Cercetarea de bază: Ce înțelegem de fapt prin cercetare și cum ne ajută ea să ne informăm despre înțelegerea lucrurilor? Acei oameni care așteaptă ca dovada să vină din orice cercetare în știință vor fi dezamăgiți din păcate.

Ca astrofizician, trăiesc și respir știință. O mare parte din ceea ce citesc și aud este formulat în limbajul științei, care pentru cei din afară poate părea puțin mai mult decât jargon și galimatie. Dar un cuvânt este rareori rostit sau tipărit în știință, iar acel cuvânt este „dovadă”. De fapt, știința are prea puțin de-a face cu „dovedirea” a ceva.

Este posibil ca aceste cuvinte să vă fi provocat o expresie de îngrijorare pe față, mai ales că mass-media ne spune continuu că știința dovedește lucruri, lucruri serioase cu potențiale consecințe, cum ar fi faptul că turmericul poate înlocui, aparent, 14 medicamente, și lucruri mai frivole, cum ar fi faptul că știința a dovedit că mozzarella este brânza optimă pentru pizza.

Cert este că știința a dovedit acestea și multe alte lucruri. Nu este așa!

Calea matematicianului

Matematicienii demonstrează lucruri, iar acest lucru înseamnă ceva destul de specific. Matematicienii stabilesc un anumit set de reguli de bază, cunoscute sub numele de axiome, și determină ce afirmații sunt adevărate în acest cadru.

Una dintre cele mai cunoscute dintre acestea este geometria antică a lui Euclid. Cu doar o mână de reguli care definesc un spațiu perfect și plat, nenumărați copii din ultimele câteva milenii au transpirat pentru a demonstra relația lui Pitagora pentru triunghiuri dreptunghice, sau că o linie dreaptă va traversa un cerc cel mult în două locuri, sau o multitudine de alte afirmații care sunt adevărate în cadrul regulilor lui Euclid.

În timp ce lumea lui Euclid este perfectă, definită de liniile sale drepte și cercuri, universul în care locuim nu este. Figurile geometrice desenate cu hârtia și creionul sunt doar o aproximare a lumii lui Euclid, unde afirmațiile de adevăr sunt absolute.

În ultimele secole am ajuns să realizăm că geometria este mai complicată decât cea a lui Euclid, mari matematicieni precum Gauss, Lobachevsky și Riemann oferindu-ne geometria suprafețelor curbe și deformate.

În această geometrie neeuclidiană, avem un nou set de axiome și reguli de bază și un nou set de afirmații de adevăr absolut pe care le putem demonstra.

Aceste reguli sunt extrem de utile pentru a naviga pe această planetă (aproape) rotundă. Una dintre (multele) mari realizări ale lui Einstein a fost să arate că însăși curbarea și deformarea spațiu-timpului ar putea explica gravitația.

Dar, lumea matematică a geometriei neeuclidiene este pură și perfectă, deci doar o aproximare a lumii noastre dezordonate.

Ce este știința?

Dar există matematică în știință, strigați voi. Tocmai am ținut un curs despre câmpuri magnetice, integrale de linie și calcul vectorial, și sunt sigur că studenții mei ar fi de acord cu ușurință că există multă matematică în știință.

Și abordarea este aceeași ca și în cazul altor matematici: definiți axiomele, examinați consecințele.

Celebrul E=mc2 al lui Einstein, extras din postulatele privind modul în care legile electromagnetismului sunt văzute de observatori diferiți, teoria sa specială a relativității, este un prim exemplu în acest sens.

Dar astfel de dovezi matematice sunt doar o parte din povestea științei.

Partea importantă, cea care definește știința, este dacă astfel de legi matematice sunt o descriere exactă a universului pe care îl vedem în jurul nostru.

Pentru a face acest lucru trebuie să colectăm date, prin observații și experimente ale fenomenelor naturale, și apoi să le comparăm cu predicțiile și legile matematice. Cuvântul central în acest demers este „dovezi”.

Detectivul științific

Latura matematică este pură și curată, în timp ce observațiile și experimentele sunt limitate de tehnologii și incertitudini. Compararea celor două este învăluită în domeniile matematice ale statisticii și inferenței.

Mulți, dar nu toți, se bazează pe o abordare particulară în acest sens, cunoscută sub numele de raționament bayesian, pentru a încorpora dovezile observaționale și experimentale în ceea ce știm și pentru a ne actualiza credința într-o anumită descriere a universului.

Aici, credința înseamnă cât de încrezător ești în faptul că un anumit model este o descriere exactă a naturii, pe baza a ceea ce știi. Gândiți-vă la ea un pic ca la cotele de pariere pe un anumit rezultat.

Descrierea noastră a gravitației pare a fi destul de bună, așa că ar putea fi o cotă favorită că un măr va cădea de pe o creangă pe pământ.

Dar am mai puțină încredere în faptul că electronii sunt mici bucle de corzi care se rotesc și se învârt, așa cum propune teoria super-cordurilor, și ar putea fi o șansă de o mie la unu ca aceasta să ofere descrieri exacte ale fenomenelor viitoare.

Deci, știința este ca o dramă de tribunal în curs de desfășurare, cu un flux continuu de dovezi care sunt prezentate juriului. Dar nu există un singur suspect și noi suspecți sunt aduși cu regularitate. În lumina dovezilor din ce în ce mai numeroase, juriul își actualizează în mod constant opinia cu privire la cine este responsabil pentru aceste date.

Dar nu se pronunță niciodată un verdict de vinovăție sau nevinovăție absolută, deoarece se adună în mod continuu probe și mai mulți suspecți defilează în fața instanței. Tot ce poate face juriul este să decidă că un suspect este mai vinovat decât altul.

Ce a dovedit știința?

În sens matematic, în ciuda tuturor anilor de cercetare a modului în care funcționează universul, știința nu a dovedit nimic.

Care model teoretic este o bună descriere a universului din jurul nostru, cel puțin într-un anumit interval de scări la care este util.

Dar explorarea în noi teritorii dezvăluie deficiențe care ne scad încrederea în faptul că o anumită descriere continuă să reprezinte cu acuratețe experimentele noastre, în timp ce credința noastră în alternative poate crește.

Vom cunoaște în cele din urmă adevărul și vom deține în mâinile noastre legile care guvernează cu adevărat funcționarea cosmosului?

În timp ce gradul nostru de credință în unele modele matematice poate deveni din ce în ce mai puternic, fără o cantitate infinită de teste, cum putem fi vreodată siguri că acestea reprezintă realitatea?

Cred că cel mai bine este să-i lăsăm ultimul cuvânt unuia dintre cei mai mari fizicieni, Richard Feynman, cu privire la ceea ce înseamnă să fii om de știință:

Am răspunsuri aproximative și credințe posibile în diferite grade de certitudine cu privire la diferite lucruri, dar nu sunt absolut sigur de nimic.

Acest articol face parte dintr-o serie despre Înțelegerea cercetării.

Citește mai departe:
De ce cercetarea învinge anecdota în căutarea noastră de cunoștințe
Dezlegarea confuziei dintre corelație și cauzalitate
Rezultatele pozitive în rezultatele negative: când a nu găsi „nimic” înseamnă ceva
Riscurile de a sufla în propria trompetă prea devreme în cercetare
Cum să găsești lucrurile cunoscute și necunoscute în orice cercetare
Cum miturile și tabloidele se hrănesc cu anomaliile din știință
Cele 10 greșeli pe care le facem cu toții atunci când interpretăm cercetarea

.