PROLOGUE

BACAAN YANG DIREKOMENDASIKAN

• Karl Popper, "Conjectures and Refutations: The Growth of Scientific Knowledge"
• Karl Popper, "Objective Knowledge: An Evolutionary Approach"
• Karl Popper, "The Logic of Scientific Discovery"
• David Hume, "A Treatise of Human Nature"

THE PROBLEM OF INDUCTION

Empirisme dan Induksionisme menganggap bahwa melalui pengalaman dan pengamatan, seseorang bisa mengekstrapolasi berbagai observasi menjadi sebuah teori. Kemudian berbagai observasi lebih lanjut akan membuktikan kebenaran teori tersebut. Namun pernyataan ini sangat lemah karena pengalaman dan kemampuan observasi manusia terbatas, dan lagipula tidak ada hubungan secara logis bahwa serangkaian pengamatan akan melahirkan teori tertentu. Karena pembenaran sebuah teori melalui induksi adalah tidak valid maka beberapa orang mengatakan bahwa ini mengimplikasikan kelemahan landasan filosofis dari science. Inilah yang disebut sebagai masalah induksi. Atau dengan kata lain: Karena sebuah teori tidak dapat dibenarkan secara logis oleh observasi, bagaimana kita dapat membenarkan sebuah teori?

Popper menanggapi masalah ini dengan mengatakan bahwa teori tidak dibangun melalui observasi dan ekstrapolasi, tetapi melalui problem solving. *2 Pembentukan sebuah teori dimulai dari adanya masalah. Masalah muncul ketika sebuah teori tidak cukup memadai atau tidak konsisten. Untuk mengatasi masalah ini, maka orang mengusulkan teori baru yang tidak memiliki kelemahan seperti teori lama, akan tetapi mempertahankan kebaikan dari teori lama. Selanjutnya teori itu diuji melalui berbagai argumen dan kritik, termasuk pengujian eksperimen, untuk menentukan kompetisi dengan teori saingannya. Lalu berbagai kesalahan dalam teori yang lama diperbaiki. Dan seterusnya teori yang baru mungkin melahirkan masalah baru. Jadi sebuah teori dibangun melalui serangkaian usulan dan penolakan.

RUSSELL'S FRIED CHICKEN

Untuk mengilustrasikan masalah induksi, Bertrand Russel memberikan ilustrasi ayam. Seekor ayam memperhatikan bahwa tuannya memberi dia makan setiap hari, lalu ayam itu memprediksi bahwa tuannya akan selalu memberi dia makan setiap hari. Dari sudut pandang induksionis, si ayam 'mengekstrapolasi' observasinya menjadi sebuah teori, dan setiap kali si ayam diberi makan maka observasi itu membenarkan teorinya. Lalu suatu hari si peternak menjual ayam itu kepada Colonel Sander dan kemudian Colonel Sander menggubah ayam itu menjadi ayam goreng!

Ilustrasi ini mengimplikasikan bahwa pada dasarnya kita tidak dapat mengekstrapolasi pengamatan kecuali kita sudah punya kerangka penjelasan. Dalam kasus Russell's fried chicken di atas, dalam melakukan prediksinya (yang ternyata salah), si ayam sudah memiliki asumsi tertentu mengenai kelakuan tuannya: dia menganggap pemberian makan itu sebagai ungkapan perhatian dan kasih sayang. Seandainya si ayam memiliki asumsi yang berbeda tentu dia akan membuat teori yang berbeda.

CONJECTURES AND REFUTATIONS

Sebuah teori adalah sebuah model hipotesis yang tidak berkaitan secara langsung dengan realita *3. Karena sebuah teori hanya sebuah pemodelan hipotesis, maka kita tidak dapat membuktikan sebuah teori.

Popper menyatakan bahwa sebuah teori yang baik adalah teori yang memungkinkan pertumbuhan pengetahuan, karena tujuan science adalah untuk mempercepat pertumbuhan pengetahuan. Dengan kata lain sebuah teori yang baik haruslah informatif. Karenanya dia harus dapat menjelaskan berbagai observasi dari model sederhana yang dibangunnya, dan harus dapat memprediksi observasi lebih lanjut. Karena dengan demikian sebuah teori bisa mengungkapkan lebih banyak pengetahuan. Seandainya observasi memberikan hasil yang sesuai dengan prediksi dari teori, ini tidak menjadikan teori tersebut benar, walaupun kesesuaian dengan observasi bisa memperkuat teori tersebut.

Popper menekankan bahwa sebuah teori yang baik dikarakterisasi oleh kenyataan bahwa teori itu memberikan berbagai prediksi yang secara prinsip bisa dibuktikan salah melalui observasi. Sebuah teori yang baik haruslah berani mengambil resiko untuk salah. Teori yang baik haruslah dapat diuji dan gugur kalau saja tidak tahan uji. Jadi sejuta observasi yang sesuai dengan sebuah teori tidak membuktikan bahwa teori tersebut benar, tetapi satu saja observasi yang tidak sesuai dengan teori sudah cukup untuk mendiskualifikasi teori tersebut. Setiap kali eksperimen mengkonfirmasi sebuah teori, maka keyakinan kita akan teori itu bertambah, namun jika kita menemukan satu saja observasi yang tidak sesuai dengan teori tersebut, maka kita harus membuang teori tersebut, atau memodifikasi teori tersebut. *4 *5

Dalam beberapa kasus, teori baru merupakan perluasan dari teori lama, yaitu bahwa teori baru ini memberikan hasil yang sama dengan teori lama dalam kasus di mana teori lama ini berlaku, dan memberikan prediksi yang lebih sesuai daripada teori lama dalam kasus di mana teori lama tidak memberikan prediksi yang memuaskan. *6

Sebagai contoh kita tinjau perkembangan astronomi. Aristotle menyatakan bahwa sebuah benda akan jatuh ke bumi karena benda itu milik sang bumi, dan sebaliknya planet dan bintang2 beredar di angkasa karena mereka milik sang angkasa. Lebih jauh dia menambahkan bahwa orbit planet adalah lingkaran karena lingkaran adalah bentuk yang paling sempurna  *7, dan bahwa bumi adalah pusat semesta yang statis (model geosentris)  *8  *9. Mungkin teori ini kelihatan sederhana, tapi tidak memberikan prediksi yang pasti. Jadi menurut kriteria Popper, teori Aristotle tidak scientific.

Lalu Copernicus menyadari bahwa model geosentris terlalu rumit karena harus mengasumsikan orbit yang berubah-ubah. Copernicus mengusulkan model heliosentris yang lebih sederhana, dengan matahari sebagai pusat dan planet bergerak mengelilingi matahari dalam orbit lingkaran. Observasi yang serius untuk menguji model heliosentris dilakukan oleh Galileo dan Brahe  *10 *11. Karena data yang diperoleh tidak sesuai dengan hipotesis orbit lingkaran, John Kepler mengusulkan bahwa orbit planet bukanlah lingkaran, tetapi elips (dengan matahari sebagai salah satu fokusnya), walaupun dia tidak menjelaskan mengapa planet bergerak dalam orbit elips. Kepler merangkum teorinya dalam tiga hukum yang dikenal sebagai hukum Kepler untuk gerak planet. Beberapa saat kemudian, Isaac Newton mengusulkan hukum gravitasi universal, yang berlaku untuk semua benda bermassa, dan dari hukum ini Newton dapat menurunkan hukum Kepler *12.

Menurut kriteria Popper, teori Kepler adalah teori yang baik, karena dia mengajukan hipotesis yang berani, dan membuat prediksi yang detail dari teorinya. Ternyata teori Kepler hanyalah aproksimasi, tidak akurat. Tetapi walaupun salah, teori ini adalah scientific. Demikian juga teori Newton salah, tetapi dianggap scientific. Jadi sifat scientific sebuah teori tidak ditentukan dari salah atau tidaknya sebuah teori, tapi dari keterbukaan teori itu terhadap kritik dan pengujian, karena dengan demikian teori itu bisa mengungkapkan lebih banyak pengetahuan.

Teori Einstein memperbaiki teori Newton yang salah, dalam arti teori Newton hanyalah aproksimasi yang berlaku cukup baik hanya dalam kasus khusus. Teori baru yang menggantikan teori Newton haruslah memberikan prediksi yang sesuai dengan teori Newton dalam kasus di mana aproksimasi teori Newton cukup baik, dan memberikan prediksi yang lebih akurat dalam kasus di mana teori Newton tidak memadai (misalnya dalam menghitung orbit planet Mercury, teori Einstein memberikan prediksi yang lebih akurat) *13. Teori Einstein juga ternyata hanyalah aproksimasi, karena teori Einstein didasarkan pada anggapan bahwa ruang-waktu adalah kontinuum dimensi-empat. (Untuk membangun sebuah teori terpadu tentang semesta  *14, ada anggapan bahwa ruang-waktu mempunyai struktur yang diskrit.)

EPILOGUE

Perkembangan teori-teori ini bukan hanya menunjukkan pertumbuhan pengetahuan, tetapi juga perbaikan metodologi, di mana hipotesis menjadi semakin berani dan semakin terbuka pada pengujian. Hasrat manusia untuk mencari pengetahuan melahirkan berbagai metode, dan science adalah salah satu metode.

1. Marcus Chown, a student at Caltech, asked Feynman to explain to his (Chown's) mother why physics is important. Feynman wrote to her to put things in perspective. He told her not to worry about what her son's work was all about. 'Physics is not important,' said Feynman in that letter, 'love is.' (John Gribbin, "Scrodinger's Kitten", p.91)
2. To put in a different way : A theory is not observation-based, but explanation-based.
3. What is reality? Ini pertanyaan yang menarik. Tapi untuk menjawab pertanyaan ini, gue pikir gue harus membahas teori komputasi (mesin Turing universal) dan fisika kuantum.
4. Lihat betapa tidak simetrisnya konfirmasi dan penyangkalan, dengan kata lain kita tidak dapat membuktikan kebenaran sebuah teori, tapi dapat menyangkal sebuah teori.
5. Ketika sekelompok orang menerbitkan buku "100 Authors against Einstein", Einstein menjawab "If I were wrong, one would be enough".
6. Misalnya teori relativitas umum Einstein memberikan hasil yang sama dengan teori gravitasi Newton dalam kasus medan gravitasi yang tidak terlalu kuat, tapi teori Einstein memberikan hasil yang lebih akurat daripada teori Newton dalam kasus medan gravitasi yang cukup kuat. Untuk keperluan praktis, misalnya untuk menentukan orbit satelit Palapa, orang masih menggunakan teori gravitasi Newton karena teori Newton lebih mudah penggunaannya daripada teori Einstein yang melibatkan geometri diferensial.
7. Pada saat itu ada anggapan bahwa planet bergerak karena didorong oleh malaikat.
8. Sesuai dengan teori geocentric dari Ptolemy.
9. Pada jaman itu ada juga seorang bernama Aristarchus, yang mengusulkan teori heliocentric.
10. Tahun 1572, Tycho Brahe mengamati sebuah supernova, yang kemudian dinamai Tycho Brahe supernova.
11. Sebenarnya Tycho Brahe membangun model sendiri yang merupakan gabungan antara model geocentric dan heliocentric. Setelah Brahe meninggal, asistennya, John Kepler, melanjutkan observasi ini, tapi Kepler lebih cenderung pada model heliocentric.
12. Teori Newton bukan hanya merupakan generalisasi dari teori Kepler, tetapi memberikan paradigma baru mengenai hukum gerak dan juga metode geometri analitik dan kalkulus.
13. Teori Einstein bukan hanya memberikan prediksi eksperimen yang lebih baik daripada teori Newton, tetapi juga memberikan pandangan baru mengenai ruang-waktu.
14. Is there a unified theory of the universe? I shall address this question later.