Спроби позбавити спекулятивні теорії Всесвіту емпіричного доведення підривають науку, - стверджують американські дослідники Джордж Елліс та Джо Сілк.
Сучасні дебати у сучасній фізиці всерйоз турбують філософів та вчених. Стикаючись з складністю застосування низки фундаментальних теорій до емпіричної реальності, окремі вчені проголосили потребу в переосмисленні устоїв теоретичної фізики та науки в цілому. Пориваючи із столітніми традиціями емпіричного розуміння науки, вони стверджують, що теорія може й не потребувати експериментальної перевірки, якщо лиш вона достатньо вичерпно та елеґантно пояснює реальність. Інші з цим категорично не погоджуються. Як стверджував філософ науки Карл Поппер, щоб бути науковою, теорія мусить бути спростовуваною.
Найбільші прихильники концепції «елеґантності достатньо» – фізики, які працюють у сфері теорії струн. Оскільки лише ця теорія пов’язує усі чотири фундаментальні взаємодії, вони стверджують, що у ній є «зерно істини» навіть попри те, що емпірично її не довели. А довести її дуже складно, якщо взагалі можливо.
Деякі космологи також вважають, що окремі «великі теорії», зокрема калейдоскопічних мультисвітів, паралельних квантових станів чи буття перед Великим вибухом, також не потребують емпіричних доказів, щоб вважатись науковими.
Ці теорії слід відрізняти від інших узагальнюючих теорій, які піддаються перевірці. Мова йде передусім про Стандартну модель елементарних частинок чи теорії темної матерії і темної енергії. Інкорпоруючи теорії, які неможливо верифікувати, теоретична фізика ризикує зависнути в повітрі між математикою, наукою і філософією, не задовольняючи вимог жодної з них.
Вчені вже критикували ці та інші «великі теорії». Так, у березні 2014 р. фізик-теоретик Пол Стайнхардт опублікував статтю, в якій стверджував, що теорію космічної інфляції потрібно відкинути як ненаукову, адже вона настільки гнучка, що до неї можна пристосувати будь-який емпіричний результат. Філософ Річард Девід та космолог Шон Керолл відповіли на це філософським обґрунтуванням, що вимогу емпіричного доведення фундаментальних теорій слід пом’якшити.
Те, що Девід та Керолл поставили це питання на порядок денний, звичайно, потрібно привітати. Однак радикальна позиція, яку вони захищають, потребує дуже ретельного розгляду. Бій за «серце і душу науки» зазвичай починається тоді, коли наукові результати – в царині від зміни клімату до теорії еволюції – ставляться під сумнів політиками чи релігійними фундаменталістами. Потенційна загроза достовірності науки, яку несе в собі такий підхід, має бути осмислена в рамках глибокого діалогу між наукою і філософією.
Теорія струн – це довершена теорія мініаютюрних квантових струн (одновимірних просторових структур) та мембран (протяжностей з більшою кількістю вимірів), які існують в рамках більшої просторово-часових розмірностей вищих порядків та обумовлюють усі фізичні явища. Ці структури настільки малі, що їх неможливо спостерігати ні тепер, ні, мабуть, коли-небудь в майбутньому.
Деякі аспекти цієї теорії, щоправда, можна протестувати експериментально. Зокрема, мова йде про гіпотетичну симетрію між ферміонами і бозонами, названу суперсиметрією, яка входить до цієї теорії. Принцип суперсиметрії передбачає, що кожна частинка з цілим або напівцілим спіном має свого двійника. Поки Великий адронний колайдер не спромігся виявити усіх цих двійників. Якщо вони і надалі не будуть виявлені, тоді, можливо, ми так ніколи й не довідаємося, чи вони взагалі існують. Прихильники, однак, завжди матимуть аргумент, що для їх відкриття потрібно ще більше і більше енергії.
Девід та Керолл, натомість, стверджують, що теорію струн можна довести на основі філософської аргументаціїї. Покладаючись на Баєсівський аналіз – статистичний метод, який розраховує ступінь вірогідності узгодження теорії з фактами, – вони підміняють ним емпіричну перевірку, вважаючи, що високий ступінь вірогідності свідчить на користь правильності теорії. Оскільки «ніхто ще не знайшов доброї альтернативи теорії струн», Девід та Керолл вважають це достатньою підставою її істинності.
Елліс та Сілк, натомість, акцентують, що це недопустима підміна понять. Замість переконання, що достовірність теорії зростає тією мірою, як накопичуються факти, які її пояснюють, Девід та Керолл стверджують, що її життєздатність підтримують теоретичні відкриття. Однак висновки, які логічно випливають із математики, автоматично не переносяться в реальність. Раніше експерименти вже спростовували красиві і прості теорії – від теорії статичного Всесвіту в космології до теорії елементарних частинок Джорджі-Ґлешоу, яка об’єднувала слабку і сильну взаємодії.
Хибніть ідеї, що істинність теоретичних тверджень про будову світу може бути доказана не фактами, а якимсь іншим способом, була спростована К. Поппером та іншими філософами ХХ ст.
Що стосується теорії струн, то поки не відомо, чи існують альтернативні способи об’єднання чотирьох взаємодій. Можливо, у майбутньому вони появляться. Зрештою, не доведено, чи взагалі потрібне об’єднання чотирьох взаємодій у рамках єдиної «теорії всього», адже природа гравітації – ефекту кривизни часу-простору – може фундаментально відрізнятися від сильної, слабкої та електромагнітної взаємодій, які керують поведінкою елементарних частинок. В кінці кінців, навіть теоретично теорію струн не можна вважати достатньо обґрунтованою – у своєму нинішньому форматі вона радше є вказівкою, що така теорія потенційно можлива.
На рахунок теорії мультивсесвіту, то на її створення вчених мотивує загадка: чому значення фундаментальних фізичних констант, зокрема елекромагнітної взаємодії між частинками, а також космологічної константи, лежать у дуже вузькому проміжку, що уможливлює існування життя. Теорія мультивсесвіту, своєю чергою, стверджує, що, окрім нашого Всесвіту, існують ще мільярди інших всесвітів, у яких ці константи мають яке завгодно значення. Отже, десь-таки їх значення мало відповідати умовам виникнення життя.
Обстоюючи цю тезу, Керолл відмовився від принципу фальсифікації Поппера. Натомість він виступив з двома іншими вимогами до наукової теорії – «конкретності» та «емпіричності». Під «конкретністю» він розуміє, що «теорія має казати щось чітке і недвозначне про влаштування реальності». Під «емпіричністю» – «успіх у здатності теорії пояснювати реальність». Не маючи змоги емпірично пояснити, чому фізичні константи так тонко настроєні, достатньо, отже, виступити з твердженням, що «десь там» їх параметри можуть бути які завгодно.
Із теорією мультивсесвіту пов’язана теорія паралельних квантових світів, яку сформулював фізик Г’ю Еверетт. Згідно з теорією Еверета, кожен з котів Шредінгера – живий і мертвий – реальний у власному Всесвіті. Кожного разу, коли ми приймаємо будь-яке рішення, навіть таке тривіальне, як піти наліво чи направо, із квантового вакууму виникає паралельний Всесвіт, що включає нашу альтернативну дію. У паралельних світах, отже, наше життя і вся світова історія відбувається по-різному (власне, існує мільярди історій і мільярди паралельних «нас»).
Звідси, щоправда, випливає закономірне питання: якщо у кожному з безкінечних Всесвітів існує наша копія, то яке наше «Я» є тим реальним «Я», яке ми відчуваємо у цей момент?
Як стверджують Елліс та Сілк, прихильникам цих теорій слід замислитись над твердженням математика Девіда Гільберта: хоча безкінечність потрібна для існування математики, звідси зовсім не випливає, що вона існує реально.
Елліс та Сілк погоджуються з фізиком-теоретиком Сабіною Госсенфельдер: постемпірична наука – це оксюморон. Такі теорії, як квантова механіка та теорія відносності, виявилися успішними лише тому, що їх вдалося перевірити емпірично. Тим не менше, починаючи від геоцентричної моделі Птолемея, є чимало історичних прикладів, коли за відсутності емпіричних даних красиві і правдоподібні теорії провадили вчених хибною дорогою.
Перебільшення теоретичної значущості окремих теорій матимуть серйозні наслідки для науки – на кону стоїть науковий метод і статус науки як такої. Твердження, що теорія може бути «такою доброю», що це заміняє потребу її емпіричної перевірки, підривають устої науки, збивають з пантелику студентів та молодих дослідників, а також відкривають дорогу псевдотеоріям і різноманітному шарлатанству.
Що ж тоді робити? Науковці та філософи повинні переосмислити поняття наукового методу, щоб зробити його придатним для потреб постнекласичної науки. На думку Елліса та Сілка, під час цього переосмислення слід відповісти лише на одне питання: яких спостережень чи експериментальних даних достатньо, щоб доказати, що теорія хибна і її слід відкинути? При цьому залишається в силі принцип фальсифікації Поппера: якщо їх взагалі немає, то, відповідно, й теорія не може називатись науковою.
Елліс та Сілк наполягають на необхідності проведення конференції, щоб зробити перші кроки у цьому напрямку. Дві сторони мають взяти у ній участь. Тим часом редактори наукових журналів, публікаючи статті з неверифікованими твердженнями, повинні поміщати їх у рубриці, скажімо, математики, однак не космології чи теоретичної фізики. Також слід переосмислити компетентність каферд та інститутів фізики в подібних дослідженнях. Адже sine qua non науки є доведеність. Тільки так можна врятувати її від спекуляцій.
Scientific method: Defend the integrity of physics
Nature, 16/12/2014
Зреферував Євген Ланюк
05.01.2015