Что мы реально подразумеваем под исследованиями, и как это помогает получать информацию для понимания вещей? Люди, ожидающие наличия доказательств в каждом научном исследовании, будут жестоко разочарованы.
Для меня, как для астрофизика, наука – это то, чем я живу. Большая часть информации, прочитанной и услышанной мною, выражается научным языком, который для непосвящённых может показаться не более, чем жаргоном и тарабарщиной. Но одно определённое слово редко встречается в разговорах и в текстах о науке – и это слово «доказательство». На самом деле, наука вообще мало что «доказывает».
Эти слова могли вызвать выражение удивления на вашем лице, особенно из-за того, что СМИ постоянно рассказывают нам, как наука доказывает то или это, какие-то серьёзные вещи с далеко идущими последствиями – как, например, то, что куркума якобы способна заменить 14 лекарств — или более фривольные вещи, вроде того, что учёные доказали, что моцарелла является идеальным сыром для пиццы.
Наверняка же наука доказала эти, и многие другие вещи? А вот и нет!
Путь математика
Математики доказывают вещи, и это означает нечто весьма определённое. Математики выдвигают определённый набор базовых правил, аксиом, и определяют, какие утверждения оказываются истинными в рамках этой платформы.
Статуя Евклида с неким интересным добавлением к свитку
Одна из наиболее известных платформ – древняя геометрия Евклида. С небольшим набором правил, определяющих идеальное плоское пространство, бессчётное количество детишек за последние несколько тысяч лет потели над доказательством теоремы Пифагора, касающейся взаимоотношений сторон прямоугольных треугольников, или над тем, что прямая пересечёт окружность не более, чем в двух местах, или над горой других утверждений, оказывающихся истинными в рамках евклидовых правил.
И если мир Евклида идеален, определяется прямыми линиями и кругами, то Вселенная, в которой мы живём, вовсе не такая. Геометрические фигуры, нарисованные карандашом на бумаге – всего лишь аппроксимация того мира Евклида, где истинные утверждения абсолютны.
За последние несколько сотен лет мы начали понимать, что геометрия — не такая простая штука, как описывал её Евклид, и такие величайшие математики, как Гаусс, Лобачевский и Риман подарили нам геометрии кривых и свёрнутых поверхностей.
В неевклидовой геометрии имеется новый набор аксиом и основных правил, и новый набор утверждений, относящихся к абсолютной истине, которые мы можем доказать. Эти правила оказываются чрезвычайно полезными для ориентирования на этой, почти круглой, планете. Одно из множества великих достижений Эйнштейна заключалось в том, что показало, как искривляющееся пространство-время может объяснить гравитацию.
Однако математический мир неевклидовой геометрии чист и идеален, поэтому является лишь приближением к нашему неряшливому миру.
Что есть наука?
Но в науке есть математика – закричите вы! Я только что читал лекции по магнитным полям, линейным интегралам и векторному счислению, и уверен, что мои студенты с готовностью согласятся с тем, что в науке полно математики.
Альберт Эйнштейн
И подход тот же, что и в математике: определите аксиомы, изучите последствия.
Знаменитое Эйнштейновское E = mc2, выведенное из постулатов о том, как законы электромагнетизма воспринимаются различными наблюдателями, его специальной теории относительности, является превосходным примером такого подхода. Но подобные математические доказательства – это лишь часть истории науки.
Важная часть, та самая, что определяет науку, заключается в том, являются ли подобные математические законы точным описанием наблюдаемой нами Вселенной. А для ответа на этот вопрос нам необходимо собрать данные при помощи наблюдений и экспериментов с природными явлениями, а затем сравнить их с математическими предсказаниями и законами. И главное слово во всё этом предприятии – «свидетельства».
Научный детектив
Математическая часть чиста и ясна, а наблюдения и эксперименты ограничены технологиями и неопределённостями. Сравнение двух этих областей завёрнуто в математическую область статистики и выводов.
Многие, но не все, полагаются на определённый подход к этой проблеме, известный, как Байесовский вывод, позволяющий включить свидетельства, полученные из наблюдений и экспериментов, в область известного нам, и обновить нашу убеждённость в определённом описании Вселенной.
Для этих яблок один путь – вниз
Убеждённость в данном случае означает то, насколько вы уверены в том, что определённая модель является точным описанием природы, на основании того, что вам известно. Это немного напоминает размещение ставки на определённый результат.
Наше описание гравитации выглядит довольно неплохо, поэтому все шансы за то, что яблоко с ветки упадёт на землю. Но у меня есть меньше уверенности в том, что электроны – это крохотные петли вращающихся и движущихся по кругу струн, как предлагает нам считать теория суперструн, и шансы всего тысяча к одному, что у неё получится предоставить точное описание будущих явлений.
Поэтому наука больше похожа на постоянно идущий судебный процесс, в котором присяжным предлагается непрекращающийся поток свидетельств. Но там нет и единственного подозреваемого, и им регулярно предоставляют всё новых и новых. В свете имеющихся свидетельств, присяжные постоянно обновляют свою точку зрения на то, кто отвечает за данные.
И они никогда не выносят окончательного вердикта о виновности или невиновности, поскольку свидетельства собираются постоянно, и всё новые подозреваемые проходят перед судом. Всё, что могут делать присяжные, это решать, виновен ли одни подозреваемый больше, чем другой.
Что доказала наука?
В математическом смысле, несмотря на все годы исследований того, как работает Вселенная, наука не доказала ничего.
На этом месте 1 апреля 1780 года ничего не произошло
Каждая теоретическая модель – это хорошее описание окружающей нас Вселенной, по крайней мере, в некоем полезном диапазоне масштабов.
Но изучение новых территорий открывает нам недостатки, понижающие нашу веру в то, что определённое описание и дальше точно представляет происходящее в наших экспериментах, а наша вера в альтернативные описания может при этом расти.
Узнаем ли мы, в конце концов, истину, и откроем ли законы, по-настоящему управляющие процессами мироздания? Хотя наша степень доверия некоторым математическим моделям может становиться всё больше и больше, без бесконечного количества проверок, как мы сможем быть уверенным и в том, что они и есть реальность?
Думаю, лучше будет оставить последнее слово за одним из величайших физиков, Ричардом Фейнманом, объясняющим, что значит быть учёным: «У меня есть приблизительные ответы и возможные убеждения разной степени определённости по поводу разных вещей, но абсолютно я ни в чём не уверен».
