UNDERSTANDING RESEARCH: Hvad mener vi egentlig med forskning, og hvordan bidrager den til vores forståelse af tingene? De mennesker, der forventer at få beviser fra videnskabelig forskning, vil blive sørgeligt skuffede.

Som astrofysiker lever og ånder jeg for videnskab. Meget af det, jeg læser og hører, er formuleret i et videnskabeligt sprog, som for udenforstående ikke kan virke som andet end jargon og sludder. Men der er ét ord, der sjældent tales eller trykkes i videnskaben, og det er “bevis”. Faktisk har videnskaben ikke meget at gøre med at “bevise” noget som helst.

Disse ord har måske fået et bekymret udtryk til at krybe hen over dit ansigt, især fordi medierne hele tiden fortæller os, at videnskaben beviser ting, alvorlige ting med potentielle konsekvenser, såsom at gurkemeje tilsyneladende kan erstatte 14 lægemidler, og mere useriøse ting, såsom at videnskaben har bevist, at mozzarella er den optimale ost til pizza.

Sikkert har videnskaben bevist disse og mange andre ting. Ikke sandt!

Matematikerens måde at bevise ting på

Matematikere beviser ting, og det betyder noget helt bestemt. Matematikere opstiller et bestemt sæt grundregler, kaldet aksiomer, og bestemmer, hvilke udsagn der er sande inden for disse rammer.

En af de mest kendte af disse er den antikke geometri af Euklid. Med kun en håndfuld regler, der definerer et perfekt, fladt rum, har utallige børn gennem de sidste par årtusinder svedt for at bevise Pythagoras’ forhold for retvinklede trekanter, eller at en ret linje højst vil krydse en cirkel på to steder, eller et utal af andre udsagn, der er sande inden for Euklids regler.

Mens Euklids verden er perfekt, defineret af dens rette linjer og cirkler, er det univers, vi lever i, ikke det. Geometriske figurer tegnet med papir og blyant er kun en tilnærmelse til Euklids verden, hvor sandhedsudsagn er absolutte.

I løbet af de sidste par århundreder er vi blevet klar over, at geometrien er mere kompliceret end Euklids, idet matematiske stormænd som Gauss, Lobachevsky og Riemann har givet os geometrien af krumme og krumme overflader.

I denne ikke-euklidiske geometri har vi et nyt sæt aksiomer og grundregler og et nyt sæt udsagn om absolut sandhed, som vi kan bevise.

Disse regler er yderst nyttige til at navigere rundt på denne (næsten) runde planet. En af Einsteins (mange) store bedrifter var at vise, at selve krumningen og forvrængningen af rumtiden kunne forklare tyngdekraften.

Den matematiske verden af ikke-euklidisk geometri er dog ren og perfekt, og derfor kun en tilnærmelse til vores rodede verden.

Hvad er videnskab?

Men der er matematik i videnskaben, råber du. Jeg har lige holdt foredrag om magnetfelter, linieintegraler og vektorregning, og jeg er sikker på, at mine studerende vil være enige i, at der er masser af matematik i videnskaben.

Og fremgangsmåden er den samme som i anden matematik: definér aksiomerne, undersøg konsekvenserne.

Einsteins berømte E=mc2, der er udledt af postulaterne om, hvordan elektromagnetismens love opfattes af forskellige observatører, hans specielle relativitetsteori, er et godt eksempel på dette.

Men sådanne matematiske beviser er kun en del af videnskabens historie.

Den vigtige del, den del, der definerer videnskaben, er, om sådanne matematiske love er en nøjagtig beskrivelse af det univers, vi ser omkring os.

For at gøre dette må vi indsamle data, gennem observationer og eksperimenter med naturfænomener, og derefter sammenligne dem med de matematiske forudsigelser og love. Det ord, der er centralt i denne bestræbelse, er “beviser”.

Den videnskabelige detektiv

Den matematiske side er ren og skærpet, mens observationerne og eksperimenterne er begrænset af teknologier og usikkerheder. Sammenligning af de to er pakket ind i de matematiske områder statistik og inferens.

Mange, men ikke alle, er afhængige af en særlig tilgang til dette, der kaldes Bayesiansk ræsonnement, for at indarbejde observationelle og eksperimentelle beviser i det, vi ved, og for at opdatere vores tro på en bestemt beskrivelse af universet.

Her betyder tro, hvor sikker man er på, at en bestemt model er en præcis beskrivelse af naturen, baseret på det, man ved. Tænk på det lidt ligesom oddsene for væddemål på et bestemt resultat.

Vores beskrivelse af tyngdekraften ser ud til at være ret god, så det kan være odds-favorit, at et æble vil falde ned fra en gren til jorden.

Men jeg har mindre tillid til, at elektroner er små sløjfer af roterende og snurrende strenge, som superstrengteorien foreslår, og det er måske et tusind til et langskud, at den vil give nøjagtige beskrivelser af fremtidige fænomener.

Så videnskaben er som et igangværende retssalsdrama, hvor en kontinuerlig strøm af beviser bliver præsenteret for juryen. Men der er ikke en enkelt mistænkt, og der kommer jævnligt nye mistænkte på hjul. I lyset af de voksende beviser opdaterer juryen hele tiden sit syn på, hvem der er ansvarlig for dataene.

Men der afsiges aldrig nogen dom om absolut skyld eller uskyld, da der hele tiden indsamles beviser, og flere mistænkte fremstilles for retten. Alt, hvad juryen kan gøre, er at beslutte, at en mistænkt er mere skyldig end en anden.

Hvad har videnskaben bevist?

I matematisk forstand har videnskaben intet bevist på trods af alle de år, hvor den har forsket i universets funktionsmåde, på trods af at den ikke har bevist noget.

Alle teoretiske modeller er en god beskrivelse af universet omkring os, i det mindste inden for et vist skalaområde, hvor den er brugbar.

Men når man udforsker nye områder, afslører man mangler, der sænker vores tro på, om en bestemt beskrivelse fortsat repræsenterer vores eksperimenter korrekt, mens vores tro på alternativer kan vokse.

Vil vi i sidste ende kende sandheden og holde de love, der virkelig styrer kosmos’ virkemåde, i vores hænder?

Mens vores grad af tro på nogle matematiske modeller kan blive stærkere og stærkere, hvordan kan vi uden en uendelig mængde af test nogensinde være sikre på, at de er virkeligheden?

Jeg tror, det er bedst at overlade det sidste ord til en af de største fysikere, Richard Feynman, om, hvad det handler om at være videnskabsmand:

Jeg har tilnærmelsesvise svar og mulige overbevisninger i forskellige grader af sikkerhed om forskellige ting, men jeg er ikke helt sikker på noget.

Denne artikel er en del af en serie om Forstå forskning.

Viderere læsning:
Hvorfor forskning slår anekdoter i vores søgen efter viden
Opklaring af forvirring mellem korrelation og årsagssammenhæng
Positive i negative resultater: Når det at finde “ingenting” betyder noget
Risikoen ved at blæse sin egen trompet for tidligt på forskning
Hvordan man finder de kendte og ukendte i enhver forskning
Hvordan myter og tabloider nærer sig til uregelmæssigheder i videnskaben
De 10 fejltagelser, vi alle laver, når vi fortolker forskning