KANNATTAVA TUTKIMUS: Mitä me oikeastaan tarkoitamme tutkimuksella ja miten se auttaa meitä ymmärtämään asioita? Ne ihmiset, jotka odottavat todisteiden tulevan mistä tahansa tieteen tutkimuksesta, joutuvat valitettavasti pettymään.

Astrofyysikkona elän ja hengitän tiedettä. Suuri osa siitä, mitä luen ja kuulen, on ilmaistu tieteen kielellä, joka ulkopuolisille voi tuntua pelkältä jargonilta ja siansaksalta. Mutta yhtä sanaa tieteessä puhutaan tai painetaan harvoin, ja tämä sana on ”todiste”. Itse asiassa tieteellä ei ole juurikaan tekemistä minkään ”todistamisen” kanssa.

Nämä sanat ovat ehkä saaneet huolestuneen ilmeen hiipimään kasvoillesi, varsinkin kun tiedotusvälineet kertovat meille jatkuvasti, että tiede todistaa asioita, vakavia asioita, joilla on potentiaalisia seurauksia, kuten kurkuma voi ilmeisesti korvata 14 lääkettä, ja kevytmielisempiä asioita, kuten että tiede on todistanut, että mozzarella on optimaalinen juusto pizzaan.

Tiede on varmasti todistanut näitä ja monia muita asioita. Ei niin!

Matemaatikon tapa

Matemaatikot todistavat asioita, ja tämä tarkoittaa jotakin aivan erityistä. Matemaatikot laativat tietyn joukon perussääntöjä, joita kutsutaan aksioomeiksi, ja määrittelevät, mitkä väittämät ovat tosia niiden puitteissa.

Yksi tunnetuimmista on Eukleideen antiikin geometria. Vain kourallinen sääntöjä, jotka määrittelevät täydellisen, tasaisen avaruuden, ja lukemattomat lapset ovat viime vuosituhansien aikana hikoilleet todistaakseen Pythagoraan suhteen suorakulmaisille kolmioille tai sen, että suora risteää ympyrän korkeintaan kahdessa kohdassa, tai lukemattomia muita väitteitä, jotka pitävät paikkansa Eukleideen sääntöjen puitteissa.

Mikäli Eukleideen maailma on täydellinen, ja sitä määrittelevät sen suorat viivat ja ympyrät, maailmankaikkeus, jossa asumme, ei ole sitä. Paperilla ja kynällä piirretyt geometriset kuviot ovat vain likiarvo Eukleideen maailmasta, jossa totuusväittämät ovat absoluuttisia.

Viime vuosisatojen aikana olemme ymmärtäneet, että geometria on monimutkaisempaa kuin Eukleideen maailma, ja matemaattiset suurmiehet, kuten Gauss, Lobatševski ja Riemann, ovat antaneet meille kaarevien ja vääntyneiden pintojen geometrian.

Tässä ei-euklidisessa geometriassa meillä on uusi joukko aksioomia ja perussääntöjä sekä uusi joukko absoluuttisia totuuksia sisältäviä väitteitä, jotka voimme todistaa.

Nämä säännöt ovat erittäin hyödyllisiä navigoitaessa tällä (lähes) pyöreällä planeetalla. Yksi Einsteinin (monista) suurista saavutuksista oli osoittaa, että itse avaruusajan käyristyminen ja vääristyminen voi selittää painovoiman.

Mutta ei-euklidisen geometrian matemaattinen maailma on puhdas ja täydellinen, ja siten vain likiarvo sotkuiseen maailmaamme.

Mitä on tiede?

Mutta tieteessä on matematiikkaa, huudatte. Luennoin juuri magneettikentistä, viivaintegraaleista ja vektorilaskennasta, ja olen varma, että opiskelijani ovat helposti samaa mieltä siitä, että tieteessä on paljon matematiikkaa.

Ja lähestymistapa on sama kuin muussakin matematiikassa: määrittele aksioomat, tutki seuraukset.

Einsteinin kuuluisa E=mc2, joka on johdettu postulaateista, jotka koskevat sitä, miten eri havainnoitsijat näkevät sähkömagnetismin lait, hänen erityinen suhteellisuusteoriansa, on tästä hyvä esimerkki.

Mutta tällaiset matemaattiset todistukset ovat vain osa tieteen tarinaa.

Tärkeä osa, osa, joka määrittelee tieteen, on se, kuvaavatko tällaiset matemaattiset lait tarkasti sitä maailmankaikkeutta, jonka näemme ympärillämme.

Taataksemme tämän meidän on kerättävä tietoa havainnoimalla ja kokeilemalla luonnonilmiöitä ja verrattava niitä matemaattisiin ennusteisiin ja lakeihin. Keskeinen sana tässä pyrkimyksessä on ”todiste”.

Tieteellinen salapoliisi

Matemaattinen puoli on puhdas ja puhdas, kun taas havaintoja ja kokeita rajoittavat tekniikat ja epävarmuudet. Näiden kahden vertailu kietoutuu tilastotieteen ja päättelyn matemaattisiin aloihin.

Monet, mutta eivät kaikki, luottavat erityiseen lähestymistapaan, joka tunnetaan nimellä Bayesin päättely, sisällyttääkseen havainto- ja kokeelliset todisteet siihen, mitä tiedämme, ja päivittääkseen uskomuksemme tiettyyn kuvaukseen maailmankaikkeudesta.

Tässä uskomus tarkoittaa sitä, kuinka varma olet siitä, että tietty malli on tarkka kuvaus luonnosta sen perusteella, mitä tiedät. Ajattele sitä vähän kuin vedonlyöntikertoimia tietystä lopputuloksesta.

Kuvauksemme painovoimasta vaikuttaa melko hyvältä, joten se saattaa olla kertoimien suosikki, että omena putoaa oksalta maahan.

Mutta en luota yhtä paljon siihen, että elektronit ovat pieniä silmukoita pyörivää ja pyörivää säikeistöä, jota supersäieteoriassa ehdotetaan, ja saattaisikin olla tuhannen suhde yhteen, että se tarjoaisi tarkan kuvauksen tulevaisuuden ilmiöistä.

Tiede on siis kuin jatkuva oikeussalidraama, jossa valamiehistölle esitetään jatkuvasti todisteita. Mutta yhtä ainoaa epäiltyä ei ole ja uusia epäiltyjä tulee säännöllisesti mukaan. Kasvavan todistusaineiston valossa valamiehistö päivittää jatkuvasti näkemystään siitä, kuka on vastuussa tiedoista.

Mutta ehdotonta syyllisyys- tai syyttömyystuomiota ei koskaan anneta, sillä todisteita kerätään jatkuvasti ja uusia epäiltyjä esitellään oikeuden edessä. Valamiehistö voi vain päättää, että yksi epäilty on syyllisempi kuin toinen.

Mitä tiede on todistanut?

Matemaattisessa mielessä tiede ei ole todistanut mitään, vaikka se on vuosien ajan tutkinut maailmankaikkeuden toimintaa.

Jokainen teoreettinen malli on hyvä kuvaus meitä ympäröivästä maailmankaikkeudesta, ainakin jollain skaala-alueella, jolla se on käyttökelpoinen.

Mutta tutkiminen uusille alueille paljastaa puutteita, jotka alentavat uskoamme siihen, edelleenkin jokin tietty kuvaus kuvaa tarkasti kokeitamme, kun taas uskomme vaihtoehtoihin voi kasvaa.

Tiedämmekö lopulta totuuden ja pidämmekö käsissämme lakeja, jotka todella säätelevät kosmoksen toimintaa?

Vaikka uskomme joihinkin matemaattisiin malleihin voi vahvistua ja vahvistua, miten voimme koskaan olla varmoja siitä, että ne ovat todellisuutta ilman loputtomia kokeita?

Luulempa, että on parasta jättää viimeinen sana yhdelle suurimmista fyysikoista, Richard Feynmanille, siitä, mistä tiedemiehenä olemisessa on kyse:

Minulla on likimääräisiä vastauksia ja mahdollisia uskomuksia eriasteisella varmuudella eri asioista, mutta en ole täysin varma mistään.

Tämä artikkeli on osa sarjaa Tutkimuksen ymmärtäminen.

Lisälukemisto:
Miksi tutkimus voittaa anekdootin tiedonhaussa
Korrelaation ja kausaalisuuden välisen sekaannuksen selvittäminen
Positiivista negatiivisissa tuloksissa: kun ”ei mitään” löytäminen merkitsee jotain
Riskit, joita liittyy siihen, että puhaltaa omaan pasuunaansa liian aikaisin tutkimuksesta
Miten löytää tunnetut ja tuntemattomat missä tahansa tutkimuksessa
Miten myytit ja iltapäivälehdet ruokkivat tieteen poikkeavuuksia
Kymmenen pötypuhetta, joita teemme kaikki, kun tutkimuksia tulkitsemme

.