Спросите Итана №17: Бремя доказательства

Не тратьте своё время на то, чтобы представиться тем людям, которые вознамерились понять вас неправильно.
— Дрим Хэмптон

Пожалуй, ни одно другое слово не создаёт столько непонимания, как слово «теория». В научных кругах у этого слова есть вполне конкретное значение, отличающиеся вот повседневного использования. Я, как теоретический астрофизик, чувствую, что должен объяснить, что мы имеем в виду, используя его.

Читатель спрашивает: 

Я часто встречаю мнение, что если у чего-то нет «100% доказательств», то оно не может существовать. Мой вопрос состоит в том, верно ли утверждение, что «только потому, что у нас нет стопроцентных доказательств чего-либо, это не означает, что это не может быть правдой»?

http://geektimes.ru/post/259014/
Конечно, можно ответить кратко:

Отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия. – Карл Саган

Но это не означает, что всё можно считать правдой, даже при отсутствии доказательств. С научной точки зрения это предложение означает, что если вы хотите подтвердить или опровергнуть теорию, вам нужно вывести из неё конкретные и уникальные предсказания, и проверить их.

Но для начала давайте определим, что я имею в виду, говоря «теория» – потому, что, когда я использую это слово, я имею в виду нечто совершенно конкретное, и, скорее всего, его значение отличается от того, к которому вы привыкли.



В основе знания лежат простые и прямые факты, говорящие о нашей реальности. Если я настрою систему определённым образом, проведу конкретные измерения при помощи конкретного метода и набора инструментов, я получу результат. Если я повторю эксперименты много раз, я получу набор результатов. Если я посмотрю на результаты похожего феномена, на эксперименты и на естественные явления, которые будут повторяться много раз, я получу ещё более надёжный набор данных.

Так начинается знание.



Затем мы начинаем обдумывать полученные данные, и начинаем что-нибудь замечать. 

Если мы возьмем герметичный шар, наполненный воздухом, и отпустим его под воду, его объём уменьшится. Но объём его уменьшится определенным образом: если удвоить давление вокруг него, его объем уменьшится в 2 раза. Когда вы замечаете такого рода связи,- или эмпирические корреляции между разными параметрами и переменными системы,- вы переходите к более продвинутому состоянию знания — формулировке научных законов.



Научные законы говорят вам, что случится в определенных условиях, но они ещё не достигли состояния научной теории. Научная теория — это ещё более продвинутая вещь, чем законы: она постулирует объяснение и механизм, из которого эти законы выводятся. Здесь и проявляется всё могущество науки.



Со сменой поколений живые организмы порождают следующее поколение живых организмов – это данные.

Следующие организмы оказываются измеримо отличными от своих предшественников -это научный закон эволюции. 

Механизм, стоящий за этим – то, что у организмов есть информация об их свойствах, закодированная в их ДНК, что ДНК мутирует, и, в случае полового размножения, комбинирует ДНК их родителей для создания ДНК отпрыска, и что наименее приспособленные организмы вымирают — это научная теория.



Научные теории — это самый глубокие и мощные объяснения того, как происходит научный прогресс. Передача заболеваний микроорганизмами – это теория; биологическая эволюция — это теория; атомная теория материи — это теория, и теория гравитации — это теория. 

Отвечая на ваш вопрос, скажу, что никогда нельзя найти 100% доказательства теории. Сто миллионов удачных тестов и наблюдений не могут доказать теорию — они могут подтвердить теорию, они могут продемонстрировать живучесть теории, но единственное противоречащее и воспроизводимое наблюдение может показать, что теория является корректной не во всех случаях. И это должно быть верно для всех теорий — у них есть область действия и вне этой области они уже не работают.



Ньютоновская теория гравитации, пригодна в огромном множестве случаев, но её работоспособность заканчивается при встрече с очень сильными гравитационными полями, очень короткими дистанциями и скоростями, очень близкими к скорости света. И, как это часто случается, её заменила ещё более хорошая теория: эйнштейновская общая теория относительности, которая включает в себя и область действия ньютоновской теории, и расширяется до этих особых случаев. Хотя и у неё есть свои ограничения. Сейчас активно делаются попытки расширить и эту теорию, хотя правильнее будет назвать эти попытки гипотезами, а возводить их до ранга теорий, когда они будут подтверждены экспериментами и наблюдениями. Но это не значит, что всё, что подаётся как научная теория, имеет подтверждение или вообще нужно рассматривать серьезно.



Для поддержки ваших рассуждений нужны данные. Вам нужны законы и корреляции, чтобы построить на их основе теории. Вам нужна гипотеза или идея того, как они сочетаются вместе, и как всё это можно объяснить достаточно простыми принципами. И только когда у вас есть достаточное количество доказательств и достаточно тестов и подтверждённых предсказаний, можно справедливо назвать вашу идею теорией.



Конечно, неверно утверждать, что: «только потому, что у вас нет 100% доказательств, это не значит, что это не может быть правдой или не может существовать». У нескольких наилучших сегодняшних теорий есть замечательные предсказания, которые ещё предстоит подтвердить: общая теория относительности предсказывает гравитационные волны, которые мы пока ещё не обнаружили. Теория Тёмной материи предсказывает существование новых частиц во Вселенной, которые мы пока еще не нашли в земных лабораториях. Теория абиогенеза подсказывает, что жизнь происходит из безжизненного, хотя мы ещё не разу не смогли создать жизнь из безжизненного самостоятельно. Бремя доказательства идеи, которую хотят возвести до состояния теории, очень серьёзное. Знаменитую суперсимметрию и связанную с ней теорию струн правильно было бы называть гипотезами, а не теориями, поскольку доказательств, успешных тестов и подтверждённых предсказаний они пока ещё не предоставили.



Так что, хотя и верно то, что отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия, существует бремя доказательства, которое нужно исполнить, перед тем, как мы превратим идею или гипотезу в научную теорию. Но когда мы это сделаем, мы начнём воспринимать её предсказания очень серьёзно, и сможем рассчитывать, что есть не только вероятность, но и возможность того, что эти новые предсказания, даже те для которых ещё не получены доказательства, могут быть правильными – несмотря все их допущения.