KÉPZETLEN KUTATÁS: Mit értünk tulajdonképpen kutatás alatt, és hogyan segít a dolgok megértésében? Azok az emberek, akik a tudományban bármilyen kutatástól bizonyítékot várnak, szomorúan csalódni fognak.

Asztrofizikusként élek és lélegzem a tudományt. Sok mindent, amit olvasok és hallok, a tudomány nyelvén fogalmaznak meg, ami a kívülállók számára nem tűnik többnek, mint szakzsargonnak és halandzsának. Egy szót azonban ritkán mondanak vagy nyomtatnak ki a tudományban, és ez a szó a “bizonyíték”. Valójában a tudománynak nem sok köze van ahhoz, hogy bármit is “bizonyítson”.

Ezek a szavak talán aggodalmas arckifejezést keltettek az Ön arcán, különösen azért, mert a média folyamatosan arról tájékoztat minket, hogy a tudomány bizonyít dolgokat, komoly, potenciális következményekkel járó dolgokat, mint például, hogy a kurkuma nyilvánvalóan 14 gyógyszert helyettesíthet, és komolytalanabb dolgokat, mint például, hogy a tudomány bizonyította, hogy a mozzarella az optimális sajt a pizzához.

A tudomány bizonyára bizonyította ezeket, és sok más dolgot is. Nem így van!

A matematikusok útja

A matematikusok bizonyítják a dolgokat, és ez valami egészen konkrét dolgot jelent. A matematikusok lefektetnek egy bizonyos alapszabálykészletet, az úgynevezett axiómákat, és meghatározzák, hogy mely állítások igazak ezen a kereten belül.

Ezek közül az egyik legismertebb Euklidész ókori geometriája. A tökéletes, sík teret meghatározó mindössze maroknyi szabállyal számtalan gyerek izzadt az elmúlt évezredekben, hogy bebizonyítsa Pitagorasz derékszögű háromszögekre vonatkozó összefüggését, vagy azt, hogy egy egyenes legfeljebb két helyen keresztez egy kört, vagy számtalan más, az euklideszi szabályokon belül igaz állítást.

Míg az euklideszi világ tökéletes, egyenesek és körök által meghatározott, addig a mi világegyetemünk nem az. A papírral és ceruzával rajzolt geometriai ábrák csak megközelítései Euklidész világának, ahol az igazságra vonatkozó állítások abszolútak.

Az elmúlt évszázadok során rájöttünk, hogy a geometria bonyolultabb, mint Euklidészé, olyan matematikai nagyságok, mint Gauss, Lobachevsky és Riemann adták meg nekünk a görbült és torzított felületek geometriáját.

Ebben a nem euklideszi geometriában axiómák és alapszabályok új készlete áll rendelkezésünkre, és az abszolút igazság kijelentéseinek új készlete, amelyeket bizonyíthatunk.

Ezek a szabályok rendkívül hasznosak a (majdnem) kerek bolygón való tájékozódáshoz. Einstein egyik (sok) nagy eredménye az volt, hogy megmutatta, hogy maga a téridő görbülése és torzulása magyarázatot adhat a gravitációra.

Mégis a nem-euklideszi geometria matematikai világa tiszta és tökéletes, és így csak megközelítése a mi kusza világunknak.

Mi is a tudomány?

De a tudományban van matematika, kiáltod. Épp most tartottam előadást mágneses mezőkről, vonalintegrálokról és vektorszámításról, és biztos vagyok benne, hogy a diákjaim készséggel egyetértenének azzal, hogy a tudományban rengeteg matematika van.

A megközelítés pedig ugyanaz, mint a többi matematikában: határozd meg az axiómákat, vizsgáld meg a következményeket.

Einstein híres E=mc2-je, amelyet abból a posztulátumból vont le, hogy az elektromágnesesség törvényeit különböző megfigyelők hogyan látják, az ő speciális relativitáselmélete kitűnő példa erre.

De az ilyen matematikai bizonyítások csak egy részét képezik a tudomány történetének.

A fontos rész, a tudományt meghatározó rész az, hogy az ilyen matematikai törvények pontosan leírják-e a körülöttünk látható világegyetemet.

Ezért adatokat kell gyűjtenünk, a természeti jelenségek megfigyelése és kísérletei révén, majd ezeket össze kell vetnünk a matematikai előrejelzésekkel és törvényekkel. E törekvés központi szava a “bizonyíték”.

A tudományos detektív

A matematikai oldal tiszta és tiszta, míg a megfigyeléseket és kísérleteket a technológiák és a bizonytalanságok korlátozzák. A kettő összehasonlítása a statisztika és a következtetés matematikai területeibe burkolózik.

Sokan, de nem mindenki, egy sajátos megközelítésre támaszkodnak, amit Bayes-i érvelésnek neveznek, hogy a megfigyelési és kísérleti bizonyítékokat beépítsék abba, amit tudunk, és frissítsék a világegyetem egy bizonyos leírásába vetett hitünket.

A hit itt azt jelenti, hogy mennyire vagyunk biztosak abban, hogy egy adott modell a természet pontos leírása, annak alapján, amit tudunk. Gondoljunk erre egy kicsit úgy, mint a fogadási esélyekre egy bizonyos kimenetelre.

A gravitáció leírása elég jónak tűnik, így lehet, hogy esélyes favorit, hogy egy alma leesik egy ágról a földre.

De abban már kevésbé bízom, hogy az elektronok apró, forgó és gyűrűző húrhurok, amit a szuperhúrelmélet javasol, és talán ezer az egyhez az esélye annak, hogy ez pontos leírást ad a jövőbeli jelenségekről.

A tudomány tehát olyan, mint egy folyamatos bírósági dráma, ahol az esküdtszéknek folyamatosan bizonyítékokat mutatnak be. De nincs egyetlen gyanúsított, és rendszeresen új gyanúsítottak kerülnek elő. A gyarapodó bizonyítékok fényében az esküdtszék folyamatosan frissíti a véleményét arról, hogy ki a felelős az adatokért.

De soha nem születik abszolút bűnösséget vagy ártatlanságot kimondó ítélet, mivel folyamatosan gyűlnek a bizonyítékok, és újabb gyanúsítottakat vonultatnak fel a bíróság előtt. Az esküdtszék csak azt tudja eldönteni, hogy az egyik gyanúsított bűnösebb, mint a másik.”

Mit bizonyított a tudomány?

Matematikai értelemben, a világegyetem működésének sokéves kutatása ellenére a tudomány semmit sem bizonyított.

Minden elméleti modell jó leírása a körülöttünk lévő univerzumnak, legalábbis bizonyos léptéktartományon belül, hogy hasznos legyen.

Az új területek feltárása azonban olyan hiányosságokat tár fel, amelyek csökkentik a hitünket abban, hogy egy adott leírás továbbra is pontosan reprezentálja-e a kísérleteinket, miközben az alternatívákba vetett hitünk növekedhet.

Az igazságot végül is megismerjük, és kezünkben tartjuk a kozmosz működését valóban irányító törvényeket?

Míg egyes matematikai modellekbe vetett hitünk mértéke egyre erősödhet, végtelen számú tesztelés nélkül hogyan lehetünk valaha is biztosak abban, hogy ezek a valóságot jelentik?

Azt hiszem, a legjobb, ha az utolsó szót az egyik legnagyobb fizikusra, Richard Feynmanra bízzuk arról, hogy miről is szól a tudós lét:

Megközelítő válaszaim és lehetséges hiedelmeim vannak különböző bizonyossági fokban különböző dolgokról, de semmiben sem vagyok teljesen biztos.

Ez a cikk a Kutatás megértése című sorozat része.

További olvasmányok:
Miért veri a kutatás az anekdotát a tudásunk keresésében
A korreláció és az ok-okozati összefüggés közötti zavar tisztázása
Pozitívumok a negatív eredményekben: amikor a “semmi” megállapítása jelent valamit
A saját trombitánk túl korai felfújásának kockázatai a kutatásban
Hogyan találjuk meg az ismerteket és ismeretleneket bármely kutatásban
Hogyan táplálják a mítoszok és a bulvársajtó a tudomány anomáliáit
A 10 baklövés, amit mindannyian elkövetünk a kutatások értelmezésekor

.