez u tamnu kutiju. Rezultat je bila svijetla točka u središtu fotosenzitivnog filma, zajedno s difrakcijskim uzorcima. Ovaj fenomen nije se mogao objasniti postojećim optičkim teorijama i mogao se precizno predvidjeti unaprijed samo Fresnelovom teorijom. U najmanju ruku, kada znanstvena teorija predstavlja nova predviđanja koja nadilaze uobičajena objašnjenja, razumno je smatrati da se ta teorija bavi stvarnim entitetima.
Nadalje, potrebno je uspostaviti univerzalniji standard za „novost“. Prema Choi Seong-hou (2006.), kriteriji za jaku novost su sljedeći. Prvo, postoji uvjet neovisnosti: opažanje mora biti izvedivo korištenjem samo te specifične znanstvene teorije. Drugo, uvjet jedinstvenosti zahtijeva da u to vrijeme samo ta znanstvena teorija može pružiti uvjerljivu osnovu za predviđanje. Einsteinovo lomljenje svjetlosti i Fresnelov eksperiment s tamnom kutijom, spomenut ranije, zadovoljavaju oba uvjeta. Einstein je mogao zaključiti lom svjetlosti Sunčevom gravitacijom putem svoje teorije relativnosti, što Newtonova mehanika u to vrijeme nije mogla objasniti. Fresnel je također mogao zaključiti uzorke koji se pojavljuju na fotosenzitivnom filmu na temelju dvojne prirode svjetlosti, što postojeće teorije - koje svjetlost smatraju samo jednim svojstvom, bilo valom ili česticom - nisu mogle objasniti. Iako su slučajevi koji zadovoljavaju i uvjete neovisnosti i jedinstvenosti rijetki, oni postoje u povijesti znanosti. Stoga, „nova predviđanja“ – slučajevi koji zadovoljavaju i uvjete neovisnosti i uvjete jedinstvenosti – mogu poslužiti kao dovoljni uvjeti za procjenu da znanstvena teorija opisuje stvarnost.
Moj stav o znanstvenom nerealizmu je sljedeći. Znanstveni realizam i nerealizam mogu se promatrati kao usmjereni na različite aspekte znanstvenih teorija. Realizam naglašava prediktivnu moć znanosti, dok nerealizam naglašava objašnjavajuću moć znanstvenih teorija, tvrdeći da takva objašnjavajuća moć ne mora nužno izravno odgovarati stvarnosti. Međutim, znanstvene teorije pružaju izvrsna objašnjenja, a istovremeno omogućuju predviđanje. Znanstvene teorije nisu samo skup opisnih rečenica ili matematičkih propozicija; one posjeduju i objašnjavajuću moć u vezi sa svijetom postojanja i prediktivnu moć u vezi sa budućim pojavama. Ako bi pojmovi znanstvene teorije obavljali samo metaforičke funkcije ili ako bi objašnjenja koja nudi bila samo strukturni modeli, tada bi nestao i razlog da se ona naziva empirijskom znanošću. Kao što se vidi u novoj prediktivnoj teoriji koju smo ranije ispitali, uvjeti neovisnosti i jedinstvenosti mogu poslužiti kao kriteriji za procjenu prirode znanstvene teorije. Za razliku od rasprava o općem realizmu, u raspravi o znanstvenom realizmu obje strane se slažu oko postojanja samog objekta; točka spora leži u prirodi objašnjenja. Ako objašnjenje posjeduje moć jedinstvenog, novog predviđanja, to znači da se bavi stvarnošću.
Protuargumenti su također mogući protiv nerealista koji kao dokaz navode ponovljeno obaranje postojećih teorija u povijesti znanosti. Nerealisti tvrde da bi tvrdnje o stvarnosti trebale biti nepovratne, ali činjenica da je znanost prošla kroz višestruke revolucionarne promjene ne opravdava ovu tvrdnju. Čak i ako se okvir objašnjenja promijeni, činjenica da se znanstvene teorije odnose na samu stvarnost ostaje netaknuta. Na primjer, teorija flogistona više se ne prihvaća kao objašnjenje za izgaranje. Međutim, fenomen gubitka mase tijekom izgaranja koji je flogiston nastojao objasniti sada se objašnjava isparavanjem vodene pare i njezinim kemijskim spajanjem s kisikom. Moderna kemijska teorija isključuje staro, pogrešno objašnjenje, dok preciznije obuhvaća stvarnost na koju je fenomen ukazivao. Slično tome, Newtonova klasična mehanika više nije točna kada se brzina objekta približava brzini svjetlosti. Pa ipak, u svakodnevnim uvjetima većina objekata kreće se vrlo sporo u usporedbi s brzinom svjetlosti (v≪c), a pod tim uvjetima Newtonova mehanika se podrazumijeva kao poseban slučaj teorije relativnosti putem Lorentzove transformacije. Svijet opisan Newtonovom mehanikom može se shvatiti ne kao puka apstrakcija, već kao dio stvarnosti ili kao trodimenzionalna aproksimacija četverodimenzionalnog prostor-vremena. To jest, znanstvene teorije pružaju djelomično istinite intuicije o stvarnosti, a kroz znanstveni napredak postupno se približavamo stvarnosti.
Druga tvrdnja nerealista - ograničenja ljudskog iskustva i nepotpunost kognitivnih sposobnosti - također se suočava s kritikama. Ekstremni relativizam ili skepticizam ne mogu zamijeniti znanost. Čak se i ekstremni relativisti oslanjaju na racionalnost i razum u svakodnevnom životu. Tvrdnja da su svi sustavi vjerovanja relativni ili neusporedivi graniči s izbjegavanjem provjere i teško da je pošten argument. Na samom početku rasprave o znanstvenom realizmu, postojanje promatranog objekta, mogućnost objašnjenja i mogućnost predviđanja već su pretpostavljeni. Naravno, prevladavajuće znanstvene teorije ili psihološko stanje promatrača mogu utjecati na dizajn eksperimenta i prikupljanje podataka. Ipak, sam pokušaj pristupanja stvarnosti promatranjem i eksperimentiranjem inherentna je karakteristika znanosti. Znanstvene teorije prolaze kroz globalne procese provjere kako bi se utvrdila njihova strogost. Čak i ako im nedostaju čisti deduktivni sustavi matematike ili logike, one progresivno pristupaju istini i stvarnosti kroz iskustvo.
Na temelju ove rasprave, možemo ispitati Hawkingovu teoriju crne rupe kao slučaj koji se suočio s kritikama znanstvenih nerealista kao puku konstruiranu teoriju. Prema nerealistima, Hawkingova teorija crne rupe i teorija kvantne gravitacije ne bave se stvarnošću; one su samo matematički uređaji uvedeni kako bi objasnili kretanje svemira. Međutim, Hawkingova kozmička teorija može se smatrati da se bavi stvarnim objektima kada se prosuđuje prema novom kriteriju predviđanja koji je predložio Replen. Naime, crne rupe formiraju izuzetno jako gravitacijsko polje apsorbirajući masu, stvarajući područje iz kojeg čak ni svjetlost ne može pobjeći. Ova granica naziva se rub crne rupe ili horizont događaja. Prema Hawkingovoj teoriji, kvantni efekti u blizini horizonta događaja uzrokuju slabu emisiju energije, poznatu kao Hawkingovo zračenje. Ovo zračenje je izuzetno slabo i javlja se na velikim udaljenostima, što ga čini izuzetno teškim za promatranje trenutnom tehnologijom. Međutim, ako eksperimentalna fizika, uključujući tehnologiju radio detekcije, dovoljno napreduje ili ako se oprema sposobna za detekciju Hawkingovog zračenja uspostavi u svemiru izvan Zemlje, Hawkingova teorija crne rupe mogla bi se empirijski provjeriti. Nadalje, Hawkingova teorija može teoretski zaključiti oblik i distribuciju ovog zračenja, zadovoljavajući uvjet neovisnosti. Štoviše, očekuje se da Hawkingovo zračenje sadrži informacije vezane uz formiranje zvijezde prije njezine apsorpcije od strane crne rupe. Ne postoji nijedna druga teorija osim Hawkingove koja može interpretirati ove informacije. To zadovoljava uvjet jedinstvenosti. Stoga se Hawkingova teorija crne rupe može smatrati novom teorijom koja zadovoljava i uvjet neovisnosti i uvjet jedinstvenosti. Iako je činjenica da se eksperimentalna oprema za izravnu provjeru ovih predviđanja nije pojavila tijekom Hawkingovog života zasebno pitanje, činjenica da ova teorija omogućuje nova predviđanja ne može se poreći. Stoga se Hawkingova teorija crne rupe može procijeniti kao teorija koja se bavi stvarnošću. Čak i ako nije potpuna teorija crnih rupa, postojanje entiteta koji emitira energiju u svemiru je barem neporecivo.
Zaključno, kroz Hawkingovo glavno istraživačko postignuće - teoriju crnih rupa - možemo razumno zaključiti da u svemiru postoje entiteti povezani s kvantnom gravitacijom. Znanstveni napredak će postupno otkrivati tu stvarnost, vodeći ljudsko razumijevanje do dubljih i sofisticiranijih razina. Znanstvenike možemo promatrati ne kao bića koja lutaju u snovima, već kao one koji pristupaju stvarnosti kroz nesavršeno, ali ipak akumulirano znanje.
