Tento blogový príspevok skúma, či vedecké teórie môžu prekročiť rámec obyčajného vysvetlenia a stať sa opismi reality, so zameraním na teóriu čiernych dier Stephena Hawkinga v rámci debaty o vedeckom realizme.
V Čuang-c’ovom príbehu o motýľoch, známom ako Motýlí sen, Čuang-c’, ktorý sa stal motýľom, nedokázal rozlíšiť, či sníva, alebo skutočne existuje v realite. Ide o fascinujúci myšlienkový experiment z klasickej literatúry. Film Christophera Nolana „Počiatok“ sa podobne odvíja okolo témy „snov v snoch“ a v Kórei si získal obrovskú popularitu s približne 5.9 miliónmi divákov. Otázka, či sú zážitky, ktoré vidíme a prežívame, skutočne skutočné, je teda už dlho ústrednou témou filozofickej debaty, ktorá sa označuje ako filozofický realizmus. V oblasti vedy sa rozvinula podobná debata o vedeckom realizme, ktorá sa zameriava na dôkladné skúmanie povahy a postavenia vedeckých teórií.
Dnes vysoko rozvinuté vedy ako fyzika, biológia a chémia študujú predmety ďaleko za hranicami priamo vnímateľného ľudskými zmyslami – od vzniku vesmíru až po sily pôsobiace v atómoch. Existujú teda skutočne objekty, ktoré nemôžeme priamo pozorovať, ako sú elektróny, DNA a čierne diery? Dôležité je poznamenať, že vedecký realizmus, na rozdiel od univerzálneho realizmu, o ktorom sa všeobecne diskutuje vo filozofii, už predpokladá ako daný fakt, že pozorovaný objekt a vnímaná existencia existujú.
Vo svojej nedávno preloženej a publikovanej autobiografii „Moja stručná história“ (Moja stručná história) teoretický fyzik Stephen Hawking sám uviedol, že jeho výskum mu pravdepodobne počas jeho života nevynesie Nobelovu cenu. Je to preto, lebo jeho telesné postihnutie mu bránilo v priamej účasti na experimentálnej fyzike a jeho hlavné výskumné predmety – čierne diery a teória kvantovej gravitácie – majú povahu, ktorá sťažuje experimentálne overenie v blízkej budúcnosti. Nobelova cena za fyziku sa v zásade udeľuje iba za úspechy, ktoré možno overiť alebo pozorovať experimentovaním. Tento článok, založený na tejto kritickej perspektíve, si kladie za cieľ preskúmať, či sú vedecké teórie iba dobre skonštruovanými nástrojmi na vysvetľovanie javov, alebo či ich možno chápať ako opisy reality, so zameraním na Hawkingove teórie. Lietajú vedci, ako napríklad Čuang-c’, ktorému sa snívalo, že je motýľ, iba v sne, alebo skutočne robia kroky k pravde?
Vedecký realizmus tvrdí, že objekty študované vedou skutočne existujú. Podľa tejto pozície nám vedecké teórie umožňujú rozlíšiť pravdu od lži a príčina, ktorá spôsobuje takéto výsledky, leží v reálnom svete mimo ľudskej mysle. Inými slovami, účelom vedy je poskytnúť doslovne pravdivý opis toho, aký je svet. Základným argumentom, ktorý realisti často predkladajú, je „argument zázraku“. Argument zázraku sleduje túto logickú štruktúru: Po prvé, vývoj vedeckých teórií umožnil početné predpovede, ktoré boli v minulosti nemožné. Po druhé, tento úspech vedy nemožno dosiahnuť len vysvetľovaním pozorovaných výsledkov po udalostiach. Po tretie, ak by vedecké teórie boli iba vysvetľovacími nástrojmi, fenomén takýchto opakovaných presných predpovedí by sa musel považovať za zázrak. Predpoklad, že zázraky sa vyskytujú nepretržite v každej oblasti, je však nerozumný. Po štvrté, vedecké teórie sa preto nesmú chápať len ako vysvetľovacie nástroje, ale ako opisy reality. Príkladov je veľa, ako napríklad výroba vysoko integrovaných polovodičov založených na elektrónovej teórii a vývoj nových liekov založených na teóriách DNA a bunkových procesov.
Naproti tomu vedecký nerealizmus vníma vedecké teórie ako iba empiricky adekvátne. Nerealisti ponúkajú vlastnú kritiku argumentu zázraku a tvrdia, že ich postoj podporuje množstvo historických príkladov. Ukážkovým príkladom je teória flogistonu. V minulosti sa proces horenia chápal ako emisia častíc nazývaných flogiston. Keď sa predmet, ktorý sa mal spáliť, umiestnil na váhu a zapálil, po spálení sa pozoroval pokles hmotnosti predmetu. Na vysvetlenie tohto javu sa objavila teória flogistonu. Dnes je však teória flogistonu jednoznačne neplatná. Preto podľa nerealistov koncept „flogistonu“ neexistuje a vedecké teórie fungujú iba ako nástroje na vysvetlenie javov. Podobne teória, že svetlo sa šíri éterovým médiom, kedysi mala dominantné postavenie a poskytovala užitočné vysvetlenia a intuíciu v debate o dualite vln a častíc. Teraz je však vedecky dokázaným faktom, že medzi Slnkom a Zemou neexistuje žiadny éter. Preto neexistuje ani „éter“. Základným postojom antirealistov je teda to, že vysoká vysvetľujúca sila teórie nezaručuje jej pravdivosť. Antirealisti tiež poukazujú na to, že argument zázraku sa dopúšťa klamu potvrdzujúceho dôsledka. To znamená, že ak je výrok „Ak p, potom q“ pravdivý, nemusí to nevyhnutne znamenať, že je pravdivý aj výrok „Ak q, potom p“. Induktívne uvažovanie je náchylné k tomuto klamu pri odvodzovaní všeobecných tvrdení z pozorovaných prípadov. Niektorí antirealisti tiež tvrdia, že vedecké tvrdenia možno iba vyvrátiť, nie v konečnom dôsledku potvrdiť ako pravdivé.
V reakcii na túto kritiku možno vedecký realizmus obhajovať prísnejšie na základe Leplinovej teórie. Leplin navrhol „teóriu nových predpovedí“. Je zrejmé, že samotná skutočnosť, že je možné poskytnúť post-hoc vysvetlenie, nemôže plne ospravedlniť realizmus. Keď sa však urobia „nové“ predpovede presahujúce bežnú úroveň, príslušná vedecká teória by sa mala považovať za čiastočne alebo približne pravdivú. Ukážkovým príkladom je jav ohýbania svetla gravitáciou, predpovedaný Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity. Newtonovská mechanika, založená na časticovej povahe svetla, nedokázala tento jav vysvetliť podľa princípu konštantnosti rýchlosti svetla. Naproti tomu Einsteinova všeobecná teória relativity zaviedla nový koncept časopriestoru, ktorý umožnil teoretickú predpoveď tohto javu. Táto predpoveď bola neskôr overená experimentmi merajúcimi uhol vychýlenia hviezdneho svetla pozorovaného okolo Slnka počas úplného zatmenia Slnka. Ďalším príkladom novej predpovede je Fresnelov difrakčný experiment. Počas intenzívnej debaty o vlnovo-časticovej dualite svetla Fresnel navrhol experiment, v ktorom svetlo prechádzalo dvojitou štrbinou do tmavej skrinky. Výsledkom bola jasná škvrna v strede fotocitlivej fólie spolu s difrakčnými obrazcami. Tento jav sa nedal vysvetliť existujúcimi optickými teóriami a dal sa presne predpovedať iba Fresnelovou teóriou. Prinajmenšom, keď vedecká teória predstavuje nové predpovede, ktoré idú nad rámec bežných vysvetlení, je rozumné vnímať túto teóriu ako teóriu, ktorá sa zaoberá skutočnými entitami.
Okrem toho je potrebné stanoviť univerzálnejší štandard pre „novosť“. Podľa Choi Seong-hoa (2006) sú kritériá pre silnú novosť nasledovné. Po prvé, existuje podmienka nezávislosti: pozorovanie musí byť odvoditeľné iba s použitím danej špecifickej vedeckej teórie. Po druhé, podmienka jedinečnosti vyžaduje, aby v danom čase iba daná vedecká teória mohla poskytnúť presvedčivý základ pre predpoveď. Einsteinov lom svetla a Fresnelov experiment s tmavou skrinkou, spomenutý vyššie, spĺňajú obe podmienky. Einstein mohol odvodiť lom svetla gravitáciou Slnka prostredníctvom svojej teórie relativity, čo Newtonovská mechanika v tom čase nedokázala vysvetliť. Aj Fresnel dokázal odvodiť vzory objavujúce sa na fotocitlivom filme na základe duálnej povahy svetla, čo existujúce teórie – ktoré vnímajú svetlo ako niečo s iba jednou vlastnosťou, buď vlnou, alebo časticou – nedokázali vysvetliť. Hoci prípady spĺňajúce podmienky nezávislosti aj jedinečnosti sú zriedkavé, v dejinách vedy existujú. Preto „nové predpovede“ – prípady spĺňajúce podmienky nezávislosti aj jedinečnosti – môžu slúžiť ako dostatočné podmienky na posúdenie, či vedecká teória opisuje realitu.
Môj postoj k vedeckému nerealizmu je nasledovný. Vedecký realizmus a nerealizmus možno vnímať ako zameranie sa na rôzne aspekty vedeckých teórií. Realizmus zdôrazňuje prediktívnu silu vedy, zatiaľ čo nerealizmus zdôrazňuje vysvetľujúcu silu vedeckých teórií a tvrdí, že takáto vysvetľujúca sila nemusí nevyhnutne priamo zodpovedať realite. Vedecké teórie však poskytujú vynikajúce vysvetlenia a zároveň umožňujú predikciu. Vedecké teórie nie sú len súborom opisných viet alebo matematických výrokov; majú vysvetľujúcu silu týkajúcu sa sveta existencie aj prediktívnu silu týkajúcu sa budúcich javov. Ak by pojmy vedeckej teórie plnili iba metaforické funkcie alebo ak by vysvetlenia, ktoré ponúka, boli iba štrukturálnymi modelmi, potom by zanikol aj dôvod nazývať ju empirickou vedou. Ako bolo vidieť v novej prediktívnej teórii skúmanej skôr, podmienky nezávislosti a jedinečnosti môžu slúžiť ako kritériá na posudzovanie povahy vedeckej teórie. Na rozdiel od debát o všeobecnom realizme sa v debate o vedeckom realizme obe strany zhodujú na existencii samotného objektu; sporný bod spočíva v povahe vysvetlenia. Ak má vysvetlenie silu jedinečnej, novej predikcie, znamená to, že sa zaoberá realitou.
Možné sú aj protiargumenty proti nerealistom, ktorí ako dôkaz uvádzajú opakované vyvrátenie existujúcich teórií v dejinách vedy. Nerealisti tvrdia, že tvrdenia o realite by mali byť nezvratné, ale skutočnosť, že veda prešla viacerými revolučnými zmenami, toto tvrdenie neospravedlňuje. Aj keď sa vysvetľovací rámec zmení, skutočnosť, že vedecké teórie odkazujú na samotnú realitu, zostáva nedotknutá. Napríklad flogistonová teória sa už neakceptuje ako vysvetlenie horenia. Fenomén straty hmoty počas horenia, ktorý sa flogiston snažil vysvetliť, sa však teraz vysvetľuje odparovaním vodnej pary a jej chemickým zlúčením s kyslíkom. Moderná chemická teória vylučuje staré, chybné vysvetlenie, pričom presnejšie zahŕňa realitu, na ktorú tento jav poukazoval. Podobne Newtonovská klasická mechanika už nie je presná, keď sa rýchlosť objektu blíži k rýchlosti svetla. Za bežných podmienok sa však väčšina objektov pohybuje veľmi pomaly v porovnaní s rýchlosťou svetla (v≪c) a za týchto podmienok sa Newtonovská mechanika prostredníctvom Lorentzovej transformácie považuje za špeciálny prípad teórie relativity. Svet opísaný Newtonovou mechanikou možno chápať nielen ako abstrakciu, ale ako súčasť reality alebo ako trojrozmernú aproximáciu štvorrozmerného časopriestoru. To znamená, že vedecké teórie poskytujú čiastočne pravdivé intuície o realite a prostredníctvom vedeckého pokroku sa k realite postupne približujeme.
Aj druhé tvrdenie nerealistu – obmedzenia ľudskej skúsenosti a neúplnosť kognitívnych schopností – čelí kritike. Extrémny relativizmus alebo skepticizmus nemôžu nahradiť vedu. Ani extrémni relativisti sa v každodennom živote spoliehajú na racionalitu a rozum. Tvrdenie, že všetky systémy viery sú relatívne alebo neporovnateľné, hraničí s vyhýbaním sa overeniu a sotva je to spravodlivý argument. Hneď na začiatku debaty o vedeckom realizme sa predpokladá existencia pozorovaného objektu, možnosť vysvetlenia a možnosť predpovede. Samozrejme, prevládajúce vedecké teórie alebo psychologický stav pozorovateľa môžu ovplyvniť návrh experimentu a zber údajov. Napriek tomu je samotný pokus o prístup k realite prostredníctvom pozorovania a experimentovania inherentnou charakteristikou vedy. Vedecké teórie prechádzajú globálnymi procesmi overovania, aby sa preukázala ich presnosť. Aj keď im chýbajú čisto deduktívne systémy matematiky alebo logiky, postupne sa približujú k pravde a realite prostredníctvom skúseností.
Na základe tejto diskusie môžeme skúmať Hawkingovu teóriu čiernych dier ako prípad, ktorý čelil kritike zo strany vedeckých nerealistov ako iba konštruovaná teória. Podľa nerealistov sa Hawkingova teória čiernych dier a teória kvantovej gravitácie nezaoberajú realitou; sú to iba matematické nástroje zavedené na vysvetlenie pohybu vesmíru. Hawkingovu kozmickú teóriu však možno vnímať ako teóriu zaoberajúcu sa skutočnými objektmi, ak ju posudzujeme podľa nového predikčného kritéria navrhnutého Replenom. Konkrétne, čierne diery vytvárajú extrémne silné gravitačné pole absorbovaním hmoty, čím vytvárajú oblasť, z ktorej nemôže uniknúť ani svetlo. Táto hranica sa nazýva okraj čiernej diery alebo horizont udalostí. Podľa Hawkingovej teórie kvantové efekty v blízkosti horizontu udalostí spôsobujú slabé vyžarovanie energie, známe ako Hawkingovo žiarenie. Toto žiarenie je extrémne slabé a vyskytuje sa vo veľkých vzdialenostiach, takže jeho pozorovanie súčasnou technológiou je mimoriadne ťažké. Ak však experimentálna fyzika vrátane technológie rádiovej detekcie dostatočne pokročí alebo ak sa vo vesmíre za hranicami Zeme vybuduje zariadenie schopné detekovať Hawkingovo žiarenie, Hawkingova teória čiernych dier by sa mohla empiricky overiť. Hawkingova teória navyše dokáže teoreticky odvodiť formu a rozloženie tohto žiarenia, čím spĺňa podmienku nezávislosti. Okrem toho sa očakáva, že Hawkingovo žiarenie obsahuje informácie týkajúce sa vzniku hviezdy pred jej absorpciou čiernou dierou. Okrem Hawkingovej neexistuje žiadna iná teória, ktorá by dokázala tieto informácie interpretovať. To spĺňa podmienku jedinečnosti. Hawkingovu teóriu čiernych dier možno preto považovať za teóriu, ktorá predstavuje nové predpovede spĺňajúce podmienky nezávislosti aj jedinečnosti. Hoci skutočnosť, že experimentálne zariadenia na priame overenie týchto predpovedí sa počas Hawkingovho života neobjavili, je samostatnou otázkou, nemožno poprieť skutočnosť, že táto teória umožňuje nové predpovede. Hawkingovu teóriu čiernych dier možno preto hodnotiť ako teóriu zaoberajúcu sa realitou. Aj keď to nie je úplná teória čiernych dier, existencia entity vyžarujúcej energiu vo vesmíre je prinajmenšom nepopierateľná.
Záverom možno povedať, že prostredníctvom Hawkingovho hlavného výskumného úspechu – teórie čiernych dier – môžeme rozumne usudzovať, že vo vesmíre existujú entity súvisiace s kvantovou gravitáciou. Vedecký pokrok bude túto realitu postupne odhaľovať a viesť ľudské chápanie k hlbším a sofistikovanejším úrovniam. Vedcov možno vnímať nie ako bytosti blúdiace v snoch, ale ako tých, ktorí sa približujú k realite prostredníctvom nedokonalých, ale stále sa hromadiacich vedomostí.
