Šajā emuāra ierakstā tiek pētīts, vai zinātniskās teorijas var pārsniegt vienkāršus skaidrojumus un kļūt par realitātes aprakstiem, koncentrējoties uz Stīvena Hokinga melnā cauruma teoriju zinātniskā reālisma debašu ietvaros.
Džuandzi tauriņu stāstā, kas pazīstams kā "Tauriņu sapnis", Džuandzi, kļuvis par tauriņu, nespēja atšķirt, vai viņš sapņo vai patiesi eksistē realitātē. Šis ir aizraujošs domu eksperiments no klasiskās literatūras. Kristofera Nolana filma "Sākums" līdzīgi risinās ap tēmu "sapņi sapņos", iemantojot milzīgu popularitāti Korejā, piesaistot aptuveni 5.9 miljonus skatītāju. Tādējādi jautājums par to, vai pieredze, ko mēs redzam un piedzīvojam, ir patiesi reāla, jau sen ir bijis filozofisko debašu, ko dēvē par filozofisko reālismu, galvenais temats. Zinātnes jomā ir risinājušās līdzīgas debates par zinātnisko reālismu, koncentrējoties uz rūpīgu zinātnisko teoriju būtības un statusa izpēti.
Mūsdienās tādas augsti attīstītas zinātnes kā fizika, bioloģija un ķīmija pēta priekšmetus, kas sniedzas tālu aiz cilvēka maņu tieši uztveramās jomas — sākot ar Visuma rašanos un beidzot ar spēkiem, kas darbojas atomos. Tātad, vai objekti, kurus mēs nevaram tieši novērot, piemēram, elektroni, DNS un melnie caurumi, patiešām eksistē? Šeit svarīgi atzīmēt, ka zinātniskais reālisms, atšķirībā no universālā reālisma, kas tiek apspriests filozofijā kopumā, jau kā dotu faktu pieņem, ka novērotais objekts un uztvertā eksistence patiešām eksistē.
Savā nesen tulkotajā un publicētajā autobiogrāfijā “Mana īsā vēsture” teorētiskais fiziķis Stīvens Hokings pats minēja, ka viņa pētījumi, visticamāk, nenodrošinās viņam Nobela prēmiju viņa dzīves laikā. Tas ir tāpēc, ka viņa fiziskā invaliditāte liedza viņam tieši piedalīties eksperimentālajā fizikā, un viņa galvenajiem pētījumu objektiem — melnajiem caurumiem un kvantu gravitācijas teorijai — piemīt daba, kas apgrūtina eksperimentālu pārbaudi tuvākajā nākotnē. Nobela prēmija fizikā principā tiek piešķirta tikai par sasniegumiem, kurus var pārbaudīt vai novērot eksperimentējot. Šis raksts, kas balstīts uz šo kritisko perspektīvu, tiecas izpētīt, vai zinātniskās teorijas ir tikai labi konstruēti rīki parādību izskaidrošanai vai arī tās var saprast kā realitātes aprakstus, koncentrējoties uz Hokinga teorijām. Vai zinātnieki, piemēram, Džuandzi, kurš sapņoja, ka ir tauriņš, tikai lido sapnī, vai arī viņi patiesībā sper soļus pretī patiesībai?
Zinātniskais reālisms apgalvo, ka zinātnes pētītie objekti patiesībā pastāv. Saskaņā ar šo nostāju zinātniskās teorijas ļauj mums atšķirt patiesību no meliem, un cēlonis, kas rada šādus rezultātus, atrodas reālā pasaulē ārpus cilvēka prāta. Citiem vārdiem sakot, zinātnes mērķis ir sniegt burtiski patiesu skaidrojumu par to, kāda ir pasaule. Galvenais arguments, ko bieži izvirza reālisti, ir "brīnuma arguments". Brīnuma arguments atbilst šādai loģiskai struktūrai: pirmkārt, zinātnisko teoriju attīstība ir ļāvusi izdarīt daudzas prognozes, kas agrāk bija neiespējamas. Otrkārt, šos zinātnes panākumus nevar sasniegt, tikai izskaidrojot novērotos rezultātus pēc fakta. Treškārt, ja zinātniskās teorijas būtu tikai skaidrojoši rīki, šādu atkārtotu precīzu prognožu fenomens būtu jāuzskata par brīnumainu. Tomēr pieņēmums, ka brīnumi notiek nepārtraukti katrā jomā, ir nepamatots. Ceturtkārt, tāpēc zinātniskās teorijas ir jāsaprot nevis kā tikai skaidrojoši rīki, bet gan kā realitātes apraksti. Piemēru ir daudz, piemēram, augsti integrētu pusvadītāju ražošana, pamatojoties uz elektronu teoriju, un jaunu zāļu izstrāde, pamatojoties uz DNS un šūnu procesu teorijām.
Turpretī zinātniskais nereālisms uzskata zinātniskās teorijas tikai par empīriski adekvātām. Nereālisti piedāvā savu brīnuma argumenta kritiku un apgalvo, ka daudzi vēsturiski piemēri apstiprina viņu nostāju. Spilgts piemērs ir flogistona teorija. Agrāk sadegšanas process tika saprasts kā daļiņu, ko sauc par flogistonu, emisija. Kad sadedzināms objekts tika novietots uz svariem un aizdedzināts, pēc sadegšanas tika novērota objekta svara samazināšanās. Flogistona teorija parādījās, lai izskaidrotu šo parādību. Tomēr mūsdienās flogistona teorija ir acīmredzami nederīga. Tāpēc "flogistona" jēdziens nepastāv, un zinātniskās teorijas darbojas tikai kā instrumenti parādību skaidrošanai, saskaņā ar nereālistu viedokli. Līdzīgi teorija, ka gaisma izplatās caur ētera vidi, savulaik ieņēma dominējošu pozīciju, sniedzot noderīgus skaidrojumus un intuīciju viļņu-daļiņu dualitātes debatēs. Tomēr tagad ir zinātniski pierādīts fakts, ka starp Sauli un Zemi nepastāv ēters. Tāpēc arī "ēteris" nepastāv. Tādējādi antireālistu galvenā nostāja ir tāda, ka teorijas augstā skaidrojošā jauda negarantē tās patiesumu. Antireālisti arī norāda, ka arguments no brīnuma pieļauj kļūdu, apgalvojot secīgo. Tas ir, ja apgalvojums “Ja p, tad q” ir patiess, no tā ne vienmēr izriet, ka apgalvojums “Ja q, tad p” arī ir patiess. Induktīvā spriešana ir pakļauta šai kļūdai, atvasinot vispārīgus apgalvojumus no novērotiem gadījumiem. Daži antireālisti arī uzskata, ka zinātniskus apgalvojumus var tikai apgāzt, nevis galu galā apstiprināt kā patiesus.
Reaģējot uz šīm kritikām, zinātnisko reālismu var aizstāvēt stingrāk, pamatojoties uz Leplina teoriju. Leplins ierosināja "jaunu prognožu teoriju". Ir skaidrs, ka pats fakts, ka ir iespējams sniegt post-hoc skaidrojumu, nevar pilnībā attaisnot reālismu. Tomēr, ja tiek izteiktas "jaunas" prognozes, kas pārsniedz parasto līmeni, attiecīgā zinātniskā teorija jāuzskata par daļēji vai aptuveni patiesu. Spilgts piemērs ir gaismas lieces gravitācijas ietekmē parādība, ko paredzēja Einšteina vispārīgā relativitātes teorija. Ņūtona mehānika, kuras pamatā bija gaismas daļiņu daba, nevarēja izskaidrot šo parādību, pamatojoties uz gaismas ātruma nemainīguma principu. Turpretī Einšteina vispārīgā relativitātes teorija ieviesa jaunu laiktelpas jēdzienu, kas ļāva teorētiski paredzēt šo parādību. Šī prognoze vēlāk tika pārbaudīta ar eksperimentiem, mērot zvaigžņu gaismas novirzes leņķi, kas novērots ap Sauli pilnīgas Saules aptumsuma laikā. Vēl viens jaunas prognozes piemērs ir Frenela difrakcijas eksperiments. Intensīvo debašu laikā par gaismas viļņu-daļiņu dualitāti Frenels izstrādāja eksperimentu, kurā gaisma caur dubultu spraugu nonāca tumšā kastē. Rezultāts bija spilgts punkts gaismjutīgās filmas centrā kopā ar difrakcijas rakstiem. Šo parādību nevarēja izskaidrot ar esošajām optiskajām teorijām, un to varēja precīzi iepriekš paredzēt tikai ar Frenela teoriju. Vismaz tad, kad zinātniskā teorija piedāvā jaunas prognozes, kas pārsniedz parastos skaidrojumus, ir pamatoti uzskatīt, ka šī teorija attiecas uz reālām vienībām.
Turklāt ir nepieciešams noteikt universālāku "jaunuma" standartu. Saskaņā ar Čoi Song-ho (2006) teikto, spēcīga novitātes kritēriji ir šādi. Pirmkārt, pastāv neatkarības nosacījums: novērojumam jābūt secināmam, izmantojot tikai šo konkrēto zinātnisko teoriju. Otrkārt, unikalitātes nosacījums prasa, lai tajā laikā tikai šī zinātniskā teorija varētu sniegt pārliecinošu pamatu prognozei. Einšteina gaismas laušana un iepriekš minētais Frenela tumšās kastes eksperiments atbilst abiem nosacījumiem. Einšteins varēja secināt gaismas laušanu Saules gravitācijas ietekmē, izmantojot savu relativitātes teoriju, ko tā laika Ņūtona mehānika nespēja izskaidrot. Arī Frenels varēja secināt uz gaismjutīgas filmas redzamos modeļus, pamatojoties uz gaismas duālo dabu, ko esošās teorijas, kas uzskatīja, ka gaismai piemīt tikai viena īpašība - vai nu vilnis, vai daļiņa, - nevarēja izskaidrot. Lai gan gadījumi, kas atbilst gan neatkarības, gan unikalitātes nosacījumiem, ir reti, tie pastāv zinātnes vēsturē. Tāpēc “jaunas prognozes” — gadījumi, kas atbilst gan neatkarības, gan unikalitātes nosacījumiem — var kalpot par pietiekamiem nosacījumiem, lai spriestu, ka zinātniskā teorija apraksta realitāti.
Mana nostāja par zinātnisko nereālismu ir šāda. Zinātnisko reālismu un nereālismu var uzskatīt par koncentrēšanos uz dažādiem zinātnisko teoriju aspektiem. Reālisms uzsver zinātnes paredzēšanas spēku, savukārt nereālisms uzsver zinātnisko teoriju skaidrojošo spēku, apgalvojot, ka šāda skaidrojošā spēja ne vienmēr tieši atbilst realitātei. Tomēr zinātniskās teorijas sniedz izcilus skaidrojumus, vienlaikus ļaujot paredzēt. Zinātniskās teorijas nav tikai aprakstošu teikumu vai matemātisku apgalvojumu kopumi; tām piemīt gan skaidrojoša spēja attiecībā uz eksistences pasauli, gan paredzēšanas spēja attiecībā uz nākotnes parādībām. Ja zinātniskās teorijas termini pildītu tikai metaforiskas funkcijas vai ja tās piedāvātie skaidrojumi būtu tikai strukturāli modeļi, tad arī iemesls to saukt par empīrisku zinātni izzustu. Kā redzams iepriekš aplūkotajā jaunajā paredzēšanas teorijā, neatkarības un unikalitātes nosacījumi var kalpot kā kritēriji zinātniskās teorijas būtības novērtēšanai. Atšķirībā no vispārējā reālisma debatēm, zinātniskā reālisma debatēs abas puses vienojas par paša objekta esamību; strīda punkts ir skaidrojuma būtība. Ja skaidrojumam piemīt unikālas, jaunas paredzēšanas spēks, tas nozīmē, ka tas ir saistīts ar realitāti.
Ir iespējami arī pretargumenti pret nereālistiem, kuri kā pierādījumu min atkārtotu esošo teoriju apgāšanu zinātnes vēsturē. Nereālisti apgalvo, ka apgalvojumiem par realitāti jābūt neatgriezeniskiem, taču fakts, ka zinātne ir piedzīvojusi vairākas revolucionāras pārmaiņas, šo apgalvojumu neattaisno. Pat ja mainās skaidrojošais ietvars, fakts, ka zinātniskās teorijas atsaucas uz pašu realitāti, paliek neskarts. Piemēram, flogistona teorija vairs netiek pieņemta kā degšanas skaidrojums. Tomēr masas zuduma parādība degšanas laikā, ko flogistons centās izskaidrot, tagad tiek izskaidrota ar ūdens tvaiku iztvaikošanu un to ķīmisko savienošanos ar skābekli. Mūsdienu ķīmiskā teorija izslēdz veco, kļūdaino skaidrojumu, vienlaikus precīzāk aptverot realitāti, uz kuru šī parādība norādīja. Līdzīgi Ņūtona klasiskā mehānika vairs nav precīza, kad objekta ātrums tuvojas gaismas ātrumam. Tomēr ikdienas apstākļos lielākā daļa objektu pārvietojas ļoti lēni, salīdzinot ar gaismas ātrumu (v≪c), un šādos apstākļos Ņūtona mehānika tiek uzskatīta par relativitātes teorijas īpašu gadījumu, izmantojot Lorenca transformāciju. Ņūtona mehānikas aprakstīto pasauli var saprast nevis kā vienkāršu abstrakciju, bet gan kā realitātes daļu vai kā četrdimensiju laiktelpas trīsdimensiju aproksimāciju. Tas nozīmē, ka zinātniskās teorijas sniedz daļēji patiesas intuīcijas par realitāti, un, pateicoties zinātnes progresam, mēs pakāpeniski tuvojamies realitātei.
Arī nereālista otrs apgalvojums — cilvēka pieredzes ierobežojumi un kognitīvo spēju nepilnīgums — saskaras ar kritiku. Galējs relatīvisms vai skepticisms nevar aizstāt zinātni. Pat galēji relatīvisti ikdienas dzīvē paļaujas uz racionalitāti un saprātu. Apgalvojums, ka visas uzskatu sistēmas ir relatīvas vai nesalīdzināmas, robežojas ar verifikācijas apiešanu un diez vai ir taisnīgs arguments. Jau pašā zinātniskā reālisma debašu sākumpunktā tiek pieņemta novērotā objekta esamība, skaidrojuma iespējamība un prognozēšanas iespējamība. Protams, valdošās zinātniskās teorijas vai novērotāja psiholoģiskais stāvoklis var ietekmēt eksperimenta dizainu un datu vākšanu. Tomēr pats mēģinājums tuvoties realitātei, izmantojot novērošanu un eksperimentēšanu, ir zinātnes neatņemama iezīme. Zinātniskās teorijas iziet globālus verifikācijas procesus, lai pierādītu to stingrību. Pat ja tām trūkst tīru deduktīvās matemātikas vai loģikas sistēmu, tās pakāpeniski tuvojas patiesībai un realitātei, izmantojot pieredzi.
Balstoties uz šo diskusiju, mēs varam aplūkot Hokinga melnā cauruma teoriju kā gadījumu, kas ir saskāries ar zinātnieku nereālistu kritiku kā tikai konstruēta teorija. Pēc nereālistu domām, Hokinga melnā cauruma teorija un kvantu gravitācijas teorija neattiecas uz realitāti; tās ir tikai matemātiskas ierīces, kas ieviestas, lai izskaidrotu Visuma kustību. Tomēr Hokinga kosmisko teoriju var uzskatīt par tādu, kas attiecas uz reāliem objektiem, vērtējot to pret Replena piedāvāto jauno prognozēšanas kritēriju. Konkrēti, melnie caurumi veido ārkārtīgi spēcīgu gravitācijas lauku, absorbējot masu, radot reģionu, no kura pat gaisma nevar izkļūt. Šo robežu sauc par melnā cauruma malu jeb notikumu horizontu. Saskaņā ar Hokinga teoriju kvantu efekti notikumu horizonta tuvumā izraisa vāju enerģijas emisiju, kas pazīstama kā Hokinga starojums. Šis starojums ir ārkārtīgi vājš un rodas lielos attālumos, tāpēc to ir ārkārtīgi grūti novērot ar pašreizējām tehnoloģijām. Tomēr, ja eksperimentālā fizika, tostarp radio detektēšanas tehnoloģija, pietiekami attīstīsies vai ja kosmosā ārpus Zemes tiks izveidotas iekārtas, kas spēj noteikt Hokinga starojumu, Hokinga melnā cauruma teoriju varētu empīriski pārbaudīt. Turklāt Hokinga teorija teorētiski var secināt šī starojuma formu un sadalījumu, apmierinot neatkarības nosacījumu. Turklāt tiek sagaidīts, ka Hokinga starojums saturēs informāciju, kas saistīta ar zvaigznes veidošanos pirms tās absorbcijas melnajā caurumā. Nav citas teorijas, izņemot Hokinga teoriju, kas varētu interpretēt šo informāciju. Tas apmierina unikalitātes nosacījumu. Tāpēc Hokinga melnā cauruma teoriju var uzskatīt par jaunu prognožu piedāvājumu, kas atbilst gan neatkarības, gan unikalitātes nosacījumiem. Lai gan fakts, ka Hokinga dzīves laikā netika parādīts eksperimentāls aprīkojums, lai tieši pārbaudītu šīs prognozes, ir atsevišķs jautājums, fakts, ka šī teorija ļauj izteikt jaunas prognozes, nevar noliegt. Tāpēc Hokinga melnā cauruma teoriju var vērtēt kā teoriju, kas aplūko realitāti. Pat ja tā nav pilnīga melno caurumu teorija, enerģijas izstarojoša objekta esamība kosmosā ir vismaz nenoliedzama.
Noslēgumā jāsaka, ka, balstoties uz Hokinga galveno pētījumu sasniegumu — melno caurumu teoriju —, mēs varam pamatoti secināt, ka Visumā pastāv ar kvantu gravitāciju saistītas būtnes. Zinātniskais progress pakāpeniski atklās šo realitāti, novedot cilvēka izpratni dziļākā un sarežģītākā līmenī. Zinātniekus var uzskatīt nevis par būtnēm, kas klejo sapņos, bet gan par tiem, kas tuvojas realitātei caur nepilnīgām, tomēr uzkrājošām zināšanām.
