Jak uchopit vesmír, část III. - Popperova vyvratitelnost teorie

V našem seriálu se vypořádáváme s nástroji, které má věda k dispozici k uchopení celku. Dnes se posuneme od vývoje teorie k vývoji teorií. Smyslem vývoje teorií je zlepšování našeho poznání. Jakým způsobem se to děje?

Co jste vy, byli jsme i my. Co jsme my, budete i vy

                Nápis, který zdobí bránu nejednoho hřbitova, je snad nejvýstižnější charakterizací přístupu k vývoji vědeckých teorií, jak ji kodifikoval sir Karl Popper, a jak byla následně širokou vědeckou obcí bez hlubších či významnějších pochybností přijata. Pojďme se tedy podívat na podstatu toho, co Popper na vědě spáchal.

Nástroj pátý - Popperova vyvratitelnost

                Aby teorie mohla být označena za vědeckou (rozuměj racionální, neesoterickou), musí být vyvratitelná. Toto kritérium vyabstrahoval Karl Popper z dosavadního chování vědeckých teorií, za což mu jistě patří dík. Myšlenkový rámec je zřejmý: všechny dosavadní teorie s výjimkou těch aktuálních (živých) byly překonány (pohřbeny), ty živé taktéž čeká smrt (o životním cyklu teorie jsme hovořili v předchozím díle). Popper však učinil ještě jeden krok - tento prostý popis dosavadní vědecké reflexe povýšil na nepřekročitelné kritérium vědeckosti obecně. V okamžiku, kdy široká vědecká komunita Popperovu charakteristiku dosavadní vědecké praxe víceméně bezproblémově přijala, zakonzervovala tím vědeckou reflexi na uvedené úrovni. Věda tak byla Popperem odsouzena k očistci věčného hledání (a neschopnosti nalézt pravdu, dojít k neochvějným a nepochybným závěrům). Pokusíme se ukázat, že Popperův závěr byl zbrklý a neopodstatněný.

Stará dobrá indukce

                Nebude to ani tak těžké. Co vlastně Popper svým myšlenkovým experimentem spáchal? Na základě speciálního (dosavadní vědecké teorie byly překonatelné) usuzujeme na obecné (obecné kritérium vědeckosti je překonatelnost teorie ve smyslu její vyvratitelnosti). Ano, je to starý dobrý nástroj vědecké indukce (generalizace), jehož problematičnost a úskalí jsme probírali v prvním díle našeho miniseriálu.

                Nadto však: Je-li vědecká teorie vědeckou teorií pouze potud, pokud je vyvratitelná, a přesně takto ji Popper zakonzervoval, pak to může mít z hlediska vývoje teorií pouze dva možné důsledky.

Dva smutné důsledky Popperovy konzervace vědy

                Za prvé, stejně jako limita nekonečné posloupnosti může být konečná (1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + 1/32 + ... = 1, což si snadno ověříme, když úsečku o délce 1 rozpůlíme, poté rozpůlíme její polovinu, polovinu poloviny, atd...), tak i z principu nekončící řada stále lepších teorií dojde konce, neboť žádnou lepší teorii už nebude možno formulovat. U uvedené limity nekonečné řady je dobrou aproximací deset kroků, neboť od skutečné limity po nekonečnu kroků se liší o méně než desetinu procenta (u naší číselné řady se po deseti krocích budeme od součtu celé nekonečné řady lišit o 1/1024, u 11. kroku už to bude 1/2048, u 12. kroku o 1/4096, u 20. kroku už to bude méně než jeden díl z milionu, atd...). Je vidět, že zajímá-li nás velikost nekonečného součtu (délka úsečky), pak po mizerných třiceti krocích jsme schopni ji spočítat s přesností na méně než jednu miliardtinu.

                Fyzika není matematika, takže budeme-li s pomocí nějaké fyzikální teorie dosáhnout obdobné přesnosti pro všechny známé fyzikální jevy (a k tomu ani nepotřebujeme nekonečné množství dílčích teorií!), těžko budeme hledat hlubší vysvětlení.

                V naší analogii se součtem nekonečné řady můžeme považovat Galileiho princip relativity a objev nezávislosti gravitačního zrychlení na velikosti, tvaru a materiálu hmotného objektu za první krok, Keplerovy zákony za druhé přiblížení, Einsteinovu speciální relativitu za další přiblížení, obecnou relativitu za další přiblížení. V jiné větvi přibližování bychom pak mohli začít dvouštěrbinovým experimentem, Heisenbergovým principem neurčitosti a Pauliho vylučovacím principem coby prvním krokem, formulováním kodaňské interpretace kvantové mechaniky coby druhým krokem, atd... Jinou větví zpřesňování by pak byly teorie elektřiny a teorie magnetismu Maxwellem sjednocené do elektromagnetismu, dalším krokem zpřesnění by pak bylo sjednocení elektromagnetismu se slabou interakcí, atd., a takto by se dalo pokračovat. Takto se větve všech známých jevů nakonec propojí do jediného kmene, do jediné všezavršující kosmologie. Nemalá část současných teoretických fyziků věří, že oním kmenem stromu, svatým grálem fyziky, by mohla být nějaká varianta teorie superstrun, respektive, jak ukázal Edward Witten geniální analýzou dílčích superstrunových teorií, mohla by tímto grálem být mystická M-teorie[1].

                Výše uvedená (a jistě oprávněná) spekulace s nás tedy vede k domněnce, že stále dokonalejší vědecké teorie budou vystihovat stále větší množství stále jemnějších nuancí, až po určité konečné době získáme teorii, která je natolik dobrou aproximací fyzikální reality, že již nebude třeba ji opravovat, neboť bude schopna nejen vystihnout, ale i vysvětlit všechny důležité principy reality. Pokud bude schopna i vysvětlit, jak je možné, že něco existuje, a proč to má právě takový charakter, který je vlastní našemu vesmíru, de facto se taková teorie stane aktem definitivního poznání, neboť pozbude vědeckého smyslu ji jakkoliv opravovat, vylepšovat, či překonávat. To není naše fantazie, to je první ze dvou možných důsledků Popperovy konzervace vědy.

                Eschatologie je to krásná. Ovšem doufala-li by věda v takovéto vyústění vývoje vědeckých teorií, pak před nás staví problém. Takováto n-tá teorie nemůže být označena za vědeckou, neboť dosažením limity (tedy pravdivosti, nevyvratitelnosti, nepřekonatelnosti) přestává vyhovovat Popperovu kritériu vyvratitelnosti. V takovém případě by se cílem vědy stala nevědeckost. To jistě pro vědu není milý závěr. Ale je jedním ze dvou možných důsledků, na něž Popper omezil směřování vědy.

                Druhým možným důsledkem je situace, kdy řada lepších a lepších teorií je stále otevřená a dobrodružství vědy nikdy nikde nekončí. Věda se tak radostně smiřuje s faktem, že nikdy nebude nic schopna definitivně poznat. Například se zjistí, že elementárními částicemi nejsou ani kvarky, ani struny, že je možné fyzikálně uchopit subplanckovská měřítka času, hmotnosti, prostoru, že náboj je dělitelný za hranice našich současných představ, a v řadě spekulací, kudy by se nikdy nekončící vývoj fyziky mohl ubírat, by bylo lze pokračovat až do rána.

                Který ze dvou závěrů, na něž Popper omezil vývoj vědy obecně (a jistě to platí i pro kosmologii), je radostnější, necháme posoudit čtenáře. Pouze zopakujeme, že co mimo tyto dvě možnosti jest, dle sira Karla Poppera mimo vědu jest. V obou případech se jedná o naivní eschatologii víry v dokonalé vítězství nedokonalosti. Ať už je tedy poznání jakékoliv, dle Poppera nemůže být vědecké a zároveň neochvějné. Dosáhneme-li neochvějného poznání, pak dle Poppera toto poznání automaticky přestává být vědou (1. možný důsledek). Dokud je poznání vědecké, tak nám nepřináší žádné objektivní a nevyvratitelné poznatky (2. možný důsledek).

                V určitém smyslu to připomíná princip neurčitosti (podle kterého nelze zároveň poznat polohu a hybnost částice s libovolnou přesností - čím přesněji změříme polohu částice, tím větší nejistotu máme ohledně její hybnosti, čím přesněji známe hybnost, tím nepřesněji dokážeme stanovit polohu částice). Ovšem zatímco u principu neurčitosti se tato neschopnost jeví jako fyzikálně opodstatněná, ba byla nesčíslnými experimenty povýšena na fundamentální princip fyziky, v případě Popperova účelového zkratu nemůže být o nějaké opodstatněnosti ani řeč.              

                Kritérium Popperovy vyvratitelnosti teorie coby kritérium vědeckosti obecně nás v každém případě staví do nemilé situace. Až probereme zbývající nástroje, které má současná kosmologie k dispozici k uchopení celku, ještě se k problematice Popperovy vyvratitelnosti vrátíme a ukážeme nejen to, že není nutná, ale také, jakým způsobem je možno toto neveselé zakonzervování vědy překonat. To už se však ocitneme na půdě jiného než současného vědeckého paradigmatu.

                Příště nás čeká nástroj neméně komplikovaný, totiž axiomy. Věru je na co se těšit.

Předchozí díly:

Jak uchopit vesmír, část I.

Jak uchopit vesmír, část II. - Vznik, život a smrt teorie 

Dominik Herzán

[1] Zájemce odkážeme na knihu Briana Greena Elegantní vesmír, v níž je čtivou formou shrnuta historie a podstata superstrunových teorií včetně vlastností M-teorie.