От десяти библейских заповедей до первых десяти поправок к Конституции США, составляющих Билль о правах, существует множество списков управляющих правил, которые применяются к нашей жизни как членов цивилизованного общества. Однако для ученых существуют множество других «наилучших практик», которые нам нужно постоянно помнить, исследуя природные явления вокруг нас — от субатомного мира до космических областей и всего, что между ними. Хотя мы часто говорим о соблюдении научного метода, мы редко выдвигаем что-либо большее, чем общие процедуры для проведения научных исследований.
Конечно, важно иметь идеи, формулировать гипотезы, а затем разрабатывать методы для их проверки, собирать результаты и делать выводы, которые либо подтверждают, либо опровергают эти гипотезы: это общий план того, как выполняется наука. Но в том, чтобы быть ученым, есть намного больше, что затрагивает саму суть исследования происхождения, природы и первопричин любых явлений, которые мы решаем наблюдать, проектировать эксперименты и измерять. Вот, без дальнейших задержек, десять заповедей, которые должен соблюдать каждый, кто хочет проводить качественную науку.
1.) Не предполагай, что твое предпочтительное заключение верно. Это, пожалуй, самая важная отправная точка, и также та, которую легче всего нарушить. Большинство из нас не имеют идей о том, как что-то работает в агностическом смысле: когда мы интересуемся, может ли что-то быть правдой, а затем, тщательно и беспристрастно, работаем над его проверкой. Вместо этого, большинство из нас, когда у нас появляется идея, отчаянно хотят, чтобы это была хорошая идея. Если мы видели идею от другого человека, которая кажется нам умной и/или убедительной, легко быть захваченным ею и желать, чтобы эта идея была правдивой.
Но такой образ мышления приводит к сильному убеждению, а не к определению того, является ли что-то правдой и соответствует ли это реальности. Если вы начнете исследование с мыслью, что знаете, каким будет конечный результат, и разрабатываете свои эксперименты и/или измерительные приборы с учетом этих ожидаемых результатов, то очень легко подтвердить свои собственные предпочтительные выводы. Это происходит не потому, что данные обязательно будут поддерживать это, а потому, что вы будете искать ошибки и источники неопределенности до тех пор, пока не получите желаемый результат, а затем остановитесь. Если вы не хотите оказаться в ситуации отрицания климатических изменений, креационизма и видения инопланетян в обыденных явлениях, не забудьте эту первую, важнейшую заповедь.
2.) Всегда учитывай полный набор соответствующих данных при выводах. Когда речь идет о том, насколько успешна теория, модель, идея или гипотеза, недостаточно смотреть только на подмножество данных. Опасность в том, что, оценивая только данные, которые поддерживают одно заключение, и отвергая данные, которые опровергают другие возможные заключения или объяснения, мы можем ошибочно сделать неверные выводы. Способ борьбы с этим — справедливо рассматривать весь набор данных, относящихся к конкретной проблеме, и делать наилучшие выводы с учетом всего набора данных.
Альтернативой является выбор данных, который позволяет прийти к любому предпочтительному заключению, игнорируя огромное количество ценных данных. Если вы смотрите только на части данных, которые поддерживают определенное заключение или набор заключений, вы легко можете отвергнуть лучшие научные теории нашего времени и вместо этого поддержать альтернативы, которые в целом не жизнеспособны. Это неизбежно происходит, когда политика, религия или идеология (включая желаемое мышление) проникают в науку и искажают научное мышление. Единственный выход из такой ловушки — проводить больше науки, лучше науку и добросовестную науку, поэтому так важно, чтобы научная деятельность была свободной и открытой для всех.
3.) Помни о пределах области применимости своей теории и расширяй её осторожно. Независимо от того, насколько успешна или мощна научная идея, всегда существует определенная область, в которой её применимость установлена. Независимо от того, насколько священны ваши теории — и независимо от того, насколько выдающимися являются исторические фигуры, которые их установили, — мы должны быть чрезвычайно осторожны, распространяя эти теории за пределы их установленной области применимости. Общая теория относительности Эйнштейна была продемонстрирована как действующая в масштабах Земли и Солнечной системы, например, но расширение её на большие космические масштабы потребовало огромного объединения теоретической и наблюдательной работы, прежде чем мы смогли заключить, что да, Вселенная расширяется и ведет свое начало от горячего, плотного, однородного состояния: горячего Большого взрыва.
Сегодня, например, у нас есть квантовая теория поля, управляющая всеми частицами и полями, известными в этой Вселенной, и теория космологической инфляции, задающая начальные условия горячего Большого взрыва: две хорошо определенные и надежно установленные теории. Однако, когда вы объединяете эти две теории, одним из последствий является то, что вы приходите к мультивселенной, состоящей из огромного числа несвязанных вселенных, каждая с собственным горячим Большим взрывом. Хотя есть веские причины полагать, что эта мультивселенная физически реальна, применение этих теорий к этому раннему этапу выходит за пределы их установленной области применимости, и поэтому любые выводы, которые мы делаем, должны сопровождаться соответствующими оговорками. Когда мы погружаемся в неизвестное, мы всегда должны быть осторожными.
4.) Делай свои данные, методы и результаты общедоступными для всех, чтобы рассмотреть и критиковать. Одним из самых разочаровывающих переживаний для ученого является:
- читать новости,
- видеть, как делается вызывающее заявление на научных основаниях,
- а затем искать поддерживающую статью/данные, чтобы посмотреть источник,
- и обнаруживать, что статья/данные либо не общедоступны, либо вообще не существуют.
Одним из признаков сомнительной науки является существование заявлений, чья достоверность нельзя проверить и критиковать, поскольку для любых заявлений всегда требуется независимое подтверждение и проверка.
Это область, где часто проводится «шам» исследование, такое как холодный синтез (или низкоэнергетические ядерные реакции), и где потенциально легитимные исследования могут быть загрязнены мошенничеством, включая подделку данных. Только на свету — когда все аспекты исследования становятся общедоступными — другие могут надеяться воспроизвести то, что заявила одна группа, команда или исследователь. Без открытой науки, включая открытые данные, открытые методы и открытые результаты, мы подвергаемся риску быть легко обманутыми мошенниками, которые будут эксплуатировать нас в своих личных целях. Наука является одной из самых сильных ограждающих линий защиты общества от такой эксплуатации, и когда мы ослабляем эти ограждения, это увеличивает опасность не только для науки, но и для всего человечества.
5.) Оставайся настойчиво скептичным к любой гипотезе, с которой сталкиваешься. Первое правило науки — «ничто не священно». Ни Эйнштейн, ни Ньютон, ни Дарвин; никто. Всё не только может быть оспорено, но и должно быть оспорено: где бы ни можно было разработать новое возражение. Это потому, что даже наши величайшие, самые установленные теории имеют ограниченный диапазон применимости, который они явно применяются, и наука — это стремление к лучшему приближению к реальности. Единственный способ показать, что приближение является именно таковым — это найти хотя бы одно место, случай или обстоятельство, где оно нарушается.
И это причина, почему продолжительное тестирование и скептицизм идей так важны с научной точки зрения. Общая теория относительности Эйнштейна идеальна в масштабах, в которых она была проверена, но она не может применяться к квантовым частицам, проявляющим квантовые эффекты, поскольку это чисто классическая теория. Законы Ньютона работают отлично, за исключением случаев, когда вы находитесь очень близко к большим, компактным массам и на скоростях, приближающихся к скорости света, что позволило Эйнштейну свергнуть Ньютона. А теория эволюции Дарвина по естественному отбору чрезвычайно успешна, но не проливает свет на механизм наследования (генетику и ДНК) и не отвечает на вопросы о происхождении жизни. Независимо от гипотезы, с которой вы сталкиваетесь, работа ученого — это её исследование и попытка опровергнуть, так как только самые устойчивые и стойкие к вызовам будут выживать.
6.) Количественно оценивай, уважай и не минимизируй свои источники ошибок и потенциальные предвзятости. Существует множество заявлений, сделанных в популярных СМИ — да, даже имеющих свои корни в научной литературе, — которые полностью игнорируют эту заповедь. Сюда входят:
- заявления о крупных космических структурах, нарушающих космологический принцип,
- заявления о существовании большой, массивной, девятой крупной планеты в внешней Солнечной системе,
- и заявления о том, что широкие двойные звездные системы определенно либо исключают ньютоновскую гравитацию, либо модифицированную ньютоновскую динамику,
чтобы назвать лишь несколько. Но все исследования, делающие такие заявления, имеют что-то общее: они молча упускают и игнорируют основные источники неопределенности, и, в частности, источники предвзятости в выбранных наборах данных.
Очень легко взять большой набор данных, применить к ним некоторые коррекции и механизм калибровки и сделать любое заключение, которое поддерживает эти данные. Но что сложнее — понять разницу между собранными данными и тем, что показал бы полный набор соответствующих данных — при условии, что вы могли бы их все собрать и измерить. Проблема в том, что данные, которыми вы располагаете и которые вы используете для выводов, не обязательно являются репрезентативными для истинного распределения объектов/данных, лежащих в основе того, что вы пытаетесь измерить. Независимо от того, упускаете ли вы слабые звезды и галактики или игнорируете объекты, которые появляются только тогда, когда вы не проводите измерения, эти предвзятости существенно влияют на то, какие выводы могут быть достоверно сделаны. Предвзятости могут существовать, но только количественно оценивая их, честно, мы можем продвигаться вперед в науке.
7.) Не принимай новую теорию как представление реальности, пока она не преодолеет все три необходимых критических барьера. Если вы обращаете внимание на научные новости, вы знаете, насколько популярны истории, рекламирующие «альтернативы мейнстриму». Но теории, являющиеся частью мейнстрима, достигли этого уровня по причине: данные из множества независимых линий доказательств поддерживают их, тогда как альтернативные объяснения не могут объяснить полный набор данных. Однако, как уже отмечалось ранее, любая теория — даже лучшая из теорий — может рассматриваться только как временное приближение к реальности. В какой-то момент мы ожидаем, что все теории будут заменены другими, которые немного лучше приближают реальность.
Для достижения этого нужно преодолеть «только» три больших барьера.
- Новая теория должна успешно воспроизводить все успехи старой теории, без исключений.
- Новая теория должна объяснять что-то, что старая теория не могла; это обычно является стимулом для рассмотрения новой идеи.
- И наконец, нужно выделить новые, непроверенные предсказания, где новая теория и старая теория расходятся, и должны быть получены критические данные: показывающие, что они поддерживают новую теорию и опровергают старую.
Теория эволюции Дарвина успешно сделала это против других соперничающих теорий эволюции; генетика Менделя пошла еще дальше Дарвина, объяснив механизм эволюции; ДНК Уотсона, Крика и Франклин пошло еще дальше Менделя, объяснив основной код генетики. Независимо от того, как далеко мы зашли, мы должны помнить, что всегда есть возможность идти дальше.
8.) Получай одобрение и согласие всех соответствующих органов перед проведением исследований, которые могут повлиять на других. Это важный момент, который должен применяться на этических основаниях в большем количестве областей, чем мы практически требуем. Если вы собираетесь проводить эксперименты на людях, вам нужно получить одобрение ИРБ (внутреннего этического комитета) для выполнения вашей работы. Точно так же, если вы собираетесь делать что-то, что может иметь серьезное негативное воздействие на окружающую среду, в которой мы все живем, например, проводить крупномасштабный эксперимент по геоинженерии, вам следует получить согласие и одобрение от соответствующих органов, отвечающих за поддержание среды планеты.
Наука в своей основе направлена на улучшение человеческих знаний и оснащение нас инструментами для разработки превосходных технологий на благо всего человечества. То, что наука не делает, — это получение результатов любой ценой для других. Наука направлена на исследование и изучение природы, а затем на использование того, что мы узнаем, как силы добра в мире. У нас есть этические правила относительно управления и проведения науки, но ученые исторически были причастны к огромным злодеяниям против природы и других людей. Если мы не будем следовать этой заповеди, мы не только увеличим риск саморазрушения, но и будем иметь только непроверенное высокомерие и неконтролируемые амбиции вину за это.
9.) Не преувеличивай значимость своих результатов в своих исследованиях. Одной из огромных трудностей, с которыми сталкивается наука, является то, что как только что-то широко распространяется как «научный факт», становится чрезвычайно трудной задачей исправить запись. Тем не менее, многие из этих «научных фактов», которые нам преподавали, основаны на:
- небольших исследованиях,
- с малым размером выборки,
- которые часто опираются на сильно предвзятые выборки (например, 18–21-летние студенты-мужчины),
которые затем делают широкие выводы о очень широком наборе явлений. Это не только научно безосновательно, но и представляет собой огромную опасность для всех, кто затронут.
Например, слышали ли вы о распространенном мнении, что «человек не должен есть более 30 граммов белка за прием пищи, так как он не может переварить или использовать больше этого количества?» Оказывается, эта информация была основана на одном небольшом исследовании, проведенном много десятилетий назад, которое никогда не было воспроизведено. Это было, в действительности, краеугольным камнем науки о питании до 2023 года, когда исследователь рептилий услышал об этом и счел это абсурдным, и решил проверить это. (Если змея проглатывает аллигатора, ограничена ли она в использовании только 30 граммов белка? Конечно, нет!) То же самое они обнаружили у людей: нет эффективного ограничения, и чем больше вы едите, тем больше вы можете использовать. Аналогично, исследования, основанные на молодых студентах, которые используются для выводов о пожилых женщинах, крайне подозрительны; мы должны заботиться о признании ограничений и (часто, очень низкой) статистической значимости даже крупных, значимых исследований.
10.) Считай даже лучшие научные теории, модели и структуры только временными, и постоянно стремись их тестировать, пересматривать и уточнять. Легко, в любой момент истории, предположить, что мы уже знаем все, или что, как только мы справимся с несколькими относительно простыми вопросами, мы будем знать все. Конечно, если история науки научила нас чему-либо, то это тому, что ничто не может быть дальше от истины. В науке мы часто говорим о ней, как о поиске истины, но честно говоря, это поиск, который всегда будет ограничен и неполон: мы будем обнаруживать истину только в тех пределах, в которых наши собранные данные, измерения, наблюдения и эксперименты способны её раскрыть.
Вот почему всегда важно признавать, что даже наши величайшие научные теории являются только временными. Нам нужна свобода спекулировать о неизвестном, оспаривать предположения о том, что считается известным, и «играть в песочнице», когда речь идет о построении новых моделей или изучении идей, которые уже были отвергнуты. Именно в таких теоретических детективных исследованиях, даже когда это просто веселое исследование, часто появляются первые намеки на более глубокую истину. Хотя наука никогда не скажет нам, что «все, что мы думаем, что знаем сегодня, неверно», она может научить нас тому, что существуют более лучшие, более точные и, возможно, более глубокие представления о реальности, чем те, которые сейчас господствуют. Но если мы не будем следовать этим десяти заповедям, мы либо поддадимся саморазрушению, либо самообману, и это наибольшие опасности для общества, в котором свободное и справедливое научное исследование является обычной частью цивилизованной жизни.