Czy falsyfikowalność jest zasadnicza dla nauki?

Wszystko to wywodzi się od filozofa Karla Poppera (1902-1994). Pogląd Poppera na to, co jest teorią naukową jest dominujący w dyskusjach wokół tej kwestii. Podsumowanie jego stanowiska znajdujemy w Wikipedii:

Teoria w naukach empirycznych nigdy nie może być uznana za 100% pewną, ale może być sfalsyfikowana, co znaczy, że może i powinna być sprawdzona przy pomocy rozstrzygającego eksperymentu. Jeśli wynik eksperymentu jest sprzeczny z teorią, należy powstrzymać się przed manewrami ad hoc, które pozwalają na uniknięcie sprzeczności jedynie przez uczynienie jej mniej falsyfikowaną.  

Innymi słowy, teoria, której w zasadzie nie można wykazać, że jest błędna, nie jest teorią naukową. Nie zgadzam się jednak z tym opisem, ani z tym z Wikipedii z dwóch powodów. Pierwszy, teoria może obecnie wydawać się nie „falsyfikowana”, ale nadal może być uważana za „naukową”, ponieważ wyjaśnia rozmaite zjawiska i, co ważniejsze, któregoś dnia możemy znaleźć sposób przetestowania jej. Na przykład, bez superzderzaczy nie mieliśmy sposobu na przetestowanie hipotezy istnienia bozonu Higgsa. Kiedy udało nam się zbudować tę maszynę, mogliśmy szukać dowodów na jego istnienie i znaleźliśmy je. Taka, mniej więcej, jest pozycja teorii strun i teorii wieloświatów w fizyce. Są eleganckie, mogą wyjaśnić pewne zjawiska (unifikację czterech sił przez tę pierwszą; okrzyczane „dostrojenie” stałych fizycznych w naszym wszechświecie przez to drugie), ale żadna z nich nie może zostać przetestowana. Nadal jednak uważam je za teorie naukowe.

Po drugie, teoria może być “załatana” i nadal zachować swoją integralność, a więc trochę wyjaśnień ad hoc da się zaakceptować. Na przykład, wiemy obecnie, że pewne wywołane środowiskiem zmiany w DNA mogą być dziedziczone przez jedno lub kilka pokoleń, co wydaje się sprzeczne z ważną zasadą neodarwinizmu. Wystarczy jednak uświadomić sobie, że te zmiany są tymczasowe i nie przyczyniły się do adaptacji organizmów na długą metę. Tak więc „epigenetyka” w tym sensie po prostu rozszerza teorię, która początkowo utrzymywała, że żadne modyfikacje przez środowisko nie mogą być przekazywane dalej. Nie rozbija to jednak teorii. Dopiero kiedy łaty na teorii stają się poważnie wszechobecne, trzeba porzucić teorię. To stało się z zimną fuzją lub teorią, że szczepionki powodują autyzm. Obie odpadły, ponieważ sfalsyfikowały je dane.

Osobiście rozumiem falsyfikowalność w sposób następujący: Teoria, dla której nie ma żadnej wyobrażalnej obserwacji, mogącej pokazać, że jest błędna, nie jest teorią, do której możesz mieć zaufanie (tj. uważać ją jako tymczasowo „prawdziwą”).  

Wiem, że wchodzę tu na niebezpieczny grunt, bo filozofowie otoczą to zdanie jak orki otaczają ranną fokę, ale w rzeczywistości to jest sposób w jaki nauka naprawdę działa. Teoria strun jest elegancka, wielu ludzi nad nią pracuje i któregoś dnia możemy znaleźć sposób „przetestowania” jej, ale obecnie nie jest uważana za „prawdziwą” teorię – nie w taki sposób, jak Standardowy Model w fizyce, teoria, której przewidywania mogą zostać sfalsyfikowane, ale nie zostały.

Niemniej pełno jest kpin i niszczenia Poppera. Już nie zgodziłem się z nim w dwóch punktach i stanowczo trzymam się sposobu, w jaki konstruuję falsyfikowalność (powyżej, kursywą). Naukowcy nadal zachowują się, jak gdyby nie akceptowali czegoś jako „prawdy”, jeśli nie przejdzie testu, który mógłby wykazać jego fałszywość.

Jak można się spodziewać, najwięcej niechęci do Poppera widzimy ze strony fizyków, którzy mają teraz tak trudne do przetestowania teorie – a dotyczą one rzeczy dziejących się na zbyt małą skalę byśmy mogli to zaobserwować – jak „struny” w teorii strun – więc uciekają się do innych sposobów potwierdzania takich teorii. Jedną jest „piękno”: teorię która wyjaśnia i jest piękna, tak jak teoria strun, można prowizorycznie uznać za poprawną. Nie zgadzam się. Ogólna teoria względności Einsteina była piękną teorią i wydaje się, że Einstein uważał ją za poprawną już z tego powodu, ale społeczność fizyków nie uznała jej za prawdziwą, dopóki czynionych na jej podstawie przewidywań nie można było przetestować i nie zostały one zweryfikowane. Obejmowały one zakrzywienie światła przez ciała niebieskie (jak w eksperymencie Eddingtona) i dokładne obliczenia peryhelium Merkurego. Od tego czasu inne testy z nawiązką potwierdziły zarówno ogólną, jak szczególną teorię względności.

Innymi sposobami “potwierdzenia” teorii są podejścia Bayesowskie, o których mówi się, że dają większe lub mniejsze potwierdzenie teorii. Nie jestem obeznany z takim użyciem  twierdzenia Bayesa, ale wiem, że wielu fizyków uważa, iż nie jest to właściwy sposób testowania czegoś takiego jak teoria strun.

W 2014 r. matematyk i fizyk, George Ellis i Joe Silk, zabrali się za narastającą wśród fizyków tendencję nadawania ważności teoriom bez żadnych obserwacji empirycznych. W artykule “Defend the integrity of physics” napisali, co następuje, koncentrując się na teorii strun i teorii wieloświatów (wszystkie podkreślenia są moje):

W tym roku dyskusje w kręgach fizyków przybrały niepokojący obrót. Wobec trudności w stosowaniu fundamentalnych teorii do obserwowanego Wszechświata, niektórzy badacze wezwali do zmiany sposobu uprawiania fizyki teoretycznej. Zaczęli argumentować – explicite – że jeśli teoria jest wystarczająco elegancka i wyjaśniająca, nie musi być testowana eksperymentalnie, zrywając z wielowiekową tradycją filozoficzną, która definiuje wiedzę naukową jako wiedzę empiryczną. Nie zgadzamy się z tym. Jak argumentował filozof nauki, Karl Popper: teoria musi być falsyfikowalna, by była naukowa.

Głównymi orędownikami tezy „elegancja wystarczy” są niektórzy fizycy strun. Ponieważ teoria strun jest podobno „jedyną, która mamy”, zdolną do połączenia czterech sił fundamentalnych, wierzą oni, że musi zawierać ziarno prawdy, mimo że polega na dodatkowych wymiarach, których nigdy nie będziemy mogli zaobserwować. Także niektórzy kosmolodzy chcą porzucić eksperymentalną weryfikację wielkich hipotez, które powołują się na niedostrzegalne domeny, takie jak kalejdoskopowy wieloświat (obejmujący niezliczone wszechświaty), wersję „wielu światów” rzeczywistości kwantowej (w której obserwacje rodzą paralelne odgałęzienia rzeczywistości) i koncepcje sprzed Wielkiego Wybuchu.

Te niedające się udowodnić hipotezy są zupełnie inne od tych, które odnoszą się bezpośrednio do realnego świata i które są testowalne poprzez obserwacje – takie jak model standardowy fizyki cząstek i istnienie ciemnej materii i ciemniej energii. Naszym zdaniem fizyka teoretyczna ryzykuje, że stanie się ziemią niczyją między matematyką, fizyką i filozofią, nie spełniając wymagań żadnej z nich.

Ellis i Silk wymieniają Richarda Dawida i naszego Oficjalnego Fizyka Strony™, Seana Carrolla, wśród tych, którzy chcą osłabić kryterium “testowalności” dla teorii w fizyce. Artykuł Ellisa and Silka, który jest przystępny również dla niespecjalistów, kończy się następująco:

Co z tym zrobić? Fizycy, filozofowie i inni naukowcy powinni wykuć nową narrację dla metody naukowej, która poradziłaby sobie z zakresem nowoczesnej fizyki. Naszym zdaniem sprawa sprowadza się do wyjaśnienia jednej kwestii: jaki jest potencjalny dowód obserwacyjny lub eksperymentalny, który przekonałby cię, że teoria jest błędna i doprowadził cię do porzucenia jej? Jeśli nie ma żadnego, to nie jest to teoria naukowa.

Taki argument musi zostać przedstawiony w formalnych terminach filozoficznych. Powinno się zwołać konferencję, by zrobić pierwszy krok. Muszą wziąć w niej udział ludzie z obu stron debaty o testowalności.

Tymczasem, redaktorzy i wydawcy pism mogliby wyznaczyć pracę myślową innym kategoriom badań – takim jak matematyka, raczej niż kosmologia fizyczna – według potencjalnej testowalności. Dominacja kilku wydziałów i instytutów fizyki w tej działalności powinna zostać zrewidowana.   

Imprimatur nauki powinien być przyznawany tylko teorii, która jest testowalna. Tylko wówczas możemy bronić naukę przed atakiem.

Niemal całkowicie zgadzam się z tym, tyle tylko, że nadal przyznaję imprimatur “nauki” teoriom strunowej i wieloświatów.  To są teorie naukowe – chociaż nie możemy mieć do nich zaufania. Nie zbliżają się nawet do bycia „prawdziwymi”, tak jak, na przykład, teorie względności Einsteina lub teoria ewolucji.

W każdym razie, konferencja, do której wzywali Ellis i Silk odbyła się w tym miesiącu – na uniwersytecie Ludwiga Maximiliana w Monachium. Opisuje ją Natalie Wolchover w artykule w “Quanta”, A fight for the soul of science:

Raz jeszcze było tam zwyczajowe już krytykowanie Poppera:

Ale, jak to zaskoczyło wielu w Monachium, falsyfikacjonizm nie króluje już dłużej w filozofii nauki. Massimo Pigliucci, filozof z Graduate Center of the City University of New York, podkreślił, że falsyfikowalność jest żałośnie nieadekwatna do oddzielania nauki od nienauki, co dostrzegał sam Popper. Astrologia, na przykład, jest falsyfikowalna – i była istotnie falsyfikowana ad nauseam – a przecież nie jest nauką. Zaabsorbowanie fizyków Popperem, powiedział Pigliucci, „jest naprawdę czymś, co powinno się skończyć. Musimy mówić o obecnej filozofii nauki. Nie mówimy o czymś, co było aktualne 50 lat temu”.

Muszę się tu nie zgodzić z Pigliuccim; jeszcze nie widziałem teorii zaakceptowanej jako prawdziwa, która nie przetrwała testu zdolnego wykazać jej fałszywość. Jak również uważam, że kiedyś astrologia była teorią naukową: teorią, która twierdziła, że na osobowość może wpłynąć czas narodzin powiązany z konfiguracją gwiazd i planet w tym momencie. Astrologia, podobnie jak kreacjonizm, była kiedyś teorią naukową, ale obecnie jest sfalsyfikowaną teorią naukową i nie może być akceptowana jako prawdziwa. Nie jest już nauką, ale kiedyś nią była. Powiedzenie, że falsyfikacja astrologii całkowicie obala wartość falsyfikacji i popperyzmu wydaje mi się argumentem błędnego koła. W każdym razie zgodzę się z Massimo, że jeśli rozsądna teoria nie może jeszcze zostać sfalsyfikowana, nadal może być „naukowa”; ale kiedy mijają lata i nikt nie potrafi znaleźć sposobu na przetestowanie tej teorii, w końcu przesuwa się do działu „nienaukowe”. To, co Pigliucci wydaje się tutaj robić (a przyznaję, że nie widziałem jego artykułu) to połączenie tego, co uważamy za „teorie naukowe” z tym, co uważamy za „prawdziwe teorie naukowe”.

Nie będę przytaczał wszystkich argumentów z tego spotkania, bo sami możecie przeczytać artykuł Wolchover, ale daje on trzy alternatywy do falsyfikacji, przynajmniej dla teorii strun. Oto dwie pierwsze: 1. dotychczas nie znaleziono żadnej innej teorii, która wyjaśnia “wszystko”; i 2. teoria strun pochodzi z Modelu Standardowego, który przez długi czas nie miał żadnych alternatyw, co wzmacnia możliwość, że teoria „bez alternatywy” może być słuszna tylko z tego powodu.

Nie uważam żadnego z tych argumentów za przekonujący, jeśli nie z innego powodu, to dlatego, że któregoś dnia może pojawić się dobra alternatywna teoria. Jak możemy mieć tyle pychy, by sądzić, że żaden człowiek nigdy nie wymyśli alternatywy do teorii strun? I, oczywiście, Model Standardowy był testowany wiele razy i zdał testy. Nie uważano go za prawdziwy przed tymi potwierdzeniami. Dlaczego więc zachowujemy się inaczej wobec teorii strun? Tylko dlatego, że jest znacznie trudniej ją przetestować?

Wreszcie, mówi się, że teoria strun dostarcza nam wyjaśnienia poprzednio niewyjaśnionych zjawisk, jak entropia czarnych dziur. Moim zdaniem warte to jest rozważenia, ale niewystarczające, by potwierdzić teorię. Wyjaśnianie zjawisk jest jednym ze sposobów potwierdzenia teorii (to właśnie zrobił Darwin, kiedy użył ewolucji do wyjaśnienia osobliwej dystrybucji gatunków na wyspach oceanicznych), ale konieczne jest wymyślenie testu, który mógłby pokazać, że teoria jest błędna, zanim zaakceptujesz ją jako poprawną. Na przykład, neodarwinizm mogłoby obalić znalezienie braku zróżnicowania genetycznego w gatunku, skamienieliny w niewłaściwych miejscach, jeden gatunek z adaptacjami, które podnoszą przystosowanie wyłącznie innego gatunku, nie zaś jego samego i tak dalej. To są potencjalne falsyfikatory, ale żadnego nigdy nie widziano. Nie mamy podobnych falsyfikatorów dla teorii strun.

Jeśli chodzi o Bayesowskie sposoby nabierania większego zaufania do teorii, to niczego na ten temat nie czytałem, więc nie mogę wypowiadać się tutaj, ale muszę przyznać, że mam wątpliwości.

Jeśli interesuje cię historia i filozofia nauki, polecam przeczytanie obu artykułów: w „Nature” i w „Quanta”, bo debata jest nie tylko fascynująca, ale dotyka samego sedna nauki: jak decydujemy, że coś jest prowizorycznie prawdą i ile zaufania mamy przyznać naszym przekonaniom. Dodałbym, że powinniśmy być nieufni wobec takich twierdzeń jak Pigliucciego, który na słabych podstawach orzeka, że „popperyzm jest martwy”. Artykuł w „Quanta” tak opisuje wynik konferencji monachijskiej (moje podkreślenia):

Obrady w Monachium zostaną zestawione i opublikowane, prawdopodobnie jako książka, w 2017 r. W sprawie tego, co osiągnięto, jednym ważnym wynikiem, według Ellisa, było przyznanie przez uczestniczących w dyskusji teoretyków strun, że ta teoria nie jest “potwierdzona”, w sensie weryfikacji. “David Gross wyraźnie przedstawił swoje stanowisko: kryteria Davida są wystarczająco dobre do uzasadnienia prac nad tą teorią, ale nie do powiedzenia, że teoria jest potwierdzona w nieempiryczny sposób” – napisał Ellis w emailu. „Wydaje mi się to dobrym stanowiskiem – i wyraźne powiedzenie tego jest postępem”.

W rozważaniach, jak powinni postępować dalej teoretycy, wielu uczestników wyraziło pogląd, że powinny trwać prace nad teorią strun i innymi, jeszcze niedającymi się testować pomysłami. “Nie przestawajcie spekulować – napisał w emailu Achinstein [Peter Achenstein, historyk i filozof nauki], ale – podawajcie podstawy waszych spekulacji, podawajcie wyjaśnienia, ale przyznajcie, że są to tylko możliwe wyjaśnienia”.  

“Może któregoś dnia nastąpi zmiana - dodał Achinstein – i spekulacje staną się testowalne; a może nie, może nigdy nie będą”. Możemy nigdy nie dowiedzieć się z pewnością, jak działa wszechświat na wszystkich odległościach i we wszystkich czasach, „ale może potraficie zawęzić możliwości do kilku tylko. Uważam, że to byłby jakiś postęp”.  

To, co podkreśliłem pogrubieniem, jest cichym przyznaniem, że teoria strun nie została zweryfikowana w sposób, w jaki został zweryfikowany Model Standardowy lub teoria ewolucji. Tak, teoria strun jest teorią naukową i może znajdziemy sposób przetestowania jej. Z pewnością nie uważam, że fizycy powinni przestać pracować nad nią tylko dlatego, że jeszcze nie znaleźli sposobu jej sfalsyfikowania. To byłoby przedwczesne. Dopóki jednak nie znajdą sposobu testowania jej, nie widzę jej jako teorii naukowej, w której mamy pokładać zbyt dużo zaufania; tj. nie widzę jej jako „prawdziwej”. I najwyraźniej nie robią tego także uczestnicy konferencji! Idee Karla Poppera są systematycznie ogłaszane jako martwe, ale odmawiają leżenia w spokoju.

Rozumiem ból tych fizyków, bo ich teorie są teraz tak eleganckie i zawiłe, że porządne przetestowanie ich może być niewykonalne. Dotyczą strun, które są niesamowicie malutkie, i teorii z tak wieloma parametrami, że koncepcja testowalności staje się nieuchwytna. Innymi słowy, ich sukces zagnał ich w kozi róg. Próbują z konieczności zrobić cnotę przez zmianę reguł nauki. Ale wyjście z tej sytuacji nie prowadzi przez zmianę reguł – sposobu ustalania prawdziwości rzeczy. Jeśli fizycy nie potrafią znaleźć sposobu na sfalsyfikowanie swoich teorii, pozostaną w tym narożniku. Ostatecznie, każdy naukowiec przyznaje, że są pewne rzeczy o Wszechświecie, których po prostu nigdy nie poznamy.

obrazek

Karl Popper

https://whyevolutionistrue.wordpress.com/2015/12/20/is-falsifiability-essential-to-science/

Why Evolution Is True, 20 grudnia 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska