Nefundamentalna znanost

Pozdravljeni v oddaji znanstvene redakcije Frequenza della Scienca, tokrat izjemoma v sredo. Po poletnem premoru se na valove Radia Študent v rednih intervalih - vsako prvo in tretjo sredo v mesecu - vračajo znanstveno navdihnjene vsebine.

V pričujoči oddaji se kot znanstveniki sprašujemo o določenem vidiku naše aktivnosti. Za začetek opredelitev vsebine tega vprašanja naslonimo na definicijo tistega, čemur rečemo znanost, kot specifičnega početja ali družbene prakse s to lastnostjo, da so njeni produkti znanja. Zavedimo se, da s to definicijo že impliciramo razumevanje znanj ne kot resnic, ampak kot mreže konceptov v obstoječi družbi in njenem produkcijskem načinu, ki skupaj tvorijo ne samo mreže same, ampak tako imenovani efekt znanosti. Taka definicija znanosti kot produktivne družbene prakse seveda ni očitna in tudi ni edina, ki je zmožna postaviti vprašanje o znanosti.

S tem metodološkim opozorilom ob strani predstavimo cilj oddaje. V oddaji si bomo zastavili vprašanje ‘kaj je znanost’ in nanj podali nekaj odgovorov z različnih vidikov. Omenili smo že prvo lastnost, ki jo prepoznamo v znanosti - da producira znanja. Prepoznamo lahko še dodatno lastnost, da skupaj z vedno novimi koncepti in znanji producira tudi vedno nove poglede na svoje sedanje in pretekle produkte ali, drugače rečeno, filozofije znanosti. Tako poznamo dolgo zgodovino ljudi, ki so pustili sledi na eni in drugi strani navidezne ločnice med znanostjo in filozofijo znanosti.

Na tem mestu lahko omenimo Henryja Poincareja, ki je sicer bolj znan kot matematik, vendar se je ves čas svojega življenja ukvarjal tudi s fiziko in filozofijo znanosti. S svojim vpogledom v geometrijo, strukturo prostora, je določil razliko med fizikalnimi zakoni, ki so empirični, in zakoni, ki so dogovori. Samó prvo kategorijo zakonov, med njih spada denimo gravitacijski zakon, dejansko empirično preverjamo oziroma poskušamo ovreči. Ko pa zakonu dovolj verjamemo, po Poincarejevi interpretaciji zakon preneha biti domena empiričnega, ampak postane princip, na katerem je formulirana teorija. Zakon narave tako postane notacija. V zapisu teorije v resnici določimo več kot samo veljavnost zakona. Tako je Poincare lahko Newtonovo teorijo mehanike razumel kot implicitno določitev geometrije prostora in si nato poskušal zamišljati teorijo v drugačni geometriji. Vse to brez uporabe eksperimenta, ki bi z empiričnim testom preferiral eno ali drugo geometrijo.

Omenjeno zgodbo lahko razumemo tudi s pojmom epistemološke ovire, ki ga je za svojo psihoanalizo procesa znanosti uporabljal Gaston Bachelard. Med svojim preučevanjem znanosti oziroma znanstvenega duha je zapisal, da se, citiramo, “znanstveni duh oblikuje s tem, da se preoblikuje”. Preoblikovanje je ravno preseganje epistemoloških ovir, med katere spadata vsakdanje izkustvo in površno, mnenjsko razumevanje, ki si nikdar zares ne postavi vprašanja o svojem predmetu. Epistemološka ovira v vidnem polju nezaznavno zastira svet in onemogoča produkcijo znanja. Odstranitev ovire je težko delo, s katerim veda, ki tako postane znanost, spremeni ne le koncepte za obravnavo svojega predmeta, ampak s spremembo sebe spremeni tudi predmet sam.

Poincare se je lahko zavedal epistemološke ovire evklidske geometrije in tako zmogel sproducirati nove koncepte prostora. V njegovem novem jeziku je bila ovira odstranjena, vendar pa, kakor nas opozarja Bachelard, je vsako novo spoznanje tudi nova epistemološka ovira. Znanost je zanj tako v nenehnem prelamljanju s samo sabo.

Da gre za aktivnost v nenehnem spreminjanju, je torej en odgovor na vprašanje, kaj je znanost. Podan je v svojem specifičnem kontekstu vprašanja geometrije prostora. Vendar tudi v tem določenem kontekstu, kot je pokazala zgodovina, odgovor ni čisto enoznačen. Nekoliko drugačen odgovor je na podlagi iste zgodbe podal avstrijski filozof znanosti Karl Popper. Njegovo razumevanje fizikalnih zakonov je popolnoma drugačno od Poincarejevega, čeprav ga je slednji pravzaprav predvideval. Zanj so zakoni hipoteze, ki jih empirično preverjamo z vedno sposobnejšimi eksperimenti in ki jih moramo slej ko prej nadomeščati z novejšimi in boljšimi hipotezami naslednicami. Za znanstvenost relativnostne teorije je tako bolj kot premislek o geometriji bistven eksperiment, ki je ovrgel hipotezo o obstoju luminifernega etra.

Popper je sicer v svoji knjigi Odprta družba in njeni sovražniki jasno pokazal, na katero stran zgodovine se uvršča. V njej svojo idejo falsifikabilnosti kot kriterij znanstvenosti naperi proti Heglu in Marxu. Oba obtoži, da sta totalitarna misleca. V literaturi lahko zato nepresenetljivo zasledimo kritiko, da Popper nobenega izmed avtorjev ni prav dobro razumel.

Poincarejev in Popperjev razmislek sodi v začetek dvajsetega stoletja, od takrat pa je tok znanosti že marsikrat prinesel nove premisleke o svojih predmetih. Da bi raziskovali možne spontane odgovore na vprašanje znanosti smo se avtorji odločili narediti prerez v konkretni znanosti in poskušati sistematizirati, kako predmet znanosti sam proizvaja sebi primerno teorijo znanosti. Pred tem pa kratek glasbeni premor.

V današnji oddaji znanstvene redakcije govorimo o teorijah znanosti, ki nastajajo na podlagi določene znanstvene prakse. Pa preučimo ta proces na primeru konkretne znanosti. Področje, ki smo ga izbrali za ta namen, je fizika. O vprašanjih, kako fiziki dojemajo svoje področje in kakšno filozofijo znanosti producirajo sodobne fizikalne teorije, smo se pogovarjali z doktorjem Tomom Lancastrom z Univerze v Durhamu. Sogovorec se ukvarja s fiziko kondenzirane snovi. Najprej smo ga vprašali, kako on in drugi fiziki razumejo svojo disciplino.

Ena izmed lastnosti fizike, zaradi katere jo nekateri označujejo za točno ali eksaktno vedo - “hard science” - je ravno ta izbira matematike kot jezika za izražanje znanj. Ta pogled na matematiko kot jezik je izrazito značilen za fizike. Izbira jezika ima za posledico obstoj jasnih mej vsebine, ki je lahko argumentirana v tem jeziku. Z uporabo povsem matematičnih predpostavk lahko na primer izračunamo zahtevno entiteto, kot je korelacijska funkcija, to je mera odvisnosti fizikalnih količin v prostoru. Vendar je to znotraj računa. Težje pa zaznamo vse predpostavke, ki v računu ne nastopajo in tvorijo idejno ozadje za razumevanjem pojavov skozi količine, kot je korelacijska funkcija.

Med procesom učenja matematizirane znanstvene discipline smo dostikrat jasno postavljeni pred predpostavke matematične sorte, ne pa tudi predpostavke drugih sort. Dostikrat se izkaže, da te nematematične predpostavke v resnici sploh niso predpostavke in imajo dolgo in samostojno pot v zgodovini discipline. Bolj so podobne Poincarejevemu konceptu notacije. Njihove zgodbe tudi v modernih učbenikih dostikrat ostanejo neizrečene in neraziskane. O pomenu razumevanja zgodovin znanstvenih konceptov smo povprašali doktorja Toma Lancastra.

Eno izmed takih nevidnih predpostavk morda najdemo na področju, s katerim smo začeli današnjo oddajo. Namesto skozi tezo o znanosti kot produkciji, ki smo jo orisali, lahko znanost razumemo kot postopno razkrivanje ultimativne resnice o Vesolju in mestu, ki ga ima človek v njem. V skladu s tem razumevanjem je znanost končni proces z jasnim ciljem, teorijo vsega.

Ameriški znanstveni novinar John Horgan je leta 1996 izdal knjigo z naslovom Konec znanosti. V njej je napovedal, da bomo kmalu odkrili vse in bo tako zgodovinska misija razsvetljenskega razvedrila končana. Knjiga je med znanstveniki naletela večinoma na neodobravanje, morda najbolj natančno pa je svojo kritiko ubesedil takratni profesor biologije na Cornellovi univerzi  Thomas Eisner. Na okrogli mizi z naslovom Znanost v enaindvajsetem stoletju, ki je potekala istega leta, sta si stala iz oči v oči. Eisner je Horganu povedal, da mu je sicer njegova knjiga všeč, ker da ostri um, vendar da Horgan dela napako na fundamentalni ravni. Znanost namreč razume kot iskanje ultimativne resnice. Da znanost ne ponuja vedno bolj splošnih in celovitih opisov, Eisner razloži na primeru čebeljega plesa. Gre za presenetljiv način prenašanja informacij v vrsti, znanje o njem pa ima povsem specifičen karakter. Po Eisnerjevem mnenju je to konkreten primer znanja, ki ne pripomore k univerzalnemu ali fundamentalnemu razumevanju, saj se aplicira le na čebele.

Na površinski ravni je torej privlačno razmišljati o fundamentalnih resnicah, iz katerih bi nekoč lahko rekonstruirali celotno človeško izkustvo. Bolj realistično pa si je zamišljati teorije kot zgodbe o jasno opredeljenem predmetu. O problemu redukcionističnega pogleda na znanost smo vprašali doktorja Toma Lancastra.

Obstaja še en povsem intuitiven razlog, da je hipoteza o rekonstrukciji iz fundamentov dvomljive vsebine. To je dodatna kompleksnost v sistemu z veliko gradniki. Tudi glede tega se lahko poslužimo zgleda roja čebel. Novo obnašanje je posledica interakcije med velikim številom živali. Podobno intuicijo lahko koristimo v kontekstu fizike velikega števila delcev. Nadaljuje doktor Lancaster.

Naslednji del oddaje bomo posvetili konkretnim področjem in vprašanjem v fiziki. Vprašanje, na katerega bomo poskusili odgovoriti, je tudi to, kako obstoj novih kompleksnih pojavov - emergenca - vpliva na razumevanje teorij kot takih.

Današnji termin znanstvene redakcije posvečamo vprašanjem o znanosti kot aktivnosti in o našem razumevanju njenega procesa. Pred glasbenim premorom smo govorili o nezaznanih sklepih znotraj teorij, ki so smiselni samo v nekem preteklem zgodovinskem trenutku razvoja discipline. Navadno to niso poudarki univerzitetnih kurzov, ki ponujajo, z Bachelardovimi besedami, “dodobra socializirano, dodobra imobilizirano znanost, ki začne zavoljo izredno čudne permanentnosti programa univerzitetnih tečajev na koncu veljati za naravno”. Na konkretnem primeru svoje profesije nam razvoj določene teorije predstavi doktor Tom Lancaster.

Če sledimo takemu programu študija, nam naenkrat postane dostopna dodatna dimenzija razumevanja historičnosti znanosti. Konkreten zgled je ideja simetrije kot osrednjega koncepta v fiziki. Gre za miselne operacije, kot so na primer premik, zrcaljenje, zasuk, obrat časa in podobno. Med simetrije steklenice vina, če ji odstranimo nalepko, sodi vrtenje okoli daljše telesne osi. Mesto tega koncepta v fiziki nam razloži doktor Lancaster.

Philip Anderson je ameriški fizik in Nobelov nagrajenec, ki je, kot omenjeno, svoj pečat pustil v fiziki kondenzirane snovi ravno s konceptom zlomljene ali reducirane simetrije. V članku “Več je drugačno”, v izvirniku “More is different”, iz leta 1972, ki ga avtor oddaje močno priporoča v branje, Anderson pojasni, kako lahko večji kos snovi navidez krši kak  fundamentalni fizikalni zakon.

Primer je elektromagnetna sila med atomi. Sama po sebi je homogena in ne določuje nobene ureditve. Ko pa se veliko atomov uredi v energijsko najugodnejšo konfiguracijo, naenkrat ureditev ni več homogena, torej povsod enaka, ampak se pojavi red. Atomi so razporejeni v rešetko, denimo s kubično osnovno celico. Tako so namesto za poljuben premik simetrični samo glede na premik za stranico rešetke. Simetrija se tako zmanjša ali zlomi. Kako je to povezano s skalo, na kateri opazimo kristalno strukturo, smo vprašali doktorja Lancastra.

S konceptom renormalizacije si je torej mogoče zamišljati hierarhijo skal in zakonov, ki dominirajo na določeni skali. Ali, rečeno v duhu emergence, kompleksnosti na neki skali. Kompleksnost, ki lahko spremeni ves kontekst in zahteva uporabo povsem novih konceptov za obravnavo predmeta znanosti.

To se po prepričanju Andersona zgodi na področju fizike kondenzirane snovi, ki je po njegovem mnenju z določenih aspektov celo bolj fundamentalna od kakšnih drugih področij. S tem je mislil predvsem na visokoenergijsko fiziko delcev. Anderson opozarja, da so nekateri prominentni delčkarji zapadli v redukcionizem. Svoj čas so na primer trdili, da so potrebna samo še ekstenzivna odkritja, to so aplikacije njihove fundamentalne znanosti na druga področja, na večje skale. V Andersonovem sistemu pa si je mogoče zamišljati, da je na vsaki skali potrebna čisto nova znanost. Kako formulirati tako razumevanje, smo vprašali doktorja Lancastra.

Kot dopušča Nobelov nagrajenec iz fizike Steven Weinberg, moramo včasih dopustiti, da naše teorije niso dokončane. Včasih pa se, nasprotno, zgodi, da nas kakšno odkritje prisili to sprejeti. Nova znanja nam pokažejo luknje v znanosti, še neobstoječe koncepte, ki morajo biti še proizvedeni. Primer takšnega odkritja nam razloži doktor Lancaster.

Emergentizem v filozofiji znanosti torej pomeni nova razumevanja pojavov kot fundamentalnih ravno toliko, kolikor niso reduktibilni na univerzalno teorijo. To seveda ne pomeni, da univerzalna teorija ne velja. Le da od določene razsežnosti ali kompleksnosti univerzalne teorije ne moremo več uporabljati za natančno razumevanje pojavov na vseh skalah.

Emergentizem ponuja tudi razumevanje elementov pojavnosti ne kot samo svoje vsote. Ponuja tudi perspektivo na znanost, ki je bistveno bližje Bachelardovi kot Popperjevi in ki vidi znanost kot neskončno produktivno. Emergentni pojavi znanost ves čas usmerjajo v nove efektivne teorije, ki na svoji skali validnosti porajajo nova specifična razumevanja.

Oddajo smo začeli v idejnem okviru zgodnjega dvajsetega stoletja. Takrat so se na področju naravoslovne znanosti ravno začeli kazati zametki daljnosežnih znanstvenih revolucij, kot je negotovi čas pred formulacijo novih osnov določene znanstvene prakse kasneje imenoval Thomas Kuhn. Zaradi mnogih pomembnih odkritij v desetletjih, ki so sledila, je morda kazalo, da lahko fundamentalna znanost z redukcionistično paradigmo res eventuelno ponudi odgovore na vse.

Kot smo slišali, se razumevanje znanosti v določenem smislu vrača k pojmovanjem, ki so bila formulirana pred znanstvenimi revolucijami dvajsetega stoletja. Fizika se je denimo v znatnem obsegu iz fundamentalnega razumevanja razširila na področje kompleksnih emergentnih pojavov. Oddajo bi lahko zaključili z enako lekcijo, kot je tista, s katero članek “več je drugače” zaključuje Philip Anderson: “Marx je nekje zapisal, da kvantitativne razlike postanejo kvalitativne razlike.”