Onderzoek: Wat bedoelen we eigenlijk met onderzoek en hoe helpt het ons de dingen te begrijpen? Degenen die op zoek zijn naar bewijs voor wetenschappelijk onderzoek, zullen helaas teleurgesteld zijn.

Als astrofysicus leef en adem ik de wetenschap. Veel van wat ik lees en hoor is gesteld in de taal der wetenschap, die voor buitenstaanders weinig meer kan lijken dan jargon en gebrabbel. Maar één woord wordt in de wetenschap zelden uitgesproken of gedrukt en dat woord is “bewijs”. In feite heeft wetenschap weinig te maken met het “bewijzen” van wat dan ook.

Deze woorden hebben misschien een bezorgde uitdrukking op uw gezicht doen verschijnen, vooral omdat de media ons voortdurend vertellen dat de wetenschap dingen bewijst, ernstige dingen met mogelijke gevolgen, zoals kurkuma dat blijkbaar 14 medicijnen kan vervangen, en meer frivole dingen zoals de wetenschap heeft bewezen dat mozzarella de optimale kaas voor pizza is.

De wetenschap heeft deze, en vele andere dingen, zeker bewezen. Niet dus!

De weg van de wiskundige

Mathematici bewijzen dingen, en dat betekent iets heel specifieks. Wiskundigen stellen een bepaalde set basisregels op, bekend als axioma’s, en bepalen welke beweringen binnen dat kader waar zijn.

Een van de bekendste hiervan is de oude meetkunde van Euclides. Met slechts een handvol regels die een perfecte, vlakke ruimte definiëren, hebben talloze kinderen zich de afgelopen millennia in het zweet gewerkt om Pythagoras’ relatie voor rechthoekige driehoeken te bewijzen, of dat een rechte lijn een cirkel hooguit op twee plaatsen zal kruisen, of een ontelbaar aantal andere beweringen die waar zijn binnen de regels van Euclides.

Waar de wereld van Euclides perfect is, gedefinieerd door zijn rechte lijnen en cirkels, is het universum waarin wij leven dat niet. Met papier en potlood getekende geometrische figuren zijn slechts een benadering van de wereld van Euclides, waar uitspraken over de waarheid absoluut zijn.

In de loop van de laatste eeuwen zijn we gaan inzien dat de meetkunde ingewikkelder is dan die van Euclides, met wiskundige grootheden als Gauss, Lobachevsky en Riemann die ons de meetkunde van gekromde en kromme oppervlakken hebben gegeven.

In deze niet-Euclidische meetkunde hebben we een nieuwe reeks axioma’s en grondregels, en een nieuwe reeks uitspraken van absolute waarheid die we kunnen bewijzen.

Deze regels zijn uiterst nuttig om op deze (bijna-)ronde planeet rond te navigeren. Een van Einsteins (vele) grote prestaties was aan te tonen dat het krommen en kromtrekken van de ruimtetijd zelf de zwaartekracht kon verklaren.

De wiskundige wereld van de niet-Euclidische meetkunde is echter zuiver en volmaakt, en dus slechts een benadering van onze rommelige wereld.

Wat is wetenschap eigenlijk?

Maar er is wiskunde in de wetenschap, roep je. Ik heb net een lezing gegeven over magnetische velden, lijnintegralen en vectorrekening, en ik weet zeker dat mijn studenten het er roerend mee eens zijn dat er veel wiskunde in de wetenschap zit.

En de aanpak is dezelfde als bij andere wiskunde: stel de axioma’s op, onderzoek de consequenties.

Einsteins beroemde E=mc2, ontleend aan de postulaten van hoe de wetten van het elektromagnetisme door verschillende waarnemers worden gezien, zijn speciale relativiteitstheorie, is daar een uitstekend voorbeeld van.

Maar dergelijke wiskundige bewijzen zijn slechts een deel van het verhaal van de wetenschap.

Het belangrijke deel, het deel dat de wetenschap definieert, is of dergelijke wiskundige wetten een nauwkeurige beschrijving zijn van het universum dat wij om ons heen zien.

Om dit te doen moeten wij gegevens verzamelen, door middel van waarnemingen en experimenten van natuurlijke verschijnselen, en deze vervolgens vergelijken met de wiskundige voorspellingen en wetten. Het woord dat bij dit streven centraal staat is “bewijs”.

De wetenschappelijke detective

De wiskundige kant is zuiver en schoon, terwijl de waarnemingen en experimenten beperkt worden door technologieën en onzekerheden. Het vergelijken van de twee is verpakt in de wiskundige gebieden van statistiek en inferentie.

Velen, maar niet allen, vertrouwen op een bepaalde benadering hiervan die bekend staat als Bayesiaans redeneren om waarnemings- en experimenteel bewijs op te nemen in wat we weten en om ons geloof in een bepaalde beschrijving van het universum bij te stellen.

Hier betekent geloof hoe zeker je ervan bent dat een bepaald model een accurate beschrijving van de natuur is, op basis van wat je weet. Zie het een beetje als de kans op een bepaalde uitkomst.

Onze beschrijving van de zwaartekracht lijkt behoorlijk goed te zijn, dus het is misschien wel de gedoodverfde favoriet dat een appel van een tak op de grond valt.

Maar ik heb er minder vertrouwen in dat elektronen minuscule lussen zijn van roterende en gyroscerende snaren, zoals wordt voorgesteld door de supersnaartheorie, en het is misschien een gok van duizend tegen één dat deze theorie nauwkeurige beschrijvingen zal geven van toekomstige verschijnselen.

Wetenschap is dus als een doorlopend rechtbankdrama, met een voortdurende stroom van bewijsmateriaal dat aan de jury wordt voorgelegd. Maar er is niet één verdachte en er komen regelmatig nieuwe verdachten bij. In het licht van het groeiende bewijs, is de jury voortdurend bezig met het bijwerken van haar visie op wie verantwoordelijk is voor de gegevens.

Maar er wordt nooit een uitspraak gedaan over schuld of onschuld, omdat er steeds meer bewijsmateriaal wordt verzameld en er steeds meer verdachten voor de rechter verschijnen. Het enige wat de jury kan doen is besluiten dat de ene verdachte schuldiger is dan de andere.

Wat heeft de wetenschap bewezen?

In wiskundige zin heeft de wetenschap, ondanks al die jaren van onderzoek naar de werking van het heelal, niets bewezen.

Elk theoretisch model is een goede beschrijving van het heelal om ons heen, althans binnen een bepaald bereik van schalen dat het bruikbaar is.

Maar bij het verkennen van nieuwe gebieden komen tekortkomingen aan het licht die ons geloof in de vraag of een bepaalde beschrijving onze experimenten nog steeds accuraat weergeeft, doen afnemen, terwijl ons geloof in alternatieven kan groeien.

Zullen we uiteindelijk de waarheid kennen en de wetten in handen hebben die de werking van de kosmos werkelijk beheersen?

Hoewel onze mate van geloof in sommige wiskundige modellen sterker en sterker kan worden, hoe kunnen we er zonder een oneindige hoeveelheid testen ooit zeker van zijn dat ze de werkelijkheid zijn?

Ik denk dat het het beste is om het laatste woord te laten aan een van de grootste natuurkundigen, Richard Feynman, over wat wetenschapper zijn inhoudt:

Ik heb benaderende antwoorden en mogelijke overtuigingen in verschillende graden van zekerheid over verschillende dingen, maar ik ben nergens absoluut zeker van.

Dit artikel maakt deel uit van een serie over het begrijpen van onderzoek.

Verder lezen:
Waarom onderzoek het wint van anekdote in onze zoektocht naar kennis
Ophelderen van verwarring tussen correlatie en causatie
Positieven in negatieve resultaten: wanneer het vinden van ‘niets’ iets betekent
De risico’s van te vroeg je eigen loftrompet blazen over onderzoek
Hoe je de knowns en unknowns in elk onderzoek kunt vinden
Hoe mythes en roddelbladen zich voeden met anomalieën in de wetenschap
De 10 dingen die we allemaal maken bij het interpreteren van onderzoek