آیا علم می‌تواند حقایق مطلق حهان را کشف کند؟
آیا علم مطلق است؟ حقایق و اکتشافات آن ما را به سمت ماهیت واقعیت هدایت می‌کند، اما ما باید همیشه نسبت به تجدید نظرها با چشم باز منتظر بمانیم.
برای اینکه یک فرضیه، ایده، یا حتی یک واقعیت یا قانون به یک حقیقت علمی تبدیل شود، باید استانداردهای عظیمی از شواهد را پاس کند و برای رسیدن به آن یک سری آزمایش‌های موشکافانه را پشت‌سر بگذارد. اما چیزی که ما آن‌را «حقیقت علمی» می‌نامیم، با ایده محاوره‌ای ما درباره درست در مقابل نادرست یا درست در مقابل غلط بسیار متفاوت است. اگرچه علم همیشه به‌دنبال حقیقت است، اما هیچ‌یک از نتایج آن‌را نمی‌توان مطلق تلقی کرد. اما با وجود این محدودیت، علم بهترین راهنمای حقیقی است که ما داریم.
از بسیاری جهات، تلاش انسان برای علم، جستجوی نهایی حقیقت است. با پرسیدن سوالاتی از جهان طبیعی و کیهان در مورد خودش، ما به‌دنبال درک این هستیم که جهان چگونه است، قوانین حاکم بر آن چیست و چگونه چیزها به‌شکل امروزی درآمدند. علم مجموعه کاملی از دانش است که ما از مشاهده، اندازه‌گیری و انجام آزمون‌هایی که کیهان را آزمایش می‌کند به‌دست می‌آوریم، اما همچنین فرآیندی است که از طریق آن این تحقیقات را انجام می‌دهیم.
شاید به‌راحتی بتوان دید که چگونه از این تلاش، دانش به‌دست می‌آوریم، اما دانشمندان چگونه به‌ایده یک حقیقت علمی‌می‌رسند؟ و وقتی به آنجا رسیدیم، این حقایق علمی چقدر با تصورات ما از «حقیقت مطلق» مرتبط هستند؟ چه دلایلی وجود دارد که ما از نظر علمی چیزی را درست یا نادرست تشخیص می‌دهیم؟
وقتی به‌صورت علمی صحبت می‌کنیم، مفهوم «حقیقت» بسیار متفاوت از نحوه استفاده عامیانه از آن در گفتار و تجربه روزمره است. در این‌جا نحوه درک کاربردهای علمی کلمه حقیقت، از جمله اینکه چه می‌کند و چه معنایی برای ما دارد، آمده است.
بیایید جمله زیر را درنظر بگیریم: "زمین گرد است." اگر شما یک دانشمند نیستید (و همچنین طرفدار زمین‌مسطح نیستید)، ممکن است فکر کنید که‌این جمله غیرقابل انکار است. ممکن است فکر کنید که این از نظر علمی درست است. در واقع، بیان اینکه زمین گرد است یک نتیجه علمی معتبر و یک واقعیت علمی است، حداقل اگر زمین گرد را با زمین مسطح مقایسه کنید.
اما همیشه یک نکته ظریف و احتیاط اضافی در این روش وجود دارد. اگر بخواهید قطر زمین را در استوا اندازه‌گیری کنید، 7926 مایل (12756 کیلومتر) را به‌دست می‌آورید. اگر قطر را از قطب اندازه بگیرید، مقدار 7900 مایل (12712 کیلومتر) خواهید داشت. زمین یک کره کامل نیست، بلکه یک شکل تقریبا کروی است که در استوا برآمده است و در قطب‌ها فشرده می‌شود.
برای یک دانشمند، این به‌خوبی اخطارهای مرتبط با اصطلاحی مانند حقیقت علمی را نشان می‌دهد. مطمئناً، این درست است که زمین یک کره است تا یک دیسک یا یک دایره، اما این یک حقیقت مطلق نیست که زمین یک کره است، زیرا درست‌تر است که آن‌را یک بیضی مایل به کروی بنامیم و نامیدن آن به‌صورت بیضی نیز حقیقت مطلق نیست.
ویژگی‌های سطحی روی زمین وجود دارد که انحرافات قابل توجهی را از شکل صاف مانند یک کره یا یک بیضی نشان می‌دهد. رشته کوه‌ها، رودخانه‌ها، دره‌ها، فلات‌ها، اقیانوس‌های عمیق، آتشفشان‌ها و… وجود دارد. مکان‌هایی وجود دارند که سطح زمین بیش از 29000 فوت (نزدیک به 9000 متر) بالاتر از سطح دریا قراردارد، و مکان‌هایی وجود دارند که تا زمانی که در 36000 فوت (11000 متر) زیر سطح اقیانوس قرار نگیرید، سطح زمین را لمس نخواهید کرد.
این مثال چند روش مهم تفکرعلمی را نشان می‌دهد که با نحوه تفکرعامیانه ما متفاوت است.
هیچ حقیقت مطلقی در علم وجود ندارد; فقط حقایق تقریبی وجود دارد.
اینکه یک گزاره، نظریه یا چارچوب درست است یا نه، بستگی به عوامل کمی و میزان دقیق بررسی یا اندازه‌گیری نتایج دارد. هرنظریه علمی دارای دامنه محدودی از اعتبار است: در داخل آن محدوده، صحت نظریه قابل تشخیص نیست، در خارج از آن محدوده، نظریه دیگر درست نیست. این نشان‌دهنده تفاوت بسیار زیادی با نحوه تفکر ما در مورد واقعیت در مقابل تخیل، حقیقت در مقابل دروغ، یا حتی درست در مقابل غلط است.
به‌عنوان مثال، اگر توپی را روی زمین بیندازید، می‌توانید این سوال علمی و کمی را بپرسید که چگونه رفتار خواهد کرد. مانند هرچیزی که روی سطح زمین است، با سرعت 9.8 متر بر ثانیه (32 فوت بر ثانیه) به سمت پایین شتاب خواهد گرفت. و این یک پاسخ عالی است، زیرا تقریباً درست است.
با این‌حال، در علم، می‌توانید عمیق‌تر نگاه کنید و ببینید کجا این تقریب دیگر درست نیست. اگر این آزمایش را در سطح دریا، در عرض‌های جغرافیایی مختلف انجام دهید، متوجه خواهید شد که این پاسخ در واقع متفاوت است: از 9.79 متر بر ثانیه در استوا تا 9.83 متر بر ثانیه در قطب. اگر به ارتفاعات بالاتر بروید، متوجه خواهید شد که شتاب به آرامی شروع به کاهش می‌کند. اگر کشش گرانشی زمین را رها کنید، متوجه می‌شوید که این قانون اصلاً جهانی نیست، بلکه با یک قانون کلی‌تر جایگزین می‌شود: قانون گرانش جهانی.
تا آنجا که قوانین علمی پیش می‌روند، این یکی حتی به‌طور کلی درست است. قانون گرانش جهانی نیوتن می‌تواند تمام موفقیت‌های مدل‌سازی شتاب زمین را به‌عنوان یک ثابت توضیح دهد، اما می‌تواند خیلی بیشتر نیز انجام دهد. می‌تواند حرکت مداری قمرها، سیارات، سیارک‌ها و دنباله‌دارهای منظومه شمسی و همچنین وزن شما درهریک از سیارات را توصیف کند و توضیح می‌دهد که چگونه ستارگان در داخل کهکشان‌ها حرکت می‌کنند، و حتی به ما اجازه می‌دهد تا موشکی را برای فرود انسان‌ها روی ماه، با مسیرهای فوق‌العاده دقیق، مشخص کنیم.
اما حتی قانون نیوتن هم محدودیت‌هایی دارد. وقتی به‌سرعت نور، یا به یک جرم بسیار بزرگ نزدیک می‌شوید، یا می‌خواهید بدانید در مقیاس کیهانی چه اتفاقی می‌افتد (مثلاً در مورد جهان در حال انبساط)، قوانین نیوتن به‌شما کمک نمی‌کند. برای آن، شما باید نسبیت عام اینشتین را جایگزین قوانین نیوتن کنید.
برای مسیر حرکت ذرات نزدیک به‌سرعت نور، یا برای به‌دست آوردن پیش‌بینی‌های بسیاردقیق برای مدار عطارد (داخلی‌ترین و سریع‌ترین سیاره منظومه خورشیدی)، یا برای توضیح خمش گرانشی نور ستاره‌ها توسط خورشید (درحین کسوف) یا با مجموعه‌ای بزرگ از ماده (مانند عدسی گرانشی)، نظریه انیشتین آن‌را درست درجایی که قوانین نیوتن ازکار می‌افتد، به‌کار می‌رود. در واقع، برای هر آزمایش رصدی یا آزمایشی که در نسبیت‌عام انجام داده‌ایم، از امواج گرانشی گرفته تا فرم کشش خود فضا.
آیا این بدان معناست که نظریه نسبیت‌عام اینشتین را می‌توان به‌عنوان یک حقیقت علمی در نظر گرفت؟
وقتی آن‌را برای این سناریوهای خاص اعمال می‌کنید، کاملاً. اما سناریوهای دیگری نیز وجود دارد که می‌توانیم آن‌را به‌کار ببریم، که همه آنها هنوز به اندازه کافی آزمایش نشده‌اند، و انتظار داریم که پیش‌بینی‌های دقیق ارائه نکنند.
سؤالات زیادی درباره واقعیت وجود دارد که ما را ملزم می‌کند بفهمیم درجایی که گرانش مهم است یا جایی که انحنای فضازمان بسیار قوی است، چه اتفاقی می‌افتد: دقیقاً جایی که می‌خواهید نظریه انیشتین را فرابخواهید. اما وقتی مقیاس‌های فاصله، بسیار کوچک هستند، انتظار دارید که اثرات کوانتومی نیز مهم باشند و نسبیت عام نمی‌تواند آنها را توضیح دهد. که شامل سؤالاتی مانند این است:
وقتی الکترون از دوشکاف عبور می‌کند، برای میدان گرانشی آن چه اتفاقی می‌افتد؟
اگر وضعیت نهایی سیاه‌چاله تبدیل به تشعشعات حرارتی شود، چه اتفاقی برای اطلاعات ذرات تشکیل دهنده سیاه‌چاله می‌افتد؟ و رفتار یک میدان/نیروی گرانشی در یک تکینگی و اطراف آن چگونه است؟
نظریه انیشتین پاسخ‌های معقولی برای ارائه نخواهد داشت. در این روش، ما می‌دانیم که به یک نظریه پیشرفته‌تر مانند یک نظریه گرانشی کوانتومی معتبر نیاز داریم تا به ما بگوید در این شرایط چه اتفاقی می‌افتد.
بله، جرم های سطح زمین با سرعت 9.8 متر بر ثانیه به سمت پایین شتاب می گیرند، اما اگر سؤالات درستی بپرسیم یا مشاهدات یا آزمایش‌های درستی انجام دهیم، می‌توانیم بفهمیم که کجا و چگونه توصیف واقعیت دیگر تقریب خوبی از حقیقت نیست. قوانین نیوتن می‌توانند آن پدیده و بسیاری دیگر را توضیح دهند، اما ما می‌توانیم مشاهدات و آزمایش‌هایی را ایجاد کنیم که به ما نشان می‌دهد که قوانین نیوتن نیز در کجا ناکافی است.
حتی جایگزین کردن قوانین نیوتن با نسبیت عام انیشتین به‌همان داستان منجر می‌شود: نظریه انیشتین می‌تواند هرچیزی را که قوانین نیوتن می‌تواند، به‌علاوه پدیده‌های اضافی را با موفقیت توضیح دهد. برخی از این پدیده‌ها قبل‌از زمانی که اینشتین در حال ساختن نظریه خود بود شناخته شده بودند. اما می‌توانیم مطمئن باشیم که حتی بزرگترین دستاورد انیشتین نیز روزی جایگزین خواهد شد. وقتی این‌کار انجام شد، ما کاملاً انتظار داریم که دقیقاً به‌همان شکل قبل اتفاق بیفتد.
علم درمورد یافتن حقیقت مطلق کیهان نیست. مهم نیست که چقدر مایلیم بدانیم ماهیت بنیادی واقعیت چیست، از کوچکترین مقیاس‌های زیراتمی گرفته تا بزرگترین مقیاس‌های کیهانی و فراتر از آن، این‌چیزی نیست که علم بتواند ارائه دهد. همه حقایق علمی موقتی هستند، و ما باید بدانیم که آنها فقط مدل یا تقریبی از واقعیت هستند.
حتی موفق‌ترین تئوری‌های علمی قابل تصور نیز به‌دلیل ماهیت خود دارای دامنه محدودی از اعتبار خواهند بود. اما ما می‌توانیم هرچیزی را که دوست داریم نظریه‌پردازی کنیم، و زمانی که یک نظریه جدید سه معیار زیر را داشته باشد:
۱. به تمام موفقیت‌های نظریه غالب و از پیش موجود دست می‌یابد.
۲. در جایی موفق می‌شود که نظریه فعلی شکست بخورد.
۳. پیش‌بینی‌های جدیدی برای پدیده‌های اندازه‌گیری نشده تا آن زمان، متمایز از نظریه قبلی، که با گذراندن آزمون‌های مشاهده‌ای یا تجربی و انتقادی انجام می‌شود.
به‌عنوان بهترین تقریب ما از یک حقیقت علمی، جایگزین مورد فعلی خواهد شد.
تمام حقایق علمی ما، از مدل استاندارد ذرات بنیادی گرفته تا انفجار بزرگ تا ماده تاریک و انرژی تاریک تا تورم کیهانی و فراتر از آن، فقط موقتی هستند. آنها جهان را بسیار دقیق توصیف می‌کنند و در روش‌هایی موفق می‌شوند که در آن همه چارچوب‌های قبلی شکست خورده‌اند. با این‌حال، همه آنها برای اینکه تا چه حد می‌توانیم پیامدهای آنها را پیش‌از رسیدن به‌جایی که پیش‌بینی‌های‌شان دیگر معقول نیست، یا دیگر واقعیت را توصیف نمی‌کند، پیش ببریم، محدودیت‌هایی دارند. آنها حقایق مطلق نیستند، بلکه حقایق تقریبی و موقتی هستند.
هیچ آزمایشی نمی‌تواند اثبات کند که یک نظریه علمی درست است. ما فقط می‌توانیم نشان دهیم که اعتبار آن به‌هر روشی که آن‌را آزمایش می‌کنیم گسترش می‌یابد یا نمی‌تواند گسترش یابد. شکست یک نظریه در واقع موفقیت نهایی علمی است: فرصتی برای یافتن یک حقیقت علمی بهتر برای تقریب واقعیت. هرگاه متوجه شدیم که درک فعلی ما برای توضیح همه‌چیزهایی که در بیرون وجود دارد ناکافی است، بله، اشتباه است. به بهترین شکلی که قابل تصور است اشتباه است.
