בחיי היומיום שלנו, "תיאוריה" היא רק רעיון, כמו השערה ספקולטיבית, המייצגת הסבר אפשרי אחד מבין רבים מאד. אבל במדע, תיאוריה היא השיא של מה שניתן להשיג במונחים של רעיון מדעי חזק, מאומת ומוצלח. כשאנשים טוענים שרעיון במדע הוא "רק תיאוריה", הם לא מצליחים להבין מה נדרש כדי ליצור תיאוריה מדעית. הנה מה שכולם צריכים לדעת.
בכל פעם שמישהו אומר לכם ש"יש לו תיאוריה", אתם כנראה הופכים לשילוב של סקרנים וספקנים, ועם סיבה טובה. לרוב, תשמעו סיפור פרוע הכולל שילוב של עובדות נכונות ומפוקפקות, קשרים אפשריים אך חשודים ביניהן, ניחושים שנעים בין השערות מושכלות להשערות מופרזות, ואזהרה חשובה בסוף: שאין להם הוכחה לכך, שכן זו "רק תיאוריה". בשימוש נפוץ ובלתי פורמלי, המילה תיאוריה נזרקת כלאחר יד כמילים כמו השערה, ניחוש, תחושה, רעיון או תחושת בטן, בין היתר. במילים אחרות, כשמישהו חולק איתכם את תיאוריית המחמד שלו בהקשר זה, אתם עשויים לשתף פעולה בכך שתשקלו אותה, אבל אתם תהיו בגבול של לבטל את ה"תיאוריה" שלו מבלי ליחס לה יותר מדי משקל.
אך יש אנשים שלוקחים את ההגדרה הבלתי פורמלית הזו של תיאוריה - כהשערה, ניחוש או רעיון בלבד - ומיישמים אותה גם בעניינים מדעיים. הם יטענו שגם האבולוציה הדרווינית, המפץ הגדול, הכבידה ומכניקת הקוונטים הן רק "תיאוריות", ולכן אין לראות בהן עובדות. חלקם אפילו יצביעו על רעיונות מדעיים שכבר הופרכו, כמו תיאוריית הפלוגיסטון או תיאוריית האבולוציה של לאמארק, או רעיונות ספקולטיביים מאד שיש להם "תיאוריה" בכותרת, כמו התיאוריה המאוחדת הגדולה או תורת המיתרים, כדי לטעון שרבות מהתיאוריות הטובות ביותר שלנו, המקובלות כיום, יתבררו בסופו של דבר כשגויות.
אבל זהו טיעון לא הוגן ביסודו, כפי שכל מדען ימהר להבהיר. הנה מה שכולם צריכים לדעת על המשמעות של המילה "תיאוריה" באמת: במדע, במתמטיקה ומעבר לכך.
השימוש השגור ב"תיאוריה" הוא רק "רעיון"
בחיי היומיום שלנו, המילה "תיאוריה" שאנו שומעים עליה היא פשוט זהה למילה "רעיון". אנחנו לא עושים הבחנה בין אם הרעיון הזה הוא:
טוב או רע,
תקף או פסול,
מדעי או לא מדעי,
בין שאר סיווגים אפשריים של רעיון זה. בחיי היומיום שלנו, לכולנו יש את אותו חבר, שכן או קרוב משפחה שיש לו רעיונות מטופשים למדי - משהו הדומה ל"הירח הוא הולוגרמה" או "גזע סודי של אנשי לטאה שולט בכדור הארץ" - וכנראה מתייחס לרעיון שלו כתיאוריה, בדיוק כפי שמדענים מתייחסים לתורת היחסות של איינשטיין כאל תיאוריה.
אבל במקרה הזה, אנחנו מדברים רק על רעיון: הנבט הראשוני של השערה. השערות עדיין עשויות לצמוח לתיאוריות מדעיות מן המניין, ואכן כל התיאוריות המדעיות מתחילות כהשערות או רעיונות בלבד, אבל עצם קיומו של רעיון לא אומר שיש לכם רעיון טוב, רעיון תקף, או אפילו רעיון מדעי, הרבה פחות תיאוריה מדעית. על מנת לעבור מרעיון לתיאוריה מדעית, ישנן דרכים רבות לבחון את הרעיון המדובר.
האם הרעיון סביר?
בהתבסס על מה שאנחנו כבר יודעים, אם הרעיון הזה יתברר כנכון, האם הוא יערער או מתנגש עם תצפיות, מדידות ונתונים שכבר יש לנו? אם כן, אז הרעיון - לפחות, הרעיון כפי שהוא כרגע - אינו סביר.
האם לרעיון יש יכולת הסבר?
בהתבסס על הרעיון שאתם שוקלים, האם ישנן תופעות, מדידות או תצפיות שכרגע אינן מוסברות על ידי מה שאנו יודעים, שניתן להסביר על ידי הרעיון החדש הזה? אם לא, אז לרעיון הזה אין תקווה להפוך לתיאוריה מדעית, שכן "יכולת חיזוי" היא אולי הסיבה המרכזית לכך שתיאוריות מדעיות מנוסחות מלכתחילה.
האם הרעיון ניתן לבדיקה?
זה, בהיבטים רבים, החשוב ביותר: האם יש איזו בדיקה חותכת שניתן לבצע כדי לבדוק את הרעיון החדש הזה? האם יש דרך להשוות את הרעיון הזה לתיאוריה המדעית הרווחת המועדפת כיום שהיא מבקשת להוסיף לה או להחליף, היכן נוכל לשים את התחזיות הללו זו לצד זו, היכן הן יהיו שונות זו מזו, והיכן הטבע עצמו יוכל להיות הבורר? אם לא - אם הרעיון הזה אינו בר בדיקה מדעית - אז מעולם לא היה לו שום ערך מדעי בכלל.
יש היבטים נוספים לרעיון הזה שעשויים להיראות נחמדים על פני השטח - בין אם הרעיון הוא אלגנטי, טבעי, פשוט וכו' - אבל אלו בעצם רק שלוש הנקודות הללו של סבירות, יכולת הסבר ואפשרות בדיקה שהופכות רעיון למדעי או לא. אלא אם כן אתם יכולים לבדוק ולהעריך את הרעיון הזה על סמך העדויות שאתם יכולים לאסוף, המדידות שאתם יכולים לעשות, הניסויים שאתם יכולים לבצע והתצפיות שאתם יכולים לבצע, זה לא רעיון מדעי.
כל התיאוריות המדעיות קיימות בתוך "מסגרת" למחקר
יש הרבה מאוד רעיונות שלעולם לא מגיעים למצב "התיאוריה המדעית המקובלת והתקפה", אך בכל זאת מסיימים עם המילה "תיאוריה" המוצמדת אליהם. הסיבה לכך היא שהרבה לפני שמשהו נבדק מספיק כדי לדעת אם הוא תקף או לא תקף, עלינו להתגרות בהשלכותיו כדי שנדע מה לחפש במונחים של הערכה שלו. המדע, אחרי הכל, הוא גם וגם:
מכלול של עובדות, כולל מאגר מלא של כל הנתונים הרלוונטיים שנאספו אי פעם על נושא מסוים,
ותהליך המחקר, שבו אנו צועדים בשבילי ניסוי ותצפית שיעדם אינו ברור, ושבו לטבע יש הזדמנות מספקת לאמת ולאשר את הרעיונות שלנו, לפסול או להפריך את הרעיונות שלנו, או להפתיע אותנו לחלוטין.
לכן זה כל כך חשוב שניצור מסגרות שבהן ניתן לבחון את הרעיונות השונים הללו אחד מול השני, ישירות. דוגמאות מפורסמות שבהן נוכל לעשות זאת כוללות:
התיאוריה שהארץ שטוחה לעומת התיאוריה שהארץ היא כדורית,
התיאוריה שמערכת השמש שלנו היא גיאוצנטרית לעומת התיאוריה שהיא הליוצנטרית,
התיאוריה שהאבולוציה מבוססת על שימוש וחוסר שימוש בתכונות (לאמארקית) או מבוססת על השילוב של מוטציות/ווריאציות וברירה טבעית (דרווינית),
או התיאוריה שהיקום קיים במצב יציב ובלתי משתנה לעומת התיאוריה שהיקום התחיל במפץ גדול חם ומאז הוא מתרחב, מתקרר ומתפתח.
על מנת להבין את ההשלכות של הרעיון או ההשערה הראשונית שלנו, עלינו ליצור מסגרת לבדיקת הרעיון/השערה מול האלטרנטיבות. זה חייב להיות מבוסס על תצפית, מדידה ו/או ניסוי; זה לא יכול להיות תרגיל אינטלקטואלי גרידא שמתרחש רק בדמיוננו, ושתרגום - מארגז החול של מוחנו למציאות הקשה של ניסוי והתבוננות - הוא הסיבה לכך שמסגרת הניתנת לבדיקה היא כל כך חשובה.
כיום, התצפיות המרכזיות התומכות בארץ כדורית, מערכת שמש הליוצנטרית, נקודת מבט דרוויניסטית על אבולוציה, והמפץ הגדול הקוסמולוגי הן מכריעות, וזו הסיבה שהתיאוריות הללו עמדו במבחן הזמן ונשארו מקובלות היום, בעוד שההצעות האלטרנטיביות הושלכו לפח האשפה של ההיסטוריה המדעית.
עם זאת, חשוב לזכור שתיאוריות חדשות - ובמקרים מסוימים, גרסאות מתוקנות וקמות לתחייה של תיאוריות ישנות - עולות ללא הרף בספרות המדעית. התיאוריה שלפיה ישנו "כוכב תשיעי" עצום שם בחוץ מעבר לנפטון, נבדל מהאובייקטים הטיפוסיים והחלשים יותר בחגורת קויפר או בעננת אורט, נשארת תחום עניין פעיל, אבל עד שהראיות המרכזיות התומכות בקיומו יגיעו (יש עדיין לעשות זאת), זו תישאר השערה ספקולטיבית, ולא תיאוריה מדעית מקובלת.
רק מודלים מאומתים שמתארים בצורה מדויקת את המציאות טוב יותר מהחלופות הופכים לתיאוריות מדעיות מלאות ומאומתות
זה מה שקורה ל"טוב שבטובים" המוחלט של רעיונות במדע: הם הופכים לתיאוריות מדעיות מקובלות. תורת היחסות הכללית של איינשטיין היא דוגמה כזו, כמו גם תורת הקוונטים של חלקיקים ושדות במודל הסטנדרטי. זה קרה בביולוגיה לתורת האבולוציה הדרוויניסטית, ברפואה לתאוריית החיידקים כגורמי מחלות, בכימיה לתורה האטומית, ובזירות רבות אחרות: שם רעיון אחד עשה תחזיות מוצלחות שהתבססו ואושרו על ידי תצפית וניסוי - על ידי מאגר עצום של נתונים מדעיים חזקים - בעוד שהחלופות שלהם נכשלו בדרך אחת או יותר.
זה קורה רק כאשר יש לכם רעיון ראשוני שהיה סביר, בעל יכולת הסבר וחיזוי, ושיש לו תכונות ייחודיות המבדילות אותו מרעיונות אחרים, אלטרנטיביים, מתחרים. יתרה מכך, הדבר מתרחש רק כאשר הרעיון גובש תחת מסגרת שאפשרה להפיק מהרעיון השלכות כמותיות ניתנות לצפייה, מדידות, וכאשר ההשלכות והתחזיות הללו הועמדו למבחן קריטי בכל דרך אפשרית, ועברו את המבחנים הללו בכל פעם ובכל דרך. כשאנחנו מדברים על התיאוריות המדעיות המקובלות שלנו של היום, כאן כולן חיות.
ישנם הרבה מאוד אנשים - מדענים בראשם - אשר להוטים לערער על התיאוריות המקובלות הללו, המכונות גם "עמדת הקונצנזוס" במדע. יש אפילו הרבה מאד מדענים שמאמינים מאד מאד שעמדת הקונצנזוס לא תחזיק לאורך זמן, ושתגיע תיאוריה חדשה, עדיפה שתהפוך את התיאוריה המקובלת הזו. חלקם אפילו חושבים שהרעיונות או השערות המחמד שלהם יהיו אלה שיעשו זאת.
אבל יש נוסחה בת 3 שלבים שכל מהפכה מדעית מוצלחת הלכה בעקבותיה, וכל מהפכה מדעית שאתם מנסים לחולל חייבת לפעול כך גם כן. הנוסחה הזו היא:
שלב 1: התיאוריה החדשה שלכם חייבת לשחזר את כל ההצלחות של התיאוריה המובילה. מה שהתיאוריה המקובלת כרגע חוזה, מתארת ומסבירה בהצלחה, התיאוריה החדשה שלכם חייבת לחזות, לתאר ולהסביר בהצלחה גם כן.
שלב 2: התיאוריה החדשה שלכם חייבת להצליח במקום שהתיאוריה הקודמת לא מצליחה. לכל תיאוריה יש מה שניתן לחשוב עליו כ"טווח תוקף", כאשר בתוך הטווח הזה, התחזיות שלה מתאימות למציאות, אבל מחוץ לטווח הזה, או שהתחזיות שלה אינן תקפות, לא נבדקו, או שאינן תואמות באופן מוחלט עם מה שאנו רואים. בנוסף להצלחה בכל מקום שהתיאוריה הקודמת הצליחה, הניסיון שלכם לתיאוריה מהפכנית חייב להצליח גם כאן.
שלב 3: התיאוריה החדשה שלכם חייבת ליצור תחזיות חדשות ניתנות לבדיקה, השונות מאלה של התיאוריה המקורית. לא רק שאתם חייבים להסביר את כל מה שהתיאוריה הישנה יכלה בתוספת היבטים של המציאות שהתיאוריה הישנה לא יכלה, אלא עליכם להראות היכן נבדלות התחזיות החדשות, עדיין לא מדודות של התיאוריה החדשה שלכם ושל הישנה, ואז לצאת ולמדוד את התופעות הקריטיות.
תורת היחסות הכללית של איינשטיין החליפה את כוח הכבידה הניוטוני רק כי היא שיחזרה את כל ההצלחות של ניוטון, הסבירה את התקדמות מסלולו של מרקורי בצורה שהתיאוריה של ניוטון לא יכלה, ואז הלכה מעבר: חיזוי הסטייה של אור הכוכבים ליד השמש במהלך ליקוי חמה מלא, אשר אושר רק שנים לאחר מכן. אבולוציה דרוויניסטית על ידי ברירה טבעית מסבירה הרבה ממה שאנו רואים, אבל מנגנון התורשה - גנטיקה, שבעצמה הייתה אבן יסוד בסיסית שהובילה לגילוי ה-DNA וה-RNA - ילך הרבה מעבר לכל מה שדרווין יכול היה לצפות.
כמעט כל הרעיונות החדשים שאתם שומעים עליהם בחדשות המדע לעולם לא יגיעו אפילו ל"שלב 1" של נוסחת שלושת השלבים הזו; זה עד כמה חזקים ומבוססים הרעיונות המדעיים הנוכחיים שלנו ברוב התחומים.
כשמישהו אומר, "זו רק תיאוריה" על אחת התיאוריות המדעיות המבוססות שנכללות בקטגוריה הזו, וכן, הקטגוריה הזו כוללת את המדע של שינויי אקלים וההתחממות הגלובלית שנגרמו על ידי אדם, הזכירו להם את ההבדל החשוב בין רעיון, ניחוש או השערה לא מבוססים ותיאוריה מדעית חזקה. למרות שכמעט כל התיאוריות שלנו הן כמעט בוודאות לא התשובה הסופית והאולטימטיבית, הן הדרך הטובה והמוצלחת ביותר שיש לנו להבין את היקום שבו אנו חיים. השוואת ההצלחות הללו לניחוש חסר השכלה של מישהו הוא עלבון לעצם המפעל של הציוויליזציה האנושית.
"במדע, המילה תיאוריה אינה מיושמת בקלילות", אומר קנת ר. מילר (Kenneth R. Miller), ביולוג תאים באוניברסיטת בראון. "זה לא אומר ניחוש או תחושת בטן. תיאוריה היא מערכת של הסברים שקושרת יחד מקבץ שלם של עובדות. זה לא רק מסביר את העובדות האלה, אלא חוזה מה אתה צריך למצוא מתצפיות וניסויים אחרים."
ד"ר מילר הוא אחד המדענים הבודדים שהסבירו את טיב התיאוריות על דוכן עדים בשבועה. הוא מחבר שותף של ספר לימוד ביולוגיה בתיכון ששם דגש חזק על תורת האבולוציה. בשנת 2002, מועצת החינוך במחוז קוב, ג'ורג'יה, אימצה את ספר הלימוד, אך גם דרשה ממורים למדעים לשים מדבקת אזהרה בתוך הכריכה של כל עותק. "אבולוציה היא תיאוריה, לא עובדה, לגבי מקורם של יצורים חיים", נכתב במדבקה.
בשנת 2004, כמה הורים ממחוז קוב הגישו תביעה נגד מועצת החינוך המחוזית כדי להסיר את המדבקות. הם התקשרו עם ד"ר מילר, שהעיד במשך כשעתיים, והסביר, בין היתר, את עוצמת הראיות לתורת האבולוציה. לאחר שעורכי הדין סיימו לחקור את ד"ר מילר, הוא ירד מהדוכן ועשה את דרכו החוצה מאולם בית המשפט. בדרך הוא הבחין באישה שמביטה לו ישר בעיניים. "היא אמרה, 'זו רק תיאוריה, ואנחנו הולכים לנצח את זה'", נזכר ד"ר מילר. הם לא עשו זאת. בשנת 2005 פסק השופט נגד ועדת החינוך. המועצה ערערה על ההחלטה אך מאוחר יותר הסכימה להסיר את המדבקות.
פיטר גודפרי-סמית (Peter Godfrey-Smith), מחבר "תיאוריה ומציאות: מבוא לפילוסופיה של המדע" ("Theory and Reality: An Introduction to the Philosophy of Science"), חשב כיצד אנשים יכולים להימנע מאי ההבנה הטבועה במשפט "זו רק תיאוריה". זה מועיל, הוא טוען, לחשוב על תיאוריות כמו מפות.
"להגיד שמשהו הוא מפה זה לא לומר שזו תחושה", אמר ד"ר גודפרי-סמית', פרופסור באוניברסיטת סיטי בניו יורק ובאוניברסיטת סידני. "זה ניסיון לייצג איזושהי טריטוריה". תיאוריה, כמו כן, מייצגת טריטוריה של מדע. במקום נהרות, גבעות ועיירות, חלקי הטריטוריה הם עובדות. "לקרוא למשהו מפה זה לא לומר שום דבר על כמה הוא טוב", הוסיף ד"ר גודפרי-סמית'. "יש מפות טובות להפליא שבהן אין שמץ של ספק לגבי הדיוק שלהן. ויש מפות שהן ספקולטיביות".
כדי לשפוט את איכות המפה, אנו יכולים לראות עד כמה היא מנחה אותנו בטרטוריה שלה. באופן דומה, מדענים בודקים תיאוריות חדשות מול ראיות. בדיוק כפי שמפות רבות הוכחו כלא אמינות, תיאוריות רבות נזרקו הצידה. אבל תיאוריות אחרות הפכו לבסיס של המדע המודרני, כמו תורת האבולוציה, תורת היחסות הכללית, תורת טקטוניקת הלוחות, התאוריה שהשמש נמצאת במרכז מערכת השמש ותאוריית החיידקים כגורמי מחלות. "למיטב יכולתנו, בדקנו אותן, והן החזיקו מעמד", אמר ד"ר מילר. "ובגלל זה אנחנו מחזיקים בדברים האלה".
אבל מה לגבי "תורת המיתרים" ו"תיאוריות" אחרות כאלה?
לפעמים, אנשים יביאו דוגמאות לתיאוריות שמדענים חוקרים, אך עדיין הן רק ספקולטיביות בכל הנוגע לראיות, בניסיון לערער את ההצלחות של התיאוריה המדעית המבוססת. מה לגבי:
תורת המיתרים,
תיאוריה מאוחדת גדולה,
התיאוריה של מימדים נוספים,
או רעיון או השערה אחרת שהמילה "תיאוריה" בשמה, אך אינה עולה לאותם סטנדרטים של ראיות כמו התיאוריות המדעיות המבוססות שלנו?
עם זאת, יש סיבות טובות לסוג זה של שם, והן מגיעות מהמתמטיקה. במתמטיקה, מתרחשת תיאוריה שבה אתם מתחילים עם קבוצה של אקסיומות - כללים מתמטיים למערכת שלכם - ואקסיומות אלו מספקות לכם מסגרת להפיק את המאפיינים של כל אלמנט בתוך אותה מערכת. תיאוריות מתמטיות הן לרוב נקודת המוצא הבסיסית למה שהופכות לתיאוריות פיזיקליות, וארגז החול של רעיונות שפיזיקאים תיאורטיים משחקים בו לרוב מבוסס בדרך כלל על הרחבות מתמטיות לתיאוריות הפיזיקליות המוכרות כיום והמקובלות שלנו.
ההבדל החשוב הזה מסביר מדוע, למרות שגם לתורת המיתרים וגם לתורת השדות הקוונטים יש "תיאוריה" בשמם, רק תורת השדות הקוונטית מבוססת, ומדע מאומת.
אלא אם לתיאוריה שלכם יש את יכולת החיזוי וההסבר שהוכיח את עצמו כמוצלח פעם אחר פעם, על פני מגוון רחב של בדיקות פיזיקליות, יש סיכוי טוב מאד שה"תיאוריה" עליה אתם מדברים אינה 'בונה פידה', מקובלת , תיאוריה מדעית תקפה. תורת המיתרים היא תיאוריה במובן המתמטי, אך עד שתחזיותיה יהפכו לניתנות לבדיקה ויתוקפו על ידי אותם מבחנים, לא ניתן לראות בה תיאור מוחלט של המציאות. אותו דבר לגבי תיאוריה מאוחדת גדולה, תיאוריה של מימדים נוספים, תיאוריית העל-סימטריה, ורבות אחרות. ייתכן שהן עדיין יתבררו כנכונות, אבל המדע דורש שהראיות יתמכו בתקפותן לפני שנוכל לקבל אף אחת מהן.
אז כן, התיאוריה של הדודה שלכם ענת על אנשי הלטאה, התיאוריה של גיסכם שלומי על אנטארקטיקה ותורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין יכולות להיקרא תיאוריות בשפת היומיום שלנו, אבל רק אחת מהן היא תיאוריה מקובלת במובן המדעי. לענת ולשלומי יש תיאוריות שהן רק רעיונות ספקולטיביים וחסרי ביסוס, כאשר התיאוריה של אלברט מייצגת את פסגת הידע המדעי המודרני. בפעם הבאה שמישהו יגיד לכם שהרעיון שלו הוא "רק תיאוריה", תוכלו להעריך בדיוק עד כמה חזק, וחשוב, זה להיות תיאוריה מדעית באמת!
מקורות:
