Границы научного познания 2. Раздел 1: всё ли знает наука? Познание настоящего и прошлого

Вопрос о всезнании науки — не самая острая проблема. Вряд ли кто-то полагает, что наука уже решила все проблемы, касающиеся познания природы — чем же тогда заняты сами учёные, как не решением нерешённых вопросов? Тем не менее, в качестве первого шага в обсуждении важно прояснить, что уже раскрыто наукой и что ещё предстоит узнать.

Для начала следует разделить познание мира на две составляющие.

1. Познание мира настоящего, такого, каким он предстаёт перед исследователями.
2. Познание мира прошлого, недоступного непосредственному наблюдению и измерению.

Кратко разберём эти два аспекта.

1.1. Познание настоящего

Природа в том виде, в каком она непосредственно предстаёт перед учёными, доступна всем видам эмпирических исследований. Физические явления можно наблюдать, измерять, сравнивать, их можно воспроизводить в лаборатории, экспериментировать, подтверждая или опровергая выдвинутые теории.

Всё открыто и доступно исследованиям, и тем не менее, учёные признают, что есть ещё немало нерешённых проблем, и что не все тайны природы раскрыты^[1].

Основная проблема физики связана с попытками построить единую теорию мира, которая свяжет теорию, описывающую макромир — общую теорию относительности, — и теорию, описывающую микромир, — квантовую теорию. Наблюдения показывают, что всё в природе взаимосвязано, поэтому нет оснований полагать, что необходимы две теории природы, описывающие явления на разных пространственных шкалах. Логичнее предположить, что необходима одна, конечная и полная теория. Этим и заняты все выдающиеся физики мира.

Проблема поиска единой теории касается и объединения известных на данный момент четырёх фундаментальных сил: электромагнитной, гравитационной, слабого и сильного ядерного взаимодействия. Наука пытается понять, «могут или нет различные частицы и силы быть объединены в теорию, которая объясняет их все как проявления единственной, фундаментальной сущности»^[2].

Познание мира элементарных частиц ставит фундаментальный вопрос: а дошли ли мы уже до «дна», до тех неделимых «атомов», из которых построены другие частицы?

Важно и то, что практически отсутствуют знания о предполагаемой темной материи и энергии, которые, по расчётам, составляют до 95-96% Вселенной^[3]. Располагая знаниями о 4-5% Вселенной, не так просто быть уверенным в достоверности наших представлений о Вселенной в целом.

Также физикам не ясно, по каким причинам наша Вселенная имеет набор констант именно с такими величинами, почему наблюдаемая Вселенная однородна и изотропна^[4], почему пространство трёхмерно, почему существует время — и таких вопросов немало.

Да и фундаментальной теории природы, способной предсказать сколько фундаментальных частиц и фундаментальных сил взаимодействия должно быть во Вселенной, насколько протон должен быть тяжелее электрона, почему существуют именно такие законы природы, а не другие, и тому подобное, нет и не похоже, что предвидится.

Итак, на данный момент наука не знает, как решать эти проблемы.

Существует много нерешённых проблем и в других областях научного познания: астрономии, астрофизике, химии, биологии. Например, никак не решена проблема физико-химического объяснения биологической жизни — невозможность редуцировать биологические явления к физическим, — и направление её решения пока не просматривается^[5]. Нет и объяснения духовной жизни человека — его самосознания, абстрактного мышления, способности делать выбор, осмысленной речи, всех форм творческой активности^[6].

Итак, наука не знает всего. Даже мир, непосредственно открытый исследованию, не раскрыл всех своих секретов и существует немало «белых пятен» во многих областях познания.

1.2. Познание прошлого

Что знает наука о состоянии природы в прошлом?

Реальность в том виде, какова она есть, можно изучать непосредственно, но события и процессы, которые произошли в прошлом и сформировали современное состояние природы, недоступны наблюдениям и измерениям. К тому же они произошли один раз, а разовые явления находятся вне прямой компетенции науки, которая исследует только повторяющиеся, воспроизводимые, то есть закономерные явления.

Тем не менее, учёные ищут пути постижения прошлого и для этого разработали разные методики познания вне пределов непосредственных измерений. На их основе и делаются выводы о прошлом. Но в какой степени можно на них полагаться?

Для этого надо обратиться к самим методикам.

Экстраполяция

Один из основных методов, которым приходится пользоваться при изучении прошлого, является экстраполяция. В целом это общепринятый метод научного прогнозирования, позволяющий распространить выводы, полученные из непосредственных наблюдений за одной частью явления, на другую его часть, которую невозможно исследовать. К примеру, определив функцию изменения температуры в доступной области, можно продолжить график и в область недоступную.

На первый взгляд, это легитимный метод исследования, который позволяет получить достоверные результаты. Тем не менее, следует пользоваться им с большой осторожностью: должны быть четко определены границы применимости модели, на основе которой делается экстраполяция^[7].

Слабость этой методики очевидна: чем дальше область исследования от доступного измерению интервала времени и чем этот доступный интервал короче, тем меньше шансов, что экстраполяция даст правильный результат.

Если доступным является, к примеру, диапазон измерения температуры от 0° до 100°, то оценка некого параметра исследуемого явления, сделанная для 101°, будет с большей вероятностью верна, чем оценка, сделанная для 1001°, и т.д. То есть предположение, заложенное в основу методики, что найденная закономерность сохранится и по мере удаления от непосредственных измерений, не всегда оправдано. Измерения могут показывать, к примеру, устойчивую линейную зависимость, но нет никаких гарантий, что в прошлом изменения не шли по экспоненте.

Одна из причин настороженного отношения к выводам науки о прошлом состоит в том, что на основании наблюдения за явлениями природы в течение нескольких столетий делается экстраполяция на миллиарды лет назад^[8]! Конечно же, наблюдаемые закономерности можно распространять на любой временной интервал, но убедительность таких выводов уже будет под вопросом^[9].

Индукция

Индукция — это форма логического умозаключения от частного к общему, метод получения знания о группе объектов на основании исследования отдельных представителей этой группы.

Различают полную индукцию — метод доказательства, при котором утверждение доказывается на основе изучения конечного числа частных случаев, исчерпывающих все возможности, — и неполную индукцию — когда вывод строится на основании наблюдения только за отдельными частными случаями. Первая методика позволяет получить однозначно достоверное умозаключение, а вот при построении выводов по принципу неполнойиндукции, от частного к общему (что запрещено формальной логикой), остаётся место сомнению.

Наука построена на неполной индукции. Когда учёные производят некое исследование, они не измеряют все возможные частные случаи исчерпывающим образом, а делают обобщение на основании ограниченного количества измерений, по принципу неполной индукции. Упорядочение частных экспериментальных данных позволяет сформулировать общие суждения — гипотезы и теории. Но по причине неисчислимости первых полученные таким образом выводы не будут логически безупречными.

Классический пример: сколько не наблюдай лебедей белого цвета, индуктивный вывод о том, что все лебеди белые, окажется ошибочным, как только обнаружится хотя бы один черный лебедь.

Конечно же, метод неполной индукции не обязательно приводит к ложным выводам, но с другой стороны, не может гарантировать абсолютной истинности вывода. Результат обработки информации во многом зависит не только от достоверности единичных фактов, но и от их количества. Если индуктивному обобщению подвергается недостаточное количество фактов, то даже их бесспорная истинность никак не гарантирует истинности конечных умозаключений.

От следствия к причине

Наука основана на принципе причинности, в соответствии с которым у каждого следствия должна существовать естественная причина или совокупность причин. Такое понимание реальности и создаёт основу возможности её исследования.

Ещё на заре развития науки Аристотель определил критерий научности знания: «Мы можем утверждать, что обладаем истинным, то есть научным знанием, когда мы знаем непосредственную причину исследуемого явления, и при этом не может быть причины иной». То есть при установлении причинной связи между явлениями, кроме истинности этой связи, совершенно необходимым условием является и её однозначность.

А если исследуемое явление можно объяснить разными причинами, то ни одно из этих объяснений по отдельности не будет являться полным научным знанием. Таким объяснение может считаться только тогда, когда будет выявлена вся совокупность причин и факторов, обусловливающих явление.

В этом и состоит основная проблема умозаключений о прошлом: невозможно быть стопроцентно уверенным, что наблюдаемое явление порождено только предполагаемыми причинами. В поисках истины надо всегда принять в расчет, что к этому следствию могли привести и другие, пока не раскрытые причины^[10].

Также следует указать на слабость подобных рассуждений в случаях, когда следует принять во внимание не одну причинную связь, а длинную цепочку причин и следствий. С формальной точки зрения, постановка задач о прояснении прошлого — вроде эволюционной гипотезы происхождения жизни, — относится к разряду некорректно сформулированных уравнений, когда ответ известен, а многочисленные составляющие, приводящие к такому ответу, неизвестны^[11]. Такие задачи принципиально не имеют решения. Конечно же, можно подгонять все составляющие под конечный ответ, но неоднозначность останется всегда.

Математическое моделирование

Современное изучение прошлого часто строится на математическом моделировании — замене реального объекта исследования математическим описанием с последующей компьютерной обработкой, позволяющей воссоздать виртуальную модель развития Вселенной даже миллиарды лет назад.

Затем модель проверяется в соответствии с общепринятыми правилами верификации и фальсификации.

Но и такая методика имеет существенные ограничения. Так, физическая реальность и математическая модель могут быть увязаны только посредством идеализации, в ходе которой грани реальности, которые имеют слабое отношение или вообще не имеют отношения к объекту исследования, игнорируются. Также исследователи вынуждены прибегать к разным упрощениям и допущениям^[12]. То есть модель как таковая не подобна реальности.

Для построения математической модели необходимо принятие скрытых посылок, не имеющих к ней непосредственного отношения. Так, например, незаметно постулируется материализм, истинность которого никак и никем не была доказана, принимается, что Вселенная одинакова и однородна во всех направлениях и во всём масштабе, и многое другое.

Принимается как постулат и принцип градуализма, предполагающий, что процессы прошлого не только продолжаются в настоящем, но и протекали в прошлом с той же интенсивностью и скоростью, как в настоящем. Обращения к этой методике при изучении прошлого не избежать. Например, в теории Большого взрыва приходится полагаться на экстраполяцию в прошлое законов ядерной и квантовой физики.

Вывод

Попытки учёных использовать перечисленные методики и на их основе строить модели прошедших событий и явлений, безусловно, имеют прочную основу, но это никак не может исключать совершенно другие объяснения и тем более сомнения.

Учёные могут говорить о том, что, скорее всего, могло бы произойти, но не могут однозначно утверждать, как всё произошло на самом деле.

[1] Список больших нерешённых проблем современной физики можно найти в различных публикациях ведущих учёных. Например, Л. Смолин в книге «Неприятности с физикой: взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует» указывает, что сейчас в теоретической физике существуют пять основных нерешённых задач. Или см. статью Википедии «Нерешённые проблемы современной физики».

[2] Л. Смолин во введении к книге «Неприятности с физикой».

[3] Как пишет тот же Смолин, «недавние измерения выявили вселенную, которая большей частью состоит из неизвестного. Полные 70 процентов плотности материи оказываются в форме темной энергии. Двадцать шесть процентов есть темная материя. И только 4 процента — обычная материя. Так что менее 1 части из 20 построено из материи, которую мы наблюдаем экспериментально или описываем в стандартной модели физики частиц. Об оставшихся 96 процентах, за исключением только что отмеченных их свойств, мы не знаем абсолютно ничего».

[4] Изотропность означает, что в пространстве нет какого-то конкретного направления, относительно которого существует «особая» симметрия: все направления равноправны.

[5] Подробнее см. Часть 1, Приложение 1.

[6] Подробнее см. Приложение 3 «Эволюция?».

[7] Проблематичность этой методики можно с лёгкостью продемонстрировать на следующем вымышленном примере. Предположим, юный исследователь решил собрать данные о весе новорожденного братика и подсчитать, сколько он будет весить в возрасте 20 лет. Для этого он стал взвешивать его каждый день в течение месяца и обнаружил закономерность: братик ежедневно добавляет в весе 25 граммов. На этом этапе исследователь решил остановить наблюдение, ведь с учётом того, что братик родился весом 4 кг, и при посредстве экстраполяции можно подсчитать его вес в возрасте 20 лет. Получилось… 186.1 кг! Очевидно, что такой результат не имеет ничего общего с действительностью. Исследование, выполненное методом непосредственных измерений, следует рассматривать как заслуживающее признания, а вот экстраполяцию на 20 лет — скорее как спекуляцию.

[8] Уверенность в правильности экстраполяции на миллиарды лет в первую очередь строится на том, что в природе за это время коренным образом ничего не изменилось. Но это утверждение само по себе основано на наблюдениях за ограниченный, короткий промежуток времени.

[9] Также и изучение всей Вселенной не имеет прочного основания, поскольку она познаётся на основе изучения небольшой её части. Поэтому и возникают новые космологические гипотезы, утверждающие, что в других местах Вселенной могут действовать другие законы (А. Линде).

[10] Естественно, это не должно быть чисто теоретическое сомнение; оно должно быть подкреплено разумной возможностью альтернативного объяснения.

[11] Это легко проиллюстрировать на простейшем примере. Если известен результат равенства, например, число 2, то существует бесконечное количество вариантов, дающих этот ответ: 1+1=2; 6-1-2-1=2; 1х2=2; 16/4/2=2; и т.д.

[12] Подробнее см. в подразделе 2.3.