Metodologiczny dekalog naukowca

Jam jest nauka Twoja, która Cię wywiodła z ziemi irracjonalizmu i domu niewiedzy.

Sądzę, że u podstaw popularności pseudonauki i teorii spiskowych we współczesnym świecie, leży kompletny brak zainteresowania metodą naukową. Bez względu na to czy jesteśmy z nauką zawodowo związani czy nie, mamy z nią stały kontakt i powinniśmy posiadać choćby szczątkowe pojęcie o zasadach jej powstawania, funkcjonowania oraz rozwijania. Poszukując lekkostrawnej formuły prezentującej najważniejsze prawa wiążące uczonych; powstał luźny, może nawet trochę przekorny Dekalog, wsparty o najważniejsze idee filozofów nauki i mistrzów metodologii. 


1. Będziesz pytać wyłącznie o fakty

Marszałek francuskiego króla Ludwika XVIII miał podobno stwierdzić, że do prowadzenia wojny potrzeba tylko trzech rzeczy: pieniędzy, pieniędzy i jeszcze raz pieniędzy. Praca naukowa to również wojna, lecz podstawową walutę stanowią w niej fakty, fakty i jeszcze raz fakty.

Zgodnie z zasadą wyartykułowaną przez samego Alberta Einsteina, cały proces tworzenia teorii naukowej powinien mieć zarówno swoje źródło i ujście w faktach. Tak, już sama decyzja o pochyleniu się nad kartką papieru i wypełnieniu jej nowatorskimi spostrzeżeniami, powinna z czegoś wynikać. Musi istnieć obserwacyjny, eksperymentalny czy logiczny fakt, który zwrócił naszą uwagę i wzbudził na tyle poważne wątpliwości, że postanowiliśmy zakwestionować obecny stan badań.

Metoda naukowa

Weźmy na ten przykład Bohra i jego wzorowany na Układzie Słonecznym model atomu. Schemat obecnie nieaktualny, ale powstały w oparciu o eksperymentalne przesłanki (odkrycie elektronu przez Thompsona oraz jądra atomowego przez Rutherforda) i ówczesny, dostępny Duńczykowi zasób wiedzy. Pokutuje krzywdzące przekonanie, że uczeni wyciągają swoje koncepcje z kapelusza; że praca teoretyka polega na spisywaniu tego co mu się przyśniło, gdy zjadł zbyt obfitą kolację. Nic z tych rzeczy. Nawet takie abstrakcyjne twory jak teoria holograficzna, pętlowa grawitacja kwantowa czy ciemna materia, mają swój początek w faktach. Czasem obserwacyjnych, innym razem matematycznych, ale jednak w konkretnych faktach, które wzbudziły ciekawość okularników w kraciastych koszulach.

2. Nie będziesz miał żadnych autorytetów przed faktem

Nie zrozumcie mnie opacznie. Nie nakłaniam do lżenia profesorów i publicznego palenia ich publikacji. Wręcz przeciwnie, ludzie nauki zasługują na elementarny szacunek, wsparcie i krztę zaufania społeczeństwa. Jest to zresztą praktyczna konieczność, bo podchodzenie z nieufnością do każdego wynalazku, każdej świeżej teorii, byłoby dla nauki tym, czym jest dla wypchanego po brzegi pędzącego autobusu, gwałtowne wciśnięcie hamulca. Nie mamy innego wyboru niż wykorzystywanie dostępnej wiedzy, nawet jeśli w przyszłości dojdzie do jej rewizji

Aby wszystko przebiegało płynnie – bez zbędnych wstrząsów, ale też bez narażania badań na paraliż – potrzebne są zarówno paradygmaty (więcej tutaj) jak i zdrowy sceptycyzm. Nauka wymaga, aby ciągle zadawać pytania i odrzucać teorie sprzeczne ze stale napływającymi faktami. Żadna publikacja nie ma prawa czuć się bezpieczna, bez względu na jej wiek, nazwisko autora, własne poglądy czy sympatie. Kładę jednak nacisk na wyrażenie zdrowy sceptycyzm, gdyż niektórzy mylą tę postawę z absolutną wrogością wobec wytworów nauki. Niebezpiecznym efektem takiego podejścia jest nie tylko nadmierna podejrzliwość do uznanych autorytetów, ale również (nie wiedzieć czemu) łatwowierność wobec wyjaśnień “czary-mary” alternatywnych. Stąd już krótka droga do zaplątania się w sieć teorii spiskowych i utracenia kontaktu z rzeczywistością.

3. Czcij Ockhama i brzytwę jego

William Ockham był niezwykle interesującym człowiekiem, wyrastającym ponad swą epokę. Myślący nieszablonowo średniowieczny zakonnik pozostawał żywo zainteresowany matematyką i logiką, co przekonało go do krytyki tradycyjnej szkoły scholastycznej i ściągnęło mu na głowę gniew papieża. Dla nas jednak najistotniejsze jest niepozorne zdanie, jakie franciszkanin odnotował w jednej ze swych prac: “Nie wolno stawiać wielości bez konieczności”.

Spostrzeżenie to odnosiło się wyłącznie do treści komentowanego podręcznika teologii, ale z czasem ewoluowało i mniej więcej po trzech stuleciach powróciło w odmienionej formie, już jako bardziej ogólna reguła rozumowania. Współcześnie brzmi ona mniej więcej tak: zazwyczaj najprostsze wyjaśnienie jest właściwe, a każda bardziej skomplikowana odpowiedź wymaga adekwatnego uzasadnienia. Zamiast o brzytwie Ockhama, mówimy też czasem o parsymonii, bądź też o zasadzie ekonomii myślenia.

Załóżmy, że podziwiamy monumentalną średniowieczną katedrę bądź perfekcyjnie zaprojektowane piramidy. Badacz może założyć, że w danym okresie budowniczowie po prostu posiadali odpowiednie umiejętności, przyrządy i wiedzę, bądź też, że budowle wzniesiono według planów nieistniejącej, nieznanej dotąd zaawansowanej cywilizacji, która niegdyś zamieszkiwała Ziemię. W zasadzie nie ma przeszkód, dla którego druga hipoteza musiałaby być fałszywa, ale jeśli nie mamy naprawdę mocnego materiału dowodowego (odpowiednio datowanych dokumentów czy śladów starożytnego państwa), wybieramy opcję prostszą w świetle zdroworozsądkowego rozumowania. W innym wypadku wpadlibyśmy w wir niepewności, zmuszający nas do rozpatrywania nieskończonej liczby, coraz bardziej skomplikowanych i nieprawdopodobnych scenariuszy.

Brzytwa Ockhama
Lustereczko, powiedz przecie, która opcja brzmi najprawdopodobniej w świecie?

Problem brzytwy Ockhama został w rewelacyjny sposób ujęty w powieści Kontakt Carla Sagana. Ludzkość złapała sygnał obcego pochodzenia, w którym zakodowano plany tajemniczego wehikułu. Po wydaniu miliardów dolarów urządzenie okazało się nie działać (powiedzmy… bez spilerów), a specjalna komisja zadała interesujące pytanie. Co wydaje się bardziej prawdopodobne: przechwycenie zakodowanej wiadomości od obcych zamieszkujących okolicę Wegi, czy żart stulecia zaplanowany przez słynącego z ekscentryzmu, chorującego na nowotwór miliardera? Autor stawia przed nami dwa scenariusze, z których na dobrą sprawę żaden nie wygląda na znacznie wiarygodniejsze od drugiego.

4. Nie będziesz mnożył bytów ponad miarę

Ockhamowy zakaz “stawiania wielości bez konieczności”, możemy również odczytywać bardziej bezpośrednio. Tak jak nie należy bez przyczyny wybierać rozwiązania nadmiernie skomplikowanego, tak też nie wolno dowolnie dokładać do swojego rozumowania dodatkowych bytów.

Nie stosując się do tego zakazu, dla przywołanego wcześniej przykładu, moglibyśmy ukuć niezliczoną ilość kolejnych wyjaśnień. Katedry i piramidy mogli przecież wznieść przybysze z kosmosu, czarodzieje, duchy, demony, skrzaty… Byty można mnożyć bez końca, tłumacząc nimi każde obserwowane zjawisko. A jednak nie dajemy wiary zapewnieniom brzdąca twierdzącego, że cenny wazon w salonie uległ destrukcji w skutek działalności złośliwego poltergeista. W każdym razie, znaleziona opodal miejsca zdarzenia piłka, podsuwa nam znacznie prawdopodobniejsze wyjaśnienia. Dopuszczając do procesu naukowego krasnoludki, dżiny, wróżki i co tam chcecie, dochodzimy do nieuchronnego, acz bezwartościowego wniosku, że każda z dowolnie zmyślonych odpowiedzi jest równie dobra i równie (nie)prawdopodobna.

5. Nie będziesz stawiał zdań niefalsyfikowalnych

Bodaj najważniejszym osiągnięciem Karla Poppera – metodologicznego cesarza – było ukucie nakazu falsyfikowalności. Być może jest to najistotniejsze spośród wszystkich przykazań tego Dekalogu. Oparcie nauki, nie tyle na potrzebie potwierdzenia danej hipotezy, co na możliwości jej obalania, wydaje się przewrotne, ale praktyczne i w wielu sytuacjach nieodzowne dla wyznaczenia linii demarkacyjnej między tym co naukowe, a tym, co próbuje naukę jedynie udawać.

Karl Popper (1902-1994), autor Logiki odkrycia naukowego – jednej z tych książek, do których powinien zajrzeć każdy.

Rozpatrzmy następujące stwierdzenie: “Ziemia to jedyne miejsce we wszechświecie, na którym zakwitło życie”. Zweryfikowanie tego sądu jest możliwe, choć zabójczo trudne, bowiem w najgorszym razie wymagałoby przeskanowania miliardów układów planetarnych i bilionów planet. W końcu zawsze możemy mieć wielkiego pecha, a kosmici kryją się akurat tym jednym, ostatnim globie, którego nie sprawdziliśmy. Zdanie pozostaje jednak falsyfikowalne i może zostać wypowiedziane jako hipoteza przez naukowca – oczywiście z poparciem odpowiednich, logicznych argumentów – bez narażenia na zarzut nienaukowości. Podstawowy warunek został spełniony: wystarczy trafienie na choćby jedną obcą bakterię, żeby hipoteza uległa obaleniu. Dla przeciwwagi spójrzmy teraz na zdanie: “Koniunkcja Jowisza i Saturna zwiastuje duży zwrot i odreagowanie. Może dojść do wielkich przewrotów, buntów, upadków systemów, dyktatur”. To oczywiście (prawdziwy) przykład wróżby astrologicznej, celowo sformułowanej tak, aby dało się pod nią podciągnąć mnóstwo zdarzeń, które ciągle trapią Ziemię. Chodzi o to, aby przepowiednię zawsze można było potwierdzić, ale w żadnym razie nie sfalsyfikować.

Stawianie tez, które można jedynie potwierdzać, ale w żaden sposób obalić, to pierwszy stopień do pseudonaukowego piekła. O ile więc sformułowanie tezy, której nie umiemy w żaden sposób potwierdzić pozostaje wybaczalnym przewinieniem, o tyle już postawienie twierdzenia, które z zasady nie przewiduje opcji swojego obalenia, zakrawa na grzech śmiertelny. Pamiętajmy przy tym o starej zasadzie: kilka, nawet niezłych dowodów “za”, nie musi przesądzać o prawdziwości danego zdania, ale wystarczy jeden poważny dowód “przeciw”, aby uczynić je fałszywym.

6. Nie będziesz łatał przekonaniami niewiedzy swojej

Nie jesteśmy wszechwiedzący, ale wbrew opinii niektórych osób, nie dowodzi to niczego poza naszą ignorancją. Za każdymi otwartymi drzwiami odnajdujemy kolejne, czasem kilka kolejnych – co jest naturalne i z czego należy ochoczo korzystać. Jedną z najgorszych rzeczy jaką może uczynić naukowiec to pomijanie owych drzwi lub świadome udawanie, że ich nie ma.

Motywy takiego postępowania bywają różne, począwszy od interesów ekonomicznych i politycznych, kończąc na przedkładaniu własnego światopoglądu nad realizm i obiektywizm. Gospodarka opiera się o niewolnictwo? Warto więc oddać głos antropologom poszukującym anatomicznych podstaw wyższości rasy białej nad czarną. Uważamy się za predestynowanych do władania wszechświatem? Wyśmiejmy zatem teorię sugerującą, jakobyśmy mieli wspólnego przodka z szympansem. Jakiś żyd śmie twierdzić, że czas oraz przestrzeń są względne dając przyczynek do nowej wizji fizyki? Zbierzmy stu prawdziwych, aryjskich naukowców i wystosujmy manifest obsmarowujący pyszałka. I tak dalej. Pomijając kwestię rzetelności, błądzący naukowiec sam sobie utrudnia życie, poszukując pasującej mu szczeliny, przy jednoczesnym ignorowaniu wrót otwartych na oścież tuż obok.

Logika w metodzie naukowej

Osobiście uważam, że wiedza pozorna, oparta na niektórych faktach bądź przepuszczona przez pryzmat ideologii, bywa znacznie groźniejsza niż zupełna ignorancja. Badacz niepotrafiący zostawić subiektywnych poglądów w drugich spodniach, podchodzi do procesu naukowego z gotową odpowiedzią. To kolejny grzech śmiertelny, karany wieczną infamią.

7. Pamiętaj abyś przewidywania czynił

Zdarzają się sytuacje, w których uzyskując odpowiedź na zadane przez nas na początku pytanie, w gratisie dostajemy również wyjaśnienie innego zjawiska lub zjawisk. Nie jest to może tak istotny punkt jak przykazania poprzednie, ale niewątpliwie pomoże naszej hipotezie nabrać mocy.

Formułując ogólną teorię względności, Albert Einstein wyjaśnił irytującą anomalię dotyczącą precesji orbity Merkurego, jak również przewidział wpływ masy na zakrzywienie promieni świetlnych – co potwierdził Arthur Eddington obserwacją zaćmienia Słońca w 1919 roku. A to był dopiero początek. Choć sam Einstein z czasem stał się bardziej powściągliwy, jego idea zaczęła żyć własnym życiem pozwalając snuć przewidywania dotyczące m.in. czarnych dziur, wleczenia czasoprzestrzeni czy fal grawitacyjnych. Kiedy koncepcja z taką gracją obejmuje wiele zjawisk, mamy nieopisanie komfortową sytuację.

Należy jednak brać w rachubę również drugą stronę medalu. Jeśli z naszych rozważań wynika opis dodatkowego zjawiska, ale eksperyment potwierdza jedynie zgodność z jednym – trafiamy na dość wredny przypadek anomalii. Albo ten dysonans wytłumaczymy, albo cała publikacja nadaje się na podpałkę.

8. Hartuj nieustannie teorię swoją

Testowanie naukowych przewidywań Karl Popper określał plastycznym mianem hartowania teorii. Skoro koncepcja czyni zadość metodologicznemu warunkowi falsyfikowalności, należy przeprowadzić takie eksperymenty lub obserwacje, które w razie naszej omyłki wykażą jej błędność. W istocie, kuć swoją teorię możemy latami, ale bez porządnego zahartowania pęknie ona w najmniej oczekiwanym momencie. Muszę tu również przypomnieć, że im szerszą, bardziej złożoną teorię tworzymy, tym dłużej przyjdzie nam ją hartować. Przywołana wcześniej ogólna teoria względności, mimo stulecia istnienia, wciąż podlega weryfikacji – głównie dzięki instrumentom, o których eksperymentatorzy epoki Einsteina mogli tylko pomarzyć (patrz: Gravity Probe B, LIGO, Teleskop Horyzontu Zdarzeń). Hartowanie to w istocie niekończąca się opowieść. 

9. Uzgadniaj teorię swoją z całą nauką 

Przykazanie to łamią ze szczególną lubością sieciowi mędrcy, radośnie szkicujący alternatywy dla teorii ewolucji, wielkiego wybuchu czy mechaniki kwantowej. Niestety moi drodzy, ale nauka tworzy system naczyń połączonych, zaś jedno mocne twierdzenie może wywołać swoisty efekt motyla. Wyobraźmy sobie na przykład projekt rzekomo działającego (na papierze) perpetuum mobile. Autor zanim poświęci czas i fundusze na realizację nowatorskiego planu, dla własnego komfortu powinien potroić wysiłki w poszukiwaniu błędu w obliczeniach. Pogwałcenie II zasady termodynamiki jawi się w tej sytuacji niczym wielgachny, czerwony, neonowy baner UWAGA!, wskazujący na gigantyczne niebezpieczeństwo spadku w przepaść. Gdyby urządzenie działało, oznaczałoby to rewizję niejednej teorii fizycznej, chemicznej, biologicznej i skutki, jakich nie sposób przewidzieć.

Rzecz jasna niczego nie można z góry wykluczyć, ale nikłe prawdopodobieństwo takowego odkrycia nakazuje zachować silny sceptycyzm. W końcu, na co są większe szanse: na nagłe obalenie działającego filaru fizyki, czy na to, że mądry inaczej uczony walnął się w równaniach? (Znów ten piekielny Ockham).

Święty Tomasz patrzy

Wszystko w myśl zasady sformułowanej niegdyś przez Carla Sagana: “Nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów”.

10. Będziesz gotów na jej upadek

Wszystko to i tak prędzej czy później wyląduje w koszu. Choć wiele osób nie potrafi tego zrozumieć, metoda naukowa nie ma na celu odnalezienia mitycznej prawdy ostatecznej. Pewność pozostaje zarezerwowana wyłącznie dla nauk formalnych – czystej logiki i matematyki – natomiast we wszystkich innych przypadkach musimy zadowolić się prawdoupodobnianiem teorii. Ciągłym, niekończącym się przybliżaniem do prawdy.

Dobra teoria ma jak najlepiej odpowiedzieć na zadane przez badacza pytanie, na kanwie obecnie posiadanej wiedzy i dostępnych obserwacji. W następnym etapie, co ustaliliśmy wcześniej, koncept będzie podlegał stałemu hartowaniu – i nikt nie powinien być zdziwiony jeśli prędzej czy później ujawni się na nim pęknięcie. Postęp naukowy to nieustanna gonitwa, polegająca na zastępowaniu dobrych pomysłów jeszcze lepszymi.

Nie oznacza to, że starania naukowca pozostają syzyfowym wysiłkiem. Solidne teorie zazwyczaj nie tyle okazują się błędne, co niekompletne. Do pewnego momentu, stanowią dogodny punkt oparcia dla nowych rozważań i są użyteczne. Izaak Newton pomylił się w swojej wizji absolutnego czasu i przestrzeni, ale jego opis prawa ciążenia – dopóki nie mamy do czynienia z prędkościami relatywistycznymi – jest absolutnie wystarczający do skutecznego wystrzeliwania rakiet i umieszczania satelitów na orbicie. Anglik opisał więc poprawnie pewien wycinek rzeczywistości, Einstein natomiast zrobił to jeszcze dokładniej. Raczej nie urodzi się nikt kto wyrzuci STW i OTW na śmietnik historii, ale niemal na pewno jakiś geniusz przyszłości postawi kolejny krok, zada nowe pytania i znajdzie jeszcze ogólniejszą, jeszcze lepszą, jeszcze piękniejszą teorię. Taki już urok nauki.

Literatura uzupełniająca:
K. Popper, Logika odkrycia naukowego, przeł. U. Niklas, Warszawa 2002;
K. Popper, Wiedza obiektywna. Ewolucyjna teoria epistemologiczna, przeł. A. Chmielewski, Warszawa 2002;
W. Sady, Spór o racjonalność naukową. Od Poincarégo do Laudana, Warszawa 2000. 
A. Einstein, Fizyka a rzeczywistość, [w:] Pisma filozoficzne, oprac. S. Butryn, Warszawa 1999.
Jak to było z flagą na Księżycu? O tym jak foton może przekroczyć prędkość światła 7 najlepszych kawałków z procesu Kitzmiller v. Dover [suplement]