מבוא

The Fabric of Reality - Book Cover

אם היה עלי להצביע על גורם אחד שהניע אותי להציג את תמונת העולם הבאה לידי ביטוי בספר זה, הייתי אומר שהעיקרי בהם הוא רצף התגליות המדעיות יוצאות הדופן שחווינו לאחרונה. יש לנו כיום תיאוריות מעמיקות ביותר על מבנה המציאות. אם ברצוננו להבין את העולם לעומקו, הבנתנו חייבת להישען רק על יסוד תיאוריות אלה ועל התבונה ולא על תפיסות קדומות, דעות מקובלות או אפילו על מה שנקרא ה"שכל הישר". התיאוריות הטובות ביותר שלנו אינן רק אמיתיות יותר "מהשכל הישר" כביכול, הן גם מתקבלות על הדעת יותר. עלינו לקבל אותן ברצינות, לא רק בשל היותן יסודות פרגמטיים חשובים ככול שיהיו, אלא כנותנות הסבר על מהותו של העולם. אני מאמין כי הבנתנו את העולם תהיה מעמיקה יותר אם נתייחס אליהן לא בנפרד, אלא במשולב, בשל הקשר ההדוק ביניהן.

אולי מוזר הדבר כי עצם הרעיון שעלינו לנסות ליצור תמונת עולם רציונלית וקוהרנטית, על יסוד התיאוריות הבסיסיות הטובות ביותר, צריך להתקבל כמשהו חדשני ומעורר מחלוקת. ובכל זאת, כך זה במציאות. ייתכן שסיבה אחת לכך היא שכל אחת מתיאוריות אלה, אם מתייחסים אליהן ברצינות הראויה, נוגדות לעיתים את תפיסתנו האינטואיטיבית. בעקבות זאת נעשו ניסיונות שונים ומשונים "לעקוף" את מכשולי התפיסה האינטואיטיבית. ניסיונות אלה כללו מודיפיקציות ושינויי אינטרפרטציה של התיאוריות, או צמצום שרירותי של תחום ישימותן, או בפשטות, השתמשו בהן למעשה תוך הימנעות מהסקת מסקנות רחבות יותר.

בספר זה אסתפק בביקורת על ניסיונות אחדים כאלה (אף כי על פי שיפוטי, אין לאף אחד מהם ערך רב), למעט המקרים שבהם יש אפשרות להשתמש בדרך זאת להסברת התיאוריות עצמן. מטרתו הראשונית של הספר לא הייתה להגן על תיאוריות אלה. זהו מחקר על מה שעשוי להיות מרקם המציאות אילו תיאוריות אלה היו נכונות.

למה כתבתי את הספר "מרקם המציאות"?

כשהייתי ילד קטן, כך אני זוכר, נהגו לומר לי שבזמנים קדומים, כול אדם מלומד מאוד יכול היה לדעת הכול על מה שהיה ידוע, אך בימינו אנו, כך אמרו לי, רב כל כך הידוע עד כי אין זה בגדר האפשר שאדם אחד יוכל ללמוד יותר מאשר חלקיק ממנו, גם אם יאריך ימים מאוד. הקביעה הזאת הפתיעה אותי וגם איכזבה. למעשה, סירבתי להאמין בה. לא ידעתי כיצד להסביר את חוסר אמונתי, אולם ידעתי שלא כך רציתי שהדברים יהיו וקינאתי במלומדים הקדומים.

לא שרציתי לשמור בזיכרוני את כל הכתוב באנציקלופדיות העולם ובמדריכי הטלפון, להפך, שנאתי לשנן דברים. לא זו הייתה הדרך שבה ציפיתי כי יהיה אפשר לדעת הכל על מה שידוע. לא הייתי מתאכזב אילו נאמר לי שכל יום מופיעים יותר פרסומים מאשר אדם מסוגל לקרוא בימי חייו, או שיש 600,000 מינים ידועים של חיפושיות. לא היה בי הרצון לעקוב אחר מעופה של כל ציפור דרור, וגם לא תיארתי לי שמלומד קדמוני ידע הכל ממה שהיה ידוע במובן זה. הרעיון שלי על מה שצריך להיחשב כידוע היה במובן צר יותר. במושג "ידוע" התכוונתי למובן.

הרעיון שאדם אחד יוכל להבין הכל, רעיון שעדיין יכול להישמע דמיוני, הוא פחות דמיוני מאשר ההנחה שאיש אחד יוכל לזכור את כל העובדות הידועות. לדוגמה, איש אינו יכול לזכור את כל נתוני התצפיות, אפילו בנושא צר יחסית כמו תנועת כוכבי הלכת. אולם רבים בין האסטרופיזיקאים מבינים תנועות אלה ככול שתנועות אלה מובנות. זה אפשרי, כי ההבנה אינה תלויה בידיעת כל העובדות בנפרד אלא בתפיסות הנכונות, ההסברים והתיאוריות המסבירות עובדות אלה. תיאוריה אחת, מקיפה ופשוטה יחסית, יכולה להסביר אין סוף עובדות שאין להכילן בזיכרון. התיאוריה הכי טובה שלנו על תנועת כוכבי לכת היא תורת היחסות הכללית של איינשטיין, שבתחילת המאה העשרים החליפה את תיאוריית הכבידה והתנועה של ניוטון. תורת היחסות הכללית מנבאה עקרונית, לא רק את כל תנועות כוכבי הלכת, אלא גם את כל ההשפעות האחרות של כוח הכבידה, בגבולות הדיוק של המדידות הטובות ביותר שלנו. יכולתה של תיאוריה לנבא משהו " עקרונית", כלומר, על פי ההגיון, שהניבויים נובעים מן התיאוריה, גם אם היקף החישובים שיידרש בפועל כדי ליצור חלק מהניבויים, חורג מן היכולת הטכנולוגית שלנו, או אפילו גדול מדי פיזית מכדי להיות אפשרי ביקום המוכר לנו.

יכולתנו לנבא דברים, או לתאר אותם בדייקנות ככל הנדרש, אינה זהה להבנתם. ניבויים ותיאורים בפיזיקה מבוטאים לרוב באמצעות נוסחאות מתמטיות. נניח שאני זוכר את הנוסחה שבאמצעותה ביכולתי לחשב את מיקומו של כוכב לכת שנרשם ברשומות האסטרונומיות. מה בדיוק היתרון שיש לי בכך אם לעומת זה הייתי זוכר ישירות את הרישום הארכיוני? קל אולי לזכור את הנוסחה, אבל אולי קל יותר לקרוא מספר בארכיונים מאשר לחשב אותו באמצעות הנוסחה. היתרון האמיתי של הנוסחה הוא שניתן להשתמש בה לחישוב אין ספור מקרים, מעבר לנתונים הארכיוניים, ובין היתר לנבא באמצעותה את התוצאות של התצפיות העתידיות. יתירה מזאת, ניתן לקבוע ביתר דיוק את מיקומם ההיסטורי של כוכבי לכת מאחר שהארכיונים עלולים להכיל שגיאות תצפית. ועם זאת, למרות שהנוסחה מכילה כמות אינסופית רבה יותר של עובדות לעומת הארכיונים, אין היא מבטאת יותר הבנה של תנועת כוכבי לכת.

נוסחה אינה גורמת לנו להבין עובדות יותר מאשר טור בעיתון או זיכרון במוח; אפשר להבין עובדות רק על ידי הסברתן. למרבה המזל, התיאוריות הטובות ביותר שלנו מכילות הסברים מעמיקים וניבויים מדויקים. לדוגמה, תורת היחסות הכללית מסבירה את הכבידה במונחים של גיאומטריה חדשה ארבעה-ממדית של חלל-זמן עקמומי. היא מסבירה בדיוק ובהכללה מושלמת, כיצד הגיאומטריה הזאת מושפעת מחומר ומשפיעה עליו. הסבר זה הוא כל תוכנה של התיאוריה. הניבויים על תנועתם של כוכבי לכת אינם יותר מאשר מסקנות שניתן להסיק מההסבר.

יתירה מזאת, חשיבותה הרבה של תורת היחסות הכללית אינה נובעת מיכולתה לנבא את תנועתם של כוכבי לכת בדיוק רב יותר מאשר תורתו של ניוטון. חשיבותה היא בגילוי של היבטים בלתי צפויים של המציאות ובהסבר שהיא נותנת להם, כגון את העקמומיות של חלל-זמן. זה אופייני להסבר המדעי. תיאוריות מדעיות מסבירות אובייקטים ותופעות שאנו חווים במונחים של מציאות בסיסית שאיננו חווים אותה ישירות. עם זאת, יכולתה של תיאוריה להסביר את מה שאנו חווים אינה בהכרח התכונה החשובה ביותר שלה. תכונתה החשובה ביותר היא יכולתה להסביר את מרקם המציאות עצמו. כפי שנראה, אחת התכונות המשמעותיות וגם השימושיות והחשובות ביותר של החשיבה האנושית בכלל היא יכולתה לגלות ולהסביר את מרקם המציאות.

עם זאת אין זה נדיר שפילוסופים ואפילו אנשי מדע מסוימים מתייחסים בזלזול לתפקידו של ההסבר במדע. לגבי דידם, המטרה היסודית של תיאוריה מדעית אינה להסביר דבר-מה, אלא לנבא את תוצאות הניסויים. כל תוכנה של התיאוריה היא בנוסחה המנבאת. הם רואים בכל הסבר עקיב שתיאוריה יכולה לתת לניבויים שלה שווה ערך לכל הסבר אחר, או לחוסר הסבר בכלל, כל זאת בתנאי שהניבויים הם נכונים. לגישה זאת ניתן הכינוי "אינסטרומנטליזם" (instrumentalism) בגלל הטענה שתיאוריה אינה יותר מאשר "מכשיר" לעשיית ניבויים. לאינסטרומנטליסטים, עצם הרעיון שיש למדע יכולת לאפשר לנו להבין את המציאות המונחת ביסוד תצפיותינו, הוא רעיון שקרי ויהיר. הם אינם רואים כיצד דבר מה שתיאוריה מדעית יכולה לומר עליו יותר מאשר ניבוי של תוצאות ניסוי, יכול להיות יותר מאשר מילים ריקות. הסברים הם לדעתם לא יותר מאשר צורך פסיכולוגי: מין פיקציה שאנו מוסיפים לתיאוריות כדי להופכם לזכורים ולמבדרים יותר. חתן פרס נובל, הפיזיקאי סטיבן ווינברג היה ללא ספק במצב רוח "אינסטרומנטליסטי" כאשר העיר את הערתו יוצאת הדופן על ההסבר של איינשטיין על כוח הכבדה, כלהלן:

"הדבר הקובע הוא היכולת לעשות ניבויים אודות התמונות שעל לוחות הצילום של האסטרונומים, התדירות של קווים ספקטרליים וכד'. אין זה חשוב כלל אם אנו מייחסים ניבויים אלה לאפקטים הפיזיקליים של שדות כובד על תנועתם של כוכבי לכת ופוטונים (כמו בפיזיקה הקדם-איינשטיינית), או לעקמומיות של חלל-זמן". (Gravitation and Cosmology, p147).

ווינברג ואינסטרומנטליסטים אחרים טעו. זה כן חשוב מה אנו מייחסים לתמונות על לוחות הצילום של האסטרונומים. וזה חשוב לא רק לפיזיקאים התאורטיקנים כמוני, שעצם המוטיבציה לנסח וללמוד תיאוריות היא ברצון להבין טוב יותר את העולם (אני בטוח שזה גם הכוח המניע של ווינברג: לא הדחף לנבא תמונות וקווים ספקטרליים הוא המניע האמיתי שלו!). אפילו ביישומים מעשיים של תיאוריה יש חשיבות רבה ליכולת ההסבר שלה; ליכולת הניבוי ערך מוסף בלבד. אם קביעה זאת נשמעת לכם מפתיעה, תארו לעצמכם מדען חוצני שביקר בכדור הארץ ונתן לנו "אוראקל" בנוי בטכנולוגיית-על משוכללת ובעל כושר ניבוי מופלג. הוא מסוגל לנבא תוצאות של כל ניסוי כרצוננו, אך אינו מספק כל הסבר. על פי האינסטרומנטליסטים, אם בידינו אוראקל כזה, אין לנו עוד צורך בתיאוריות מדעיות, פרט אולי לצורכי בידור. אבל האם זה נכון? איזה שימוש מעשי נוכל לעשות באוראקל? במובן מסוים יהיה לו הידע הדרוש לבנות, למשל ספינה חלל בין-כוכבית. אולם איך בדיוק זה יעזור לנו לבנות את הספינה? או לבנות אוראקל נוסף מאותו סוג? או אפילו לבנות מלכודת עכברים משופרת? האוראקל רק מנבא את תוצאות הניסויים. לפיכך, על מנת לעשות בכלל שימוש כלשהו באוראקל עלינו לדעת קודם על איזה ניסויים לשאול. אם הגשנו לו תכנון של ספינת חלל ואת פרטי טיסת הניסוי המוצעת, האוראקל יכול היה לומר לנו כיצד תפעל ספינת החלל בטיסה כזאת. אולם האוראקל לא יכול היה לתכנן ספינה כזאת מלכתחילה. וגם אם היה מנבא שספינת החלל שתכננו תתפוצץ בשעת ההמראה, לא היה ביכולתו לומר לנו כיצד למנוע את ההתפוצצות. משימה זו עדיין הייתה מוטלת עלינו. אולם לפני שהיינו יכולים לעבוד על זה, לפני שיכולנו אפילו להתחיל לשפר איכשהו את התכנון היינו צריכים להבין, בין היתר, כיצד הייתה צריכה לפעול ספינת החלל. רק אז היה לנו סיכוי כלשהו לגלות מה יכול היה לגרום להתפוצצות בשעת ההמראה. ובפשטות, ניבוי, אפילו הוא מושלם ואוניברסלי, איננו תחליף להסבר.

בדומה לזה, במחקר מדעי, האוראקל לא היה מספק לנו שום תיאוריה חדשה. רק במקרה שהייתה לנו כבר תיאוריה והיינו שוקלים בדיקה ניסיונית, רק אז היינו יכולים לשאול את האוראקל מה יהיו התוצאות של ניסוי כזה. לכן האוראקל לא היה מחליף כלל את התיאוריות, אלא את הניסיונות בלבד. הוא היה חוסך לנו את ההוצאות הכרוכות בהפעלת מעבדות ומאיצי חלקיקים. במקום לבנות אב-טיפוס של ספינת חלל, תוך סיכון חייהם של טייסי ניסוי, ניתן היה לבצע את כל הבדיקות על הקרקע עם טייסים היושבים בבטחה בסימולטורים של טיסה, כאשר התנהגותו מבוקרת על ידי הניבויים של האוראקל.

אין ספק שהאוראקל יכול היה להיות מועיל במצבים רבים, אולם תועלתו הייתה תמיד תלויה ביכולת האנושית לפתור בעיות מדעיות, בדיוק כפי שזה נעשה כיום, באמצעות מציאת תיאוריות מוסברות. האוראקל לא היה אפילו מחליף את כל הניסיונות. היכולת המעשית שלו לנבא את התוצאה של ניסוי מסוים תהיה תלויה במידת יכולתנו להסביר לו את הניסוי הסבר מדויק מספיק כדי לקבל תשובה מספקת, בהשוואה לתוצאות הניסוי, אילו היה מתבצע במציאות. אחרי הכל, האוראקל היה צריך להיות מצויד במין "ממשק משתמש". ייתכן שתיאור הניסוי היה צריך להיות מוקלד בשפה סטנדרטית כלשהי. אך בשפה כזאת, יש ניסויים שקשה יותר לאפיין אותם לעומת ניסויים אחרים. מעשית, במספר רב של ניסויים המפרט יהיה מסובך מדי מכפי שיהיה אפשר להקלידו. נובע מזה שלאוראקל יהיו אותם היתרונות והחסרונות הכלליים כמו לכל מקור של נתונים ניסיוניים, והוא עשוי להועיל רק באותם המקרים שבהם יהיה נוח יותר להיוועץ בו מאשר להשתמש במקורות אחרים. אפשר גם לומר אחרת: יש לנו כבר אוראקל כזה שם בחוץ - העולם הפיזיקלי. הוא מספר לנו את התוצאות של כל ניסוי אפשרי אם רק נשאל זאת בשפה הנכונה (בין היתר, אם אנו מבצעים את הניסוי). במקרים מסוימים אין זה מעשי עבורנו "להקליד" את תנאי הניסוי בצורה הנדרשת (בין היתר, לבנות ולהפעיל את המכשיר). אך העולם הפיזיקאלי אינו מספק הסברים.

ביישומים מסוימים, כמו למשל בחיזוי מזג אוויר, היינו יכולים להסתפק כמעט בכושרו המנבא של האוראקל כמו עם תיאוריה מוסברת. אולם אפילו במקרה זה היינו סומכים על האוראקל באופן מלא אילו תחזית מזג אוויר שלו הייתה מלאה ומושלמת. למעשה, ככלל, תחזיות מזג אוויר אינן מלאות ומושלמות, וכפיצוי על חוסר השלמות שבהן התחזיות כוללות הסברים כיצד הגיעו החזאים לתחזיותיהם. הסברים אלה מאפשרים לנו לשפוט מהי מידת האמינות של התחזיות, ומהי מידת תקפותן ביחס למקום שבו נימצא ולצרכינו המסוימים. לדוגמה, זה בהחלט משנה לי אם התחזית של היום צופה למחר רוח ערה על סמך התהוות של אזור לחץ גבוה בקרבת המקום, או צופה סופת הוריקן באזור מרוחק יותר. מובן מאליו שבמקרה השני עלי לגלות יתר זהירות. המטאורולוגים עצמם זקוקים לתיאוריות מוסברות על מזג האוויר. רק כך הם יכולים להעריך איזה קירובים ניתן לכלול בהדמיות מחשב של מזג האוויר, איזה תצפיות נוספות יהפכו את התחזית ליותר מדויקת ויותר זמינה, וכד'.

מכל הנאמר לעיל נראה שחלומו של האינסטרומנטליסט, המגולם על ידי האוראקל הדמיוני שלנו, קרי תיאוריה מדעית חפה מכל תוכן מסביר, תהיה בה תועלת מוגבלת מאוד. עלינו להיות אסירי תודה שבמציאות, התיאוריות המדעיות אינן דומות כלל לאוראקל הדמיוני, והמדענים במציאות אינם שואפים למין אידיאל כזה.

קיימת גם צורה קיצונית יותר של "אינסטרומנטליזם" הידועה בשם פוזיטיביזם (או "פוזיטיביזם לוגי"). על פי גישה זו כל קביעה ביחס לתיאוריה, החורגת מתיאור או ניבוי של תצפיות, אינה רק מיותרת אלא גם חסרת משמעות. אף כי דוקטרינה זאת היא חסרת משמעות כשלעצמה על פי הקריטריונים שלה עצמה, זו הייתה התיאוריה השלטת של הידע המדעי במחצית הראשונה של המאה ה-20! אפילו כיום יש עדיין לא מעטים הדוגלים ברעיונות האינסטרומנטליזם והפוזיטיביזם. סיבה אחת לאפשרותה של גישה שטחית כזאת היא הניבוי, שאף כי איננו המטרה במדע, הוא חלק מהמתודולוגיה המאפיינת את המדע. השיטה המדעית כוללת הנחה של תיאוריה חדשה שנוצרה כדי להסביר סוג מסוים של תופעות ולאחר מכן לבצע בדיקה ניסויית גורלית הכוללת ניסוי שבו התיאוריה הישנה מנבאה תוצאה נצפית אחת והתיאוריה החדשה מנבאה תוצאה אחרת. התיאוריה שהניבויים שלה מתגלים כלא נכונים, נדחית. לפיכך, התוצאה של הניסוי הגורלי הקובעת בין שתי התיאוריות כן תלויה בניבויים של התיאוריות, ולא תלויה ישירות בהסבר שכל אחת מהן מסבירה בו את עצמה. זהו המקור לאי ההבנה כאילו אין בה, בתיאוריה המדעית, דבר מעבר לניבויים שלה. אולם בשום פנים ואופן אין לראות בבדיקה ניסויית תהליך יחיד הכרוך בצמיחה של הידע המדעי. הרוב המכריע של התיאוריות נדחה בגלל שיש להן הסבר גרוע ולא בגלל כשל בבדיקה ניסויית. אנו דוחים אותן מבלי שנטרח אפילו להעמיד אותן במבחן הניסוי. נניח לדוגמה תיאוריה הטוענת שאכילת קילוגרם של עשב היא תרופה להצטננות רגילה. זאת בהחלט תיאוריה המאפשרת ניבויים ברי ניסוי. אילו אנשים היו מנסים את הריפוי בעשב הם היו מוצאים אותו בלתי יעיל, והתיאוריה הייתה מוכחת כלא נכונה. אולם האמת היא שהיא לעולם לא נוסתה וקרוב לוודאי שגם לא תנוסה בעתיד. הסיבה היא שאין לתיאוריה זאת כל הסבר, לא כיצד הריפוי יעבוד, או כל דבר אחר. בצדק אנו מניחים מראש שהתיאוריה אינה נכונה. תמיד אפשר למצוא אינסוף תיאוריות מסוג זה, שלעיתים אינן סותרות בהכרח את התצפיות הקיימות והן גם בעלות יכולת לניבויים חדשים. אולם לעולם לא יהיו לנו הזמן והאמצעים לבדוק את כולן. אנו בוחנים רק תיאוריות אשר יש בהן הבטחה להסביר דברים טוב יותר מאשר התיאוריות הקיימות.

לומר שהניבוי הוא המטרה הבלעדית של תיאוריה מדעית, פירושו לבלבל בין האמצעים למטרה. זה כמו להגיד שהמטרה של ספינת חלל היא לשרוף דלק. למעשה, לשרוף דלק זה רק אחד מדברים רבים שעל ספינת חלל לבצע כדי להשיג את המטרה האמיתית - להעביר מטען מועיל מנקודה אחת בחלל לנקודה אחרת. לעבור בהצלחה בדיקה ניסויית זה רק דבר אחד מתוך רבים שעל תיאוריה לעשות כדי להשיג את המטרה האמיתית של המדע - להסביר את העולם. כפי שציינתי, ההסברים כלולים בהכרח בחלקם בתוך מסגרת של דברים שאין אנו יכולים לצפות בהם ישירות: אטומים וכוחות, החלקים הפנימיים של כוכבים והתנועה הסיבובית של הגלקסיות, העבר והעתיד, חוקי הטבע. ככל שההסבר מעמיק יותר כן ההתנסות הישירה רחוקה יותר מהישויות שההסבר מתייחס אליהן. אולם לא נובע מכאן שישויות אלה הן מדומות. ההפך הוא הנכון, הן חלק מעצם מרקם המציאות.