Modré, těžké a kulaté věci

Vše, co je kulaté a modré, je těžké, a vše, co je modré a těžké, je kulaté. Nedivte se tomu a raději si představte, že žijete v pohádkovém světě, v němž to platí. Přesněji: v němž je to empirické, mnohým pozorováním ověřené tvrzení o vztazích tří empirických, dobře pozorovatelných vlastností (kterým se v onom světě shodou okolností říká „modré“, „těžké“ a „kulaté“). Octli jsme se tak v příběhu, který vypráví Jiří Fiala v tomto čísle (s. 464–466) a který doporučuji vaší pozornosti. Jde totiž o důležitou otázku, co si můžeme a co si nemáme dovolit při tvorbě přírodovědeckých teorií.

Představte si, že máte za úkol vybudovat teorii, která by vysvětlila shora popsané souvislosti mezi třemi empirickými vlastnostmi (modré, těžké a kulaté). V obdobném smyslu, jako Maxwellova teorie vysvětluje vychýlení magnetické střelky v blízkosti vodiče nebo jako inflační teorie vesmíru vysvětluje strukturu jeho pozorované části. Možná že si pro svou teorii vymyslíte (podobně jako ve Fialově příběhu) nějaké teoretické vlastnosti či veličiny – nazývejme je třeba „modatost“, „těžrost“ a „kulkost“ – a postulujete jejich vztah k empirickým vlastnostem takto: konjunkcí kulkého a modatého vzniká kulaté, konjunkcí modatého a těžrého vzniká modré a konjunkcí těžrého a kulkého vzniká těžké. Když vám pak někdo předloží zcela nová pozorování, například že vše, co je kulaté a velké, je mokré, a vše, co je mokré a kulaté, je velké („velké“ a „mokré“ jsou dříve nepozorované empirické vlastnosti), lze tato pozorování (a možná mnohá další) vysvětlit postulováním jen jedné další teoretické vlastnosti, řekněme „vekrosti“, a to tak, že konjunkcí vekrého a kulkého vzniká velké a konjunkcí modatého a vekrého vzniká mokré.

Dále již odkazuji na zmíněný Fialův příběh (kde je to vše přesněji a v písmenech). Nevšímejte si, že je to velice zjednodušená parodie na vznik vědecké teorie, zato si však povšimněte zádrhele, který se v onom příběhu objeví, jakož i poučení, které z toho zádrhele plyne. Poučení je zhruba takovéto: nebuďme zbrklí v touze po úspornosti našich teorií a mysleme trochu i na netušené empirické objevy našich potomků.

Úspornost teorií je jejich velkou předností, ba do jisté míry i důvodem jejich existence: příroda nám přece předvádí nepřeberné množství jsoucen a jevů, v nichž bychom se nevyznali, kdyby nám zkušenost neodhalovala a nepojmenovávala rozličné podobnosti, pravidelnosti a zákonitosti. Ale i ty podobnosti, pravidelnosti a zákonitosti by se mohly nezvládnutelně rozmnožovat, nebýt teorií, které do nich vnášejí pořádek a radikální zjednodušení, byť za cenu nově zaváděných teoretických pojmů, vlastností, veličin a vztahů. (Na našem příkladu, tak jak byl popsán v prvních dvou odstavcích, nebylo ovšem toto zjednodušení příliš výrazné: k „vysvětlení“ tří empirických pojmů byly zavedeny tři teoretické pojmy; jen v poslední větě se skóre vylepšilo na pět ku čtyřem.)

Odtud pramení ona všeobecně požadovaná tendence k úspornosti či jednoduchosti vědeckých teorií. V nejostřejší (a tudíž nejošemetnější) podobě je vyjádřena známým pravidlem Occamovy břitvy: ¹⁾ nevkládat do navrhovaných teorií víc (axiomů, typů, predikátů, konstant atd.), než je nezbytně třeba. Ve slabší, vágnější a emotivnější podobě lze zmíněnou tendenci vidět v oblíbenosti těch teorií, které jsou hodnoceny jako „elegantní“.

Jak se tedy chovat? Máme se Occamovou břitvou ohánět, či před ní uhýbat? Myslím, že je třeba vzít v úvahu dějinný aspekt vývoje vědeckých teorií: occamovsky oholená teorie může být ve své době vynikajícím vysvětlujícím nástrojem (jak i vidno ve Fialově příběhu) a zádrhel se může objevit až po mnoha letech. Takže bychom k eleganci teorie měli přičíst i  otevřenost. Naučit se ponechávat místa (snad pro ně mít i jména) pro vstup nových (případně pro modifikaci či štěpení starých) pojmů, veličin, jevů, faktů a souvislostí. I to ovšem uváženě. Occamova břitva nebudiž útočnou zbraní, nýbrž znamením, v němž se vědecká teorie rodí.

Určitý dějinný aspekt má i samo rozlišení na entity empirické a teoretické. Neurčité a pružné rozhraní mezi nimi je i propustné. Nejeden pojem, původně odvozený z pozorování, byl později povýšen (možná zprvu jako metafora) na pojem čistě teoretický a naopak: až banálně známé jsou případy, kdy se entita postulovaná teoretikem časem přestěhovala do zorného pole důmyslných empirických metod. Fyzika vysokých energií stejně jako astrofyzika o tom vědí své. (Nezapomeňme však, že důmyslné empirické metody jsou přímo či nepřímo závislé na postulátech teoretiků a že ono přestěhování může být i zjednané.)

Nevím, přiznávám se, jak pohlížet na odvážné, mnohdy elegantní a možná nutné předpoklady teoretiků, které z principu nic nemohou nabídnout pro zkoumání empirické. Příkladem jsou některé kosmologické teorie o obrovském a stále rostoucím počtu paralelních vesmírů (jedním z nich je ten náš), vzájemně nepřekonatelně a navěky od sebe odříznutých stále pokračující inflací mezilehlého prostoru.