I betragtning af den synlige betydning af teknologi i vores liv, kan man blive fristet til at sige, at videnskab er teknologi. Det er rigtigt at videnskaben danner grundlag for teknologi, gennem et gensidigt støttende forhold, hvor i den ene tillader fremskridt via den anden. Alligevel er videnskab meget mere end teknologi. Videnskaben kan ikke mere blive reduceret til dens praktiske teknologiske anvendelse, end en olympisk atlet kan reduceres til udnyttelse af de opnåede resultater for at markedsføre sko eller andre produkter. I stedet bør vi forstå videnskaben, som en grundlæggende måde at se verden på, gennem den videnskabelige metode, et verdenssyn, der har overlevet konstante omvæltninger og udfordringer.
Den videnskabelige metode og videnskabelige principper
Hvis videnskaben er mere end teknologi, kan man i stedet foreslå, at videnskab er den videnskabelige metode. Lad os hurtigt gennemgå, hvordan den videnskabelige metode fungerer. Lad os antage at en forsker får en idé, der kan forklare en bestemt observation eller et bestemt fænomen. Forskeren præsenterer sin idé for sine kollegaer, som en hypotese. Forskerens kollegaer, søger nu efter testbare forudsigelser, der kan modbevise hypotesen. Dette er en vigtig egenskab ved den videnskabelige metode, fordi enhver hypotese der ikke er falsificerbar – med andre ord modbevisbar – kun kan være baseret på tro alene. Tro tjener sit egen formål i samfundet, men den er ikke en videnskab. Efterhånden som fortsættende tests undlader at modbevise en hypotese, vil forskerne komme til at acceptere den som en teori, men aldrig som en ubestridt kendsgerning. Videnskabelige teorier accepteres kun, så længe deres forudsigelser underbygges. Et klassisk eksempel, er Einsteins relativitetsteori, der har modstået mere end et århundrede med videnskabelige bestræbelser på at modbevise dens forudsigelser.
Videnskab er undertiden blevet misforstået, på grund af den måde som forskere bruger dagligdagsord på. Et eksempel er ordet teori. I daglig tale, kan teori betyde noget der er lidt mere end en formodning eller et gæt: ”Har du en teori om hvem der har gjort det?” ”Min teori er at en anden part vil vinde næste valg”. I daglig sprogbrug er en teori noget der fortjener et lidt alvorligere hensyn. Vi siger trods alt ”det er kun et teori”.
I stærk kontrast til dette, er en videnskabelig teori, en omhyggeligt konstrueret påstand, der tager hensyn til alle de relevante data og al vores forståelse for, hvordan verden fungerer og den laver testbare forudsigelser om udfaldet af fremtidige observationer og eksperimenter. En teori, er en veludviklet idé, der er klar til at blive konfronteret med naturen. En velbestyrket teori, er en teori der har overlevet mange sådanne tests. Snarere end at være simple spekulationer, repræsenterer og opsummerer videnskabelige teorier, viden og forståelse der giver grundlæggende indsigt i verden omkring os. En vellykket og velbekræftet teori, er højdepunktet af den menneskelige viden om verden.
Teorier, udfylder en plads i et løst defineret hierarki af videnskabelig viden. I videnskab, har ordet idé sin daglige brug: en idé er bare en forestilling om, hvordan noget kunne være. I videnskaben, er en hypotese en idé, der fører til testbare forudsigelser. En hypotese kan være forløberen til en videnskabelig teori, eller den kan være baseret på en eksisterende teori, eller begge dele. Når en idé er blevet tænkt grundigt nok igennem, er blevet bundet solidt til eksisterende teoretisk og eksperimentel viden og frembringer testbare forudsigelser, så er den idé blevet en teori. Forskere opbygger teoretiske modeller, der bruges til at forbinde teorien med adfærden af komplekse systemer. I sidste ende, er grundlaget for at vælge mellem forskellige konkurrerende teorier, deres succes ved forudsigelserne. Nogle teorier er blevet så grundigt afprøvet og er af så grundlæggende betydning, at vi kommer til at referere til dem som fysiske love.
Et videnskabeligt princip, er en generel idé eller mening om, hvordan universet er det, der guider vores opstilling af nye teorier. Ockham’s ragekniv for eksempel, er et ledende princip i videnskaben om, at når vi står over for to hypoteser der forklarer et bestemt fænomen lige godt, bør vi vedtage den simpleste af de to. I hjertet af den moderne astronomi, er et andet princip: det kosmologiske princip. Kort sagt, siger det kosmologisk princip, at i stor skala, er Universet det samme overalt. Det vil sige, at når vi ser ud omkring os, er hvad vi ser, repræsentativt for, hvordan Universet generelt ser ud. Med andre ord, er der ikke noget særligt ved vores bestemte beliggenhed. I forlængelse heraf, adlyder både stof og lys de samme fysiske love i hele rum/tiden, som de gør i dag på Jorden. Denne forudsætning betyder, at de samme fysiske love som vi kender til fra jordbaserede laboratorier, kan overføres direkte til at forstå hvad der foregå i centrum af stjerner eller i hjertet af fjerne galakser. Hver ny succes, der kommer fra at anvende det kosmologiske princip på observationer af universet omkring os – hver ny teori, der lykkes i at forklare eller forudsige mønstre og relationer mellem himmellegemer – tilføjer tillid, til gyldigheden af denne hjørnesten i vores verdensbillede. Vi vil se nærmere på det kosmologiske princip senere i denne bog.
Videnskab som en mulighed for at “vide”
Vejen til videnskabelig viden, er solidt baseret på den videnskabelige metode. Dette koncept er så vigtig for din forståelse af, hvordan videnskaben fungerer, at vi bør fremhæve det igen. Den videnskabelige metode består af observation eller idé, efterfulgt af en hypotese, efterfulgt af forudsigelser, efterfulgt af yderligere observation eller eksperimenter for at teste forudsigelserne og slutter som en afprøvet teori, som illustreret i figur 1.8. For alle praktiske formål, definerer den, hvad vi mener, når vi bruger verbet ”at vide”. Det siges sommetider, at den videnskabelige metode, er måden hvorpå forskerne viser at noget er sandt, men faktisk er det en måde at bevise at noget ikke er falskt. Før forskerne accepterer noget som sandt, har de arbejdet hårdt på at bevise at det er falskt. Først efter gentagne forsøg på at modbevise en idé er fejlet, begynder forskerne at acceptere dens sandsynlige gyldighed. For at en teori gives seriøse videnskabelige overvejelser, skal den være falsificerbar. Det vil sige, den skal være i stand til at blive vist at den er falsk. Videnskabelige teorier accepteres kun, så længe de er i stand til at blive testet og ikke har vist sig at være falske. Set i denne kontekst, er al videnskabelig viden foreløbig.
Til trods for at være bundet så tæt til den videnskabelige metode, kan videnskab ikke siges at være mere den videnskabelige metode end musik kan siges at være reglerne for at nedfælde et musikalsk stykke som noder. Den videnskabelige metode giver reglerne til at spørge naturen om en given idé er falsk, men den giver ingen indsigt i, hvor ideen kom fra i første instans, eller hvordan eksperimentet er designet. Hvis du kunne lytte en gruppe forskere der diskuterer deres arbejde, ville du blive overrasket over at høre dem bruge ord som indsigt, intuition og kreativitet. Forskere omtaler en smuk teori på samme måde, som en kunstner taler om et smukt maleri eller en musiker taler om en smuk præstation. Men videnskaben er ikke det samme som kunst eller musik på ét væsentligt punkt: mens kunst og musik bliver bedømt af en menneskelig jury alene, er det i videnskaben naturen (ved anvendelse af den videnskabelige metode), der træffer de endelige beslutninger om, hvilke teorier der kan holde og hvilke teorier der skal kasseres. Naturen er ligeglad med, hvad vi ønsker skal være sandt. I videnskabens historie, er mangen smuk og elsket teori måtte opgives. På samme tid, er der i videnskaben en æstetik, der er så menneskelig og dyb, som dem fundet i kunst eller musik, som figur 1.9 illustrerer.
Videnskabelige revolutioner
Som vi har set, kan videnskaben ikke defineres som enten teknologi eller den videnskabelige metode, selv om den er relateret til begge. Det er også forkert at sige, at videnskaben blot er en entitet af fakta. Hvis vi begrænser vore definition af videnskaben, til entiteten af de eksisterende fakta, ville vi ikke kunne formidle den dynamiske karakter af videnskabelige undersøgelser. Forskere foregiver ikke at have alle svarene og vi er hele tiden nødt til at redefinere vores ideer til nye data og nye indsigter (dette er trods alt, hvad det betyder ”at lære”). Sårbarheden af viden der implicit ligger i den videnskabelige metode, kan synes som en svaghed ved første øjekast. ”Altså, du ved virkelig ikke noget”, vil den kyniske studerende måske sige. Men denne sårbarhed, er faktisk videnskabens store styrke. De er, hvad der holder os ærlige. Når en idé er erklæret for at være ”sandhed”, så stopper alle fremskridt. I videnskab, forbliver selv vore mest skattede ideer om naturen, i spil og anfægtes af dokumentation i henhold til reglerne i den videnskabelige metode. Mange af historiens bedste forskere, har fået deres plads i historien, ved med held at frembringe en ”hellig ko”.
Forskere bruger det meste af deres tid på at arbejde inden for en fast forståelsesramme og udvider og raffinerer denne ramme og tester dens grænser af. Men sommetider opstår der store forskydninger inden for rammerne af et helt felt af videnskab. Der er blevet skrevet mange bøger om, hvordan videnskaben skrider frem og den måske mest indflydelsesrige er ”The Structure of Scientific Revolutions” af Thomas Kuhn. I dette værk, understreger Kuhn den konstante spænding mellem forskeres menneskelige behov, for at konstruere et system af overbevisninger, til fortolkning af verdenen og den lejlighedsvise (og sandsynligvis smertefulde) behov for et drastisk eftersyn af dette system af overbevisninger.
En videnskabelig revolution, er ikke en triviel ting. En ny teori eller måde at betragte verdenen på, skal kunne forklare alt hvad den tidligere teori kunne og samtidig udvide denne forståelse til nye områder, hvor den tidligere teori ikke var dækkende. Ved midten af det 19. århundrede, følte mange fysikere, at vores grundlæggende forståelse af de fysiske love, var mere eller mindre fuldstændig. I mere end et århundrede, havde den klassiske fysik udviklet af Sir Isaac Newton, modstået kontrol af forskere verden over. Det syntes, at der kun var oprydningsarbejde tilbage – at udfylde detaljerne. Nogle gik endda så langt, som at udnævne denne periode som ”slutningen på videnskaben”. Men i slutningen af det 19. og det tidlige 20. århundrede, blev fysikken rystet af en række videnskabelige revolutioner, der rystede selve grundlaget for vores forståelse af virkelighedens natur.
En, hvis ansigt man ville kunne sige, repræsenterede disse videnskabelige revolutioner – og den moderne videnskab – er Albert Einstein (figur 1.10). Einsteins specielle og generelle teorier om relativitet, erstattede 300 år gamle værk af Newtons mekanik, ikke ved at modbevise Newton, men ved at vise at Newtons mekanik var et særligt tilfælde af et langt mere generelt og kraftfuldt sæt fysiske love. Einsteins nye ideer, forenede vores begreber om masse og energi og ødelagde vores konventionelle opfattelse af rum og tid, som separate ting. Alligevel, er videnskabelige revolutioner sjældent behagelige for dem, der lever igennem dem og selv de største forskere kan blive ladt tilbage. Einstein har faktisk været med til at starte to videnskabelige revolutioner. Han gennemskuede den første af disse – relativitet – og omfavnede den verden den åbnede. Men Einstein kunne ikke acceptere konsekvenserne af den anden revolution han hjalp med at starte – kvantemekanikken – og han gik i graven, uvillig til at omfavne den verden som den tilbød.
Kvantemekanikken, har tvunget os til at opgive vores daglige forståelse af ”stof” og endda at skille os af med den opfattelse, at vi lever i et univers hvor, effekt følger årsag i låste trin. Tilsammen udgør disse revolutioner det, som førte til fødslen af hvad der er kommet til at blive kendt som den moderne fysik. Selvom den moderne fysik indeholder newtonsk fysik, er den forståelse af universet som tilbydes af den moderne fysik, langt mere sublim og kraftfuld, end den tidligere forståelse.
Som vi fortsætter vores rejse, vil vi støde på mange andre opdagelser og gode ideer, der tvang forskerne til enten at opgive deres dyrebare begreber, eller blive efterladt, håbløst låst fast i en verdensanskuelse, der i sidste ende havde undladt testen af observationer og eksperimenter. Pointen er denne: i fysisk videnskab, er vi ikke blot hyklere i tjeneste for et hult ideal, når vi siger, at de strenge standarder for videnskabelig viden ikke respekterer nogen myndigheder. Ingen teori, uanset hvor central den er eller hvor kraftigt afholdt den er, er immun over for reglerne.
For dem af os, der voksede op i en verden forvandlet af videnskaben, kan det videnskabelige verdensbillede synes alt andet end revolutionerende. Gennem det meste af historie, blev viden imidlertid søgt i udtagelser af ”myndighed”, snarere end gennem observation af naturen. Denne autoritære opfattelse, bremsede udviklingen af viden i hele Vesteuropa i årtusindet før den Europæiske Renæssance og det var stort set kun kinesiske og arabiske kulturer, der holdt gnisten ved undersøgelse i live gennem denne tid. Den største videnskabelige revolution af alle, var den der væltede ”myndigheden” og erstattede den med rationel undersøgelse og den videnskabelige metode.
Set fra denne store videnskabelige revolutions synspunkt, er det klart, hvorfor videnskaben er mere end blot en entitet af fakta. Måske mere end noget, er videnskaben en måde at tænke på, om verden. Det er en måde at forholde sig til naturen på. Det er en søgen efter de relationer, der gør vores verden til den, den er. Det er en tro på, at naturen ikke er lunefuld, men i stedet fungere ved konsekvente, forklarlige og ukrænkelige regler. Det er en samling af ideer om, hvordan Universet fungerer, kombineret med en accept af, at hvad der er kendt i dag, kan blive tilsidesat i morgen. Forskerens tro er, at der er en orden i Universet og at det menneskelige sind, kan forstå essensen af de underliggende regler af denne orden – eller i det mindste opstille stadig bedre tilnærmelser til disse regler. Forskerens trosbekendelse er, at naturen, gennem observationer og eksperimenter, er den endelige dommer over den eneste ting, som fortjener begrebet objektiv sandhed. Videnskab er en udsøgt blanding af æstetik og funktionalitet og i den endelige analyse, har videnskaben fundet en sådan central plads i vores civilisation, fordi videnskab fungerer.
Videnskabens udfordringer
Videnskaben har ikke opnået sin fremtrædende plads, uden kritik og kontroverser. Filosoffer og teologer i det 16. århundrede, opgav ikke ledt den langt holdte tro på, at Jorden var centrum for hele skabelsen. I begyndelsen af det 20. århundrede, skændtes astronomer bittert indbyrdes over Universets størrelse. I århundreder, havde den konventionelle visdom fastslået, at Mælkevejen var alt der var – en stor samling af stjerner og ”tågede” objekter kendt som ”stjernetåger”. Den tro kollapsede, da det blev klart, at nogle af disse tågede objekter, faktisk var fjerne galakser (”ø-universer”) – svarende til, men længere væk end grænserne for vores egen Mælkevej (figur 1.11). For mange, kom det som en brat opvågnen, at vores Mælkevej ikke i virkeligheden udgjorde hele Universet, men den kun er en uendelig lille del af et meget større univers!
Du kan måske synes, at videnskaben nogle gange er arbitrær. For eksempel bør beslutningen om, hvorvidt Pluto skal betragtes som en planet eller en dværgplanet, synes subjektiv. Men det er vigtigt at huske på, at denne kontroversielle beslutning, der ikke var understøttet af mange astronomer, i virkeligheden mere var et spørgsmål om semantik end om videnskab. Pluto, er stadig de samme videnskabeligt vigtige legeme i Solsystemet, som den altid har været. Det er bare det, at ”videnskaben” har sat en ny etiket på den. Som du vil se igennem hele denne bog, er vejen til viden legemliggjort i videnskaben, ikke synes mere arbitrær end logikken den er bygget på.
I de senere år, har nogle kritikere af videnskaben gjort opmærksom på, hvordan videnskaben er påvirket af kulturen. Det er svært at undgå den konklusion, at politiske og kulturelle overvejelser har stor betydning for, hvilke videnskabelige forskningsprojekter der finansieres. Dette valg af finansieringskanaler og retningen i hvilken videnskabelige fremskridt gøres, kan føre til alvorlige etiske spørgsmål. For eksempel moralske domme over utraditionelle livsstile, begrænsede i høj grad de midler der var til rådighed for AIDS forskning igennem et helt årti eller deromkring efter dets opdagelse. For nylig, er fremskridt i stamcelleforskning og løsninger til menneskeskabte klimaforandringer, væsentligt blevet hæmmet af udbredt misinformation på internettet og ved konstant politisk mundhuggeri.
Nogle kritikere, bærer selv denne opfattelse et skridt videre og hævder, at selv den videnskabelige viden er en arbitrær kulturel konstruktion. Alligevel er succesfulde videnskabelige teorier aldrig arbitrære. Videnskabelige teorier, skal være i overensstemmelse med alt det vi kender om hvordan naturen fungerer og det gøre en smart idé til en rigtig teori, med testbare forudsigelser, er et spørgsmål om omhyggelige tanker og indsats. En af de mest bemærkelsesværdige aspekter af videnskabelig viden, er dens uafhængighed fra kultur. Videnskabsfolk er mennesker og politik og kultur kommer in i dag-til-dag praksis i videnskaben. Men i sidste ende, bør videnskabelige teorier ikke dømmes efter kulturelle normer, men af om deres forudsigelser bekræftes af observationer og eksperimenter. Så længe resultaterne af eksperimenterne er repeterbare og ikke afhænger af kulturen for den som udfører eksperimenterne – det vil sige, så længe der er en sådan ting som objektiv fysisk realitet – kan videnskab ikke kaldes for en kulturel konstruktion. Videnskab er ikke blot et af mange mulige verdensbilleder; videnskab er det mest succesfulde verdenssyn i historien af vores art, fordi grundlaget for det videnskabelige verdensbillede, har modstået århundreders kloge hjerners forsøg, på at modbevise det.
Det er bemærkelsesværdigt, at ingen filosof kritisk mod videnskaben, aldrig nogensinde, har tilbudt et levedygtigt alternativ til at opnå pålidelig viden om hvordan naturen virker. Derudover, er der ikke nogen anden kategori af den menneskelige viden, der er underlagt strenge og nådesløse standarder, som videnskaben er det. Af denne grund, er videnskabelig viden pålidelig, på en måde som ingen anden form for viden er det. Uanset om du ønsker at designe en bygning der ikke vælter, se på den nyeste medicinske behandling af en sygdom, eller beregne banen af et rumfartøj på vej til Månen, ville det være bedre at konsultere en videnskabs mand end en synsk person – uanset kulturarv.
Endelig, må vi indrømme at nogle useriøse forskere, forsøger at påvirke resultatet, ved at opfinde eller ignorere data, ofte når de hævder at de har et ”større gennembrud” eller udfordrer et veletableret videnskabeligt princip. Heldigvis, vil forsøg fra andre på at gentage eksperimentet, til sidst afsløre en sådan videnskabelig uredelighed.