Dette blogginnlegget undersøker om vitenskapelige teorier kan overskride ren forklaring til å bli beskrivelser av virkeligheten, med fokus på Stephen Hawkings teori om sorte hull innenfor debatten om vitenskapelig realisme.
I Zhuangzis sommerfuglhistorie, kjent som Sommerfugldrømmen, kunne Zhuangzi, etter å ha blitt en sommerfugl, ikke skille mellom om han drømte eller virkelig eksisterte i virkeligheten. Dette er et fascinerende tankeeksperiment fra klassisk litteratur. Christopher Nolans film «Inception» utfolder seg på lignende måte rundt temaet «drømmer i drømmer», og oppnådde enorm popularitet i Korea med omtrent 5.9 millioner seere. Dermed har spørsmålet om hvorvidt opplevelsene vi ser og gjennomgår virkelig er virkelige lenge vært et sentralt tema i filosofisk debatt, referert til som filosofisk realisme. Innen vitenskapens sfære har en lignende debatt om vitenskapelig realisme utfoldet seg, med fokus på en grundig undersøkelse av vitenskapelige teoriers natur og status.
I dag studerer høyt utviklede vitenskaper som fysikk, biologi og kjemi emner langt utenfor det som er direkte oppfattelig for menneskelige sanser – fra universets fødsel til kreftene som virker i atomer. Så, eksisterer objekter vi ikke kan observere direkte, som elektroner, DNA og sorte hull, virkelig? Et viktig poeng å merke seg her er at vitenskapelig realisme, i motsetning til den universelle realismen som diskuteres i filosofi generelt, allerede forutsetter som et gitt faktum at det observerte objektet og den oppfattede eksistensen eksisterer.
I sin nylig oversatte og publiserte selvbiografi, «My Brief History», nevnte den teoretiske fysikeren Stephen Hawking selv at forskningen hans sannsynligvis ikke ville vinne ham en nobelpris i løpet av hans levetid. Dette er fordi hans fysiske funksjonshemming hindret ham i å delta direkte i eksperimentell fysikk, og hans primære forskningsemner – sorte hull og kvantegravitasjonsteori – har en natur som gjør eksperimentell verifisering i nær fremtid vanskelig. Nobelprisen i fysikk tildeles i prinsippet kun for prestasjoner som kan verifiseres eller observeres gjennom eksperimentering. Denne artikkelen, basert på dette kritiske perspektivet, tar sikte på å undersøke om vitenskapelige teorier bare er velkonstruerte verktøy for å forklare fenomener, eller om de kan forstås som beskrivelser av virkeligheten, med fokus på Hawkings teorier. Flyr forskere, som Zhuangzi som drømte at han var en sommerfugl, bare i en drøm, eller tar de faktisk skritt mot sannheten?
Vitenskapelig realisme hevder at objektene som studeres av vitenskapen faktisk eksisterer. I følge denne posisjonen gjør vitenskapelige teorier oss i stand til å skille sannhet fra løgn, og årsaken til slike resultater ligger i en virkelig verden utenfor det menneskelige sinn. Med andre ord er vitenskapens formål å gi en bokstavelig sann beskrivelse av hvordan verden er. Et kjerneargument som ofte presenteres av realister er «mirakelargumentet». Mirakelargumentet følger denne logiske strukturen: For det første har utviklingen av vitenskapelige teorier muliggjort en rekke forutsigelser som var umulige tidligere. For det andre kan ikke denne vitenskapens suksess oppnås bare ved å forklare observerte resultater i etterkant. For det tredje, hvis vitenskapelige teorier bare var forklarende verktøy, måtte fenomenet med slike gjentatte nøyaktige forutsigelser betraktes som mirakuløst. Antagelsen om at mirakler skjer kontinuerlig på alle felt er imidlertid urimelig. For det fjerde må derfor vitenskapelige teorier forstås ikke bare som forklarende verktøy, men som beskrivelser av virkeligheten. Eksempler florerer, som å produsere svært integrerte halvledere basert på elektronteori og utvikle nye legemidler basert på teorier om DNA og cellulære prosesser.
I motsetning til dette ser vitenskapelig ikke-realisme på vitenskapelige teorier som kun empirisk adekvate. Ikke-realister tilbyr sin egen kritikk av mirakelargumentet og hevder at en rekke historiske eksempler støtter deres posisjon. Et godt eksempel er flogistonteorien. Tidligere ble forbrenningsprosessen forstått som utslipp av partikler kalt flogiston. Når en gjenstand som skulle brennes ble plassert på en vekt og antent, ble det observert en reduksjon i gjenstandens vekt etter forbrenning. Flogistonteorien dukket opp for å forklare dette fenomenet. I dag er imidlertid flogistonteorien klart ugyldig. Derfor eksisterer ikke konseptet «flogiston», og vitenskapelige teorier fungerer bare som verktøy for å forklare fenomener, ifølge ikke-realister. På samme måte hadde teorien om at lys forplanter seg gjennom et etermedium en gang en dominerende posisjon, og ga nyttige forklaringer og intuisjon i debatten om bølge-partikkel-dualitet. Imidlertid er det nå et vitenskapelig etablert faktum at det ikke finnes noen eter mellom solen og jorden. Derfor eksisterer heller ikke «eter». Dermed er kjerneposisjonen til antirealister at en teoris høye forklaringskraft ikke garanterer dens sannhet. Antirealister påpeker også at argumentet fra mirakel begår feilslutningen ved å bekrefte konsekvensen. Det vil si at hvis påstanden «Hvis p, så q» er sann, følger det ikke nødvendigvis at påstanden «Hvis q, så p» også er sann. Induktiv resonnering er utsatt for denne feilslutningen når man utleder generelle påstander fra observerte tilfeller. Noen antirealister hevder også at vitenskapelige påstander bare kan falsifiseres, ikke til slutt bekreftes som sanne.
Som svar på denne kritikken kan vitenskapelig realisme forsvares strengere basert på Leplins teori. Leplin foreslo «teorien om nye prediksjoner». Det er tydelig at det å kunne gi en post-hoc-forklaring ikke fullt ut kan rettferdiggjøre realisme. Når «nye» prediksjoner utover det vanlige nivået gjøres, bør imidlertid den aktuelle vitenskapelige teorien anses som delvis eller tilnærmet sann. Et godt eksempel er fenomenet lys som bøyer seg av tyngdekraften, forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori. Newtonsk mekanikk, basert på lysets partikkelnatur, kunne ikke forklare dette fenomenet under prinsippet om lysets hastighets konstante hastighet. I motsetning til dette introduserte Einsteins generelle relativitetsteori et nytt konsept om romtid, som muliggjorde teoretisk prediksjon av dette fenomenet. Denne prediksjonen ble senere bekreftet gjennom eksperimenter som målte avbøyningsvinkelen til stjernelys observert rundt solen under en total solformørkelse. Et annet eksempel på en ny prediksjon er Fresnels diffraksjonseksperiment. Under den intense debatten om lysets bølge-partikkel-dualitet, utviklet Fresnel et eksperiment der lys passerte gjennom en dobbel spalte inn i en mørk boks. Resultatet var en lys flekk i midten av den lysfølsomme filmen, sammen med diffraksjonsmønstre. Dette fenomenet kunne ikke forklares med eksisterende optiske teorier og kunne bare forutsies presist på forhånd av Fresnels teori. I det minste, når en vitenskapelig teori presenterer nye forutsigelser som går utover vanlige forklaringer, er det rimelig å se på den teorien som om den omhandler virkelige enheter.
Videre er det nødvendig å etablere en mer universell standard for «nyhet». Ifølge Choi Seong-ho (2006) er kriteriene for sterk nyhet som følger. For det første er det betingelsen om uavhengighet: observasjonen må kunne utledes ved kun å bruke den spesifikke vitenskapelige teorien. For det andre krever unikhetsbetingelsen at det på den tiden bare var den vitenskapelige teorien som kunne gi et overbevisende grunnlag for prediksjonen. Einsteins lysbrytning og Fresnels mørkebokseksperiment, nevnt tidligere, tilfredsstiller begge betingelsene. Einstein kunne utlede lysbrytningen av solens gravitasjon gjennom sin relativitetsteori, noe Newtons mekanikk på den tiden ikke kunne forklare. Fresnel kunne også utlede mønstrene som vises på lysfølsom film basert på lysets doble natur, noe eksisterende teorier – som ser på lys som å ha bare én egenskap, enten bølge eller partikkel – ikke kunne redegjøre for. Selv om tilfeller som tilfredsstiller både uavhengighets- og unikhetsbetingelsene er sjeldne, finnes de i vitenskapens historie. Derfor kan «nye prediksjoner» – tilfeller som tilfredsstiller både uavhengighets- og unikhetsbetingelser – tjene som tilstrekkelige betingelser for å bedømme om en vitenskapelig teori beskriver virkeligheten.
Mitt standpunkt til vitenskapelig ikke-realisme er som følger. Vitenskapelig realisme og ikke-realisme kan sees på som å fokusere på ulike aspekter ved vitenskapelige teorier. Realisme vektlegger vitenskapens prediktive kraft, mens ikke-realisme vektlegger forklaringskraften til vitenskapelige teorier, og argumenterer for at slik forklaringskraft ikke nødvendigvis samsvarer direkte med virkeligheten. Vitenskapelige teorier gir imidlertid utmerkede forklaringer samtidig som de muliggjør prediksjon. Vitenskapelige teorier er ikke bare samlinger av beskrivende setninger eller matematiske proposisjoner; de har både forklaringskraft angående eksistensens verden og prediktiv kraft angående fremtidige fenomener. Hvis begrepene i en vitenskapelig teori bare utførte metaforiske funksjoner, eller hvis forklaringene den tilbyr bare var strukturelle modeller, ville også grunnen til å kalle den en empirisk vitenskap forsvinne. Som sett i den nye prediktive teorien som ble undersøkt tidligere, kan betingelsene for uavhengighet og unikhet tjene som kriterier for å bedømme en vitenskapelig teoris natur. I motsetning til generelle realismedebatter ser den vitenskapelige realismedebatten at begge sider er enige om selve objektets eksistens; stridspunktet ligger i forklaringens natur. Hvis forklaringen har kraften til unik, ny prediksjon, betyr dette at den har å gjøre med virkeligheten.
Motargumenter er også mulige mot ikke-realister som siterer den gjentatte omveltningen av eksisterende teorier i vitenskapshistorien som bevis. Ikke-realister hevder at utsagn om virkeligheten burde være irreversible, men det faktum at vitenskapen har gjennomgått flere revolusjonerende endringer rettferdiggjør ikke denne påstanden. Selv om det forklarende rammeverket endres, forblir det faktum at vitenskapelige teorier refererer til virkeligheten selv intakt. For eksempel er ikke flogistonteorien lenger akseptert som en forklaring på forbrenning. Imidlertid forklares nå fenomenet massetap under forbrenning som flogiston forsøkte å forklare gjennom fordampning av vanndamp og dens kjemiske kombinasjon med oksygen. Moderne kjemisk teori utelukker den gamle, feilaktige forklaringen, samtidig som den mer presist omfatter virkeligheten som fenomenet pekte på. På samme måte er ikke Newtonsk klassisk mekanikk lenger nøyaktig når et objekts hastighet nærmer seg lysets hastighet. Likevel beveger de fleste objekter seg under hverdagsforhold veldig sakte sammenlignet med lysets hastighet (v≪c), og under disse forholdene er Newtonsk mekanikk innlemmet som et spesialtilfelle av relativitetsteorien gjennom Lorentz-transformasjonen. Verden beskrevet av Newtons mekanikk kan forstås ikke som en ren abstraksjon, men som en del av virkeligheten, eller som en tredimensjonal tilnærming til firedimensjonal romtid. Det vil si at vitenskapelige teorier gir delvis sanne intuisjoner om virkeligheten, og gjennom vitenskapelige fremskritt nærmer vi oss gradvis virkeligheten.
Ikke-realistens andre påstand – begrensningene i menneskelig erfaring og ufullstendigheten av kognitive evner – møter også kritikk. Ekstrem relativisme eller skepsis kan ikke erstatte vitenskap. Selv ekstreme relativister er avhengige av rasjonalitet og fornuft i dagliglivet. Påstanden om at alle trossystemer er relative eller usammenlignbare grenser til å unngå verifisering og er neppe et rettferdig argument. Helt i utgangspunktet for den vitenskapelige realismedebatten forutsettes allerede eksistensen av det observerte objektet, muligheten for forklaring og muligheten for prediksjon. Selvfølgelig kan rådende vitenskapelige teorier eller observatørens psykologiske tilstand påvirke eksperimentell design og datainnsamling. Likevel er selve forsøket på å nærme seg virkeligheten gjennom observasjon og eksperimentering et iboende kjennetegn ved vitenskapen. Vitenskapelige teorier gjennomgår globale verifiseringsprosesser for å etablere sin stringens. Selv om de mangler de rene deduktive systemene i matematikk eller logikk, nærmer de seg gradvis sannhet og virkelighet gjennom erfaring.
Basert på denne diskusjonen kan vi undersøke Hawkings teori om svarte hull, et tilfelle som har blitt kritisert av vitenskapelige ikke-realister, som kun en konstruert teori. Ifølge ikke-realister omhandler ikke Hawkings teori om svarte hull og kvantegravitasjonsteori virkeligheten; de er bare matematiske virkemidler introdusert for å forklare universets bevegelse. Hawkings kosmiske teori kan imidlertid sees på som om den omhandler virkelige objekter når den vurderes mot det nye prediksjonskriteriet foreslått av Replen. Spesifikt danner svarte hull et ekstremt sterkt gravitasjonsfelt ved å absorbere masse, og skape et område hvor selv lys ikke kan unnslippe. Denne grensen kalles kanten av det svarte hullet, eller hendelseshorisonten. I følge Hawkings teori forårsaker kvanteeffekter nær hendelseshorisonten en svak emisjon av energi, kjent som Hawking-stråling. Denne strålingen er ekstremt svak og forekommer på store avstander, noe som gjør den ekstremt vanskelig å observere med dagens teknologi. Men hvis eksperimentell fysikk, inkludert radiodeteksjonsteknologi, utvikler seg tilstrekkelig, eller hvis utstyr som er i stand til å oppdage Hawking-stråling etableres i verdensrommet utenfor jorden, kan Hawkings teori om svarte hull verifiseres empirisk. Videre kan Hawkings teori teoretisk sett utlede formen og fordelingen av denne strålingen, og dermed tilfredsstille uavhengighetsbetingelsen. Dessuten forventes Hawkings stråling å inneholde informasjon relatert til stjernens dannelse før den ble absorbert av det sorte hullet. Det finnes ingen annen teori enn Hawkings som kan tolke denne informasjonen. Dette tilfredsstiller unikhetsbetingelsen. Derfor kan Hawkings teori om sorte hull sees på som å presentere nye prediksjoner som tilfredsstiller både uavhengighets- og unikhetsbetingelsene. Selv om det faktum at eksperimentelt utstyr for å direkte verifisere disse prediksjonene ikke dukket opp i løpet av Hawkings levetid er et separat problem, kan ikke det faktum at denne teorien muliggjør nye prediksjoner benektes. Derfor kan Hawkings teori om sorte hull evalueres som en teori som omhandler virkeligheten. Selv om det ikke er en komplett teori om sorte hull, er eksistensen av en enhet som sender ut energi i rommet i det minste ubestridelig.
Avslutningsvis kan vi, gjennom Hawkings viktigste forskningsprestasjon – teorien om sorte hull – med rimelighet anta at det finnes enheter relatert til kvantegravitasjon i universet. Vitenskapelige fremskritt vil gradvis avsløre denne virkeligheten, og føre menneskelig forståelse til dypere og mer sofistikerte nivåer. Vitenskapsfolk kan ikke sees på som vesener som vandrer i drømmer, men som de som nærmer seg virkeligheten gjennom ufullkommen, men akkumulerende kunnskap.
