Перевернутый Поппер и теоретическая физика
Перевернутый Поппер
Я уже писал раньше о кризисе воспроизводимости и эффекте спада - феноменах, которые академическое сообщество уже начинает понемногу считать главной угрозой современной науке.
Но большая часть этих проблем касалась психологии (особенно социальной психологии) и медицины - областей, где изучают живые организмы статистическими методами. Всегда можно было бы списать их на особенности этих конкретных областей. Собственно, в комментариях так и делали - там есть заявления, что все это «не настоящая наука». В «настоящей науке» - физике и химии - совсем другая математика, и там такое невозможно.
На самом деле эффекты спада и невоспроизводимости есть и там, хотя действительно в меньшей степени. Почти половина опрошенных химиков и физиков утверждают, что хотя бы раз в жизни сталкивались с невозможностью повторить даже собственные результаты, не говоря о чужих.
А кроме этой проблемы, в физике есть и другая. О ней не так принято говорить, но некоторые все же осмеливаются. Например, Сабина Хоссенфелдер - специалист по квантовой гравитации из Франкфурта. Сегодня жертвой моего перевода станет ее статья How Popper killed Particle Physics.
Поппер мертв. Умер еще в 1994 году, если быть точным. А еще мертво его учение, гласящее, что научной идее обязательно быть фальсифицируемой.
И это прекрасно, потому что учение было совершенно непрактичное. На деле ученые не могут опровергать теории. Любую теорию можно задним числом подогнать так, чтобы она соответствовала новым данным. И не нужно закатывать глаза: корректировать представления по мере поступления новых сведений - нормальная научная практика.
Так что нет - теорию фальсифицировать невозможно. И никогда не было возможно. При желании до сих пор можно было бы рассчитывать орбиты планет с олимпиардами эпициклов или разработать теорию светоносного эфира, которая в точности копировала бы все предсказания специальной теории относительности.
Конечно, никто в здравом уме так не делает. Теории, которые столько раз латали и перелатывали, становятся до отвращения сложными - да и вообще отвратительными, точка. Обычно научное сообщество, не трудясь что-то опровергать, переходит к более простым объяснениям.
Честно говоря, я думаю, что Поппер в поздние годы отказался от некоторых своих ранних тезисов. Но многие физики не просто до сих пор верят в Поппера, но еще и неверно его интерпретируют.
Даже в худшие свои моменты Поппер никогда не утверждал, что теория научна уже потому, что она опровержима. Говорить так - значит ставить его с ног на голову. Но к сожалению, именно стоя на голове, он сейчас движет разработчиками теорий и в космологии, и в физике высоких энергий.
Легко можно придумать теорию, которая была бы опровержимой, но не научной. Когда я говорю «научная», то имею в виду, что у нее есть разумный шанс верно описать природу. Понятно, что это не строгое определение, потому что еще нужно договориться, что есть «разумный шанс», но пока оставим его как есть.
Я могу предсказать, например, что Дональд Трамп еще до конца своего первого срока будет застрелен пожилой женщиной. Это предсказание полностью согласуется с имеющимися данными, и оно определенно опровержимо. Но вероятность, что оно сбудется, фактически равна нулю - это пророчество, а не научная теория.
А ведь от многих физиков-любителей я слышу мысль, что научной теории достаточно быть фальсифицируемой. Они говорят: «Это ведь можно проверить!», и объясняют, как их гипотезы переворачивают представления о квантах или еще о чем-нибудь. И пишут об этом капсом в интернете. Пока я писала эту фразу, мне как раз пришел комментарий: «Как говаривал дядюшка Эл, хорошая идея - та, которую можно проверить». Прости, дядюшка, но это чушь.
Можно было бы подумать, что профессиональные-то ученые от этого свободны. Но два года назад я слушала профессора Лизу Рэндалл, которая объясняла, как темная материя убила динозавров. Нет, правда. Именно тогда я поняла, что профессиональные физики элементарных частиц страдают от того же заблуждения. Перевернутый Поппер - весьма распространенная зараза.
Понимаете, у Рэндалл есть теория, что частицы, из которых состоит темная материя, взаимодействуют между собой так, что скапливаются в галактиках и образуют диски, как и нормальная материя. Идея в том, что Солнечная система время от времени проходит сквозь диск темной материи, и это вызывает масштабные вымирания. Или как-то так.
Честно говоря, я не помню всех деталей, но они тут и не важны. Я об этом вспомнила только потому, что кто-то тогда спросил: «А почему именно частицы темной материи? Почему у них именно такое взаимодействие?». И Рэндалл ответила на это примерно так: понятия не имею, но ведь это можно проверить.
Не собираюсь наезжать именно на нее, просто так получилось, что именно в тот момент я и поняла, что не так с этим доводом. Фальсифицируемость еще не делает теорию научной.
Если единственный довод в пользу вашей теории - что она совместима с имеющимися данными, и ее предсказания можно проверить - этого недостаточно. У моей идеи про Трампа все это есть, но она не войдет в анналы науки, а почему? Потому что можно без труда наштамповать миллионы таких предсказаний.
В фундаментальной физике совместимость с имеющимися данными - уже достаточно высокая планка. По крайней мере, вас будут в этом уверять. Чтобы выдумать новую теорию, вам придется повторить в ней все достижения предыдущих, уже общепринятых теорий. Такой порог вам не перешагнуть, пока вы не изучите общепринятые теории - поэтому и можно смело игнорировать откровения капсом в интернете.
Но перепрыгивать планку можно научиться. Это займет лет десять, правда. Но зато вы изучите все современные технологии массового производства теорий. .Все ваши изделия будут полностью совместимы с имеющимися теориями, и будут позволять делать легко корректируемые предсказания для будущих экспериментов. В своей книге я называю эти техники «тайными правилами науки».
Примечание. Сабина Хоссенфелдер - автор книги «Lost in Math». Там она рассказывает, как с физиками играет злую шутку приверженность «красивым» и «естественным» математическим формализациям.
Эти тайные правила научат вас добавлять к стандартной модели новые частицы, а затем делать их трудноизмеримыми. Или добавлять новые поля к общей теории относительности и объяснять, почему мы не можем обнаружить их. И так далее. Как только вы поймете принцип, сможете перепрыгивать планку сколько угодно. После этого остается только подкручивать результаты так, чтобы ваши предсказания вот-вот можно было проверить, буквально лет через пять. А если они не сбудутся, вы подкрутите их снова.
С этого и живет сейчас большинство теоретиков и феноменологов в физике высоких энергий.
Таких сконструированных теорий сейчас развелось столько, что вероятность какой-нибудь из них оказаться правильной практически нулевая. Можно придумать бесконечно много скрытых частиц и полей, а потом скомпоновать их так изящно, чтобы их невозможно было измерить, или сделать частицы настолько тяжелыми, чтобы для их обнаружения понадобился коллайдер побольше. Требования к качеству теорий невероятно низкие, и становятся все ниже день ото дня. Это стремление пробить дно, и дно, кажется, находится в минус бесконечности.
Перепроизводство бесполезных предсказаний - ответ физиков-теоретиков на «р-хакинг» статистических методов. Всего-то нужно никому не говорить, сколько моделей ты перепробовал, пока не получилось то, что нужно. Подгоняй одно к другому, и если результат выйдет симпатичным, сообщество его одобрит. Его опубликуют. Ты будешь говорить о нем на выступлениях. И все потому, что ты удовлетворил современному стандарту качества. Такое происходит и в физике частиц, и в космологии, а в последнее время и в квантовой гравитации.
Эта бессмыслица продолжается уже так давно, что никто не замечает неладного. Сравните, насколько это похоже на положение в психологии и других похожих дисциплинах. Там злоупотребления статистикой стали настолько частыми, что сделались нормой. Сколько должно пройти времени, прежде чем физики-теоретики признают, что у них тоже есть проблемы?
Может быть, вы помните книгу философа Ричарда Дэвида, где он утверждает, что в пользу теории струн говорит отсутствие у нее альтернатив. Это, конечно, неверный довод. Для начала, струнной теории есть альтернативы, просто Ричард о них деликатно умалчивает. Но что еще важнее - может быть множество других альтернатив, о которых мы просто еще не знаем. Ричард рассуждает по байесовой логике, но в его случае неизвестное количество неизвестных альтернатив сводит его рассуждения на нет.
Но это рассуждение проливает свет на критерий, говорящий против, а не за теорию. Назовем его «довод от избыточных альтернатив».
Он говорит не о высокой вероятности конкретной теории, а о малой вероятности любой теории из этого числа. Его можно использовать, даже если вы не знаете точного числа альтернатив - достаточно знать, что их по меньшей мере еще столько же, сколько уже известных. Такой вероятностный подход говорит нам, что чем больше альтернатив найдено, тем меньше шансы любой из них оказаться правильной.
Чтобы понять эту логику, не нужно никакого байесианского волшебства, но такая формулировка заставляет ее звучать более научно. Если совсем коротко, то чем проще выдвигать новые предсказания, тем меньше их реальная предсказательная ценность.
Я понимаю, что с такими речами могу стать самым непопулярным человеком в физике высоких энергий. Это невесело. Но все-таки, даже психологи ответили на кризис в своей науке введением более строгих стандартов качества. Смогли они - сможем и мы.
Надеюсь.