Неприятности с физикой: Взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Позвольте мне начать, разбив вопрос Фейерабенда на несколько более простых вопросов. Мы можем сказать, что наука прогрессирует, когда ученые достигают консенсуса по вопросу. Каковы механизмы, управляющие тем, как это происходит? Перед тем, как достигнут консенсус, часто имеются разногласия. Какова роль разногласий в подготовке пути для научного прогресса?

Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны вернуться к взглядам более ранних философов. В 1920е и 1930е в Вене выросло философское движение, названное логическим позитивизмом. Логические позитивисты предполагали, что утверждения становятся знанием, когда они проверены (верифицированы) наблюдениями мира, и они утверждали, что научное знание является суммой таких проверенных (верифицированных) суждений. Наука прогрессирует, когда ученые делают утверждения, которые имеют проверяемое содержание, которое затем верифицируется. Их мотивом было избавление философии от метафизики, которая заполнила огромные тома утверждениями, не устанавливающими контакт с реальностью. В этом они частично преуспели, но их сдержанная характеристика науки была не последней. Имелось много проблем, одна из которых была в том, что не имелось нерушимой взаимосвязи между тем, что наблюдается, и тем, что определяется. Утверждения и предубеждения вползали в описания простейших наблюдений. Не практикуется, а, вероятно, даже и невозможно, разорвать то, что ученые говорят или пишут на мелкие атомы, каждый из которых соответствует наблюдению, очищенному от теоретизирования.

Когда верификационизм потерпел неудачу, философы предположили, что наука прогрессирует, поскольку ученые следуют методу, гарантирующему приход к истине. Предположения о научном методе были предложены такими философами, как Рудольф Карнап и Пауль Оппенхайм. Карл Поппер продвинул свое собственное предположение, которое заключалось в том, что наука прогрессирует, когда ученые предлагают фальсифицируемые теории – то есть они делают утверждения, которые могут быть опровергнуты экспериментом. Согласно Попперу, никогда нельзя доказать правильность теории, но если она выдержала многочисленные попытки доказать ее неправильность, мы можем начинать верить в нее – по меньшей мере, пока она окончательно не будет фальсифицирована.

Фейерабенд начал свою работу в философии с атаки на эти идеи. Например, он показал, что фальсифицирование теории не такая простая вещь. Очень часть ученые сохраняют веру в теорию после того, как она оказалась фальсифицированной; они делают это через изменение интерпретации эксперимента. Или они высказывают сомнение в самих результатах. Иногда это приводит в тупик, поскольку теория на самом деле не верна. Но иногда удержание веры в теорию перед лицом очевидных экспериментальных опровержений оказывается правильной вещью. Как вы можете сказать, в какой ситуации вы находитесь? Фейерабенд доказывал, что не можете. Разные ученые принимают различные точки зрения и принимают свои шансы такими, какими они будут рождаться в разработках. Нет общего правила, когда нужно отбрасывать теорию, а когда сохранять ей жизнь.

Фейерабенд также полностью раскритиковал идею, что метод является ключом для прогресса науки, показав, что в критических ситуациях ученый будет делать прогресс, отбросив правила. Более того, он доказал – убедительно, на мой взгляд, – что наука может дойти до полной остановки, если всегда следовать правилам "метода". Историк науки Томас Кун предпринял другую атаку на понятие "научный метод", когда он доказал, что ученые следуют различным методам в разные моменты. Но он был менее радикален, чем Фейерабенд; он попытался изложить два метода, один соответствует "нормальной науке", а другой соответствует научным революциям.

Другую критику идей Поппера предпринял венгерский философ Имре Лакатос, который доказывал, что имеется не так много асимметрии между фальсификацией и верификацией, как предполагал Поппер. Если вы видите одного красивого красного лебедя, невероятно, что вы обнародуете теорию, которая говорит, что все лебеди белые; вместо этого вы пойдете искать персону, которая его покрасила.

Эти аргументы приводят нас к нескольким проблемам. Первая, что успех науки все еще требует объяснения; вторая (подчеркнутая Поппером), что становится невозможным отличить науку вроде физики и биологии от систем веры, – таких как марксизм, черная магия и разумное творение, – которые претендуют на научность. Если не может быть сделано такое разграничение, то остается открытой дверь для жуткой разновидности релятивизма, в которой все претензии на истину и реальность имеют одинаковое основание.

Хотя я убежден, как и многие действующие физики, что мы не следуем одному методу, я также убежден, что мы должны ответить на вопрос Фейерабенда. Мы можем начать с обсуждения роли, которую наука играла в человеческой культуре.

Наука является одним из нескольких инструментов человеческой культуры, которые возникли в ответ на ситуацию, в которой мы, люди, находились с доисторических времен: мы, которые могут мечтать о бесконечном пространстве и времени, о бесконечно красивом и бесконечно хорошем, находимся встроенными в несколько миров: физический мир, социальный мир, воображаемый мир и духовный мир. Это условие человеческого существования, что мы долго стремились открыть умения, которые дадут нам власть над этими различными мирами. Эти умения сейчас называют наукой, политикой, искусством и религией. Сегодня, как и в наши ранние дни, они дают нам власть над нашими жизнями и формируют основу наших надежд.

Что бы кто ни говорил, никогда не было человеческого общества без науки, политики, искусства и религии. В пещерах, чьи стены украшены рисунками древних охотников, мы находим кости и камни с узорами, показывающими, что люди подсчитывали какие-то вещи группами по четырнадцать, двадцать восемь или двадцать девять. Археолог Александр Маршак, автор книги Корни цивилизации, интерпретирует это как наблюдения за фазами Луны. Это также могли быть записи раннего метода контроля за рождаемостью. В любом случае они показывают, что двадцать тысяч лет назад человеческие существа использовали математику чтобы организовать и концептуально представить свои ощущения о природе.

Наука не была изобретена. Она эволюционировала во времени, когда люди открывали инструменты и традиции, которые работали, чтобы привести физический мир в сферу нашего понимания. Наука, таким образом, есть путь, который является следствием способа существования природы – и следствием способа нашего существования. Многие философы ошибочно искали объяснение, почему наука работает, которое было бы применимо к любому возможному миру. Но такая вещь не может быть. Метод, который работал бы в любой возможной вселенной, будет подобен креслу, которое было бы удобным для любого возможного животного: он годился бы одинаково плохо в большинстве случаев.

На самом деле можно доказать версию указанного утверждения. Предположим, что ученые подобны слепым исследователям, ищущим самый высокий пик в своей стране. Они не могут видеть, но они могут чувствовать обстановку вокруг себя, чтобы определить, какой путь ведет вверх, а какой вниз, и они имеют альтиметр со звуковым считыванием, чтобы определять, насколько высоко они находятся. Они не могут видеть, когда они находятся на вершине пика, но они будут знать это, поскольку только здесь все направления ведут вниз. Проблема в том, что может быть больше, чем один пик, и, если вы не можете видеть, тяжело быть уверенным, что вы карабкаетесь на самый высокий. Таким образом, не очевидно, есть ли стратегия, которой слепые исследователи могут следовать, чтобы найти самый высокий пик за наименьшее количество времени. Это проблема, которую математики изучали, но пока не была доказана ее невозможность. Теорема отсутствия бесплатного обеда, разработанная Дэвидом Уолпертом и Вильямом Макреди, устанавливает, что в любом возможном ландшафте не будет лучшей стратегии, чем просто двигаться вокруг хаотическим образом. Чтобы сформировать стратегию, которая действует лучше, вы должны что-нибудь знать о вашем ландшафте. Вид стратегии, который хорошо работал бы в Непале, потерпит неудачу в Голландии.

Таким образом, не удивительно, что философы не смогли открыть общей стратегии, которая объяснила бы, как работает наука. А придуманные ими стратегии почти не имели сходства с тем, что ученые делают на самом деле. Успешные стратегии со временем были открыты, и они встроены в практики индивидуальных наук.

Раз уж мы это поняли, мы можем идентифицировать свойства природы, которые исследует наука. Самое важное то, что природа относительно стабильна. В физике и химии легко разработать эксперименты, чьи результаты повторяемы. Это не должно означать, например, что это в меньшей степени свойственно биологии или еще в меньшей степени психологии. Но в областях, где эксперименты повторяемы, полезно описывать природу в терминах законов. Таким образом, с самого начала профессионалы физики интересовались открытием общих законов. При этом проблема не в том, имеются ли на самом деле фундаментальные законы; для того, как мы делаем науку, значение имеет то, есть ли регулярности, которые мы можем открыть и смоделировать, используя инструменты, которые мы можем сделать своими руками.

Нам случилось жить в мире, который открыт для нашего понимания, и это всегда было так. С самого начала нашей жизни как вида мы могли легко наблюдать регулярности в небе и в сезонах, в миграциях животных и в росте растений, и в наших собственных биологических циклах. Делая отметки на костях и камнях, мы научились, что мы можем удержать след этих регулярностей, соотноситься с ним и использовать это знание для собственной выгоды. Вплоть до сегодняшних экспериментов с гигантскими телескопами, мощными микроскопами и все большими и большими ускорителями мы делаем только то, что мы и всегда делали: используем находящуются под рукой технологию, чтобы открыть развертывающиеся перед нами структуры.

Но если наука работает потому, что мы живем в мире регулярностей, она работает особым способом, который является следствием некоторых особенностей в нашем собственном строении. В особенности, мы мастера выводить заключения из неполной информации. Мы постоянно наблюдаем мир, а затем делаем предсказания и выводим из них заключения. Это то, что делали охотники-собиратели, и это также то, что делают физики, работающие над частицами, и микробиологи. Мы никогда не имеем достаточно информации, чтобы полностью подтвердить заключения, которые мы выводим. Способность действовать на догадках и интуиции, а также действовать самоуверенно, когда имеющаяся у нас информация указывает на что-то, но не составляет доказательства, является существенным умением, которое делает некоторых хорошими бизнесменами, хорошими охотниками или фермерами, или хорошими учеными. Это значительная часть того, что делает человеческие существа столь преуспевающим видом.

Но эта способность устанавливает тяжелую цену, которая в том, что мы легко вводимся в заблуждение. Конечно, мы знаем, что мы легко одурачиваемся другими. Обман широко одобряется, поскольку он столь эффективен. Это, в конце концов, только потому, что мы созданы, чтобы приходить к заключениям из неполной информации, что мы так уязвимы для лжи. Нашей основной установкой должна быть одна из истин, что если нам требуется доказательство всего чего угодно, мы никогда ни во что не поверим. Мы бы тогда никогда не смогли бы сделать чего-либо – никогда не встать с кровати, никогда не жениться, не завести дружбу или союз. Без способности доверять мы были бы одинокими животными. Язык эффективен и полезен, поскольку большую часть времени мы верим тому, что нам говорят другие люди.

Но что является одинаково важным и успокаивающим, это как часто мы заблуждаемся. И мы заблуждаемся не только индивидуально, но и в массе. Склонность группы человеческих существ быстро увериться в чем-то, что индивидуальный член группы будет позже рассматривать как очевидно ложное, является в полном смысле слова поразительной. Некоторые их худших трагедий последнего столетия произошли потому, что хорошо мыслящие люди попались на удочку легких решений, предложенных плохими лидерами. Но достижение консенсуса является частью того, кто мы есть, так как оно существенно, если группа охотников должна преуспеть или племя должно убежать от наступающей опасности.

Тогда, чтобы сообщество продолжало существовать, должны быть механизмы коррекции: старейшины, которые сдерживают импульсивность молодых, поскольку, если они обучились чему-нибудь за свои долгие жизни, так это сколь часто они были неправы; молодые, которые оспоривают верования, которые поддерживались как очевидные и священные на протяжении поколений, когда эти верования больше не годны. Человеческое общество прогрессирует, поскольку оно научилось требовать от своих членов как мятежности, так и почтительного отношения, и поскольку оно открыло социальные механизмы, которые со временем уравновесили эти два качества.

Я верю, что наука является одним из этих механизмов. Это способ обучения и поощрения открытия нового знания, но более всего другого это коллекция умений и практик, которые со временем показали свою эффективность в раскрытии ошибок. Это наш лучший инструмент в постоянной борьбе за преодоление нашей врожденной склонности самим впадать в заблуждение и вводить в заблуждение других.

Из этого короткого очерка мы можем видеть, что общего имеют наука и демократический процесс. Как научное сообщество, так сообщество в общем смысле нуждается в достижении заключений и в вынесении решений, основанных на неполной информации. В обоих случаях неполнота информации будет приводить к формированию группировок, которые придерживаются различных точек зрения. Общества, научные и другие, нуждаются в механизмах для разрешения споров и согласования разницы мнений. Такие механизмы требуют, чтобы были раскрыты ошибки и чтобы новым решениям неподатливых проблем было позволено заменить более старые. В человеческих обществах имеется много таких механизмов, некоторые из них содержат силу или принуждение. Самая основная идея демократии в том, что общество будет функционировать лучше, когда споры разрешаются мирно. Наука и демократия, в таком случае, разделяют общую и трагическую осведомленность о нашей склонности вводить себя в заблуждение, а также оптимистическую уверенность, что, как общество, мы можем использовать коррективы, которые со временем делают нас коллективно мудрее, чем любая индивидуальность.

Теперь, когда мы поместили науку в надлежащий контекст, мы можем обратиться к вопросу, почему она так хорошо работает. Я уверен, что ответ простой: наука преуспевает, поскольку ученые составляют сообщество, которое определяется и сохраняется строгим соблюдением общей этики. Это именно приверженность этике, а не приверженность какому-либо отдельному факту или теории, что, как я верю, сохраняется как фундаментальный регулятор внутри научного сообщества.

Имеются два принципа этой этики:

1. Если проблема может быть решена добросовестными людьми с применением рационального аргумента к публично доступному доказательству, тогда нужно рассмотреть, как ее решить таким образом.

2. Если, с другой стороны, рациональный аргумент, выведенный из публично доступных данных, не смог свести добросовестных людей к согласию по проблеме, тогда общество должно позволить и даже поощрить людей на извлечение из данных иных заключений.

Я уверен, что наука преуспевает, потому что ученые придерживаются этих двух принципов, даже если не полностью. Чтобы увидеть, верно ли это, посмотрим на некоторые из вещей, которые эти принципы требуют нас делать:

–Мы согласны спорить рационально и добросовестно, исходя из общедоступных данных, до какой бы степени общепризнанности ни подтверждались заключения.

–Каждый индивидуальный ученый свободен разработать его или ее собственные заключения из данных. Но от каждого ученого также требуется выставить для рассмотрения всего сообщества аргументы для указанных заключений. Эти аргументы должны быть рациональными и основываться на данных, доступных всем членам сообщества. Доказательство, метод, которым доказательство было получено, и логика аргументов, использованных при выводе заключений доказательства, должны быть совместно используемыми и открытыми для проверки всеми членами сообщества.

–Способность ученых вывести надежные заключения из общедоступных данных основывается на совершенном владении инструментами и процедурами, разработанными за многие годы. Они преподавались, поскольку опыт показывает, что они часто приводят к надежным результатам. Каждый ученый, натренированный в таком умении, глубже осознает роль ошибок и собственных заблуждений.

–В то же время, каждый член научного сообщества понимает, что конечная цель заключается в установлении консенсуса. Консенсус может появиться быстро, или он может потребовать некоторого времени. Окончательными судьями научного труда являются будущие члены сообщества во время, достаточно удаленное в будущее, чтобы они смогли лучше оценить объективность доказательства. Хотя научная программа может быть временно успешной в собирании сторонников, ни одна программа, утверждение или точка зрения не может быть успешной на долгом пути без того, чтобы она произвела достаточные доказательства, чтобы убедить скептиков.