Когда наука не справляется

Оригинал статьи на Aeon, написанной Джимом Багготтом

Если задать учёному вопрос о философии науки, есть шанс услышать фамилии одного или двух философов. Имя британского философа австрийского происхождения Карла Поппера (1902—1994), скорее всего, всплывёт в контексте принципа фальсифицируемости науки, «демаркационного критерия», которым отличают науку от не-науки. Теория считается научной, только если она строит прогноз, ложность которого — в принципе — может быть потом доказана. Таким образом, астрология не может быть наукой, ибо её прогнозы в основном такие туманные, что сфальсифицировать их невозможно, то есть, они неопровержимы. Согласно Попперу, это и есть основа научного метода. Учёный делает серию творческих предположений, которые впоследствии сам же старается опровергнуть. Совершенствуя гипотезу, он работает в свете таких опровержений, чтобы начинать процесс снова и снова.

В свою очередь, имя американского философа Томаса Куна (1922—1996), скорее всего, упомянут в контексте теории научных революций. В ежедневной научной практике открытия будут делать и задачи будут решать в рамках принятых фундаментальных теорий, которые Кун называет парадигмами, и которые общепринято считаются незыблемыми. Логично предположить, что если учёные перестанут заниматься тем, чем заняты ежеминутно по сути своей работы, и начнут искать способы фальсифицировать базис того, на основании чего делают свои предположения, они мало продвинутся в своей основной деятельности. Этим и отличается революционная наука, в которой все ставки делаются на слом парадигмы, процесс, схожий на обращение в иную веру или политическую революцию. Кун утверждает, что такие революционные научные изменения включают не только смену законов, сущностей и их математических описаний, но также стандартов, по которым учёные судят об адекватности теоретических пояснений.

По Куну, астрология отличается от астрономии не столько неопровержимостью первой, сколько исследовательской традицией второй и её ролью в решении задач нормальной науки. Сталкиваясь с несбывшимися прогнозами, астроном садится за работу, чтобы проверить данные, повторить исчисления или пересобрать и улучшить инвентарь. У астрологов такой традиции нет, они просто сотрясают воздух. Астрология — не наука, просто потому что астрологи не занимаются наукой.

Среднестатистический учёный знаком с философией лишь мимолётно. А жаль. Глубокие, казалось бы, непреодолимые проблемы с основами теоретической физики — физикой материи и излучения, пространства, времени и вселенной — последние 50 лет испытывают серьезные трудности в их решении. Мы живём в тот период истории фундаментальной физики, в котором идеи дешевы, но сбор эмпирических фактов, призванных доказывать, что эти идеи имеют хоть что-то общее с реальным миром — невероятно дороги, растянуты во времени и не гарантируют успех. Оказывается, ни Поппер, ни Кун в наше время ничем помочь нам не могут. Нужно мыслить шире.

Особенно это касается тех физиков-теоретиков, которые выступают за теорию струн, как следующую парадигму. В программных воззрениях теории струн, оформившихся в конце 70-х, элементарными основаниями природы и силы, которые приводят к их взаимодействиям, представляются струнами или петлями энергии. Эта картина мира быстро усложнилась необходимостью допустить фундаментальную симметрию — названную суперсимметрией — между частичками материи и силы, а также спрятать шесть дополнительных измерений пространства в математической структуре под названием форма Калаби-Яу. Всё усложнилось еще больше, когда оказалось, что существует пять разновидностей теории струн и невероятное количество возможных форм Калаби-Яу без малейшей возможности определить, какие из частиц и сил имеют отношение к нашей вселенной. Ответом некоторых сторонников теории струн стало введение антропного принципа: среди множества вселенных всех возможных форм нам нечего удивляться, если окажется, что мы живём во «вселенной Златовласки», построенной на форме, идеально подходящей для эволюции разумной жизни.

Кроме пространного «предположения», что существуют т.н. суперсимметричные частицы (которые пока не нашли) адепты теории струн оказались неспособными спрогнозировать что-либо вообще. Теория, таким образом, неопровержима.

В 2006 году сомнения в том, имеет ли теория струн вообще какое-либо отношение к реальности, привели к «струнным войнам». Критерий фальсифицируемости Поппера попытались использовать, чтобы привести сторонников теории струн к ответу. Те нанесли ответный удар, отрицая диктат философских принципов и взглядов «попперацци». Но если оглянуться, окажется, что разобраться с вопросом можно было существенно раньше, потому что проблема попперового критерия была известна философам уже давно, и даже была готова альтернатива, которая объединяла взгляды Поппера и Куна в одну философскую систему. Это методология научно-исследовательских программ Имре Лакатоса.

Среди всех философов науки, вероятно, только Лакатос воплотил представление о философии, как живом опыте. Родился он в 1922 году в венгерском городе Дебрецен, изучал математику, физику и философию в университете, но его настоящей страстью стал революционный коммунизм. С приходом нацистов в Венгрию в марте 1944 года евреи Дебрецена были помещены в гетто, а около 6 000 из них потом отправлены в Освенцим. Мать и бабушка Лакатоса были среди них. Они не выжили.

Лакатос сбежал в Надьварад (теперь Орадеа в Румынии), где назначил себя лидером радикальной студенческой группы, которую покорил своим интеллектом. Эти юные сталинисты восхищались романтическим видением революции. Они мечтали «быть повешенными несколько раз на дню в интересах рабочего класса и великого Советского Союза». К группе присоединилась 19-летняя Эва Исак. Она, однако, никак не могла найти безопасное укрытие. Лакатос переживал, что нацисты её схватят и принудят к предательству. Чтобы избежать этого, он убедил её совершить самоубийство, как акт революционного самопожертвования. По его указанию, её сопроводили в отдаленную часть парка Надьёрдё, где она приняла цианид и умерла. Когда тело позже нашли, опознали её не сразу.

После победы Советов а Венгрии в конце 1944 Лакатос стал рьяным членом правящей коммунистической партии. Но его пыл тут же привел к трениям с лидерами партии, за что он был исключен и арестован УГБ (Управлением государственной безопасности) в апреле 1950. Более двух месяцев его «допрашивали» в застенках УГБ, прежде чем отправили в лагерь для политзаключенных в северо-восточной Венгрии. По истечении шести лет, через полгода после смерти Сталина, его выпустили. Надо отметить, что он остался лоялен партии и продолжал доносить на друзей и коллег в УГБ.

Лакатос сохранил за собой должность в Институте математики Венгерской академии наук, где принялся жадно читать, стараясь наверстать упущенное. Именно тогда он впервые столкнулся с идеями Поппера и его критикой марксизма. Это сильно пошатнуло его мировоззрение. Теперь он ясно уразумел, что «научные» прогнозы ортодоксального марксизма были систематически фальсифицированы. К 1956 году Лакатос полностью превратился из яростного сталиниста в яростного ревизиониста. Поппер изменил его жизнь.

Когда советские Т-54 въехали в центр Будапешта, чтобы подавить венгерское восстание 1956 года, Лакатос укрылся в Австрии. Он получил грант от программы для венгерских беженцев Фонда Рокфеллера и прибыл в Англию в январе 1957. Получая PhD в Кембридже, он воспользовался возможностью пересоздать свою личность, обходя эмигрантское законодательство и скрывая своё сталинистское прошлое. В 1960 его назначили читать лекции в отделении Поппера Лондонской школы экономики. Еще 9 лет спустя он стал профессором логики в ЛШЭ c состоявшейся международной репутацией. В 1965 году на международном коллоквиуме в Лондоне он презентовал работу «Фальсификация и методология научно-исследовательских программ». Она стала значимым вкладом в философию науки.

К тому времени проблемы попперового принципа фальсифицируемости были хорошо известны — наука работала не так. Как отметил Кун, чёткие фальсификационистские принципы, будучи наивно трактованы, происходят из нормальной, ежедневной практики в научном мире. К примеру, мы знаем, что орбиты планет — не вполне эллипсы, и что каждая планета в точке, наиболее близкой к Солнцу (перигелию) слегка смещается в «прецессию». Считалось, что это происходит из-за совокупной гравитации других планет Солнечной Системы и наиболее заметно для Меркурия. Но законы Ньютона спрогнозировали прецессию, которая не согласуется с наблюдениями. Будучи очень маленькой, эта разница накапливается и становится эквивалентной одной «дополнительной» орбите каждые 3 миллиона лет.

Чтобы понять, что значит такое несоответствие, мы должны разобраться, как обычно происходит применение теории. Процесс включает некоторые упрощения, дополнительные умозаключения и гипотезы. Некоторые преемственны математическим формулам в теории, таким, как предположение Исаака Ньютона, что массы притягиваемых тел сосредоточены в их центрах. Другие необходимы, чтобы упростить исчисления, как, например, предположение, что в экспериментальном изучении электромагнитных сил влияние других сил (таких как гравитация) можно игнорировать без последствий. Это значит, что в результате прогнозы никогда не происходят напрямую из теории самой по себе, но скорее из теории, подогнанной к одной или больше «вспомогательным» гипотезам. Если такие прогнозы в дальнейшем сфальсифицировать, никогда не будет понятно, что же пошло не так. Может статься, что сама теория ошибочна, а может — что одна или больше вспомогательных гипотез некорректны, но свидетельства не укажут, какие именно.

Лакатос писал:

Может быть, теперь уже можно считать ньютоновскую теорию опровергнутой? Как бы не так. Тотчас выдвигается новая ещё более остроумная гипотеза, объясняющая очередную неудачу, либо… Либо вся эта история погребается в пыльных томах периодики и уже больше никем не вспоминается.

Соответствующая творческая корректировка любой гипотезы может в принципе сделать любую научную теорию неопровержимой.

Лакатос утверждал, что критерий Поппера — слишком ограничивающий. Но ему также было некомфортно с тем, как Кун описывал научные революции. Если допустить, что мы и правда изменяем стандарты для оценки научных теорий от парадигмы к парадигме, как утверждает Кун, то вопрос, какие же стандарты «лучше» — становится очень спорным. По Куну, к революции приводит кризис уверенности, который приводит к быстро распространяющейся панике. Лакатос писал: «C позиции Куна, научная революция иррациональна и её нужно рассматривать специалистам по психологии толпы». Это ведёт к довольно неоднозначному определению научного прогресса, основанного на психологии и социологии, и имеет тенденцию к релятивизму. Кун это обвинение отверг, но его сложно игнорировать.

Несмотря на эти противоречия, Лакатос оценил по заслугам подходы и Поппера, и Куна. В его «исследовательской программе» есть параллели с парадигмой Куна. Любая исследовательская программа базируется на «твёрдом ядре» теории или совокупности теорий, окруженных «защитным поясом» вспомогательных гипотез. Последние служат двум целям. Они помогают держать связь между твёрдым ядром и эмпирическим миром через прогнозы, а также служат защитой ядра, делая его неопровержимым. Именно совокупность твёрдого ядра и вспомогательных гипотез и есть эмпирической проверкой и является принципиально фальсифицируемой.

Лакатос называет «негативной эвристикой» процесс, в котором ученые берутся за вспомогательные гипотезы, оставляя в покое твёрдое ядро, если научные прогнозы не сбываются. Позитивная эвристика  — «складывается из ряда доводов, более или менее ясных, и предположений, более или менее вероятных, направленных на то, чтобы изменять и развивать «опровержимые варианты» исследовательской программы, как модифицировать и уточнять «опровержимый» защитный пояс». Или, если угодно, «догадки». Работа Альберта Эйнштейна над общей теорией относительности базировалась не на разгадках странных необъяснимых аномалий, таких как прецессия перигелия Меркурия (негативная эвристика), а скорее, на творческом прорыве — догадке, что гравитация связана с искривлением пространства-времени — в позитивной эвристике этой программы.

Эта методология порождает удивительный способ демаркации. Лакатос считал программу «прогрессивной» если она прогрессивна теоретически — твёрдое ядро плюс вспомогательные гипотезы прогнозируют появление новых эмпирических фактов,  а также прогрессивна эмпирически — то есть как минимум некоторые из этих новых фактов могут быть проверены. В свою очередь, программа будет «вырождающейся», если она вырождается теоретически — не прогнозируют появление новых фактов, или же теоретически прогрессивна, но вырождается экспериментально — ни один из новых фактов не может быть проверен.

Примером нового факта Лакатос приводит преломление света звезд во время полного солнечного затмения, корректно прогнозированного общей теорией относительности Энштейна, но не Ньютоновской универсальной гравитацией. Как он это объясняет: «Ни у кого и в мыслях не было организовать такое наблюдение до программы Энштейна…» Со временем это требование к новизне было смягчено и расширено, чтобы включить в него новые прогнозы для существующих фактов. Таким образом, общая теория относительности, которая корректно спрогнозировала прецессию перигелия Меркурия — устоявшийся эмпирический факт, которым общая теория не собиралась заниматься — всё равно является несомненным достижением Энштейна.

Одним махом Лакатос объединил отличие между наукой и ненаукой с отличиями между хорошей и плохой наукой. Если программа не прогнозирует ничего нового, или её прогнозы не могут быть проверены, это плохая наука и может быть низведена до псевдонауки. Эмпирические эксперименты служат выделению вспомогательных гипотез, и программа продолжает быть прогрессивной, пока прогнозируются новые факты, и возможны новые эксперименты. Научная революция происходит, когда доминантная программа полностью вырождается и не может реагировать на накопляющиеся аномалии, приводя к кризису уверенности, описанному Куном, пока не будет заменена другой прогрессивной программой. Но, согласно Лакатосу, когда приходит время, революции движимы логикой и методом, а не иррациональной психологией толпы: «куновский сдвиг гештальта может произойти и без снятия попперовских очков».

Но, поверьте, проблемы есть и тут. Лакатос предлагает философам и историкам оценить примеры его методологии, представленные в истории науки. Результаты сомнительные. Методология Лакатоса допускает возможность, что исследовательская программа может проходить сменяющиеся время от времени перспективы — возможно, начиная прогрессивной, но потом вырождаясь. По сути, это было и его личным взглядом на марксистскую теорию, так сильно захватившую его в юности. С другой стороны, никак не получается исключить возможность того, что вырождающаяся программа могла бы каким-то выдающимся образом возродиться, как бы странно это не звучало.

Для каждого, кто ищет однозначный и определенный демаркационный критерий, путешествие тут и закончится. С одной стороны, ученные обреченно следующие вырождающейся исследовательской программе, виновны в иррациональной приверженности плохой науке. Но с другой стороны, те самые ученные могли бы правомерно утверждать, что их поведение вполне рационально, посколько их исследовательская программа «всё еще может оказаться правдивой», и решение может лежать буквально за углом (что в программной теории струн обычно представлено коллайдером частиц, который просто еще не построен). Методология Лакатоса явным образом не отрицает этот аргумент и, похоже, рациональных причин для этого нет.

Лакатос настаивал, что ученые (или их институции) должны проявить интеллектуальное благородство и признать недостатки своих вырождающихся программ (или, по крайней мере, их плохую репутацию) и признать, что у них нет рациональных причин продолжать переливать из пустого в порожнее. Он согласен, что «совершенно рационально играть в рискованную игру; иррациональный же момент состоит в том, что обманываются в отношении степени этого риска». Также он ясно изъяснялся о последствиях для тех, кто наслаждается такого рода самообманом: «Редакторы научных журналов станут отказываться публиковать их статьи… Организации, субсидирующие науку, будут отказывать им в финансировании»

Но американского философа австрийского происхождения Пауля Файерабенда (1924-94) это не устраивало. Раз демаркационный критерий не может указывать учёным, что им стоит делать, а что не стоит, грош ему цена. Мол, можно вообще махнуть рукой на все научные методы и допустить, что «подходит всё». Файерабенд развил свой анархический подход к науке в книге «Против метода» (1975). В 1983 американский философ Ларри Лоден отменил демаркацию, как «непроблематичную», таким образом отметив конец интереса к этой теме философов науки.

А жаль. Ровно в тот момент, когда развитие фундаментальной теоретической физики стало требовать активного и конструктивного взаимодействия ученых и философов на тему, что вообще представляет из себя наука, философское сообщество полностью самоустранилось от обсуждения, оставив учёных браниться друг с другом.

По крайней мере, давайте признаем, что нынешний кризис — точно не вина учёных. Просто перед нами стал выбор. Мы могли бы признать, что теперь вступаем на неведомые земли и поэтому должны бы выяснить, что значит «заниматься наукой». Именно это австрийский философ Рихард Давид призывает нас сделать в своей книге «Теория струн и научный метод» (2013). Давид желает приспособить понятие науки к тому, что он называет «неэмпирическая теоретическая оценка», что вряд ли далеко ушло от оксюморона «пост-эмпирическая наука». По сути, это значит порвать с методологией Лакатоса и отказаться от эмпирических суждений — поскольку они невозможны — в пользу чисто теоретических. Только на этом основании теорию струн можно считать прогрессивной программой и только потому что ей удалось установить некие новые математические отношения, а не новые эмпирические факты.

Или всё-таки мы должны сделать шаг назад и настоять на том, что желания нескольких физиков-теоретиков удовлетворить свои фантазии недостаточно, чтобы снова начать возиться с сутью научного метода?Исследовательская программа, пусть и прогрессивная теоретически, но вырождающаяся экспериментально — является вырождающейся, утверждал Лакатос. Это плохая наука, и у этого должны быть последствия. Тот факт, что плохая наука в той или иной форме может оказаться единственным, что у нас есть в этом затруднительном (но от этого не менее интересном) положении, — уже совсем другая дискуссия.

Старея, Лакатос, судя по всему, очень оптимистично относился к своему будущему в британском академическом истеблишменте. Он подался на британское гражданство. Его допрашивали и в Ми5, и в Спецотделе. Рассекреченные протоколы показывают, каким он хотел казаться властям. По его словам, бедная Эва Исак сама выбрала суицид (Лакатос менял показания от того, что у неё было больное сердце, до неудачных отношений с другим членом группы). Он продолжал, что нехотя согласился, а один из следователей отметил, что «память о том событии оставалась с ним и тогда в кошмарах, и среди белого дня». Но похоже, сам Лакатос никогда лично не высказывал сожалений о том инциденте или своей роли в нём. Наоборот, некоторые его близкие говорили: «Похоже, он гордился этим. Воспринимал это как по-настоящему революционный поступок».

Несмотря на личное заступничество некоторых академических светил, включая Поппера, британские власти, похоже, никогда не преодолели подозрения, связанные с его прошлым в УГБ. Ему отказали в гражданстве в июле 1963 и снова — в январе 1967. Были признаки того, что третий раз мог бы стать удачным, но такой случай ему не подвернулся. Он умер без гражданского статуса в феврале 1974. Ему было 51.

Несмотря на то, что его влияние на философию науки было огромным, имя Лакатоса известно среди учёных не так хорошо, как имена Поппера и Куна. Надо бы это поменять. У его методологии есть преимущества и недостатки, но в отсутствие жизнеспособных альтернатив, я предположил бы, что она предоставляет полезный каркас для дальнейших длительных обсуждений.

Оригинал статьи, написанной Джимом Багготтом.


Also published on Medium.