Как Поппер убил физику элементарных частиц

Сабина Хоссенфельдер

Поппер мертв. Точнее говоря, он умер еще в 1994 году. Но его философия, суть которой в том, что научная идея должна быть фальсифицируема, тоже мертва.

Пожалуй, так оно и лучше, поскольку эта идея совершенно неосуществима. На практике ученые не способны фальсифицировать теории. Дело в том, что любую теорию можно задним числом изменить, чтобы подогнать под новые данные. И не закатывайте глаза, обновление знаний в соответствии с вновь полученной информацией — совершенно здравый с научной точки зрения процесс.

Так что нет, мы не можем фальсифицировать теории. И никогда не могли. Всегда остается возможность заполнить орбиты планет квадриллионами эпициклов или выдумать светоносный эфир, в точности повторяющий принципы СТО. Конечно же, никто в здравом уме не станет этого делать. По той простой причине, что теории в процессе многократных исправлений становятся пугающе трудными. Или попросту пугающими. И в результате вместо фальсификации ученые делают выбор в пользу более простых объяснений.

Справедливости ради, думаю, что в последние годы жизни Поппер отошел от своих прежних утверждений. Однако многие физики не только по-прежнему верят в Поппера, но и c выгодой для себя искажают смысл его оригинальных высказываний.

Даже в худшие времена Поппер никогда не утверждал, что теория является научной просто потому, что она фальсифицируема. Это выворачивание его идей наизнанку и чистый нонсенс. К сожалению, именно такие поставленные с ног на голову идеи Поппера теперь задают тон в разработке новых теории как в космологии, так и в физике высоких энергий.

Придумать теорию, которая будет фальсифицируемой, но не будет научной, нетрудно. Под «научной» я имею в виду теорию, которая с разумной долей вероятности правильно описывает природу. (Строго говоря, этот критерий нельзя назвать точным — разве только мы конкретно определим, что следует считать «разумной долей вероятности», — но для целей нашей статьи его достаточно.)

Например, я могу предсказать, что еще до окончания первого президентского срока Дональд Трамп будет застрелен пожилой женщиной. Это утверждение согласуется с известными нам фактами и совершенно фальсифицируемо. Однако вероятность того, что эта теория окажется правдой, практически равна нулю, а потому мое предсказание следует считать пророчеством, а не научной теорией.

От физиков-любителей мне часто приходится слышать, что одного лишь критерия фальсифицируемости достаточно, чтобы признать теорию научной. «Но ведь она проверяема!» — настаивают они. А потом объясняют, каким образом их идеи меняют квантовую теорию или что-нибудь еще. И постят свои научные прозрения в моей новостной ленте капслоком. В эту самую минуту, когда я пишу эти строки, некто Uncle Al запостил очередной коммент: «От хорошей идеи требуется лишь, чтобы она была проверяемой». Не обижайся, Дядя, но это чушь.

Казалось бы, ученым виднее. Но два года тому назад я слушала лекцию профессора Лизы Рэндалл о том, как темная материя сгубила динозавров. На полном серьезе. Именно тогда я поняла, что точно такая же ошибка подстерегает профессиональных специалистов в области физики элементарных частиц. Поставленные с ног на голову идеи Поппера стали настоящей эпидемией.

У Рэндалл, видите ли, есть теория о том, что взаимодействие частиц темной материи позволяет этой материи слипаться внутри галактик и образовывать диски подобно обычной материи. Наша Солнечная система периодически проходит сквозь диск темной материи, в результате чего все живое гибнет. Или что-то в этом роде.

Честно говоря, подробности я уже не помню, но они не особенно важны. Я рассказываю об этом лишь потому, что кто-то из аудитории спросил Рэндалл: «На чем основаны Ваши теории о частицах темной материи и подобном их взаимодействии?» — на что она ответила (я перефразирую): «Не знаю, но вы можете проверить мои слова».

У меня нет каких-то особых претензий лично к Лизе Рэндалл, просто так получилось, что именно ее выступление помогло мне понять, в чем проблема с этим аргументом. Одна лишь фальсифицируемость еще не делает теорию научной.

Если единственный аргумент в пользу вашей идеи состоит в том, что она согласуется с известными фактами и позволяет сделать проверяемые прогнозы, этого недостаточно. Мое предсказание, что Трампа застрелят, вполне согласуется с известными фактами. И оно проверяемо. Но в анналы науки оно никогда не попадет. Почему? Потому что подобные предсказания можно без малейших усилий плодить миллионами.

Соответствие известным данным, один из столпов физики, — высокая планка. По крайней мере, так нас уверяют. Прежде чем сваять новую теорию, вам придется воспроизвести все достижения уже апробированных теорий. И эту планку не перескочить, пока вы действительно не разберетесь в ныне существующих теориях. Именно поэтому я могу спокойно игнорить набранные капслоком перлы, появляющиеся в моей новостной ленте.

Однако можно научиться перепрыгивать через планку. Да, на это у вас уйдет с десяток лет. Но зато в результате вы овладеете всеми современными методиками массового производства «теорий», которые согласуются с уже апробированными теориями и позволяют делать бесконечно корректируемые предсказания для будущих экспериментов. В своей книге, которая скоро выйдет из печати, я называю эти методики «скрытыми правилами физики».

Эти скрытые правила объяснят вам, как добавить к стандартной модели новые частицы, а потом максимально затруднить их измерение, или как добавить новые поля к общей теории относительности, а потом объяснить, почему мы не в состоянии их увидеть, и т. д. Как только вы научитесь это делать, планка перестанет быть для вас препятствием. Вам нужно лишь подкрутить детали предсказания таким образом, чтобы возможность их измерить с большой вероятностью могла появиться, скажем, в течение следующих пяти лет. А если предсказания не сбудутся, вы снова смухлюете.

Именно этим и пробавляется сегодня большинство теоретиков и исследователей, подвизающихся в области физики высоких энергий. Подобных надуманных теорий накопилось уже несметное количество, и вероятность того, что какая-то из них окажется верной, стремится к нулю. Можно изобрести бесконечное множество «скрытых секторов» частиц и полей, а потом представить их столь легкими, что их невозможно измерить, или столь тяжелыми, что для их обнаружения понадобится коллайдер большего размера. Критерии качества невероятно низки и снижаются день ото дня. Это гонка по нисходящей. И нижний предел может стремиться к минус бесконечности.

Теоретикам кажется, что с помощью избыточного количества бесполезных предсказаний можно «обойти» p-значение. Для этого нужно лишь никому не рассказывать, как много моделей ты перепробовал, не получив желаемого результата. Ты подбираешь решение методом проб и ошибок, пока не получаешь приличный результат, а затем и одобрение научного сообщества. Тогда ты публикуешь статью. Ты можешь выступать с докладами. Ведь ты сделал все в соответствии с нынешними критериями качества. Это происходит в области физики элементарных частиц, в области космологии и, с недавних пор, в области квантовой гравитации.

Эта ерунда тянется уже так долго, что никто не видит в ней ничего плохого. И обратите внимание, как это похоже на удручающее положение дел в психологии и других медико-биологических науках, где злоупотребление статистикой достигло таких размеров, что стало обычным делом. Как много времени понадобится физикам-теоретикам, чтобы признать, что и у них есть проблемы?

Возможно, кто-то из вас помнит монографию философа Ричарда Дэвида String Theory and the Scientific Method, в которой говорилось, что истинность теории струн подтверждается отсутствием альтернатив. Безусловно, этот аргумент неверен. Начнем с того, что альтернативы теории струн существуют — просто автор находит удобным о них не упоминать. Но еще важнее другое: может существовать множество альтернатив, о которых мы просто не знаем. Дэвид в своих рассуждениях опирается на байесовскую логику, и в этом случае неизвестное количество неизвестных альтернатив превращает его аргумент от отсутствия альтернатив в бесполезный.

Однако у этого аргумента есть вариант, который помогает не доказать истинность той или иной теории, а опровергнуть ее. Назовем это «аргументом от избытка альтернатив». Он показывает не насколько вероятно, что некая конкретная теория верна, а насколько маловероятно, что любая конкретная теория верна. Для этого даже не обязательно знать, сколько всего существует альтернатив, потому что их никак не меньше уже опубликованных. Подобная вероятностная оценка приводит к заключению: чем больше найдено альтернатив, тем меньше вероятность того, что какая-то из них окажется верной.

На самом деле, чтобы прийти к такому заключению, не нужна байесовская мистика, но так вывод звучит более наукообразно. Суть в следующем: чем проще делать предсказания, тем меньше их ценность.

Ага, скажете вы. Все понятно. Но как физик, занимающийся элементарными частицами, может считать такой подход строго научным? Все дело в идеях Поппера, поставленных с ног на голову. Физики делают фальсифицируемые предсказания и считают, что этого достаточно.

Знаю, знаю. Я на грани того, чтобы стать самым ненавистным человеком в области физики высоких энергий. Это невесело. Но послушайте, даже психологи начали решать свои проблемы, введя более строгие критерии качества. Если это удалось им, сможем и мы.

По крайней мере, я на это надеюсь.

(с) https://backreaction.blogspot.com/2017/11/how-popper-killed-particle-physics.html

Д-р Сабина Хоссенфельдер — физик-теоретик, занимается вопросами квантовой гравитации. Занимает пост научного сотрудника Франкфуртского института перспективных исследований