Radość nauki ebook

Przedmowa

Jako młody student przeczytałem w połowie lat osiemdziesiątych To Acknowledge the Wonder (Zaakceptować zadziwienie) angielskiego fizyka Euana Squiresa. Książka dotyczyła najnowszych (w tamtym czasie) koncepcji fizyki fundamentalnej i po czterdziestu latach nadal stoi gdzieś u mnie na półce. Po części już się zdezaktualizowała, ale zawsze podobał mi się jej tytuł. W okresie, gdy się zastanawiałem, czy zostać fizykiem, do wyboru kariery naukowej ostatecznie zainspirowały mnie właśnie stwarzane przez nauki ścisłe okazje do „akceptacji zadziwienia”.

Istnieje wiele powodów, dla których ludzie realizują swoje zainteresowania w tym czy innym temacie. W naukach ścisłych niektórzy czerpią przyjemność z wejścia do krateru wulkanu lub przycupnięcia na krawędzi klifu, aby się poprzyglądać gniazdującym ptakom, albo z obserwowania przez teleskop lub mikroskop światów niedostępnych naszym zmysłom. Inni przeprowadzają pomysłowe eksperymenty laboratoryjne w celu poznania tajemnic wnętrza gwiazd albo budują gigantyczne podziemne akceleratory cząstek dla zbadania elementów składowych materii. Niektórzy zajmują się genetyką mikrobów, bo chcą opracować chroniące nas przed nimi leki i szczepionki. Jeszcze inni osiągają biegłość matematyczną i zapełniają kolejne strony abstrakcyjnymi, lecz jakże pięknymi równaniami algebraicznymi albo piszą tysiące linijek kodu instruującego superkomputery, aby zasymulowały pogodę na Ziemi czy ewolucję galaktyk lub nawet wymodelowały procesy biologiczne w naszych ciałach. Nauka to bardzo rozległe przedsięwzięcie, lecz we wszystkich jej obszarach można dostrzec inspirację, pasję i zadziwienie.

Stare porzekadło, zgodnie z którym piękno istnieje jedynie „w oku patrzącego”, odnosi się nie tylko do życia codziennego, ale również do nauki. Jednak to, co uważamy za fascynujące albo piękne, jest bardzo subiektywne. Naukowcy doskonale zdają sobie sprawę, że nowe tematy i sposoby myślenia mogą być zniechęcające. Komuś, kto nie jest odpowiednio zorientowany w danym temacie, może on się wydać wręcz odstręczający. Odpowiedziałbym na to, że jeśli się postaramy, to prawie zawsze będziemy w stanie lepiej zrozumieć ideę lub koncepcję, która kiedyś wydawała się nam nie do zgłębienia. Musimy tylko mieć otwarte oczy i umysły, a także poświęcić dość dużo czasu na przemyślenie sprawy i przyswojenie sobie informacji — niekoniecznie na poziomie eksperckim, lecz na tyle, na ile jest nam to potrzebne.

Posłużmy się w tym miejscu przykładem zwyczajnego i powszechnego zjawiska w świecie przyrody: tęczą1. Wszyscy się chyba zgodzimy, że tęcze mają w sobie coś czarującego. Czy pozbawię je części magii, jeśli wam wyjaśnię ukryty za nimi mechanizm naukowy? Poeta Keats stwierdził, że Newton „zniszczył całą poezję tęczy, sprowadzając ją do kolorów pryzmatycznych”. Moim zdaniem nauka nie tylko nie „niszczy poezji tęczy”, ale wręcz powiększa nasze uznanie dla piękna natury. Sami się przekonajcie, co o tym sądzić.

Tęcze łączą w sobie dwa składniki: słońce i deszcz. Jednak mechanizm naukowy, który prowadzi do tego, że słońce i deszcz wspólnymi siłami tworzą zauważalny na zamglonym niebie kolorowy łuk, jest równie piękny jak sam widok. Tęcze powstają z załamanego światła słonecznego, które dociera do naszych oczu po przebiciu się przez miliardy kropel deszczu. Kiedy promienie słoneczne wnikają w poszczególne kropelki wody, wszystkie kolory, które składają się na światło słoneczne, zwalniają i podróżują z różnymi prędkościami, wyginając się i oddzielając od siebie na skutek procesu zwanego refrakcją2.

Następnie poszczególne kolory odbijają się od przeciwległych ścianek, wracają i wyskakują z kropli, załamując się po raz drugi, aż wreszcie rozpościerają się w kolorowy wachlarz tęczy. Jeśli zmierzymy kąty pomiędzy promieniem słonecznym a różnobarwnymi promieniami wychodzącymi z zasłony deszczu, którą mamy przed oczyma, to stwierdzimy, że kąty te mieszczą się w przedziale od 40 stopni dla światła fioletowego, które ulega największemu załamaniu i dlatego tworzy najniższy pas tęczy, do 42 stopni dla światła czerwonego, gdyż ulega ono najmniejszemu załamaniu i tworzy pas górny (zob. schemat)3.

Co jeszcze bardziej zadziwiające, łuk rozszczepionego światła słonecznego to tak naprawdę tylko górna część koła — zakrzywiona powierzchnia leżącego na boku wyimaginowanego stożka, którego wierzchołek znajduje się w naszych oczach. Ponieważ stoimy na ziemi, widzimy jedynie górną połowę stożka, lecz gdybyśmy byli w stanie wznieść się pod niebo, zobaczylibyśmy całą tęczę jako pełne koło.

Tęczy nie można dotknąć. Nie ma ona substancji, nie istnieje w żadnej konkretnej części nieba i jest niematerialną interakcją pomiędzy światem przyrody a naszymi oczami i mózgiem. Każdy tak naprawdę widzi inną tęczę, złożoną z tych promieni światła, które docierają do jego oczu.

Każdy doświadcza zatem swojej własnej, niepowtarzalnej tęczy, stworzonej przez naturę dla niego i tylko dla niego. Według mnie właśnie to może nam dać rozumienie naukowe: bogatszy, głębszy, a także bardziej osobisty obraz świata, którego bez nauki byśmy nie uzyskali.

Tęcze to coś więcej niż piękne barwne łuki, tak jak nauka to coś więcej niż twarde fakty i lekcje krytycznego myślenia. Nauka pomaga nam postrzegać świat głębiej, wzbogaca nas i oświeca. Mam nadzieję, że ta książka wciągnie was w rzeczywistość światła i koloru, prawdy i głębokiego piękna — rzeczywistość, która nigdy się nie zatrze, jeśli wszyscy będziemy mieli otwarte oczy i umysły i będziemy dzielili się ze sobą swoją wiedzą. Im uważniej patrzymy, tym więcej możemy zobaczyć i tym mocniej możemy się zadziwić. Chciałbym, abyście dołączyli do mnie w akceptacji zadziwienia — radości nauki.

 Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Wstęp

Wiosną 2021 roku, kiedy piszę te słowa i wszyscy wciąż jeszcze odczuwają skutki pandemii wirusa Covid, jesteśmy świadkami sejsmicznej zmiany w sposobie postrzegania nauki przez mieszkańców całego świata: jej roli i wartości dla społeczeństwa, metody prowadzenia badań naukowych i testowania hipotez, a także sposobów komunikowania przez naukowców ich odkryć i wyników. Krótko mówiąc, mimo że dzieje się to w wyjątkowo druzgocących i tragicznych okolicznościach, nauka i naukowcy w bezprecedensowym stopniu są dzisiaj bacznie obserwowani. Wyścig do zrozumienia wirusa SARS-CoV-2 i znalezienia sposobów na jego pokonanie z pewnością uwydatnił fakt, że bez nauki ludzkość nie zdołałaby przetrwać.

Choć zawsze będą istnieć tacy, którzy boją się nauki i traktują ją podejrzliwie, u znacznej części ludzi dostrzegam dużo więcej niż dotychczas uznania dla metody naukowej i zaufania do niej, ponieważ coraz więcej z nas zdaje sobie sprawę, że nasz los zależy nie tyle od polityków, ekonomistów czy duchownych, ile od wiedzy o świecie zdobywanej dzięki nauce. Również naukowcy zaczynają rozumieć, że nie mogą zatrzymywać wyników badań tylko dla siebie. Musimy przy tym wkładać sporo wysiłku w jak najrzetelniejsze i najbardziej zrozumiałe wyjaśnienie tego, jak pracujemy, jakie zadajemy pytania i czego udaje nam się dowiedzieć, oraz w pokazanie światu, w jaki sposób pozyskiwana przez nas wiedza może być wykorzystywana z pożytkiem dla wszystkich. W bardzo realnym sensie całe nasze życie zależy dzisiaj od tysięcy wirusologów, genetyków, immunologów, epidemiologów, twórców modeli matematycznych, psychologów behawioralnych i epidemiologów na całym świecie, którzy wspólnie pracują nad pokonaniem śmiertelnie groźnego wirusa. Ale sukces przedsięwzięcia naukowego zależy również od gotowości społeczeństwa — zarówno w sensie zbiorowym, jak i indywidualnym — do podejmowania decyzji podbudowanych zdobytą przez naukowców wiedzą dla dobra nas samych, naszych bliskich i całych społeczeństw.

Dalsze sukcesy nauki — czy to w rozwiązywaniu największych problemów ludzkości w XXI wieku, takich jak pandemie, zmiany klimatyczne, choroby i ubóstwo, czy to w tworzeniu zadziwiających technologii, wysyłaniu misji na Marsa i rozwijaniu sztucznej inteligencji, czy to po prostu w poszerzaniu wiedzy o nas samych i naszym miejscu we wszechświecie — wymagają otwartości i ducha współpracy pomiędzy naukowcami i zwykłymi ludźmi. To z kolei powinno wymusić u polityków rezygnację z jakże częstych obecnie postaw izolacjonizmu i nacjonalizmu. Covid-19 nie uznaje granic pomiędzy państwami, kulturami, rasami czy religiami. Nie uznaje ich również żaden z największych problemów, przed którymi stoimy jako gatunek. Dlatego też rozwiązywanie ich, podobnie jak badania naukowe, musi być przedsięwzięciem zbiorowym, opartym na współpracy.

Tymczasem prawie osiem miliardów mieszkańców naszej planety cały czas żyje własnym życiem, podejmuje i realizuje decyzje w warunkach gęstej mgły mylących i… fałszywych informacji. Jak zatem nakłonić ich do tego, aby cofnęli się o krok i spojrzeli na świat i siebie samych bardziej obiektywnie? W jaki sposób uporządkować całe to zagmatwanie i poprawić nasz indywidualny i zbiorowy los?

Prawda jest taka, że zamęt i dezinformacja nie są niczym nowym, podobnie jak ogromne luki w naszej wiedzy. Świat, z którym musimy się mierzyć, jest ponury, chaotyczny, a czasem nawet przytłaczający. W tym oczywiście również nie ma nic nowego. Na tym założeniu opiera się zresztą nauka: ludzie wymyślili metodę naukową właśnie po to, aby zrozumieć dezorientujący i skomplikowany kosmos. W codziennym życiu każdy z nas — zarówno naukowiec, jak i dyletant — napotyka kipiący od informacji świat, który bezustannie mu przypomina o jego niewiedzy. Co możemy z tym zrobić? Ba, dlaczegomielibyśmy cokolwiek z tym robić?

Niniejsza książka została pomyślana jako krótki, uniwersalny przewodnik po tym, jak myśleć i żyć trochę bardziej naukowo. Zanim przystąpicie do dalszej lektury, poświęćcie chwilę na zadanie sobie następujących pytań: czy chcę się dowiedzieć, jaki ten świat jest naprawdę? Czy chcę podejmować decyzje na podstawie tej wiedzy? Czy chcę złagodzić strach przed nieznanym za pomocą oferowanych przez naukę nadziei, możliwości, a nawet radości? Jeżeli jesteście skłonni do udzielenia odpowiedzi twierdzącej na którekolwiek z tych pytań i nawet jeśli (a może powinienem raczej powiedzieć „zwłaszcza jeśli”) nie wiecie jeszcze, jakie te pytania budzą w was odczucia, ta książka powinna wam pomóc.

Choć jestem czynnym naukowcem, nie twierdzę, że mam do przekazania jakąś głęboką mądrość; bardzo zależy mi na tym, aby uniknąć jakichkolwiek tonów wyższości czy protekcjonalności. Po prostu chcę wyjaśnić, w jaki sposób myślenie naukowe może dać wam pewną kontrolę nad skomplikowanymi i sprzecznymi informacjami, które do was docierają. Ta książka nie zawiera wykładów z filozofii moralnej ani listy umiejętności życiowych czy technik terapeutycznych, dzięki którym poczulibyście się szczęśliwsi albo lepiej kierowali swoim życiem. Zamierzam w niej mówić o istocie nauki i jej uprawiania, o wypróbowanym i sprawdzonym podejściu, które od wieków tak bardzo pomaga ludzkości w jej dążeniach do zrozumienia świata. Lecz nauka tak dobrze nam służy między innymi dlatego, że właśnie po to ją stworzono: aby wspierać ludzi takich jak wy i ja w rozwikływaniu zawiłości świata i wypełnianiu luk w naszej wiedzy, natomiast w sensie bardziej ogólnym — aby nas uzbroić w pewność siebie i lepszą perspektywę przy spotkaniach z nieznanym.

Ponieważ sposób uprawiania nauki przez ludzkość tak dobrze, od tak dawna i tak skutecznie tej ludzkości służy, sądzę, że warto podzielić się z wami tym sposobem myślenia.

Zanim przedstawię argumenty za tym, dlaczego każdy powinien myśleć bardziej naukowo, muszę pokazać, jak rozumują sami naukowcy, którzy, tak jak inni ludzie, funkcjonują w realnym świecie. Istnieją wspólne dla wszystkich badaczy sposoby myślenia, z których możemy korzystać przy spotkaniach z nieznanym i podejmowaniu decyzji w życiu codziennym. Napisałem tę książkę po to, aby podzielić się tymi sposobami ze wszystkimi. Zawsze były przeznaczone dla wszystkich, ale ten fakt gdzieś po drodze najwyraźniej się zagubił.

Przede wszystkim, wbrew powszechnemu mniemaniu, nauka niejest zbiorem faktów o świecie — zbiór faktów o świecie nazywamy „wiedzą”. Nauka to raczej sposób myślenia o świecie i nadawania mu sensu, który może skutkować nową wiedzą. Oczywiście istnieje wiele dróg do zdobycia wiedzy i rozumienia, na przykład poprzez sztukę, poezję, literaturę, teksty religijne i debatę filozoficzną czy też kontemplację i refleksję. Jeśli jednak chcemy się dowiedzieć, jak naprawdę wygląda świat — fizycy czasem nazywają to „prawdziwą naturą rzeczywistości” — to nauka ma dużą przewagę, ponieważ opiera się na „metodzie naukowej”.

Metoda naukowa

Określenie „metoda naukowa” sugeruje, że istnieje tylko jeden sposób „uprawiania” nauki. Taki wniosek byłby jednak nieuprawniony. Kosmologowie tworzą egzotyczne teorie, które wyjaśniają obserwacje astronomiczne; medycy przeprowadzają randomizowane badania z grupą kontrolną, aby sprawdzić skuteczność nowego leku lub szczepionki; chemicy mieszają ze sobą związki w probówkach, aby zobaczyć, jak ze sobą reagują; klimatolodzy tworzą wyrafinowane modele komputerowe, które naśladują interakcje i zachowanie atmosfery, oceanów, lądu, biosfery i Słońca; dzięki metodzie rozwiązywania równań algebraicznych i głębokim przemyśleniom Einstein doszedł do wniosku, że czas i przestrzeń mogą się zakrzywiać w polu grawitacyjnym. Powyższa lista przedstawia jedynie drobny wycinek wszystkich sposobów uprawiania nauki, ale wyłania się z niej pewien schemat. Można by powiedzieć, że wszystkie te działania wiążą się z zaciekawieniem jakimś aspektem świata — naturą przestrzeni i czasu, właściwościami materii, funkcjonowaniem ludzkiego ciała — a także z chęcią dowiedzenia się czegoś więcej, osiągnięcia głębszego rozumienia.

Ale czy nie jest to stwierdzenie zbyt ogólne? Historycy na pewno są zaciekawieni różnymi aspektami świata i także oni szukają dowodów potwierdzających jakąś hipotezę albo prowadzących do nieznanego wcześniej faktu z przeszłości. Czy zatem powinniśmy uznać historię za naukę ścisłą? A co ze zwolennikami teorii spiskowych, którzy twierdzą, że Ziemia jest płaska? Czy nie są oni zaciekawieni światem tak samo jak naukowcy i tak samo chętni do znalezienia racjonalnych dowodów na poparcie swojego twierdzenia? Dlaczego więc mówimy o nich, że są „nienaukowi”? Dlatego, że w odróżnieniu od naukowców i historyków płaskoziemcy nie odrzuciliby swojej teorii, gdyby im przedstawiono niepodważalne dowody przeciwko niej, takie jak zdjęcia NASA z kosmosu pokazujące krzywiznę naszej planety. Sama ciekawość świata najwyraźniej nie oznacza, że ktoś myśli naukowo.

Istnieje wiele cech, które odróżniają metodę naukową od innych ideologii, na przykład falsyfikowalność, replikowalność, uznanie niepewności i docenianie przyznawania się do błędów; wszystkie te elementy przeanalizuję w tej książce. Na razie jednak przyjrzyjmy się pokrótce kilku elementom wspólnym dla metody naukowej i innych sposobów myślenia — niekoniecznie uchodzących za naukowe — aby pokazać, że żadna z tych cech nie spełnia samawsobie rygorystycznych wymogów metody naukowej.

W nauce należy wciąż testować i kwestionować twierdzenia lub hipotezy, nawet jeśli istnieją przytłaczające dowody na ich poparcie. Decyduje o tym fakt, że teorie naukowe muszą być falsyfikowalne — autor każdej teorii naukowej powinien wskazać sposób lub sposoby na jej obalenie4.

Klasycznym przykładem mogłaby być teoria naukowa, że wszystkie łabędzie są białe. Teoria ta jest falsyfikowalna, ponieważ jesteśmy w stanie udowodnić jej fałszywość, jeśli zaobserwujemy choćby jednego łabędzia innego koloru. Jeśli znajdą się dowody przeczące tej teorii, wówczas musi ona zostać zmodyfikowana lub odrzucona. Teorii spiskowych nie można uznać za naukę między innymi dlatego, że żadna ilość obalających dowodów nie przekonałaby ich zwolenników. Co więcej, prawdziwy wyznawca teorii spiskowych postrzega każdy dowód jako potwierdzenie swoich poglądów. Tymczasem my, naukowcy, mamy odwrotne podejście. W obliczu nowych danych zmieniamy zdanie, gdyż wpojono nam, że należy unikać absolutnej pewności fanatyka, który z uporem twierdzi, iż istnieją tylko białe łabędzie.

Teoria naukowa musi być również testowalna i weryfikowalna w świetle dowodów i danych empirycznych. Innymi słowy, powinna dawać możliwość formułowania przewidywań, a następnie sprawdzania, czy przewidywania te znajdują potwierdzenie eksperymentalne lub obserwacyjne. To jednak samo w sobie również nie wystarcza. W końcu formułowanie przewidywań umożliwia także astrologia. Czy dzięki temu staje się ona prawdziwą nauką? A jeśli przewidywania astrologiczne się potwierdzają, czy to sankcjonuje naukowość astrologii?

Pozwólcie, że opowiem wam historię neutrin szybszych od światła. Ogłoszona w 1905 roku szczególna teoria względności Einsteina przewiduje, że nic we wszechświecie nie może się poruszać szybciej niż światło. Fizycy są dzisiaj tak bardzo pewni prawdziwości tej teorii, że jeśli jakiś pomiar pokazuje prędkość wyższą od prędkości światła, upierają się z reguły przy tym, iż musi to być błąd. Ale właśnie coś takiego zgłoszono w 2011 roku po słynnym już eksperymencie z wiązką cząstek subatomowych zwanych „neutrinami”. Większość fizyków nie uwierzyła w te wyniki. Czy był to skutek dogmatyzmu i zamkniętego umysłu? Laik tak właśnie mógłby sobie pomyśleć. Postawmy po drugiej stronie astrologa, który twierdzi, że we wtorek gwiazdy jego klienta znajdą się w jednej linii i otrzyma on dobrą wiadomość — a potem szef da klientowi awans. W jednym przypadku mamy teorię sprzeczną z danymi doświadczalnymi, w drugim zaś teorię, której przewidywania znajdują potwierdzenie w przyszłych wydarzeniach. Dlaczego zatem możemy powiedzieć, że teoria względności jest teorią autentycznie naukową, natomiast astrologia już nie?

Jak się okazało, fizycy mieli rację, nie rezygnując tak łatwo z teorii względności, ponieważ zespół, który przeprowadził eksperyment z neutrinami, jakiś czas później odkrył, że światłowód został niewłaściwie podłączony do urządzenia pomiarowego i naprawa tej sytuacji wyeliminowała wyniki szybsze niż światło. Faktem jest, że gdyby ten eksperyment był poprawny i neutrina rzeczywiście poruszały się szybciej niż światło, podważyłoby to wyniki tysięcy innych eksperymentów, które udowodniły coś przeciwnego. Istniało jednak racjonalne wyjaśnienie zaskakujących wyników i teoria względności wytrzymała tę próbę. A ufamy jej nie dlatego, że nie dała się obalić (błędnemu) wynikowi eksperymentu, lecz z racji tego, że tak wiele innych wyników eksperymentalnych potwierdziło jej poprawność. Innymi słowy, teoria względności jest falsyfikowalna, testowalna i wciąż trzyma się mocno, bo pasuje do całego szeregu zjawisk, które uważamy za prawdziwe.

Tymczasem poprawne przewidywania astrologiczne to kwestia czysto losowa, gdyż nie wyjaśnia ich żaden mechanizm fizyczny. Na przykład od czasów wymyślenia znaków zodiaku widok nieba zmienił się z powodu przesunięcia osi Ziemi, czyli nikt z nas nie urodził się pod znakiem, który przypisuje mu astrologia. Co ważniejsze, w świetle dzisiejszego rozumienia prawdziwej natury gwiazd i planet wszelkie teoretyczne podstawy do przypisywania zodiakowi znaczenia stały się bezużyteczne. Gdyby astrologia mówiła prawdę — czyli gdyby odległe gwiazdy, których światło podróżuje do nas przez wiele lat, a ich oddziaływanie grawitacyjne jest dla nas absolutnie nieodczuwalne, wpływały na przyszłe wydarzenia z niezwykle skomplikowanego życia ludzi — należałoby odrzucić całą fizykę i astronomię, w dodatku potrzebowalibyśmy nowego, irracjonalnego i nadprzyrodzonego wyjaśnienia dla wszystkich zjawisk, które nauka obecnie tak dobrze tłumaczy i na których zbudowany jest współczesny świat, w tym cała technologia.

 Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki