Ez a blogbejegyzés azt vizsgálja, hogy a tudományos elméletek túlléphetnek-e a puszta magyarázaton, és a valóság leírásává válhatnak-e, Stephen Hawking fekete lyuk elméletére összpontosítva a tudományos realizmus vitáján belül.
Zhuangzi pillangós történetében, a Pillangóálomban Zhuangzi, miután pillangóvá változott, nem tudta megkülönböztetni, hogy álmodik-e, vagy valóban a valóságban létezik. Ez egy lenyűgöző gondolatkísérlet a klasszikus irodalomból. Christopher Nolan „Eredet” című filmje hasonlóképpen az „álmok az álmokban” témája köré épül, és hatalmas népszerűségre tett szert Koreában, mivel körülbelül 5.9 millió nézőt vonzott. Így az a kérdés, hogy a látott és átélt élményeink valóban valóságosak-e, régóta a filozófiai vita központi témája, amelyet filozófiai realizmusnak neveznek. A tudomány birodalmán belül hasonló vita bontakozott ki a tudományos realizmusról, amely a tudományos elméletek természetének és státuszának alapos vizsgálatára összpontosít.
Napjainkban az olyan fejlett tudományok, mint a fizika, a biológia és a kémia, az emberi érzékszervekkel közvetlenül érzékelhető tartományon messze túlmutató témákat vizsgálnak – a világegyetem születésétől az atomokban működő erőkig. Tehát valóban léteznek olyan tárgyak, amelyeket közvetlenül nem tudunk megfigyelni, mint például az elektronok, a DNS és a fekete lyukak? Fontos megjegyezni, hogy a tudományos realizmus, ellentétben az általánosan a filozófiában tárgyalt univerzális realizmussal, már adott tényként feltételezi, hogy a megfigyelt tárgy és az érzékelt létezés létezik.
Nemrégiben lefordított és megjelent önéletrajzában, a „Rövid történetem”-ben maga Stephen Hawking elméleti fizikus is megemlítette, hogy kutatásai valószínűleg nem eredményeztek számára Nobel-díjat életében. Ez azért van, mert fizikai fogyatékossága megakadályozta abban, hogy közvetlenül részt vegyen a kísérleti fizikában, és elsődleges kutatási alanyai – a fekete lyukak és a kvantumgravitációs elmélet – olyan természettel rendelkeznek, amely megnehezíti a kísérleti igazolást a közeljövőben. A fizikai Nobel-díjat elvileg csak olyan eredményekért ítélik oda, amelyeket kísérletezéssel lehet igazolni vagy megfigyelni. Ez a cikk, amely erre a kritikai perspektívára épül, azt vizsgálja, hogy a tudományos elméletek csupán jól felépített eszközök-e a jelenségek magyarázatára, vagy a valóság leírásaként is értelmezhetők, Hawking elméleteire összpontosítva. Vajon a tudósok, mint Zhuangzi, aki azt álmodta, hogy pillangó, csupán repülnek egy álomban, vagy valóban lépéseket tesznek az igazság felé?
A tudományos realizmus azt állítja, hogy a tudomány által vizsgált tárgyak valóban léteznek. Ezen álláspont szerint a tudományos elméletek lehetővé teszik számunkra az igazság és a hamisság megkülönböztetését, és az ilyen eredményeket előidéző ok az emberi elmén kívüli valós világban rejlik. Más szóval, a tudomány célja, hogy szó szerint igaz beszámolót adjon arról, hogy milyen a világ. A realisták által gyakran felhozott központi érv a „csodaérv”. A csodaérv a következő logikai struktúrát követi: Először is, a tudományos elméletek fejlődése számos olyan jóslatot tett lehetővé, amelyek a múltban lehetetlenek voltak. Másodszor, a tudománynak ez a sikere nem érhető el pusztán a megfigyelt eredmények utólagos magyarázatával. Harmadszor, ha a tudományos elméletek pusztán magyarázó eszközök lennének, az ilyen ismétlődő pontos jóslatok jelenségét csodának kellene tekinteni. Az a feltételezés azonban, hogy a csodák folyamatosan előfordulnak minden területen, ésszerűtlen. Negyedszer, ezért a tudományos elméleteket nem pusztán magyarázó eszközökként, hanem a valóság leírásaként kell értelmezni. Példák bőven vannak, például az elektronelméleten alapuló, nagymértékben integrált félvezetők gyártása, valamint a DNS- és sejtfolyamatok elméletein alapuló új gyógyszerek fejlesztése.
Ezzel szemben a tudományos nonrealizmus a tudományos elméleteket csupán empirikusan adekvátnak tekinti. A nem realisták saját kritikájukat fogalmazzák meg a csodaérvvel szemben, és számos történelmi példát állítanak, amelyek alátámasztják álláspontjukat. Erre kiváló példa a flogiszton-elmélet. A múltban az égési folyamatot flogisztonnak nevezett részecskék kibocsátásaként értették. Amikor egy elégetendő tárgyat mérlegre helyeztek és meggyújtottak, az égés után a tárgy súlyának csökkenését figyelték meg. A flogiszton-elmélet ennek a jelenségnek a magyarázatára született. Ma azonban a flogiszton-elmélet egyértelműen érvénytelen. Ezért a „flogiszton” fogalma nem létezik, és a tudományos elméletek csupán eszközökként szolgálnak a jelenségek magyarázatára a nem realisták szerint. Hasonlóképpen, az az elmélet, hogy a fény éteres közegben terjed, egykor domináns pozícióban volt, hasznos magyarázatokat és intuíciót nyújtva a hullám-részecske dualitás vitájában. Ma már azonban tudományosan megalapozott tény, hogy a Nap és a Föld között nem létezik éter. Ezért az „éter” sem létezik. Így az antirealisták alapvető álláspontja az, hogy egy elmélet magas magyarázó ereje nem garantálja az igazságát. Az antirealisták azt is kiemelik, hogy a csodából származó érvelés a következmény állításának tévedését követi el. Vagyis, ha a „Ha p, akkor q” állítás igaz, akkor nem feltétlenül következik, hogy a „Ha q, akkor p” állítás is igaz. Az induktív gondolkodás hajlamos erre a tévedésre, amikor megfigyelt esetekből vezet le általános állításokat. Egyes antirealisták azt is állítják, hogy a tudományos állításokat csak cáfolni lehet, de végső soron nem lehet megerősíteni igazként.
Válaszul ezekre a kritikákra, a tudományos realizmus szigorúbban védhető Leplin elméletére alapozva. Leplin az „újszerű jóslatok elméletét” javasolta. Nyilvánvaló, hogy pusztán az a tény, hogy képesek vagyunk utólagos magyarázatot adni, nem igazolhatja teljes mértékben a realizmust. Amikor azonban a szokásos szintet meghaladó „újszerű” jóslatok születnek, a szóban forgó tudományos elméletet részben vagy megközelítőleg igaznak kell tekinteni. Erre kiváló példa a gravitáció általi fényhajlítás jelensége, amelyet Einstein általános relativitáselmélete jósolt meg. A fény részecsketermészetén alapuló newtoni mechanika nem tudta megmagyarázni ezt a jelenséget a fénysebesség állandóságának elve alapján. Ezzel szemben Einstein általános relativitáselmélete bevezette a téridő új fogalmát, lehetővé téve a jelenség elméleti előrejelzését. Ezt az előrejelzést később kísérletekkel igazolták, amelyek a teljes napfogyatkozás során a Nap körül megfigyelt csillagfény eltérítési szögét mérték. Az újszerű előrejelzés egy másik példája Fresnel diffrakciós kísérlete. A fény hullám-részecske kettősségéről folytatott heves vita során Fresnel egy kísérletet tervezett, amelyben a fény egy kettős résen keresztül egy sötét dobozba jutott. Az eredmény egy fényes folt lett a fényérzékeny film közepén, diffrakciós mintázatokkal együtt. Ez a jelenség nem magyarázható a meglévő optikai elméletekkel, és csak Fresnel elmélete alapján jósolható meg pontosan előre. Legalábbis amikor egy tudományos elmélet olyan újszerű előrejelzéseket kínál, amelyek túlmutatnak a szokásos magyarázatokon, ésszerű úgy tekinteni, hogy az elmélet valós entitásokkal foglalkozik.
Továbbá szükséges egy univerzálisabb mércét megállapítani az „újdonság” fogalmára. Choi Seong-ho (2006) szerint az erős újdonság kritériumai a következők. Először is, ott van a függetlenség feltétele: a megfigyelésnek csak az adott tudományos elmélet alapján kell levezethetőnek lennie. Másodszor, az egyediség feltétele megköveteli, hogy az adott időpontban csak az a tudományos elmélet nyújthasson meggyőző alapot a jóslathoz. Einstein fénytörése és Fresnel korábban említett sötétdoboz-kísérlete mindkét feltételnek megfelel. Einstein a relativitáselmélete révén kikövetkeztethette a fény Nap gravitációja általi törését, amit a newtoni mechanika akkoriban nem tudott megmagyarázni. Fresnel is kikövetkeztethette a fényérzékeny filmen megjelenő mintázatokat a fény kettős természete alapján, amit a meglévő elméletek – amelyek a fényt csak egyetlen tulajdonsággal, hullámmal vagy részecskével rendelkezőnek tekintették – nem tudtak figyelembe venni. Bár a függetlenségi és az egyediségi feltételeknek egyaránt megfelelő esetek ritkák, a tudománytörténetben léteznek ilyenek. Ezért az „újszerű predikciók” – olyan esetek, amelyek kielégítik mind a függetlenségi, mind az egyediségi feltételeket – elegendő feltételekként szolgálhatnak annak megítéléséhez, hogy egy tudományos elmélet leírja a valóságot.
A tudományos nonrealizmussal kapcsolatos álláspontom a következő. A tudományos realizmus és a nonrealizmus a tudományos elméletek különböző aspektusaira összpontosító elméletekként tekinthető. A realizmus a tudomány prediktív erejét hangsúlyozza, míg a nonrealizmus a tudományos elméletek magyarázó erejét hangsúlyozza, azzal érvelve, hogy ez a magyarázó erő nem feltétlenül felel meg közvetlenül a valóságnak. A tudományos elméletek azonban kiváló magyarázatokat adnak, miközben egyidejűleg lehetővé teszik az előrejelzést. A tudományos elméletek nem pusztán leíró mondatok vagy matematikai állítások gyűjteményei; rendelkeznek mind magyarázó erővel a létezés világára vonatkozóan, mind prediktív erővel a jövőbeli jelenségekre vonatkozóan. Ha egy tudományos elmélet kifejezései csak metaforikus funkciókat töltenének be, vagy ha az általa kínált magyarázatok csupán strukturális modellek lennének, akkor az ok arra, hogy empirikus tudománynak nevezzük, szintén eltűnne. Amint azt a korábban vizsgált újszerű prediktív elmélet esetében láthattuk, a függetlenség és az egyediség feltételei kritériumként szolgálhatnak egy tudományos elmélet természetének megítéléséhez. Az általános realizmus vitáival ellentétben a tudományos realizmus vitájában mindkét fél egyetért magának a tárgynak a létezésében; a vitapont a magyarázat természetében rejlik. Ha a magyarázat egyedi, újszerű predikció erejével rendelkezik, az azt jelzi, hogy a valósággal foglalkozik.
Ellenérvek is felhozhatók a nem realistákkal szemben, akik a tudománytörténetben létező elméletek ismételt megdöntését hozzák fel bizonyítékként. A nem realisták azt állítják, hogy a valóságról szóló állításoknak visszafordíthatatlanoknak kell lenniük, de az a tény, hogy a tudomány számos forradalmi változáson ment keresztül, nem igazolja ezt az állítást. Még ha a magyarázó keret megváltozik is, az a tény, hogy a tudományos elméletek magára a valóságra vonatkoznak, változatlan marad. Például a flogiszton-elméletet már nem fogadják el az égés magyarázataként. Azonban az égés során bekövetkező tömegveszteség jelenségét, amelyet a flogiszton megpróbált megmagyarázni, ma már a vízgőz elpárolgásával és annak oxigénnel való kémiai egyesülésével magyarázzák. A modern kémiai elmélet kizárja a régi, hibás magyarázatot, miközben pontosabban magában foglalja azt a valóságot, amelyre a jelenség mutatott. Hasonlóképpen, a newtoni klasszikus mechanika már nem pontos, amikor egy tárgy sebessége megközelíti a fénysebességet. Mégis, mindennapi körülmények között a legtöbb tárgy nagyon lassan mozog a fénysebességhez képest (v≪c), és ilyen körülmények között a newtoni mechanikát a Lorentz-transzformáció révén a relativitáselmélet speciális esetének tekintik. A newtoni mechanika által leírt világ nem puszta absztrakcióként, hanem a valóság részeként, vagy a négydimenziós téridő háromdimenziós közelítéseként fogható fel. Vagyis a tudományos elméletek részben igaz intuíciókat nyújtanak a valóságról, és a tudományos fejlődés révén fokozatosan közeledünk a valósághoz.
A nemrealista másik állítása – az emberi tapasztalat korlátai és a kognitív képességek hiányosságai – szintén kritikával illeti. A szélsőséges relativizmus vagy szkepticizmus nem helyettesítheti a tudományt. Még a szélsőséges relativisták is a racionalitásra és az észszerűségre támaszkodnak a mindennapi életben. Az az állítás, hogy minden hitrendszer relatív vagy összehasonlíthatatlan, a verifikáció elkerülésével határos, és aligha tekinthető igazságos érvelésnek. A tudományos realizmus vitájának kiindulópontján már a megfigyelt tárgy létezése, a magyarázat lehetősége és a predikció lehetősége is előfeltételezett. Természetesen az uralkodó tudományos elméletek vagy a megfigyelő pszichológiai állapota befolyásolhatja a kísérleti tervezést és az adatgyűjtést. Mindazonáltal maga a valóság megfigyelésen és kísérletezésen keresztüli megközelítésének kísérlete a tudomány inherens jellemzője. A tudományos elméletek globális verifikációs folyamatokon mennek keresztül, hogy megalapozzák szigorúságukat. Még ha hiányoznak is belőlük a matematika vagy a logika tiszta deduktív rendszerei, a tapasztalaton keresztül fokozatosan közelítik meg az igazságot és a valóságot.
Ezen megbeszélés alapján Hawking fekete lyuk elméletét olyan esetként vizsgálhatjuk, amelyet a tudományos nem realisták kritikával illettek, mint pusztán konstruált elméletet. A nem realisták szerint Hawking fekete lyuk elmélete és kvantumgravitációs elmélete nem a valósággal foglalkozik; csupán matematikai eszközök, amelyeket az univerzum mozgásának magyarázatára vezettek be. Hawking kozmikus elmélete azonban valós tárgyakkal foglalkozónak tekinthető, ha a Replen által javasolt új predikciós kritériumhoz viszonyítjuk. Konkrétan a fekete lyukak rendkívül erős gravitációs teret hoznak létre a tömeg elnyelésével, létrehozva egy olyan területet, amelyből még a fény sem tud kijutni. Ezt a határt a fekete lyuk szélének, vagy eseményhorizontnak nevezzük. Hawking elmélete szerint az eseményhorizont közelében lévő kvantumhatások halvány energiakibocsátást okoznak, amelyet Hawking-sugárzásnak neveznek. Ez a sugárzás rendkívül gyenge, és nagy távolságokon fordul elő, ami rendkívül megnehezíti a megfigyelését a jelenlegi technológiával. Ha azonban a kísérleti fizika, beleértve a rádióérzékelési technológiát is, kellően fejlődik, vagy ha a Földön túli világűrben is létrehoznak a Hawking-sugárzás detektálására alkalmas berendezéseket, Hawking fekete lyuk elmélete empirikusan is igazolható. Továbbá Hawking elmélete elméletileg levezetheti a sugárzás formáját és eloszlását, kielégítve a függetlenségi feltételt. Továbbá, a Hawking-sugárzás várhatóan tartalmaz információt a csillag fekete lyuk általi elnyelése előtti kialakulásáról. Hawking elméletén kívül nem létezik más elmélet, amely értelmezni tudná ezt az információt. Ez kielégíti az egyediségi feltételt. Ezért Hawking fekete lyuk elmélete olyan újszerű előrejelzéseket tartalmazó elméletnek tekinthető, amelyek kielégítik mind a függetlenségi, mind az egyediségi feltételeket. Bár az a tény, hogy Hawking életében nem jelentek meg olyan kísérleti berendezések, amelyek közvetlenül ellenőriznék ezeket az előrejelzéseket, egy külön kérdés, az a tény, hogy ez az elmélet újszerű előrejelzéseket tesz lehetővé, nem tagadható. Ezért Hawking fekete lyuk elmélete a valósággal foglalkozó elméletként értékelhető. Még ha nem is a fekete lyukak teljes elmélete, egy energiát kibocsátó entitás létezése az űrben legalább tagadhatatlan.
Összefoglalva, Hawking fő kutatási eredményén – a fekete lyuk elméletén – keresztül ésszerűen arra következtethetünk, hogy a kvantumgravitációval kapcsolatos entitások léteznek az univerzumban. A tudományos fejlődés fokozatosan fel fogja tárni ezt a valóságot, az emberi megértést mélyebb és kifinomultabb szintre emelve. A tudósok nem álmokban bolyongó lényekként tekinthetők, hanem olyanokként, akik tökéletlen, mégis felhalmozódó tudáson keresztül közelítik meg a valóságot.
