Naukowe rewolucje pana Kuhna

“Zmiana paradygmatu” – ta ikoniczna fraza pochodzi z książki, która, jak niewiele innych, zaważyła na kształcie współczesnej filozofii nauki. Jej autor, Thomas Kuhn, kończyłby dzisiaj okrągłe sto lat.

Chcę naszkicować zupełnie inną koncepcję nauki, jaka wyłonić się może z historycznych źródeł dotyczących samej działalności naukowej.

Thomas S. Kuhn

Nie będę szczególnie oryginalny stawiając tezę, że podwaliny pod współczesny sposób myślenia o nauce położyli przede wszystkim dwaj ludzie: Karl Popper wraz ze swoją Logiką odkrycia naukowego oraz autor Struktury rewolucji naukowych, Thomas Kuhn. Los chciał, że obaj uczeni przyszli na świat w drugiej połowie lipca i gdyby żyli, obchodziliby tego lata kolejno, sto dwudzieste i setne urodziny. (Aż prosi się o ogłoszenie lipca 2022 światowym miesiącem metodologii, czy coś w tym stylu).

Thomas Kuhn, autor pracy "Struktura rewolucji naukowych"
Fizyk, filozof oraz historyk nauki Thomas Kuhn (1922-1996).

Jednak o ile popperyzm pojawiał się już na łamach bloga wielokrotnie – pośrednio oraz bezpośrednio – o tyle myśl Kuhna chyba nieco zaniedbałem[1]. A przecież jego spuścizna okazała się na tyle znacząca, że z czasem zaczęła wypływać nawet poza obszar rozważań akademickich. Wy również mieliście z nią do czynienia, nawet jeżeli niekoniecznie zdajecie sobie z tego sprawę. Wystarczy, że chociaż raz próbowaliście udekorować swoją wypowiedź wtrącając coś o zmianie paradygmatu.

Wielki krąg postępu

Nie chcę pisać wtórnej noty biograficznej, więc ograniczę się tylko do przypomnienia, że Kuhn był filozofem z powołania, a nie wykształcenia. Studiował na Harvardzie fizykę, broniąc doktorat pod okiem noblisty Johna Van Vlecka. Należał do pokolenia czerpiącego wiedzę wprost od gigantów, którzy maczali palce w dwóch wielkich intelektualnych przewrotach ubiegłego stulecia: powstaniu teorii względności oraz narodzinach mechaniki kwantowej. Dopiero po odebraniu dyplomu w wieku trzydziestu kilku lat, Amerykanin rzucił cząstki i atomy na rzecz historii odkryć naukowych. Jak pięknie to uzasadnił: “Wiedza historyczna, jeżeli nie traktować jej wyłącznie jako składnicy chronologicznych anegdot, może w zasadniczy sposób zmienić obraz nauki, jaki zawładnął naszym myśleniem”. Nawiasem mówiąc, podobna myśl powinna przyświecać wszystkim historykom, nie tylko tym zgłębiającym dzieje nauki.

Doświadczenie zdobyte na wydziale fizyki, w połączeniu ze studiami historycznymi doprowadziły uczonego do sformułowania własnego poglądu na postęp ludzkości. Do tego momentu naukę zwykło się postrzegać jako stertę odkryć, teorii i wynalazków narastającą w sposób liniowy, w miarę systematycznego napływania świeżych danych. Nasz bohater widział sprawę zgoła odwrotnie. Traktował rozwój jako proces skokowy, z naprzemiennymi okresami równowagi i gwałtownych wzrostów. Dla Kuhna sterta gromadzonej wiedzy co jakiś czas wymagała kopnięcia, rozgrzebania, wyrzucenia niektórych jej elementów i nagłego dosypania wiadra nowych. Wydana w 1962 roku[2] Struktura rewolucji naukowych, bazując na przykładach znanych z przeszłości, ujmowała cały ten proces w ramy cyklu z kilkoma stałymi punktami.

Struktura nauki według Kuhna

Krok I: nauka normalna w paradygmat zaklęta

Thomas Kuhn zaczyna swoje rozważania od stadium nazywanego nieczule nauką normalną. Można powiedzieć, że to domyślny stan badań, prowadzonych bez szaleństw i planowanego dążenia do przełomu. Brzmi trochę dziwnie, bo przecież naukowcy z zasady prą ku nowemu, nieustannie zasypując czasopisma wynikami swoich eksperymentów, wyliczeń i obserwacji. Tylko, czego one tak naprawdę dotyczą?

Jeśli się nad tym dłużej zastanowimy, dojdziemy do wniosku, że miażdżąca większość publikacji skupia się albo na potwierdzaniu tego, czego się spodziewamy, albo uszczegóławianiu tego, co już znamy. Nie ma w tym żadnej przesady. W LHC uchwyciliśmy ślad bozonu Higgsa, ale jego istnienie zostało przewidziane przez teoretyków pół wieku wcześniej. Opracowaliśmy metodę CRISPR/Cas9, bo wiemy, że za pomocą edycji genów możemy pozbyć się wielu schorzeń. Zorganizowaliśmy sieć Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, ponieważ byliśmy przekonani, że w jądrze Drogi Mlecznej i innych galaktyk znajdziemy supermasywną czarną dziurę o masie milionów Słońc. To wszystko wielkie sukcesy, ale pozostają osadzone na uznanym porządku rzeczy.

Badania normalne rozgrywają się na gruncie osiągnięć, którym społeczność naukowa zaufała już na tyle, żeby nadbudowywać na nich kolejne koncepcje. Kuhn pisze o “rozwiązywaniu łamigłówek”, czyli rozstrzyganiu problemów leżących w bliskim zasięgu obecnych danych i posiadanej techniki, “bez rozglądania się dookoła”.

Właśnie na tym etapie autor oswaja nas z pojęciem paradygmatu, oznaczającym z greki tyle co wzorzec[3]. Najczęściej będzie to jakaś głęboko zakorzeniona teoria naukowa, uznane prawo, zasada lub ugruntowany system pojęciowy. Za przykład paradygmatu może uchodzić einsteinowska wizja czasoprzestrzeni, teoria ewolucji, datowanie metodą radiowęglową, wymieranie kredowe, prawo zachowania ładunku, tektonika płyt, dualizm korpuskularno-falowy światła, wielki wybuch… Wszystko to, bez czego trudno byłoby sobie wyobrazić krajobraz wybranej dziedziny, w danym momencie. Na nasze potrzeby, możemy uznać, że jest to ta część wiedzy, która trafia do podręczników, jako podstawa edukacji uczniów i studentów.

Jak już zdążyłem napomknąć, z jakiegoś powodu pojęcie paradygmatu okazałyo się gatunkiem mocno inwazyjnym. Szybko przeniknęło do słowników kolejnych dyscyplin, a po kilku latach opanowało nawet język codzienny. Oto kilka zdań znalezionych w ciągu paru minut googlowania:

  • Cieszyłem się i byłem trochę przygnębiony, bo wiedziałem, że zespół stracił trzy bite miesiące, czekając na zmianę paradygmatu swojego szefa.
  • Zmiana paradygmatu inwestycyjnego to wynik kilku nakładających się na siebie czynników.
  • Trening, działanie, prowadzi do zmiany szybciej niż analiza. Ale stary i zabetonowany w naszej głowie paradygmat może nas naprawdę mocno zblokować.
  • Inwazja Rosji na Ukrainę to zmiana paradygmatu na miarę ataków z 11 września 2001 roku, bo prezydent Rosji Władimir Putin wstrząsnął architekturą światowego bezpieczeństwa.
  • Zmiana paradygmatu przetwarzania z lokalnego na “chmurę” oraz przeniesienie ciężaru z programu na usługę to najważniejsza zmiana w informatyce od czasu technologii klient-serwer.
Zmiana paradygmatu
Satyryczny rysunek z The New Yorkera, który prawdopodobnie jako pierwszy podchwycił “zmianę paradygmatu” robiąc z niego mem.

Wbrew pozorom, celem Kuhna nie było wyłącznie ubarwienie rozważań zapomnianym, egzotycznym słówkiem, ani tym bardziej rozpoczęcie leksykalnej mody. Amerykanin po prostu szukał terminu, który opisywałoby strukturę trwałą, ale zarazem niemający rangi dogmatu. Bo paradygmat, a wraz z nią cała nauka normalna, musi być gotowy na zmianę.

Krok II: niepokojąca anomalia

Dochodzi do tego stosunkowo rzadko, ale kiedy już paradygmat pęknie, to wstrząsa daną dyscypliną w posadach. I podobnie jak w przypadku trzęsień ziemi, czasem można z wyprzedzeniem wyłapać wzbierające naprężenia zwiastujące nadejście tąpnięcia.

Dla Kuhna pierwszą oznaką nadciągających zmian jest anomalia. To ten jeden jedyny element, jak na złość niepasujący do reszty pozornie kompletnej i nie budzącej zastrzeżeń układanki.

Weźmy za przykład fizykę newtonowską, która przez ponad dwieście lat, aż do początku ubiegłego stulecia z powodzeniem pełniła rolę paradygmatu. Prawo powszechnego ciążenia w równie skuteczny sposób służyło do opisu spadającego jabłka, jak i tłumaczyło ruch ciał niebieskich. Teoria zdawała się sprawdzać w 99 procentach. Ten jeden procent wynikał z odkrycia Urbaina Le Verriera, który 1859 roku zauważył coś dziwnego. Kiedy dokładnie przyjrzał się precesji orbity Merkurego, odnotował, że z jakiegoś powodu nie pokrywa się ona z tym, co przewidują wzory wielkiego sir Izaaka Newtona. Na klasycznej teorii grawitacji, pojawiła się drobna, ale wołająca o wyjaśnienie rysa. Defekt ten z czasem okazał się zapowiedzią bardziej kompletnej, ogólnej teorii względności.

Gdybyście się zastanawiali, czy współczesne rezultaty pracy fizyków również zwiastują nadciągające wstrząsy, tornada i erupcje – to i owszem. Nie dalej niż rok temu, mogliście przeczytać na łamach bloga choćby o anomalii g-2, wykrytej podczas dwuletnich badań nad mionami w Fermilabie. Pomiary wykazały, iż chybotanie tych cząstek w zewnętrznym polu magnetycznym (czynnik g) niepokojąco odstaje od tego, co przewiduje teoria. Ta i kilka podobnych anomalii według wielu badaczy stanowi jasną wskazówkę, że dni modelu standardowego – paradygmatu w dziedzinie cząstek elementarnych – są już policzone. Kto wie, może nawet dostaliśmy zapowiedź nowego, piątego oddziaływania podstawowego?

Krok III: zaciśnijmy zęby, pora na kryzys

Jednak pojedyncza anomalia nie przesądza jeszcze o śmierci teorii. To tylko ostrzeżenie, które wymaga sprawdzenia, ale może okazać się fałszywym alarmem. Jeśli natomiast rozbieżność zostanie potwierdzona i nie będziemy potrafili jej w żaden sposób pogodzić z paradygmatem, staniemy w obliczu kryzysu. To moment, kiedy orientujemy się, że nauka nie może dłużej skutecznie rozwiązywać standardowych łamigłówek i z trybu normalnego musi przestawić się na tryb nadzwyczajny.

Wstrząs jest już tylko kwestią czasu, ale zanim do niego dojdzie, nauka i naukowcy muszą przejść przez równie bolesny co ekscytujący etap sporów, debat i wysypu sprzecznych propozycji. Z tego piekła, powinno wyłonić się zastępstwo dla dotychczasowej teorii. Trzeba jednak podkreślić, że stary paradygmat obowiązuje tak długo, jak długo jakaś mądra głowa nie zaproponuje sensowniejszej alternatywy. Thomas Kuhn pozostaje tu bardzo zasadniczy:

Odkąd znaleziono pierwszy paradygmat pozwalający ujmować przyrodę, nie istnieje coś takiego jak badanie naukowe bez paradygmatu. Odrzucenie paradygmatu bez jednoczesnego zastąpienia go innym paradygmatem jest równoznaczne z porzuceniem samej nauki. Akt taki nie świadczy o paradygmacie, lecz o człowieku.

Thomas Kuhn, Struktura rewolucji naukowych

W końcu nadchodzi nieuchronna rewolucja w nauce. Nie jest to standardowy przyrost wiedzy, byle rozwiązanie dla kolejnej zwykłej łamigłówki, lecz zupełne wywrócenie panującego status quo. “Wybór między paradygmatami jest, tak jak wybór miedzy konkurencyjnymi instytucjami politycznymi, wyborem między dwoma niedającymi się ze sobą pogodzić sposobami życia społecznego” – przekonuje Kuhn.

Krok IV: Czy to bunt? Nie. To rewolucja

Skojarzenie z rewolucjami w znaczeniu politycznym całkiem zgrabnie oddaje istotę rzeczy. Źródłem gwałtownej zmiany w obu sytuacjach jest kryzys i powszechne poczucie, że formuła starego reżimu została wyczerpana. Że w obowiązującym porządku rzeczy nie da się dłużej egzystować i żeby ruszyć naprzód trzeba dokonać rewizji u samych podstaw.

Oczywiście nawet w takim momencie, nigdy nie zabraknie zapalczywych obrońców dawnego ładu. Tak Philipp Lenard czynił wszystko, żeby zohydzić niemieckim fizykom teorię względności, Arthur Eddington szorstko wypowiadał się na temat czarnych dziur, a Fred Hoyle bardzo długo zaklinał rzeczywistość, przedkładając model wszechświata stacjonarnego przed wielki wybuch. Mniej znana, ale warta przywołania jest historia Williama Lawrence’a Bragga, który wykorzystał ówczesną nowinkę, w postaci promieni rentgenowskich, do analizy rozłożenia molekuł chlorku sodu. Pomysł młodego Australijczyka wyszydził profesor chemii Henry Armstrong, publikując artykuł Biedna sól kuchenna i przekonując, że proponowana innowacja “to nie jest chemiczny krykiet, lecz absurd do n-tej potęgi”. Niedługo później Bragg otrzymał Nobla za zrewolucjonizowanie metod badań sieci krystalicznej.

Jednak nawet najbardziej uparta opozycja musi skapitulować[4] wobec faktów. W końcu z pyłu rewolucji wyłania się nowy porządek. Świeży paradygmat. Kuhn stawia w tym miejscu jednak twardy warunek. Propozycja musi tłumaczyć dotychczasowe problemy z podobną skutecznością do poprzedniczki, a dodatkowo odpowiadać na anomalię, która zainicjowała kryzys.

Rewolucja ma jeszcze jedną interesującą cechę: jej skutki nierzadko promieniują na szereg koncepcji, a nawet na różne dziedziny[5]. Autor ilustruje tę myśl nietypowo, klasycznym rysunkiem służącym XIX-wiecznym psychologom za rodzaj psychotestu. Obrazek przedstawia zarazem głowę kaczki i królika – zależnie od interpretacji uszy gryzonia mogą kojarzyć się z ptasim dziobem. Podobnie, to co dla środowiska akademickiego było kaczką, po rewolucji może zacząć przypominać królika. Odbiór tego samego równania, prawa fizycznego lub wyniku obserwacji pozostaje ściśle związany z kontekstem, sposobem rozumowania odbiorcy. Rewolucja zmienia tradycję, wprowadza świeży kontekst, zmuszając badaczy do wypatrywania nowych znaczeń tych samych zjawisk.

Królik czy kaczka?
Królik czy kaczka? Popularny rysunek, który na przełomie XIX i XX stulecia rozpowszechnili Joseph Jastrow oraz Ludwig Wittgenstein.

Wreszcie, kiedy burza minie, badacze mogą wrócić do żmudnego rozwiązywania łamigłówek, już w oparciu o nowy paradygmat. Nauka wskakuje w swój normalny tryb działania. Cykl zatacza koło.

Struktura Kuhna

Czy istnieje inna opcja? Czy postęp mógłby następować w sposób kumulatywny i płynny? Thomas Kuhn nie wyklucza kategorycznie takiej ewentualności, jednak uważa ją za nieprawdopodobną. Powodów jest wiele. Bo trudno badać otaczającą rzeczywistość nie mając żadnego stabilnego punktu podparcia. Bo zwykle nie da się przygotować (intelektualnie i technicznie) na szukanie przełomu, z definicji będącego czymś zaskakującym. Bo dokładanie nowej wiedzy w sposób delikatny i równomierny nie zawsze jest możliwe. Wreszcie, bo naukowcy są tylko ludźmi, a zastępowanie jednej teorii drugą, niekoniecznie następuje w sposób gładki i bezkonfliktowy.

Gorączkowe przeskakiwanie od rewolucji do rewolucji nie jest zatem naszym wyborem, lecz naturalną koleją rzeczy.

Z drugiej strony myśl Kuhna to również tylko rodzaj paradygmatu, a ten może kiedyś paść ofiarą rewolucji. Jednak dopóki do tego nie dojdzie, sześćdziesięcioletnia Struktura rewolucji naukowych pozostaje lekturą obowiązkową dla każdego uczonego, studenta i pasjonata nauki.

Literatura uzupełniająca:
T. Kuhn, Struktura rewolucji naukowych, przeł. H. Ostromęcka, Warszawa 2020;
T. Kuhn, Przewrót kopernikański. Astronomia planetarna w dziejach myśli Zachodu, przeł. S. Amsterdamski, Warszawa 2006;
H. Gutfreund, J. Renn, Einstein o Einsteinie. Zapiski autobiograficzne i naukowe, przeł. T. Lanczewski, Kraków 2022;
D. Kaiser, In retrospect: The Structure of Scientific Revolutions, [online: nature.com/articles/484164a];
J. Horgan, What Thomas Kuhn Really Thought about Scientific “Truth”, [online: blogs.scientificamerican.com/cross-check/what-thomas-kuhn-really-thought-about-scientific-truth];
S. McLeod, Thomas Kuhn – Science as a Paradigm, [online: simplypsychology.org/Kuhn-Paradigm.html].
[+]
30 przed 30 – bo fizyka jest domeną młodych Ukryty chaos Układu Słonecznego Naukowe “naj” 2015