אבולוציה של תיאוריות

מאמר זה נכתב בעקבות ותוך כדי שיחות עם פרופסור יובל נאמן שהקדיש לי מזמנו ואף העלה רעיונות פוריים אשר שולבו, ברשותו, במאמר זה, ועל כך, תודה.

יהודה סבדרמיש

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/ideasevo.html

הקדמה

תחילתה של תורת האבולוציה עם ספרו של דרווין “מוצא המינים”. בו התייחס רק לתחום הצר של אבולוציה ביולוגית. דרווין הראה כיצד בתהליך של התאמה ומאבק הצליחו המינים להשתנות ולהתפתח ולהגיע למגוון הגדול של בעלי חיים הקיים היום.
גישה זו, בה ייצור פשוט מתפתח בתהליך טבעי, משכה את תשומת ליבם של המדענים שניסו לראות אם יתכן תהליך מעין זה גם לגבי תופעות טבע אחרות.
וכך נעשינו מודעים לאבולוציות מסוגים חדשים כגון: אבולוציה של החומר, אבולוציה של כוכבים, אבולוציה של יקומים, אבולוציה חברתית ואף אבולוציה של רעיונות ועוד (יובל נאמן: סדר מן האקראי).

במאמר זה ננתח אבולוציה של תיאוריות. אך נגדיר קודם את האבולוציה הביולוגית, נסביר כיצד היא זורמת ונראה את הדימיון המפתיע והמדויק בין אבולוציה זו לאבולוציה של תיאוריות.

אבולוציה ביולוגית

בהגדרת אבולוציה ביולוגית אנו נדרשים לשני מושגים עיקריים:
א. יצור חי
ב. סביבה נתונה בה נימצא היצור החי.

התהליך האבולוציוני מתחיל כאשר בסביבה בה נמצא יצור חי (סביבה נתונה) מתחוללים שינויים. אם השינויים הם לא משמעותיים, אזי היצור החי ימשיך במסלול חייו הרגיל. אבל אם השינויים יהיו משמעותיים, יהיה חייב להיות שינוי משמעותי גם ביצור החי.

לדוגמא: א. יצור חי – במקרה שלנו ארנבות בעיקר בצבע לבן.
ב. הסביבה הנתונה – הרים מושלגים ובהם זאבים.

במצב זה, הארנבת הלבנה לא נראית על רקע השלג ומצליחה לשרוד ולא להיטרף ע”י זאבים. ניטרפות בעיקר אותן ארנבות מועטות ש”התמזל” מזלן להוולד בצבעים חומים הבולטים על רקע השלג.

נניח כעת שקרה שינוי רציני בסביבה הנתונה ושלג לא יורד בהרים . כעת הארנבות הלבנות בולטות על רקע האדמה החומה. והן ניטרפות בקלות. התוצאה תהיה שינוי בארנבות. הארנבות החומות תישרודנה יותר מהלבנות ולכן, אחוז הארנבות החומות יגדל, ובהדרגה, צבע הארנבות יהיה בעיקר חום.
ראינו אם כן ששינוי משמעותי בסביבה הנתונה (כמות השלג), גרם לשינוי משמעותי (צבע) ביצור החי (ארנבות).

למותר לציין שיחס השינויים פועל גם בכיוון הפוך כלומר מן הייצור החי אל הסביבה הנתונה. לדוגמא: אם כתוצאה ממוטציה כל שהיא הארנבות תהיינה מהירות יותר, חייב הדבר להשפיע על תכונותיהם של הזאבים, ואלו כידוע שייכים לסביבת החיים של הארנבות. ההשפעה אינה חייבת להיות דווקא במהירותם של הזאבים. היא יכולה להתבטא בגורם אחר שיתרום להם כגון: פקחות, צבע (לבן) שהם יקבלו וכו'.

אבולוציה של תיאוריות

כפי שראינו, לצורך אבולוציה ביולוגית אנו זקוקים לשני גורמים:

א. יצור חי.
ב. הסביבה הנתונה בה חי היצור.

מנגד יהיו לנו שני גורמים תואמים באבולוציה של תיאוריות:

א. תיאוריה
ב. יקום עליו חלה התאוריה.

כדי שתהיה לנו התאמה מלאה עם האבולוציה הביולוגית אנו חייבים להגדיר בצורה מדוייקת וזהירה את שני הגורמים הנ”ל. לבעיתיות הנובעת מעצם הבחירה של שני גורמים אלה הפנה אותי פרופ' יובל נאמן:
תיאוריה, זה דבר מופשט, וייקום, זה דבר מוחשי, ולכן לא ניתן להשוות בין מין לשאינו מינו. במקרה הקלאסי של אבולוציה ביולוגית שני המושגים, היצור החי והסביבה בה חי היצור הם דברים מוחשיים. הואיל ותיאוריה היא מושג מופשט אנו חייבים להשוותה רק עם מושג מופשט. ולכן נגדיר אם כך מושג חדש מופשט בשם “יקום ידוע”

הגדרה: יקום ידוע – כל מה שאנו יודעים על הייקום ברגע מסוים.

באופן הגדרה זה, “כל מה שאנו יודעים” זה מושג של ידע שהוא מושג מופשט כמו גם “תיאוריה” ולכן ניתן יהיה להשוות בינהם.

נעבור להגדרת המושג “תיאוריה”.
התיאוריה חייבת לתתייחס למושג של היקום הידוע, היא חייבת להיות נכונה, והואיל וישנן הרבה תיאוריות נכונות המסבירות את אותו יקום ידוע בדרגת מורכבות שונה (יוסבר מיד בהמשך) היא חייבת להיות גם הפשוטה ביותר (על-פי התער של אוקאם האומר: מבין מספר אפשרויות נתונות יש לבחור בפשוטה ביותר).

לתאוריה כזאת ניקרא: “תיאוריה מוצלחת” שהגדרתה תהיה : תיאוריה המסבירה את היקום הידוע בצורה נכונה ובאופן הפשוט ביותר.

כלומר שני הגורמים, התואמים ליצור החי ולסביבה, בתיאוריה הביולוגית, יהיו במקרה של האבולוציה של התיאוריות:

א. תיאוריה מוצלחת- התיאוריה הנכונה הפשוטה ביותר המסבירה את הייקום הידוע.
ב. יקום ידוע- כל מה שאנו יודעים ברגע נתון על הייקום.

כעת נבדוק מה מספר התיאוריות המוצלחות שיכולות להסביר יקום ידוע נתון?.
קל להראות כיצד מתיאוריה אחת נכונה ניתן לייצר הרבה תיאוריות אחרות לדוגמא: ניקח תיאוריה בה מופיעה נוסחה כמו : F=m*a (הכוח שווה למכפלת המסה בתאוצה). פה אפשר לייצר אין סוף תיאוריות בהן הנוסחה הנ”ל תהיה שונה באופן זעיר, והשינוי לא יוכל להתגלות אם הוא יותר קטן מטעות מדידה הקיימת תמיד במדידות. לדוגמא: תיאוריה עם 1.000001*F=m*a יכולה להיות נכונה אם הסטיה במדידות תהיה אלפית .
על שינוי זעיר בנוסחה הזאת משתמש פרופ' מילגרום ממכון ויצמן בנסותו להסביר את בעיית החומר החסר בגלקסיות. (ראה “סיינטיפיק אמריקן”, ההוצאה העברית).

אולם, אנו מניחים שחייבת להיות תיאוריה נכונה לכל יקום ידוע, “האם לא ייתכנו ייקומים ידועים שאין להן תיאוריה נכונה שתסביר אותם”? (יובל נאמן).

נראה בהמשך כיצד האבולוציה עצמה עוזרת להבהיר את העניין (ראה המסקנות בטבלה).

נעבור אם כן להשוואה בין אבולוציה ביולוגית לאבולוציה של תיאוריות ונראה את התאימות המושלמת בין שתיהן.

כל מה שצריך לעשות הוא להחליף את המילים:
יצור, חי, מותאם, סביבה, נתונה,באבולוציה ביולוגית ,
למילים התואמות:
תיאוריה, מוצלחת, מסבירה, יקום, ידוע,באבולוציה של תיאוריות.

הסבר

נביא דוגמא שתראה לנו אבולוציה של תיאוריות, שלב אחרי שלב כפי שזה מופיע בטבלה.

נתונה תיאוריה מוצלחת- התיאוריה של אריסטו, שהסבירה את היקום הידוע בזמנה. היא הייתה מוצלחת כי הסבירה בצורה מושלמת את כל מה שהיה ידוע בזמנה על היקום ומשלה למעלה מאלף שנים!. ההסבר התבסס על “שאיפותיהם” של עצמים שונים להגיע אל הריכוז של בני מינם”. לכן, האש עולה למעלה, לכוכבים, הנהרות זורמים לים, אבנים נופלות לאדמה וכו'. תיאוריה זו הסבירה גם שגוף כבד ישאף יותר מגוף קל להגיע לאדמה לכן הוא גם יפול מהר יותר. כל עוד היה מוסכם שהיקום הידוע אז, מתנהג כך, לא נוצרה שום סתירה והתיאוריה של אריסטו הייתה מוצלחת. אולם ביקום הידוע (של אריסטו} קרה שינוי משמעותי, גליליאו גלילאי ביצע את הניסוי המפורסם שלו מהמגדל בפיזה. שני הכדורים, הכבד והקל, שהוטלו מראש המגדל, הגיעו בו זמנית לקרקע בניגוד למה שנובע מתיאורית אריסטו. וכמו במקרה של הארנבות הלבנות שחיות פתאום בסביבה חסרת שלג ולכן חייבות לעבור שינוי, גם התיאוריה של אריסטו החיה פתאום בסביבה של גליליאו חייבת לעבור שינוי, או להיות מוחלפת. התיאוריות, כמו הארנבות, ניכנסות לשלב של מצוקה, ולניסיונות למצוא פתרונות למשבר.
כעת, מכיוון שתיאוריית אריסטו לא יכלה להתאים את עצמה ליקום הידוע החדש של גליליאו, היא הוחלפה כעבור כמה עשרות שנים בתיאוריה של ניוטון.

מצד שני, כמו במקרה בו שינוי בארנבות משפיע על סביבתן הנתונה, כך גם שינוי בתיאוריה מוצלחת יכול להשפיע על היקום הידוע. לדוגמא: סיפור גילויו של החלקיק אומגה מינוס.

פרופ' יובל נאמן , עוד בהיותו באנגליה, בחר לתקוף בעיה סבוכה מאד שלא נראה לגביה אז כל רמז לפתרון, בעיית חלקיקי היסוד. רשימת חלקיקי היסוד הלכה ונתארכה ללא סדר. מה שהחל ב-1911 עם גילוי הפרוטון, ואליו התווסף ב-1932 הנויטרון, כחלקיקים המצויים בגרעין האטום, נמשך בגילוי החלקיקים נושאי “מוזרות” STRANGENESS ואחר-כך בגילוי המזונים MESONS החל מ- 1949, וכך שעד 1960 כבר היו כמאה “חלקיקי יסוד” שונים ולא היה מושג אם זה הכל או שישנם נוספים ומה תכונותיהם.
נאמן זיהה בשלהי 1960 את ה”סדר” העומד מאחרי הרשימה שנראתה כה מביכה (לסדר קראו מאז “דרך השמונה”) . הוא הבחין במשבצת ריקה שנותרה באותו סדר, ופרסם ב-1962 ניבוי תכונות של חלקיק שעדיין לא נתגלה וזכה לשם “אומגה-מינוס” – “אומגה” כי זו האות האחרונה בא”ב היווני, ו”מינוס” משום מטענו החשמלי, שלפי החישוב שוה למטען האלקטרון. הניבוי נתן את המסה, המטען החשמלי, הספין, והמוזרות לחלקיק שעדיין לא נתגלה.
כלומר מה שנעשה פה הוא למעשה תרגיל מחשבתי לגבי אפשרות מציאת חלקיק מסויים . ניסוי מחשבתי זה שהוא בתיאוריה , גרם לעשית ניסוי ממשי, פיזיקלי, שגרם למעשה לשינוי היקום הידוע אז.
ואומנם, בפברואר 1964 בעת שהיה נאמן בקליפורניה, הודיעה מעבדת ברוקהייבן BROOKHAVEN של הוועדה האמריקאית לאנרגיה אטומית שבניסוי שתוכנן לאפשר את הווצרותו של האומגה-מינוס הוא אכן נוצר ובדיוק בתכונות שבניבוי. וכיום יש ברב המאיצים קרני אומגה-מינוס.
נאמן היה גם זה שפענח את הסיבה לסדר שמצא – סדר המנבא את קיומם של 3 תת-חלקיקים (לבני יסוד) מהם עשויים כל החלקיקים שנמצאו עד אז, וניתן להם השם QUARK (ובעברית נאמן מציע את השם “קורט”). אם נקרא לשלושה “א”, “ב”, “ג”, הרי שהפרוטון הוא “אאב”, הנויטרון “אבב” והאומגה-מינוס הוא”גגג” וכן הלאה.
את המיון לפי “דרך השמונה” הציע גם הפיסיקאי האמריקאי מ. גלמן כחודשיים לאחר נאמן (אך הוא זכה על כך בפרס נובל ב1969 ) . את קיום הקוארקים הציעו גם גלמן וצווייג – שנתיים לאחר נאמן. וקיומם הוכח נסיונית ב- 1969. שלושת הפיסיקאים שעשו את הניסוי (טיילור, פרידמן, קנדל) זכו על כך לפרס נובל ב- 1990 .
דוגמא נוספת: ארוע דומה שקרה בכימיה, שם היו עשרות יסודות ללא הבנת הסדר, עד שהכימאי הרוסי דימיטרי מנדלייב הציע את “הטבלה המחזורית” של היסודות הכימיים – וגם שם היא אומתה עם גילוי יסוד שמילא משבצת ריקה וסייעה להבין את מבנה האטום בכך שהמטען האטומי הוא מספר הפרוטונים והמשקל האטומי הוא מספר הפרוטונים והנויטרונים יחד.

נחזור לטבלת האבולוציה: בסעיף ג' של הערות בטבלה בצד הביולוגי נאמר: “הגורמים שיקבעו את מהותו של הייצור החדש הם אופי המוטציות, סרנדיפיות, השמדות, התכנסות וכו' “.אם נצליח להגדיר ולהבין את המושגים: מוטציות, סרנדיפיות, השמדות, התכנסות וכו' באבולוציה של התיאוריות, נקבל כלי אדיר שיאפשר לנו למצוא את התיאוריה המוצלחת החדשה. אבל זה נושא למאמר אחר.
בהמשך, מן המסקנות המופיעות בטבלה, אנו מקבלים ש העקרון האנטרופי הוא זה המבטיח לנו תיאוריה מוצלחת. אומנם, המילה “אנטרופי” נובעת מהמילה “אדם” שהוא יצור חי ולכן אם קיים עיקרון במקרה של התיאוריות הוא חייב לנבוע מהמילה “תיאוריה” (“העקרון התיאורטי”?). אבל, אם נסכים שתיאוריה, באשר היא, נובעת מהיותנו “אדם”, אזי ברור ש העקרון האנטרופי הוא האחראי ל עקרון תיאורטי כל שהוא, ובהכרח גם למסקנה:

אם העקרון האנטרופי מחייב קיום יצור חי (עילי) באבולוציה ביולוגית הרי שחייבת להיות תמיד תיאוריה מוצלחת (עילית) באבולוציה התיאורתית!

כלומר, קיומה של תיאוריה מוצלחת לכל ייקום ידוע יהיה מותנה בשני דברים:

1. האם העקרון האנטרופי באמת קיים.
2. האפשרות לטרנספורמציה בין אבולוציה ביולוגית לאבולוציה של תיאוריות. הסבר: גם אם בשלבים הראשונים יש טרנספורמציה כזאת, אין זה בהכרח שהיא תמשיך גם בשלבים הבאים (בעיית האינדוקציה של דיוויד יום).

כאן אנו צריכים לשים לב להבדלים משמעותיים בין גישתו של הפילוסוף קרל פופר ומשנת ההפרכה שלו (falsification) בקשר לתיאוריות נכונות (ראה יובל נאמן, סדר מן האקראי) לבין הגישה במאמר זה.

פופר הדגיש את הדעה שגם אם נחזור וניווכח בניסויים רבים מאד שתיאוריה נתונה עומדת בהם יפה, הרי שלעולם אי אפשר להוכיח את נכונותה. יתרה מזו, די בכשלון אחד שלה (בניסוי) כדי שתופרך!

הגישה במאמר זה טוענת אחרת:

א. כל תיאוריה מוצלחת המסבירה את היקום הידוע בזמנה היא מוצלחת ואפילו מושלמת לזמנה. היא לא אמורה ואף לא יכולה להוכיח את נכונותה לגבי מה שלא ידוע בתקופתה! אין בתקופתה שום תיאוריה המושלמת יותר ממנה. לבוא לדוגמא ולדרוש בתקופתו של ניוטון לדעת כיצד יהיה בנוי היקום הידוע במאה העשרים, לאחר הניסוי של מיכלזון-מורלי ולהתאים תיאוריה מוצלחת לכך, זה דבר שגובל בנבואה ולא במדע.
ב. גם אם בתקופתו של ניוטון, באורח פלא, היה מגיע מישהו (נביא?) ומספר לכולם את ניפלאות תורת היחסות, אף אחד לא היה מקבל זאת. נכון שזאת היא תיאוריה נכונה (כמו רבות אחרות!), אך היא לא הייתה הפשוטה ביותר, ולכן, היא לא הייתה מתקבלת בגלל עיקרון “התער של אוקאם”.
ג. גישתו של פופר לניסויים היא, שמטרתם להפריך את התיאוריה הקיימת, הגישה במאמר זה היא שמטרת הניסויים לשנות את היקום הידוע. זה הבדל עקרוני! רק אם השינוי משמעותי, ידרוש הדבר שינוי בתיאוריה המוצלחת הקיימת.
ד. שלב ההפרכה אצל פופר הוא חד ומיידי, לדבריו די בכשלון אחד של התיאוריה (בניסוי) כדי שתופרך!. אבל למעשה אין הדבר כך!, חזקה על כל תיאוריה קיימת שתימצא הסברים על גבי הסברים שיסבירו את המדידה הבעייתית. לדוגמא: מדידת מהירות התנועה בגלקסיות ספירליות היא למעשה מדידה שאמורה להפריך את תיאוריית הכבידה הקיימת כיום, אך התיאוריה הקיימת, בקלות האופיינית לתיאוריות במצוקה, קובעת שהמסה של הגלקסיות הספירליות היא פי עשר או פי מאה, ומיטב המדענים מחפשים מסה חסרה זו, ולא בהצלחה יתרה!
ה. אף על פי ששלב המצוקה של תיאוריה מוצלחת קיימת הוא הסימן הראשון לצורך להחליפה, בל נשכח שהסברי התיאוריה המוצלחת עשויים להיות נכונים ופשוטים (מוצלחים), ומספיקים להמשך קיומה של התיאוריה המוצלחת. לדוגמא: יתכן ובאמת המסה בגלקסיות הספירליות גדולה יותר.
ו. לפי פופר אי נכונות התיאוריה היא הגורם לרצות להחליפה, אבל אנו רואים שתיאוריה תמיד יכולה למצוא לנו הסברים, אז מה הוא אם כן הגורם שיניע אותנו להחליף את התיאוריה? והתשובה היא: הסיבוך שהיא מקבלת! כי לתיאוריה מוצלחת יש צורך לקיים שני דברים, נכונות ופשטות. התיאוריה המסתבכת לא תעמוד בעיקרון הפשטות הנידרש ממנה לפי “התער של אוקאם”!

פרופ' יובל נאמן הפנה את המחבר למאמר פרי עטו המביט על האבולוציה בצורה נרחבת יותר כך שמשנת ההפרכה של קרל פופר, שתופסת לה מקום של כבוד בעולם הפילוסופי המדעי, נכונה, ואף לא עומדת בסתירה לתהליך האבולוציוני. במאמר זה מסתכל פרופ' יובל נאמן על האבולוציה כמערכת חלקית של מרחב סיכויים לתופעות שונות, והרי גם האבולוציה עצמה היא מערכת של סיכויי יצורים חיים לשרוד. המאמר באנגלית ודורש ידע מדעי ומתמטי. המחבר מפנה את הקוראים המעוניינים אליו.

לסיכום

לא בטוח שצ'רלס דרווין עצמו, בפרסמו את “מוצא המינים” יכול היה לשער את היכולת התיאורטית העצומה הטמונה באבולוציה בכל שטח. בקלות אפשר להראות שימוש באבולוציה בכל נושא שמתפתח, לדוגמא אומנות. או אבולוציה בציור, אבולוציה בקולנוע, בתיאטרון. ודרך אגב האם נוכל לאמר שהתאטרון היווני נכשל, (מופרך לפי פופר) כי הוא לא ניצל אמצעים שמופיעים בתיאטראות מודרניים יותר (אלקטרוניים?) שמשתמשים בהם כיום, או שהוא היה מושלם לתקופתו, כמו שנובע מדעתו של כותב מאמר זה?
כיום מדברים על אבולוציות מכל סוג שהוא החל מאבולוציות חברתיות וכלה באבולוציות של יקומים. אבל כמובן שבגלל היות התיאוריות באשר הן, הבסיס לכל פיתוח מדעי, אזי אבולוציה של תיאוריות היא הגורם המוביל במדע.
התאימות המופלאה בין אבולוציה ביולוגית לאבולוציה של תיאוריות, כששתיהן שזורות בעיקרון האנטרופי נותנת מקום ומחשבה לפיתוחים נוספים מתוך היכרותינו את הידוע לנו על מושג ה”חיים”.
נתוח מושגים כגון: מוטציות, השמדות, התכנסות וכו' לגבי אבולוציה של תיאוריות, יתן לנו כלי חשוב לגבי האופן בו נקבל תיאוריות מוצלחות חדשות.

תגובות : אי-מייל [email protected]טל' 9505072-09, 570989-052 .

ביבליוגרפיה

יובל נאמן, סדר מן האקראי,
הקבוץ המאוחד (1999),

יובל נאמן, הפיסיקה של המאה העשרים,
משרד הבטחון, (1984).

יובל נאמן, מן הקורט ועד הקוסמוס, שבעים שנות פיזיקה בישראל (1998-1928)
האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים.

יקיר שושני, מחשבות על המציאות
האוניברסיטה המשודר ת (1999),

אינטרנט, www.shmone.co.il
צבי ינאי, יצירתיות עיוורת, מאמר מאת פרופסור אהרון קנטרוביץ.

מרדכי מילגרום, החומר האפל באור חדש
סיינטיפיק אמריקן, ההוצאה העברית, גיליון דצמבר .2002

Yuval Ne’eman, Paradigm completion for generalized evolutionary theory with application to epistemology

האגודה הישראלית לאסטרונומיה
ריכוז ידעני טבע ואבולוציה
ידען ובו ריכוז מאמריו של יהודה סברדרמיש

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~784327886~~~60&SiteName=hayadan