В науке, как и в жизни, мы любим праздновать важные открытия.
Мы подтвердили существование черных дыр по “ряби” пространства-времени. Мы сфотографировали тень черной дыры. Мы разобрались, как редактировать ДНК. Мы нашли бозон Хиггса!
Всем этим открытиям предшествовали годы, а то и десятилетия исследований и экспериментов, которые давали неубедительные или неоднозначные результаты. Кажется, что эти результаты не дают ни доказательств предположений, ни ответов на вопросы, которые задают ученые. Но новые технологии, новые эксперименты позволяют накладывать всё более строгие ограничения и это в итоге подводит нас ближе к ответам и, рано или поздно, открытиям.
Огромную роль играют и не-открытия или, как их называют ученые, нулевые результаты (null result). Они двигают науку вперед, зачастую ускоряя процесс развития той или иной сферы. Они защищают нас от повторения ошибок и направляют будущие исследования и эксперименты.
На самом деле мы многое можем узнать из “ничего”.
К сожалению, очень редко эти нулевые результаты попадают в научные публикации. В этом есть и плюсы, и минусы. Минус в том, что на основе этих “неудач” другие ученые могут подкорректировать свои идущие исследования и эксперименты. Плюс в том, что научная литература не “засорена” описаниями плохих экспериментов, ведь порой нулевой результат говорит лишь о том, что сам эксперимент был неправильно поставлен и проведен.
Определение проблемы
Нулевая гипотеза определяет параметры, при которых результаты исследования будут неотличимы от фоновых помех. Яркий пример — гравитационные волны.
Гравитационные волны чрезвычайно слабые, и при этом на детекторы LIGO, которые их ловят, влияет огромное количество других источников сигналов. Поэтому каждый сигнал, похожий на сигнал гравитационных волн, проходит долгую проверку, в ходе которой ученые отметают все возможные фоновые помехи. Если же эти фоновые помехи нельзя исключить, получается нулевой результат. Это не означает, что конкретный сигнал абсолютно точно не был гравитационной волной — просто мы не можем сделать вывод.
Такой нулевой результат может быть очень полезным в космологии и астрономии гравитационных волн. Публикация таких результатов позволит наложить ограничения и откорректировать параметры будущих экспериментов.
В других направлениях науки, в которых результаты скорее качественные, нежели количественные, нулевые результаты не несут такой ценности. Это касается, например, медицины и науки о поведении.
Удивительное ничего
И все же при правильном проведении эксперимента нулевой результат может привести к удивительным открытиям.
Один из самых известных примеров тому — опыт Майкельсона — Морли, проведенный физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли в 1887 году. Ученые пытались определить скорость движения нашей планеты относительного светоносного эфира — гипотетической среды, через которую как волны по воде несется свет.
Они выдвинули гипотезу, что, пока Земля летит сквозь пространство, приходящие волны света должны двигаться чуть с разной скоростью в зависимости от угла, при котором они прилетают. Они тщательно продумали эксперименты, но все они, как вы можете догадаться, не дали никаких результатов. Нулевой результат показал, что скорость света постоянна во всех системах отсчета. И через четверть века Эйнштейн объяснил происходящее в своей специальной теорией относительности.
Нулевые результаты ускоряют разработку новых инструментов и определяют параметры будущих экспериментов. Официальному открытию гравитационных волн предшествовали годыд нулевых результатов, которые позволили улучшить дизайн инструментов. Так и ученые ЦЕРНа пока что не уловили сигнал темной материи в своих экспериментах по сталкиванию частиц, но все же эти эксперименты позволили определить верхние и нижние границы параметров темной материи — наложили ограничения.
Когда речь идет о значениях, нулевые результаты зачастую проще интерпретировать. В медицине такой результат объяснить сложнее, да и итоговые статьи цитируются гораздо меньше, чем статьи с открытиями. Так зачем тратить время, если можно сразу заняться другим вопросом и другой гипотезой?
Публиковать или не публиковать
Нулевые результаты помогают науке совершенствоваться и видеть полную картину мире. Решение не публиковать такие результаты — когда они получаются в результате продуманного эксперимента —тормозит развитие науки и ведет к неэффективности, ведь рано или поздно другой ученый придумает такой же эксперимент, не найдет в научной литературе никакой информации о подобных исследованиях, потому что его коллеги не опубликовали нулевые результаты, и продублирует без корректировки гипотезы, инструментов и параметров.
А еще это иногда приводит к тому, что молодые ученые разочаровываются в выбранной сфере и своих способностях. Именно о таком неудачном опыте рассказал порталу Science Alert молодой психолог Маркус Мунафо из Бристольского университета.
Когда Мунафо еще был аспирантом, он решил повторить известный эксперимент, ожидая получить описанный результат. И не получил его. Конечно, он подумал, что это его вина, что он что-то сделал неправильно:
“К счастью, мне повезло наткнуться на старого профессора, который сказал мне: ‘О да, никому не удалось повторить этот результат.’ Когда ты достаточно долго крутишься в какой-то сфере, ты узнаешь об этом в разговорах на конференциях, из собственных исследований и так далее. Но для этого нужно достаточно долго продержаться в сфере. Если вам не повезет наткнуться на человека, который скажет вам, что это не ваша вина, а проблема в самом эксперименте, вы можете покинуть выбранную область исследований.”
Научно-издательская сфера тоже пытается бороться с этой проблемой. Так в 2002 году появился уникальный проект — Журнал отрицательных результатов в биомедицине (Journal of Negative Results in BioMedicine). Он должен был мотивировать исследователей писать статьи о нулевых результатах, а издателей — публиковать эти статьи. Журнал закрылся в 2017 году, потому что выполнил свою миссию. Ведущие журналы начали публиковать больше статей о нулевых результатах исследований.
Но проблема остается. В 2014 году журнал Journal of Business and Psychology хотел опубликовать выпуск с отрицательными результатами, но мало кто и ученых прислал им свои работы. В 2019 году Берлинский институт здоровья объявил награду за проведение повторных экспериментов, открыто приветствуя нулевые результаты (по сути ставящие под сомнение результаты оригинальных исследований). Им прислали лишь 22 статьи.
Такое чувство, что сами ученые привыкли считать нулевые результаты бесполезными. Но, как показывает практика, это может очень быстро измениться, хотя путь будет долгим.
Чтобы нулевой результат был действительно ценным, нужно правильно поставить вопрос, правильно выдвинуть гипотезу, правильно спланировать эксперимент и правильно его провести. Это не такая простая задача, но если ученые будут заранее думать о вероятности нулевого результата, знать как его интерпретировать и готовиться к публикации даже, если получат именно нулевой результат, наука будет двигаться вперед гораздо быстрее.
Источник: Science Alert.
