Багато в чому наука, якою займається людина, - найвище прагнення до істини. Ставлячи питання про природу і Всесвіт, ми прагнемо зрозуміти, що являє собою світобудову, які правила нею керують, і як все стало таким, яким воно є сьогодні.
Наука - це повний набір знань, які ми отримуємо в результаті спостережень, вимірювань і проведення експериментів, але це також і процес, за допомогою якого ми проводимо ці дослідження.
Легко зрозуміти, як ми отримуємо знання в результаті цієї діяльності, але як вчені приходять до ідеї наукової істини? І коли ми приходимо до неї, наскільки тісно пов'язані ці наукові істини з нашими уявленнями про "абсолютну істину"? На яких підставах ми, з наукової точки зору, визначаємо, що щось є істинним, а що - неістинним?
Коли ми говоримо з наукового погляду, поняття "істина" сильно відрізняється від повсякденності та життєвого досвіду. Ось як зрозуміти наукове використання слова "істина", включно з тим, що воно означає і не означає для нашої реальності.
Розглянемо таке твердження: "Земля кругла". Якщо ви не вчений (а також не прихильник плоскої Землі), ви можете подумати, що це твердження не підлягає сумніву.
Ви думаєте, що це наукова істина. Насправді твердження про те, що Земля кругла, є обґрунтованим науковим висновком і науковим фактом, принаймні, якщо протиставити круглу Землю плоскій.
Але завжди є додатковий нюанс і застереження. Якщо виміряти діаметр Землі по екватору, то ми отримаємо значення, що дорівнює 12 756 км.
Якщо виміряти діаметр від північного полюса до південного, то вийде трохи інше значення - 12 712 км. Земля - не ідеальна сфера, а скоріше, майже сферична форма, опукла на екваторі та стиснута на полюсах.
Для вченого це дуже добре ілюструє застереження, пов'язані з таким терміном, як наукова істина.
Звичайно, правильніше, що Земля - куля, ніж те, що Земля - диск або коло. Але те, що Земля - куля, не є абсолютною істиною, бо правильніше називати її не кулею, а довгастим сфероїдом. Утім, і "довгастий сфероїд" не є абсолютною істиною.
На Землі існують особливості поверхні, які демонструють значні відхилення від гладкої форми, подібної до кулі або довгастого сфероїда. Це гірські хребти, річки, долини, плоскогір'я, глибокі океани, западини, хребти, вулкани та багато іншого.
Є місця, де суша піднімається майже на 9 км від рівня моря, а є місця, де ви не торкнетеся поверхні Землі, поки не опинитеся на глибині 11 км під поверхнею океану.
Такий приклад підкреслює кілька важливих особливостей наукового мислення, які відрізняються від нашого буденного сприйняття дійсності.
У науці немає абсолютних істин; є тільки приблизні істини.
Чи є твердження, теорія чи схема істинною чи ні, залежить від кількісних чинників і від того, наскільки ретельно вивчаються або вимірюються результати.
Кожна наукова теорія має кінцевий діапазон достовірності: всередині цього діапазону теорія не відрізняється від істини, а за його межами вона вже не є істинною.
Науковий спосіб мислення принципово відрізняється від того, як ми думаємо про факти і вигадки, істину і брехню, або навіть про правильне і неправильне.
Наприклад, якщо ви кинете на Землю м'яч, ви можете поставити кількісне, наукове запитання про те, як він себе поведе. Як і все на поверхні Землі, він прискорюватиметься вниз зі швидкістю 9,8 м/с². І це чудова відповідь, тому що вона приблизно правильна.
Однак у науці необхідно дивитися глибше і бачити, де наближення вже не вірне.
Якщо провести експеримент на рівні моря, на різних широтах, то виявиться, що нам доступний діапазон від 9,79 м/с² на екваторі до 9,83 м/с² на полюсах.
Якщо ви підніметеся на велику висоту, то виявите, що прискорення починає повільно зменшуватися. А якщо подолаєте гравітацію Землі, то виявите, що це правило зовсім не універсальне, а замінено більш загальним законом всесвітнього тяжіння.
Що ж до наукових законів, то цей закон є ще більш загальним. Закон всесвітнього тяжіння Ньютона загалом пояснює прискорення Землі, але він проявляється далі за нашу планету.
Він описує орбітальний рух супутників планет, самих планет, астероїдів і комет Сонячної системи, а також по-різному "зважує" на кожній із планет.
Але навіть закон Ньютона має свої межі. Коли ви наближаєтеся до швидкості світла, або дуже близько підбираєтеся до надзвичайно великої маси, або хочете дізнатися, що відбувається в космічних масштабах (як у випадку із Всесвітом, що розширюється), Ньютонова динаміка не допоможе. Для цього необхідно скасувати Ньютона і перейти до загальної теорії відносності Ейнштейна.
Для траєкторій частинок, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, або для отримання дуже точних прогнозів орбіти Меркурія, або для пояснення гравітаційного викривлення зоряного світла, великого скупчення маси (як у випадку гравітаційного лінзування), теорія Ейнштейна виявляється вірною там, де теорія Ньютона зазнає невдачі.
Фактично, кожне спостереження або експериментальне випробування, якому ми піддавали загальну теорію відносності, починаючи з гравітаційних хвиль і закінчуючи дрейфом рамок самого простору, вона проходила з блиском.
Чи означає це, що теорію Ейнштейна можна сприймати як наукову істину?
Коли вона застосовується до конкретних сценаріїв, - безумовно. Але є й інші сценарії, вони ще недостатньо перевірені, і ми очікуємо, що ЗТВ не дасть кількісно точних прогнозів.
Наразі накопичилося багато запитань, які стосуються сприйняття реальності і які вимагають іншого розуміння світу гравітації або де кривизна простору-часу надзвичайно сильна: коли важлива теорія відносності Ейнштейна.
Але коли масштаби відстаней дуже малі, виникають квантові ефекти, і загальна теорія відносності перестає працювати.
Найбільш проблематичні питання:
- Що відбувається з гравітаційним полем електрона, коли він проходить через подвійну щілину?
- Що відбувається з інформацією частинок, що утворюють чорну діру, якщо кінцевим станом ЧД є розпад у теплове випромінювання?
- І яка поведінка гравітаційного поля/сили в сингулярності та навколо ЧД?
Теорія Ейнштейна не просто помиляється в цих питаннях, вона не пропонує розумних відповідей.
Ми знаємо, що в цих режимах нам потрібна досконаліша теорія, така, як справжня квантова теорія гравітації, що дає змогу формулювати прогнози.
Так, маси біля поверхні Землі прискорюються вниз зі швидкістю 9,8 м/с², але якщо ми поставимо правильні запитання або проведемо правильні спостереження та експерименти, то виявимо, де і як такий опис реальності не є гарним наближенням до істини.
Закони Ньютона пояснюють такі й пободні явища, але ми можемо знайти феномени, що демонструють нам, де теорії Ньютона вже недостатньо.
Навіть заміна законів Ньютона на загальну теорію відносності Ейнштейна призводить до тієї ж історії: теорія Ейнштейна успішно пояснює все те, що пропонує теорія Ньютона, плюс додаткові явища.
Деякі з цих явищ уже були відомі, коли Ейнштейн створював свою концепцію; інші, зокрема експериментальні дані, ще не були перевірені.
Але ми можемо бути впевнені, що навіть найбільше досягнення Ейнштейна коли-небудь буде перевершено. І коли це станеться, це трапиться точно таким же чином.
Наука - це не пошук абсолютної істини про Всесвіт. Хоч би як нам хотілося дізнатися, якою є фундаментальна природа реальності, від найдрібніших субатомних масштабів до найбільших космічних структур, вона не в змозі її надати.
Усі наші наукові істини умовні, і ми повинні визнати, що вони є лише моделями або наближеннями до реальності.
Навіть найуспішніші наукові теорії мають обмежений діапазон достовірності.
Але ми можемо теоретизувати як завгодно, і якщо нова теорія відповідає таким трьом критеріям:
- вона досягає всіх успіхів переважаючої, раніше існуючої теорії;
- вона досягає успіху там, де нинішня теорія зазнає невдачі;
- і з її допомогою можна виміряти невимірювані до цього моменту явища, відмінні від попередньої теорії;
- критично проходять спостережні або експериментальні тести;
- новий концепт витісняє наявну теорію як найкраще наближення до наукової істини.
Усі наші нинішні наукові істини, починаючи зі Стандартної моделі елементарних частинок, Великого вибуху, темної матерії і темної енергії, космічної інфляції і далі, є лише попередніми.
Вони описують Всесвіт надзвичайно точно, досягаючи успіху в тих режимах, де всі попередні моделі зазнавали невдачі.
Проте всі вони мають обмеження, коли перестають здаватися розумними, не працюють передбачення або вони не верифікують реальність. Це не абсолютні істини, а приблизні, тимчасові.
Жоден експеримент не може довести істинність наукової теорії; ми можемо лише продемонструвати, що її істинність або поширюється, або не поширюється на той режим, у якому ми її перевіряємо.
Невдача теорії насправді є вищим науковим успіхом: це можливість знайти ще кращу наукову істину, наближену до реальності.
Щоразу, коли ми виявляємо, що сучасне розуміння недостатнє для пояснення всього, що є на світі, так, воно виявляється хибним: хибним у найкращому сенсі, який тільки можна собі уявити.
Джерело: Big Think
