Předivo reality

I. teorie všeho

Vzpomínám, jak mi jako malému dítěti řekli, že v dávných dobách ještě bylo možné, aby velmi sečtělá osoba poznala všechno vědění světa. A také mi pověděli, že dnes už je poznatků tolik, že žádný jedinec se ani za celý svůj život nemůže naučit více než jejich nepatrnému zlomku. To druhé mne překvapilo a hodně zklamalo. Dokonce jsem tomu odmítal uvěřit. Nevím už, čím jsem si to zdůvodňoval. Věděl jsem ale jistě, že nechci, aby tomu tak bylo, a dávným učencům jsem záviděl.

Netoužil jsem namemorovat všechna fakta obsažená ve světových encyklopediích. Právě naopak: biflování samotných faktů jsem nenáviděl. Takhle jsem možnost poznání všeho vědění světa nechápal. Nezklamalo by mne, kdyby mi řekli, že každým dnem vyjde tolik publikací, že je nikdo nedokáže přečíst za celý život, anebo že je známo 600 tisíc druhů brouků. Netoužil jsem „sledovat pády všech vrabců světa na zem“. Ani jsem si nepředstavoval, že by dávný učenec, který kdysi údajně znal všechno, měl znalosti tohoto druhu. Měl jsem na mysli mnohem náročnější představu toho, co lze považovat za znalost. „Znalost“ jsem chápal jako pochopení.

Představa, že by jeden člověk mohl pochopit vše, co již bylo objeveno, zní fantasticky. Ale přesto je mnohem méně fantastická nežli představa, že by si jeden člověk mohl zapamatovat všechna známá fakta. Například je zhola nemožné zapamatovat si všechny kdy pozorované údaje, dokonce i z tak úzkého oboru jakým je pohyb planet. Mnoho astronomů ale tyto pohyby chápe, a to ve vší jejich úplnosti. Je to možné proto, že pochopení věci nezávisí na znalosti spousty faktů, ale jenom na znalosti správných pojmů a souvislostí, na teoretickém vysvětlení. Jedna poměrně jednoduchá a srozumitelná teorie dokáže pokrýt neomezený počet těžko stravitelných faktů. Naší nejlepší teo­rií planetárních pohybů je Einsteinova obecná teorie relativity, která na počátku 20. století překonala Newtonovu teorii gravitace a jeho teorii pohybu. V principu správně předpovídá nejen pohyby všech planet, ale i všechny ostatní gravitační efekty až po samy meze přesnosti našich nejlepších měření. To, že teorie určitý jev „v principu“ předpovídá, znamená, že predikce z dané teorie logicky vyplývají. A to i tehdy, kdy je množství nezbytných výpočtů příliš veliké a z praktického hlediska technologicky zatím nedosažitelné. Či dokonce tak ohromné, že je pro nás fyzikálně nemožné je provést v celém pozorovaném vesmíru.

Schopnost předpovídat jevy anebo je s libovolnou přesností popsat není totéž jako jim porozumět. Fyzikální předpovědi a popisy se často opírají o matematické vzorce. Představme si, že si zapamatuji vzorec, pomocí něhož dokážu, mám­­?li dostatek času a motivace, vypočítat polohu planety, která byla kdysi zaznamenána v astronomických archivech. Co přesně jsem tím získal, ve srovnání se zapamatováním si přímo těchto archivních dat? Matematický vzorec se snadno pamatuje – ale vyhledání jednoho konkrétního čísla v archivu může být někdy ještě snazší nežli jeho výpočet z dané formule. Skutečná výhoda vzorce spočívá v tom, že může být aplikován na nekonečný počet případů, i takové, které v archivech uloženy nejsou. Nebo k předpovědi budoucích pozorování. Anebo může poskytnout přesnější polohy planet v minulosti, poněvadž dávná archivní data obsahují značné pozorovací chyby. Ale i když vzorec shrnuje v porovnání s archivy nekonečné množství faktů, jeho znalost nelze samu o sobě pokládat za porozumění planetárním pohybům. Fakta nelze vyložit jen tím, že je prostě shrneme do matematické formule, tak jako na to nestačí zaznamenat je na listy papíru anebo uložit do své paměti. Lze je pochopit pouze tím, že je vysvětlíme. Naštěstí naše nejlepší teorie obsahují jak hluboká vysvětlení, tak přesné předpovědi. Například obecná teorie relativity objasňuje gravitaci pomocí nového pojmu, jímž je čtyřrozměrná geometrie zakřiveného prostoru a času. Zcela přesně vysvětluje, jak tato geometrie ovlivňuje hmotu a jak je naopak touto hmotou sama ovlivňována. Toto vysvětlení je hlavním a kompletním obsahem teorie. Předpověď pohybu planet je potom už jen konkrétním důsledkem, který z tohoto vysvětlení můžeme vyvodit.

Obecná teorie relativity je tak důležitá nikoli proto, že dokáže předpovídat pohyby planet mnohem přesněji nežli Newtonova teorie, ale proto, že nám odhaluje a objasňuje do té doby neznámé aspekty reality, například zakřivení prostoru a času. To je pro vědecké vysvětlení typické. Vědecké teorie objasňují věci a jevy z naší běžné zkušenosti pomocí hlubší vrstvy reality, kterou přímo nevnímáme. Avšak schopnost nějaké teorie vysvětlit naši zkušenost není její nejcennější vlastnost. Nejcennější je, že vysvětluje samu strukturu reality. Jak uvidíme, nejvýznamnějším, nejcharakterističtějším a nejužitečnějším atributem lidského myšlení obecně je jeho schopnost odhalovat a objasňovat strukturu reality.

Přesto někteří filosofové – a dokonce i někteří vědci – znevažují roli vědeckých vysvětlení. Pro ně není hlavním smyslem vědecké teorie něco vysvětlit, ale jen předpovědět výsledek experimentu. Veškerý obsah je dán jejími prediktivními vzorci. Domnívají se, že každé konzistentní vysvětlení, které daná teorie dokáže dát svým předpovědím, je stejně dobré jako kterékoli jiné – či dokonce vůbec žádné vysvětlení –, dokud jsou tyto předpovědi v souladu s pozorováním. Tento postoj se nazývá instrumentalismus (neboť říká, že teorie není ničím víc nežli jen „instrumentem“, tedy pouhým nástrojem pro tvorbu předpovědí). Pro instrumentalisty je myšlenka, že nám věda umožňuje pochopit skrytou realitu objasňující naše pozorování, pouze klamnou představou a naší přehnanou domýšlivostí. Nechápou, jak by nám vědecká teorie mohla poskytnout něco více nežli jen předpovídání výsledků experimentů. Jsou to pro ně jenom prázdná slova. Vysvětlení pokládají za pouhé psychologické rekvizity: specifický druh fikce, který vkládáme do teorií, abychom si je snáze zapamatovali a přijali. Fyzik Steven Weinberg, laureát Nobelovy ceny, měl zrovna instrumentalistickou náladu, když učinil tento pozoruhodný komentář ohledně Einsteinova vysvětlení gravitace:

Důležité je činit předpovědi o obrazech na fotografických deskách pořizovaných astronomy, o frekvencích spektrální čar a tak dále, a prostě nezáleží na tom, zdali tyto předpovědi připíšeme fyzikálním vlivům gravitačních polí na pohyby planet a fotonů [jak tomu bylo ve fyzice před Einsteinem], anebo zakřivení prostoru a času.

Weinberg a jiní instrumentalisté se mýlí. Záleží na tom, čemu připíšeme konkrétní obrazy na astronomických fotografických deskách. A záleží na tom nejen teoretickým fyzikům, jako jsem já, pro něž je hlavní motivací pro formulování a studium teo­rií touha lépe porozumět světu. (Jsem si jist, že to je i Weinbergova motivace: primárně ho nežene vnitřní potřeba předpovídat obrázky a spektra!). Neboť i v ryze praktických aplikacích je objasňující síla teorie prvořadou věcí, zatímco její prediktivní síla je až sekundární, dodatečná. Překvapuje­­?li vás to, představte si, že Zemi navštívil mimozemský vědec a poskytl nám technologicky ultrapokročilé „orákulum“, jež dokáže předpovědět výsledek kteréhokoli experimentu, ale neposkytuje žádné vysvětlení. Podle instrumentalistů bychom díky tomuto orákulu již nepotřebovali žádné vědecké teorie. Měli bychom je jen pro vlastní zábavu. Je to však pravda? Jak bychom takové orákulum prakticky používali? V určitém smyslu by obsahovalo veškeré znalosti nezbytné pro konstrukci například mezihvězdné kosmické lodi. Ale jak přesně by nám to pomohlo takovou loď opravdu postavit? Anebo postavit další orákulum stejného typu? Anebo třeba jenom lepší pastičku na myši? Orákulum jenom předpovídá výsledky experimentálních měření. Abychom ho tedy mohli vůbec použít, musíme nejprve vědět, na jaké experimenty se máme ptát. Kdybychom mu předložili konkrétní plán kosmické lodi i všechny detaily testovacího letu, dokázalo by nám říct, jak se při něm bude loď chovat. Orákulum by ale neumělo vyrobit plán lodi. A i kdyby správně předpovědělo, že námi navržená kosmická loď při startu exploduje, nedokázalo by nám říci, jak tomuto výbuchu zabránit. Na to bychom museli přijít sami. Než bychom na to přišli, než bychom se mohli pustit do vylepšování konstrukce kosmické lidi, museli bychom nejprve pochopit, jak má vůbec fungovat. Teprve pak bychom měli šanci odhalit příčinu exploze při startu. Predikce – dokonce ani ta dokonalá a univerzální – zkrátka nedokáže nahradit vysvětlení.

A podobně by nám orákulum neposkytlo ani žádnou novou vědeckou teorii. Určitě ne dříve, než bychom sami s nějakou teo­rií přišli a navrhli myšlenkový experiment, který by ji mohl otestovat. Až potom bychom se mohli orákula zeptat, co by se stalo, kdybychom danou teorii tomuto testu podrobili. Orákulum by tedy teorie vůbec nemohlo nahradit. Nahrazovalo by jenom experimenty. Ušetřilo by nám spoustu prostředků na budování drahých laboratoří a urychlovačů částic. Místo abychom stavěli prototypy kosmických lodí a riskovali životy zkušebních astronautů, mohli bychom všechny testy provádět tady na Zemi. Piloti by jen seděli u letových simulátorů, jejichž chování by se řídilo předpověďmi orákula.

V mnoha situacích by orákulum mohlo být velmi užitečné. Ale jeho užitečnost by vždy závisela na lidské schopnosti řešit vědecké problémy, a to úplně stejným způsobem, jak to musíme činit teď: hledáním vysvětlujících teo­rií. Dokonce by ani nenahradilo všechno experimentování, protože schopnost předpovědět výsledek konkrétního pokusu by z praktického hlediska závisela na tom, jak přesně by byl daný experiment orákulu popsán. To by mohlo být nakonec složitější než provést skutečný experiment v reálném světě. Orákulum by koneckonců muselo mít nějaký druh „uživatelského rozhraní“. Možná by se musel popis experimentu do něj zadávat nějakým standardním jazykem. V takovém jazyce by se některé experimenty zadávaly složitěji nežli jiné. Specifikace mnohých z nich by byla tak složitá, že by nebylo prakticky možné ji vložit. Orákulum by tedy mělo stejné obecné výhody i nevýhody jako kterýkoli jiný zdroj experimentálních dat. Jeho použití by bylo výhodnější jenom v těch případech, kdy by jeho konzultace byly snazší než jiné zdroje dat. Řečeno jinak: jedno takové orákulum už existuje – je jím reálný fyzikální svět. Ten nám říká výsledek každého myslitelného experimentu, zeptáme­­?li se ho tím správným jazykem (tedy když provedeme konkrétní pokus). V některých případech je ale pro nás prakticky obtížné „vložit popis experimentu“ v požadované formě (tedy postavit a správně ovládat konkrétní přístroj). Rozhodně nám však neposkytuje žádné vysvětlení.

V některých aplikacích, třeba u předpovídání počasí, můžeme být s ryze prediktivním orákulem spokojeni skoro stejně jako s vysvětlující teo­rií. Ale i v takových případech pouze tehdy, jsou­­?li předpovědi počasí úplné a perfektní. Jak ale dobře víme, dnešní předpovědi bývají nekompletní a nedokonalé. Abychom to kompenzovali, přikládáme určitou váhu i konkrétním vysvětlením, jak meteorologové ke svým předpovědím dospěli. Tato jejich vysvětlení nám umožňují posoudit spolehlivost předpovědi a případně též vyvodit další důsledky týkající se našeho konkrétního místa a našich specifických potřeb. Například je pro mne důležité vědět, jestli dnešní předpověď zítřejšího silného větru vychází z očekávané blízké oblasti vysokého tlaku, anebo z existence vzdálenějšího hurikánu. Ve druhém případě bych začal provádět větší bezpečnostní opatření. I sami meteorologové potřebují vysvětlující teorie týkající se chování atmosféry, aby dokázali posoudit, které aproximace lze aplikovat v jejich počítačových simulacích vývoje počasí, jaká dodatečná měření by tyto simulace dále zpřesnily a zrychlily, a tak dále.

Ideál instrumentalistů, zde symbolizovaný fiktivním orákulem, jímž je vědecká teorie okleštěna o veškerý svůj vysvětlující obsah, by nám přinášel jenom velmi omezený užitek. Buďme opravdu rádi, že skutečné vědecké teorie se tomuto ideálu vůbec nepodobají a že reální vědci se tomuto ideálu ani nesnaží přiblížit.

Extrémní formou instrumentalismu je takzvaný pozitivismus, zvaný též logický pozitivismus. Ten tvrdí, že jakékoli tvrzení jiné nežli to, které popisuje či předpovídá výsledky pozorování, je nejen zbytečné, ale dokonce zcela nesmyslné. Přestože tato doktrína je sama o sobě nesmyslná, když na ni aplikujeme její vlastní kritérium, v první polovině dvacátého století to byla dominantní teorie vědeckého poznání! A ještě dnes mají tyto instrumentalistické a pozitivistické ideje své přívržence. Jedním z důvodů je fakt, že předpovídání jevů sice není hlavním smyslem vědy, ale je to jedna z jejích charakteristických metod. Vědecká metoda zahrnuje postulování nové teorie vysvětlující určitou třídu jevů, po které následuje kruciální experimentální test, tedy experiment, pro který stará teorie dává jednu konkrétní předpověď, zatímco nová teorie dává předpověď odlišnou. Zavržena je ta z obou teorií, která v onom rozhodujícím experimentu dává chybnou předpověď. Výsledek kruciálního experimentálního testu, jenž rozhoduje mezi dvěma teoriemi, závisí na jejich konkrétních předpovědích, nikoli přímo na jejich vysvětleních. Právě to je zdrojem nedorozumění a chybné představy, že vědecké teorie nejsou nic jiného než jejich předpovědi. Avšak experimentální testování zdaleka není jediný proces, který přispívá k růstu vědeckých poznatků. Absolutní většina teo­rií je zavržena proto, že obsahuje špatná vysvětlení, nikoli proto, že by selhaly při experimentech. Zavrhujeme je, aniž bychom se vůbec obtěžovali jejich testováním. Představte si třeba teorii, že běžné nachlazení dokáže vyléčit to, že sníte kilogram trávy. Tato teorie dává jasnou předpověď, která je experimentálně testovatelná: zkusí­­?li lidé trávovou terapii a ukáže se, že je neúčinná, bude to důkazem, že teorie je chybná. Přesto však tato teorie nikdy nebyla testována a nejspíš asi nikdy nebude, protože neobsahuje žádné vysvětlení – třeba jak by taková léčba mohla fungovat či cokoli jiného. Zcela oprávněně předpokládáme, že tato idea je špatná. Můžeme vymyslet nekonečný počet podobných nesmyslných teo­rií, které budou v souladu se stávajícími pozorováními a budou tvořit nové předpovědi, takže nikdy nebudeme mít dostatek času a prostředků je všechny otestovat. Testujeme jenom takové nové teorie, které se zdají být slibné a o nichž se domníváme, že věci vysvětlí lépe nežli stávající teorie.

Říkat, že předpovídání je smyslem vědeckých teorií, je plést si navzájem prostředky a cíle. Je to, jako byste říkali, že smys­lem kosmické lodi je spotřebovávat palivo. Ve skutečnosti je hoření paliva jen jednou z nezbytných věcí, jimiž kosmická loď může dosáhnout svého skutečného cíle a smyslu, kterým je přepravit náklad z jednoho místa ve vesmíru do jiného. Uspět v experimentálních testech je tedy jen jednou z mnoha věcí, které musí teorie splnit, aby dosáhla skutečného cíle vědy, jímž je vysvětlení světa.

Jak jsem už řekl, vysvětlení se nevyhnutelně týkají i věcí, které nemůžeme přímo vidět: atomů a sil; vnitřků hvězd a rotací galaxií; minulosti a budoucnosti; zákonů přírody. Čím hlubší jsou naše vysvětlení, tím jsou entity, o nichž vypovídají, vzdálenější našemu bezprostřednímu smyslovému vnímání. Tyto entity však nejsou fiktivní. Právě naopak: tvoří součást samotného přediva reality.