Czy można coś udowodnić naukowo?

Ostatnio często słyszy się, że coś udowodniono naukowo. Czy w ogóle możliwe jest udowodnienie czegoś naukowo? Jak taki proces dowodowy przebiega?

Niestety studiując dyskusje na Salonie zauważyłem, że większość dyskutantów ma bardzo mgliste pojęcie o tym jak działają mechanizmy nauki. Trudno zresztą się temu dziwić. W dzisiejszych czasach ktoś zainteresowany nauką, ale nie zawodowo, lecz hobbystycznie, zazwyczaj może jedynie uczestniczyć bądź w to jakimś wykładzie popularyzatorskim, bądź przeczytać książkę popularno-naukową. Niestety prezentowana tam wiedza z powodu wielu uproszczeń często wyrabia błędne przekonania odnośnie nauki. Śmiałe koncepcje prezentowane są bądź to w oderwaniu od eksperymentu naukowego, bądź pozbawione należytych podstaw matematycznych. To prowadzi do błędnego przekonania, że w nauce można głosić wszystko co przyjdzie człowiekowi do głowy i każda śmiała koncepcja ma rację bytu, czego efekty obserwujemy w dziale nauka Salonu.

Aby więc odpowiedzieć na pytanie postawione na początku trzeba sięgnąć nieco do filozofii nauki. Dziedziny, którą powinien jako tako poznać każdy humanista, o naukowcach nie wspominając. Dzisiejsza nauka w dużej mierze wywodzi się z idei empiryzmu, tj. nurtu filozoficznego, który głosił, iż źródłem poznania jest pomiar, albo w ogólności eksperyment. Według tego nurtu wszelkie teorie naukowe są naturalnie wtórne wobec eksperymentu, stanowią więc tylko swojego rodzaju model. Duży wkład w rozumienie teorii nauki wniósł Popper definiując zasadę falsyfikowalności.

Karl Popper - twórca koncepcji falsyfikacjonizmu

Każda teoria, aby mogła dostąpić miana teorii naukowej musi być falsyfikowalna. Oznacza to ni mniej ni więcej tyle, iż musi istnieć jakiś eksperyment, którego wynik podważy taką teorię. Teorię sfalsyfikowaną odrzuca się jako błędną. W ten sposób z grona teorii naukowych wypadają dociekania teologiczne – bóg z definicji jest niefalsyfikowalny. Podobnie wszelkie teorie spiskowe, gdzie każdą próbę falsyfikacji można skomentować bądź to zaliczając świadków jej przeczących do spisku, układu, bądź o uznając, że każdy dowód został sfabrykowany.

Warto zauważyć, że z powyższego pośrednio wynika, iż teorie, które łatwiej sfalsyfikować są lepsze. Są niejako bardziej naukowe – w przeciwieństwie do teorii, których nie da się sfalsyfikować, bądź jest to bardzo trudne i możliwe będzie np. w dalekiej przyszłości. To powinno skłaniać naukowców do stawiania śmiałych i odważnych tez. Taka teoretycznie łatwo falsyfikowalna teza, jeśli okaże się w praktyce trudna do sfalsyfikowania, często będzie stanowiła przełom w nauce. Takimi teoriami, zupełnie sprzecznymi ze zdrowym rozsądkiem i teoretycznie łatwo falsyfikowalnymi były np. teoria heliocentryczna, mechanika klasyczna, teoria względności, czy mechanika kwantowa. Niosły one zawsze ogromną rewolucję w nauce, a ich twórcom przynosiły sławę.

Aby zapewnić możliwość falsyfikacji teorii musi ona spełniać jeszcze jedno kryterium. Musi być wystarczająco dobrze rozpropagowana w świecie naukowym. Oczywistym jest, że nie każdy naukowiec posiada wiedzę i środki, aby sfalsyfikować dowolną teorię. Teoria nie może więc być tajna, nie może pozostawać w niewielkim i zamkniętym gronie. Dostęp do niej muszą mieć wszyscy naukowcy świata. W interesie autora jest dotrzeć z teorią do jak największej grupy odbiorców. Im większa liczba naukowców w procesie własnych przemyśleń czy badań potwierdzi sensowność teorii, tym bliżej jej do wejścia do kanonu.

Czysty empiryzm w zaprezentowanej postaci jednak się nie sprawdza. Zauważył to Imre Lakatos prezentując koncepcję programu badawczego. Skąd wziął się ten pomysł? Dlaczego falsyfikacjonizm nie działa?

Rozważmy prosty, acz spektakularny przykład z historii nauki. W dziewiętnastym wieku klasyczna mechanika Newtona była już dobrze ugruntowaną i sprawdzającą się w praktyce teorią. Na jej podstawie obliczano tory pocisków artyleryjskich czy nawet orbity planet. Jednak prowadząc precyzyjne pomiary orbity Urana astronomowie ocenili, że jego orbita odbiega nieco od tego, co wynikałoby z przewidywań mechaniki klasycznej. W języku empiryzmu sfalsyfikowali oni tę teorię. Jednak natychmiastowe odrzucenie klasycznej mechaniki byłoby błędem. Wystarczyło postawić tezę, iż to kolejna, nieznana planeta, wpływa na ruch orbity Urana, aby uratować mechanikę klasyczną. Na podstawie takiej tezy obliczono położenie hipotetycznej planety, a astronomowie skierowali tam teleskopy i wkrótce odkryli winowajcę, planetę, którą nazwano Neptunem. To co wydawało się więc gwoździem do trumny mechaniki klasycznej okazało się jej kolejnym, spektakularnym sukcesem.

Perturbacje orbity Urana wywołane przez Neptuna

Problem jednak pozostał – skąd mamy wiedzieć kiedy wynik danego eksperymentu falsyfikuje teorię, a kiedy powodowany jest innym, zewnętrznym czynnikiem? Niestety nie wiemy tego nigdy na pewno. Rzecz w tym, że każdą teorię można zawsze uratować wprowadzając jakiś nieznany czynnik obserwacyjny, czy instrumentalny, który tak zmienia wynik eksperymentu, aby uznać, że teoria jednak działa jak należy. Empiryzm w czystej postaci w ten sposób nie może działać.

Wspomniana teoria programu badawczego opiera się na wprowadzeniu pojęcia rdzenia. Ten rdzeń to dobrze ugruntowana teoria, która w ramach programu jest nienaruszalna. Takim rdzeniem jest w naszych rozważaniach mechanika klasyczna. Wokół tego rdzenia budujemy szereg teorii pomocniczych, zwanych pasem ochronnym. Jeśli wynik jakiegoś eksperymentu falsyfikuje rdzeń, wtedy stawiamy hipotezy, które ten rdzeń ratują. Oczywiście wszystkie te teorie pomocnicze podlegają normalnym zasadom falsyfikacji. Taką właśnie hipotezą była koncepcja perturbacji wprowadzanych do orbity Urana przez nieznaną planetę. Nie jest więc tak, że teoria jest wtórna do empirii. One żyją w swoistej symbiozie i stanowią jedną całość.

Koncepcja ta sprawdza się w nauce bardzo dobrze, ale jak wiadomo nie może trwać wiecznie. W pewnym momencie możemy już mieć tak wiele wyników falsyfikujących rdzeń, że dalsze utrzymywanie programu badawczego nie ma sensu. Lakatos uważał, że program badawczy, który z czasem nie pokazuje żadnych nowych i spektakularnych wyników, degeneruje się i trzeba go wtedy odrzucić, przyjmując nową i dobrze ugruntowaną teorię za rdzeń.

W tym momencie odwołujemy się do Kuhna i jego teorii rewolucji naukowych. Według Kuhna nauka nie jest procesem jednostajnego pozyskiwania wiedzy. W pewnych momentach dochodzi do rewolucji, które wstrząsają nauką i powodują, że stare teorie odchodzą w niebyt. Taka rewolucja może prowadzić nawet do redefinicji pojęć do tej pory uznawanych za oczywiste. Przykładami rewolucji naukowych była rewolucja kopernikańska, ale także było nią odkrycie teorii względności. W końcu pojęcia takie jak czas i przestrzeń zmieniły w tym czasie swoje dobrze ugruntowane znaczenia.

Próbując więc odpowiedzieć na pytanie postawione na początku, zdać sobie trzeba sprawę, że nie istnieje coś takiego jak jednoznaczny dowód naukowy. Każda teoria tworzona jest w ramach ustalonego paradygmatu naukowego, a ten z czasem może się zmienić. Każda teoria musi być falsyfikowalna. Im dłużej dana teoria istnieje w świadomości naukowej, im więcej naukowców się z nią zmierzyło i potwierdza jej przewidywania, tym bardziej wchodzi ona do kanonu i staje się lepiej ugruntowana, ale nie ma gwarancji, iż za chwilę nie zostanie sfalsyfikowana. W interesie każdego naukowca jest, aby jego koncepcja dotarła do jak największej liczby odbiorców i aby przeszła jak najtrudniejszy proces weryfikacji. Z każdą nieudaną próbą falsyfikacji staje się ona w ogólnym odczuciu lepsza.

W jaki sposób wygląda o w praktyce? W dzisiejszych czasach wyniki badań naukowych najczęściej publikuje się w odpowiednich branżowych czasopismach. Oczywiście im lepsze i bardziej prestiżowe czasopismo tym większa szansa, że artykuł przeczyta duże grono najlepszych naukowców w dziedzinie, a i dla samego autora jest to najwyższy prestiż. Niestety opublikować w dobrym czasopiśmie swoje wyniki nie jest łatwo i nie chodzi tutaj o pieniądze. Zwykle zanim artykuł w takim czasopiśmie się ukaże przechodzi trudny proces oceny i selekcji. Ocenę tę przeprowadzają recenzenci wybrani przez redakcję czasopisma. Są to zazwyczaj naukowcy będący specjalistami w danej dziedzinie. Ich ocena oczywiście nie zawsze jest do końca obiektywna, choć tego się od nich oczekuje. Proces recenzji trwa przynajmniej kilka tygodni, ale czasem ciągnąć się może miesiącami, a nawet latami. Recenzenci mogą żądać od autora przeprowadzenia dodatkowych badań, albo wykonania innej analizy otrzymanych wyników. Nagrodą za trud jest publikacja w prestiżowym czasopiśmie, które oprócz ukazania się w wersji elektronicznej, rozesłane zostanie do bibliotek tysięcy uczelni i instytutów na świecie.

Proces recenzji jest trudny dla obu stron, ale na pewno
trudniejszy dla recenzowanego

Ale to oczywiście dopiero początek procesu prawdziwej recenzji jaka będzie toczyła się w świecie naukowym jeszcze przez długi czas. Inni naukowcy będą odnosili się do zaprezentowanych w artykule tez bądź to przez merytoryczną krytyką, bądź samemu powtarzając zaprezentowane eksperymenty i publikując własne wyniki. W pewnym sensie miarą popularności danego artykułu jest liczba jego cytowań. Odnosząc się do konkretnych tez zaprezentowanych przez naukowca w jego artykule, siłą rzeczy cytujemy go w naszym własnym artykule. Liczba cytowań świadczy o tym w jakim stopniu dany artykuł poruszył środowiskiem naukowym i na ile dobrze został on poddany próbie falsyfikacji. Oczywiście sama wysoka liczba cytowań nie mówi jeszcze, że zaprezentowana koncepcja jest dobra, ale jest na pewno miarą zainteresowania świata naukowego.

Nagłówek z artykułu naukowego autora

Czy więc można cokolwiek udowodnić naukowo? Wydaje się, że nie można, choć im dana teza ma więcej pochlebnych cytowań, tym można uznać ją za lepszą teorię naukową i będącą bliżej prawdy. Trudno na pewno za udowodnione uznać koncepcje nowe, nie poddane procesowi recenzji i nie zbierające dużej liczby pozytywnych cytowań.