עיונים בפילוסופיה של המדע

תפקידו של המדע הינו להסביר את חוקי הטבע ולהאיר את המציאות. מה שהמדען אמור לעשות הוא לגלות לנו את היש לאחר שחושפים את המסתורין סביבו. גלילאו, ניוטון, דרווין ואיינשטיין, כל אלה הביאו בפנינו את המציאות שהם חשפו במסגרת פעילותם המדעית.

מה הוא הרקע להופעתה של תאוריה מדעית אשר באה במקום תאוריה מדעית קיימת? ומה היא בעצם תגלית מדעית? האם יש כאן התקדמות לינארית, אשר באמצעותה אנו מבינים טוב יותר את המציאות הפיזית?

דקארט, מדען פילוסוף אשר חי במאה ה18, ייצג את הזרם הרציונאליסטי שטען שבעזרת המחשבה (רציונאל) אנו מסוגלים להבין את המציאות הפיזית כמו שהיא. לעומת דקארט, נוצר זרם שנקרא אמפירציסטים שייצג את הקו לפיו אנו יכולים להבין את המציאות הפיזית על ידי ניסויים ותצפיות. כל זרם וזרם טען שיש אמת מציאותית אמיתית אחת וניתן לגלות אותה בדרך כזו או אחרת.

התאוריות המדעיות שצצו לקראת המאה ה20 הוכיחו כי אין אמת אובייקטיבית שניתן לחשוף אותה, כי אם תוחלת חיים של תאוריה מדעית שהינה זמנית, ולימים מתברר כי תאוריה חדשה אמורה להחליף תאוריה אחרת שהתברר שהינה שגויה. לכל תאוריה מתברר יש תאוריה חלופית, אז איך עוברים מתאוריה שנחשבת מבוססת לתאוריה שעליה להחליף את התאוריה הישנה?

התברר אז כי יש להגדיר את שיטתו של המדע, את הכלים והפרינציפיוניות של התהליך המדעי ואזי נוכל להבחין בין מדע שהוא תקף לבין מדע שהינו פסדו – מדע.

הדבר שנראה כמתבקש הוא שאם היפותזה אשר יש בסיס לערוך לצורך אימותה ניסוי, שמאמת אותה או מפריך אותה, אזי יש לה גושפנקה מדעית. אבל אז צצה בעיית האינדוקציה (ראה פרק נפרד), שמתבססת על ניסוי או ניסויים בודדים ומכילה אותם על כלל המקרים. לפי דיוויד יום, פילוסוף בריטי, זה הוא כשל לוגי. בהקשר זה יש דוגמה משעשעת על שימוש מוטעה במסקנה שנובעת מאינדוקציה, שמופיע במאמרו של אחד העם (חצי נחמה), על נוסע מזדמן לאכסנייה בעיר אחת, ובכניסה נתקל בפקיד קבלה מגמגם ואז הוא יוצא מתוך מסקנה וכותב לחבריו מכתבים בהם הוא מציין כי כל פקידי הקבלה בעיר הזאת מגמגמים.

פילוסוף המדע קארל פופר ניסה לנטרל את עניין האינדוקציה בהביאו לעולם את עקרון ההפרכה, לפי הדוגמה שאומרת שאם גיליתי חסידה לבנה אחת, או כמה חסידות לבנות לעולם אינני יכול לטעון כי כל החסידות לבנות. זוהי אינדוקציה שלא עומד מאחוריה כל עיקרון לוגי. הרי אם תגיע לאוסטרליה פתאום תגלה שיש גם חסידות שחורות. הקביעה שלך כי כל החסידות לבנות מבוססת רק על תצפיות בודדות שעשית, אך אינך יודע במה תיתקל בעתיד.

טענה מקובלת אחרת היא: "מחר תזרח השמש". הרי שאין אמת לכאורה יותר יציבה שכל יום השמש תזרח מחדש לאחר שהיא שקעה בערב הקודם. אך מידע אסטרונומי אנו יודעים כי גם לשמש יש תוחלת חיים והשמש היא כוכב וכוכבים נולדים, חיים ומתים וגם השמש תגיע לסופה ותדעך כפי שכתב על כך האסטרונום ג'ורג' גאמוב (חייה ומותה של השמש).

כדי להתמודד עם הבעייתיות שהועלתה כאן בעניין האינדוקציה הביא פופר את עקרון ההפרכה. רק תאוריות מדעיות המוגדרות כך שניתן גם להפריך אותן נחשבות לתאוריות תקניות מבחינתה של המתודה המדעית. הקביעה לגבי קיומו של אלוהים הינה קביעה שלא ניתן להפריכה, אי לכך היא איננה בגדר תאוריה מדעית. כך גם תורת המיתרים בתאוריות העל – מיתרים, כך גם חורי תולעת שרק מפרנסים סופרי מדע בדיוני.

לפי פופר תאוריה מדעית שעומדת בניסוי או תצפית איננה נכונה בעליל, היא רק מקבלת אישוש. ככל שהיא קיבלה אישושים רבים יותר, הינה יותר מאוששת אך לא בהכרח נכונה.

בצורה זו לפי פופר ניתן בצורה לינארית להגדיל כל הזמן את הידע המדעי, אך לעולם לא נגיע לכך שנכיר בצורה צרופה את המציאות הפיזית. כך גרם פופר לכך שהתאוריה המדעית הפכה להיות לאמת זמנית ואלה הן אמיתות זמניות כל זמן שלא הוכח אחרת.

אם כך איך צריך להרגיש מדען אשר במסגרת תחום עיסוקו הוא יכול לחוש תסכול בגלל שהוא עוסק בנתונים שמחר יתבררו כמוטעים, או מה צריך להרגיש סטודנט שלומד על תאוריות מדעיות שמחר יושלכו לפח?

אז מה הוא התהליך לפיו המדע מתקדם מתאוריה לתאוריה? כך הגיע לעולם המושג "ניסוי מכריע", אשר אמור לאשש או להפריך תאוריה קיימת, במסגרת הניסוי המכריע, והיה ואם הוא מפריך תאוריה קיימת אזי יש למצוא לה תאוריה חלופית.

הדברים אינם כה פשוטים, שכן יכולות להיות תוצאות שמפריכות לכאורה תאוריות קיימות, אבל מקורן בכשלי מדידה או במכשור לא מתאים, או במקרים מסוימים להוסיף השערת "אד – הוק" אשר ממשיכה להחזיק בחיים את התאוריה הסוררת.

ראה לדוגמה את "הקבוע הקוסמולוגי" אשר איינשטיין הוסיף לנוסחה שלו במסגרת תורת היחסות הכללית בשנת 1915. המסקנה שנבעה מהנוסחה שלו הייתה כי היקום לא יכול להיות סטטי, או שהוא מתפשט או שהוא מתכווץ, עובדות שהיו מנוגדות לרעיון שרווח בימיו כי היקום הינו סטטי. הקבוע הקוסמולוגי שהוא הוסיף היה מרכיב אד – הוק "שהחזיק" את היקום בהתאם לקונספציה של איינשטיין באותה עת. בעקבות גילויו של האסטרונום האדווין האבל, מספר שנים אחר כך, כי היקום נמצא במצב של התפשטות, אמר איינשטיין כי הקבוע הקוסמולוגי שלו היה שגיאת חייו. בעצם בנוסחה שלו איינשטיין פספס את האפשרות להיות החלוץ שיגלה באמצעות נוסחה את קיומו של היקום המתפשט.

המודל של פופר לפיו הידע המדעי מצטבר בצורה ליניארית תוך כדי החלפת תאוריות חדשות בישנות, היה חסר אלמנט שיש לו משמעות על המדע. זוהי השפעת הקהילה המדעית על פעילותו של מדען בודד וגם אישיותו של המדען שמהווה שחקן אנושי בסיפורו של המדע.

לפיכך, ייתכן כי מה שמוגדר כ"ניסוי מכריע" איננו רלוונטי כי חלים דעות קדומות, קונספציות וגם קונצנזוס של הקהילה המדעית, אשר משפיעים על המדען הבודד לגבי הערכת תוצאה של ניסוי.

ניסויים או תצפיות שלא תואמים את התאוריה יכולים להביא לטענות שונות שלעיתים אין להם כל רלוונטיות לתאוריה, אך מתקבלים במטרה להציל את התאוריה הקיימת, מה עוד שאין עוד כל תאוריה חדשה בדרך.

האתר מהווה תוספת שצצה כדי להסביר כישלון של ניסוי, כמו זה שהוגדר כניסוי מכריע להוכחת האתר שנערך על ידי מייקלסון מורליי בשנת 1887. כישלון זה להוכחת האתר נחשב לכישלון המפואר ביותר בתולדות המדע, כי בעצם מתברר כי אין ישות כזו שנקראת "אתר".

הולדתו של האתר הייתה בחטא שכן הדעה שרווחה לאורך שנים הייתה שהטבע סולד מריק, ואי לכך לא יכול להיות מצב של ריקנות באוויר אחרת איך יכולות קרני האור לעבור בו ללא כל תווך. לשם כך נוצר האתר. כמה שנים לאחר מכן הסביר איינשטיין את מעבר גלי האור ומהירותו בהעדר מציאות של קיום אתר.

כפי שנאמר קודם גם לקהילה המדעית יש השפעה על התפתחות המדע, ומי שהסביר את זה טוב היה ההיסטוריון של המדע תומס קון, איש המאה ה20.

בשנת 1962 פרסם קון את ספרו "המבנה של מהפכות מדעיות", ובו יש מרכיב חשוב לקהילה המדעית והשפעתה על המדען הבודד.

המושג הקשור לפועלו של קון הוא "הפרדיגמה". הפרדיגמה מכילה בתוכה את תפיסת העולם המדעית שבתקופת זמן מסוימת הקהילה המדעית פועלת במסגרתה. מה שיוצר את תפיסת העולם הוא הישג מדעי ספציפי אשר על פיו מתרחשת הפעילות המדעית סביבו. זה כולל את התאוריה הבסיסית השלטת, השיטה המדעית, סביבה שפת המושגים הקשורה לתאוריה, תכניות הלימודים ומכשור מדעי. הפרשנויות וההשערות הנובעות מהתאוריה המדעית, המדענים אשר מובילים אותה הם אלה שמאצילים מיוקרתם עליה וכך גם היא מתפתחת ותופחת.

כדוגמה לפרדיגמה ייחודית מביא תומס קון את המודל האליוצנטרי של קופרניקוס מהמאה ה16 אשר החליף את המודל הגאוצנטרי. קופרניקוס שם את השמש במרכז הכל, כגרם השמימי המרכזי ולא כמו שחשבו עד אז כי כדור הארץ הוא מרכז הכל. קון גם חיבר ספר על המהפכה הקופרניקאית כדוגמה למהפכה משמעותית בתולדות המדע.

למהפכה הקופרניקאית הייתה השפעה גם מעבר למדע, כמו גם על הדת והחברה. מהפכה זו יצרה פרדיגמה לפיה פעלו ממשיכיו של קופרניקוס כמו, גלילאו, קפלר וניוטון וגם מכשור היקפי שנוצר שנתן לה חיזוק כמו המצאת הטלסקופ שנתוניו אוששו מאוד את המודל של קופרניקוס.

דוגמאות אחרות לפרדיגמה יכולות להוות תורת הקוואנטים מתחילת המאה ה20 וגם תורת היחסות של איינשטיין.

הפרדיגמה יוצרת מסגרת אב שבמסגרתה מפרשים כל תוצאות ניסוי או השערה, וכל זאת מוגדר אצל קון "כמדע תקני". לפי קון מתקיימת אינטרקציה בתוך קהילת המדענים ובמסגרתה קהילת המדענים חווה ומפרשת את המציאות הפיזית הקיימת לתפיסתה ויש פה בעצם מרכיב סובייקטיבי אשר קורה תגר על המדע שאמור להיות טהור, נטרלי ומדויק מכל דבר אחר שיש.

לפי קון יש גם תהליך מהפכני אשר גורם לכך שתאוריות מתחלפות במסגרת מהלך מהפכני שמתבצע בהדרגה. אז נוצר משבר כאשר קיימת אי התאמה בין הפרדיגמה לבין המציאות בפועל. בהתחלה מתקיים ניסיון להסביר את אי ההתאמה במסגרת הפרדיגמה עצמה. בינתיים הקהילה המדעית נשארת נאמנה לפרדיגמה השלטת, במסגרת המדע התקני.

אך אט אט מדענים רבים יותר ויותר, מתחילים לכפור בתאוריה הקיימת ואז צץ הבסיס להחלפתה של הפרדיגמה בפרדיגמה אחרת.

כדוגמה, ניתן להביא שינוי פרדיגמה במעבר מהפרדיגמה של ניוטון לפרדיגמת תורת היחסות של איינשטיין. את המעבר מהפרדיגמה של תלמי המודל הגאוצנטרי, לפרדיגמת המודל האליוצנטרי של קופרניקוס הזכרנו כבר קודם.

במשך כ300 שנה שלטה המכניקה הקלאסית של ניוטון וגם כשאובחנו אי התאמות של תורת ניוטון עם המציאות התצפיתית, ניסו להסבירן במסגרת פרדיגמת ניוטון, כמו למשל, בהכנסת המושג "אתר" למציאות הפיזית. את הכישלון של מייקלסון ומורליי משנת 1887 הסבירו בכשל של המכשור שבאמצעותו צפו בהתאבכות קרני האור במכשיר שבו צפו, שבנו אותו בעצמם שנקרא בשם אינטרפרומטר. פרשנות זו שמטרתה הייתה להתאים את תוצאת הניסוי למדע המקובל, כלומר לפרדיגמה הקיימת. דומה הדבר למי שיורה חיצים ואחר כך מסמן סביבם עיגול.

אך כאשר רבו הכשלים שלא תאמו לפרדיגמה נוצר מה שנקרא משבר בקרב קהילת המדענים, ובאופן מתבקש מאיליו צצה תורתו של איינשטיין, תורת היחסות הפרטית משנת 1905, שהשתלטה על הואקום שנוצר מכשלון הפרדיגמה שרווחה עד אז.

הפרדיגמה של ניוטון הפסידה את מעמדה לפרדיגמה של איינשטיין לפי קון בעת חילופי הפרדיגמות. יש לציין שאין ביניהן כל קשר ולא שפה משותפת. זו מהפכה מושלמת, ובמהפכה כמו במהפכה. קון גם השווה זאת למהפכה צבאית או המרת דת, שאין כל קשר בין מה שמחליף למה שמוחלף.

אם כל פועלו של קון והמודל שהוא הציג לגבי חילופי פרדיגמות, שכל אחת מייצגת מציאות מדעית אחרת, כל זאת לא מסביר את אי יכולתה של הפיזיקה בת ימינו, לגשר בין תורת היחסות לתורת הקוואנטים. שתי תורות אלו שולטות במדע של המאה ה20, כל אחת מהן מתארת מציאות מדעית. תורת היחסות מסבירה את המציאות בתחום המאקרו ותורת הקוואנטים מסבירה את המציאות בתחום המיקרו. תורת המיתרים שאמורה לאחד בין השתיים אינה עומדת בקריטריונים של תאוריה מדעית, והמרכיב הספקולטיבי שלה מאוד בולט. האיחוד בין שתי התורות נראה רחוק מאוד, אם הוא בכלל אפשרי.

"תאוריית הכל" או כמו שאיינשטיין הגדירה "תורת השדה המאוחד", שיאחד בין ארבעת הכוחות המרכזיים בטבע רחוקה מאוד מלהיווצר, אם בכלל ניתן ליצור אותה.

את שלושים השנים האחרונות לחייו, איינשטיין ניסה לפתח את אותה התורה והעלה חרס בידיו. יש הרואים שנים אלה שנים מבוזבזות של איינשטיין, ויש כאלה שרואים בהן בסיס של ביטוח, שדה מאוחד כזה לעתיד לבוא.