NIEZALEŻNE BADANIA: Co właściwie rozumiemy przez badania i w jaki sposób pomagają one w naszym rozumieniu rzeczy? Ci ludzie, którzy oczekują dowodów pochodzących z jakichkolwiek badań w nauce, będą smutno rozczarowani.

Jako astrofizyk, żyję i oddycham nauką. Wiele z tego, co czytam i słyszę, jest przekazywane w języku nauki, który dla osób postronnych może wydawać się niewiele więcej niż żargon i bełkot. Ale jedno słowo jest rzadko wypowiadane lub drukowane w nauce, a tym słowem jest „dowód”. W rzeczywistości, nauka ma niewiele wspólnego z „udowadnianiem” czegokolwiek.

Te słowa mogły spowodować, że na twoją twarz wkradł się niepokój, zwłaszcza, że media nieustannie mówią nam, że nauka udowadnia różne rzeczy, poważne rzeczy z potencjalnymi konsekwencjami, takie jak kurkuma może najwyraźniej zastąpić 14 leków, i bardziej niepoważne rzeczy, takie jak nauka udowodniła, że mozzarella jest optymalnym serem do pizzy.

Na pewno nauka udowodniła te i wiele innych rzeczy. Nie tak!

Sposób matematyka

Matematycy dowodzą rzeczy, a to oznacza coś dość specyficznego. Matematycy układają określony zestaw podstawowych zasad, zwanych aksjomatami, i określają, które twierdzenia są prawdziwe w tych ramach.

Jedną z najbardziej znanych z nich jest starożytna geometria Euklidesa. Mając tylko garść reguł, które definiują idealną, płaską przestrzeń, niezliczone dzieci w ciągu ostatnich kilku tysiącleci pociły się, aby udowodnić relację Pitagorasa dla trójkątów prostokątnych, lub że linia prosta przetnie okrąg co najwyżej w dwóch miejscach, lub niezliczoną ilość innych stwierdzeń, które są prawdziwe w ramach reguł Euklidesa.

Gdy świat Euklidesa jest idealny, zdefiniowany przez jego linie proste i okręgi, wszechświat, który zamieszkujemy, nie jest. Figury geometryczne narysowane papierem i ołówkiem są tylko przybliżeniem świata Euklidesa, w którym twierdzenia o prawdzie są absolutne.

W ciągu ostatnich kilku stuleci zdaliśmy sobie sprawę, że geometria jest bardziej skomplikowana niż geometria Euklidesa, z wielkimi matematykami takimi jak Gauss, Lobachevsky i Riemann, którzy dali nam geometrię zakrzywionych i wypaczonych powierzchni.

W tej nieeuklidesowej geometrii mamy nowy zestaw aksjomatów i podstawowych zasad, oraz nowy zestaw twierdzeń o absolutnej prawdzie, które możemy udowodnić.

Te zasady są niezwykle przydatne w nawigacji po tej (prawie)okrągłej planecie. Jednym z (wielu) wielkich osiągnięć Einsteina było pokazanie, że zakrzywianie i wypaczanie czasoprzestrzeni samo w sobie może wyjaśnić grawitację.

Ale matematyczny świat geometrii nieeuklidesowej jest czysty i doskonały, a więc jest tylko przybliżeniem naszego niechlujnego świata.

Czym w ogóle jest nauka?

Ale w nauce jest matematyka, wołasz. Właśnie prowadziłem wykłady o polach magnetycznych, całkach liniowych i rachunku wektorowym i jestem pewien, że moi studenci z łatwością zgodzą się, że w nauce jest mnóstwo matematyki.

A podejście jest takie samo jak w przypadku innych matematyk: określ aksjomaty, zbadaj konsekwencje.

Słynne E=mc2 Einsteina, wyciągnięte z postulatów dotyczących tego, jak prawa elektromagnetyzmu są postrzegane przez różnych obserwatorów, jego szczególna teoria względności, jest tego najlepszym przykładem.

Ale takie matematyczne dowody są tylko częścią historii science.

Ważny bit, bit, który definiuje naukę, jest to, czy takie prawa matematyczne są dokładnym opisem wszechświata, który widzimy wokół nas.

Aby to zrobić, musimy zbierać dane, poprzez obserwacje i eksperymenty zjawisk naturalnych, a następnie porównać je z matematycznymi przewidywaniami i prawami. Słowem kluczowym dla tego przedsięwzięcia jest „dowód”.

Naukowy detektyw

Strona matematyczna jest czysta i klarowna, podczas gdy obserwacje i eksperymenty są ograniczone przez technologie i niepewność. Porównanie tych dwóch jest zawinięte w matematyczne dziedziny statystyki i wnioskowania.

Wielu, ale nie wszyscy, polegają na szczególnym podejściu do tego znanym jako rozumowanie bayesowskie, aby włączyć obserwacyjne i eksperymentalne dowody do tego, co wiemy i zaktualizować naszą wiarę w konkretny opis wszechświata.

Tutaj, wiara oznacza jak bardzo jesteś pewny, że dany model jest dokładnym opisem natury, w oparciu o to co wiesz. Pomyśl o tym trochę jak o kursach zakładów na konkretny wynik.

Nasz opis grawitacji wydaje się być całkiem dobry, więc może to być kurs na faworyta, że jabłko spadnie z gałęzi na ziemię.

Mam jednak mniejszą pewność, że elektrony są maleńkimi pętlami obracającej się i żyjącej struny, co jest proponowane przez teorię superstrun, i może to być tysiąc do jednego strzałów w dziesiątkę, że dostarczy ona dokładnych opisów przyszłych zjawisk.

Więc, nauka jest jak ciągły dramat na sali sądowej, z ciągłym strumieniem dowodów przedstawianych ławie przysięgłych. Ale nie ma jednego podejrzanego i regularnie pojawiają się nowi podejrzani. W świetle rosnących dowodów, ława przysięgłych stale aktualizuje swój pogląd na to, kto jest odpowiedzialny za dane.

Ale żaden werdykt o absolutnej winie lub niewinności nigdy nie jest zwracany, ponieważ dowody są ciągle zbierane i więcej podejrzanych jest paradowanych przed sądem. Wszystko co ława przysięgłych może zrobić to zdecydować, że jeden podejrzany jest bardziej winny niż inny.

Co udowodniła nauka?

W sensie matematycznym, pomimo wszystkich lat badań sposobu działania wszechświata, nauka niczego nie udowodniła.

Każdy model teoretyczny jest dobrym opisem otaczającego nas wszechświata, przynajmniej w pewnym zakresie skal, w którym jest użyteczny.

Ale eksploracja nowych terytoriów ujawnia braki, które obniżają naszą wiarę w to, czy dany opis nadal dokładnie reprezentuje nasze eksperymenty, podczas gdy nasza wiara w alternatywy może wzrosnąć.

Czy ostatecznie poznamy prawdę i będziemy w stanie utrzymać w naszych rękach prawa, które naprawdę rządzą działaniem kosmosu?

Choć nasz stopień wiary w niektóre modele matematyczne może stawać się coraz silniejszy, bez nieskończonej ilości testów, jak możemy być kiedykolwiek pewni, że są one rzeczywistością?

Sądzę, że najlepiej jest zostawić ostatnie słowo jednemu z największych fizyków, Richardowi Feynmanowi, na temat tego, na czym polega bycie naukowcem:

Mam przybliżone odpowiedzi i możliwe przekonania w różnych stopniach pewności na temat różnych rzeczy, ale nie jestem absolutnie pewien niczego.

Ten artykuł jest częścią serii na temat Zrozumieć badania.

Dalsza lektura:
Dlaczego badania biją na głowę anegdotę w naszym poszukiwaniu wiedzy
Rozjaśnienie zamieszania między korelacją a przyczynowością
Pozytywy w wynikach negatywnych: kiedy znalezienie „niczego” coś znaczy
Ryzyko zbyt wczesnego dmuchania we własną trąbkę na temat badań
Jak znaleźć znane i nieznane w każdym badaniu
Jak mity i tabloidy karmią się anomaliami w nauce
10 wpadek, które wszyscy popełniamy, interpretując badania

.