Rozwój metody naukowej jako sposobu poznawania świata, cz. 2.

W poprzedniej części artykułu opisano podwaliny dzisiejszej nauki, takie jak wynalezienie pisma, co niewątpliwie wpłynęło na usystematyzowanie wiedzy oraz możliwość jej przekazywania, przywołano postaci pierwszych filozofów i myślicieli, zwracając uwagę na uniezależnienie wiedzy od systemów religijnych oraz pierwsze próby wyciągania wniosków na podstawie eksperymentów. Wspomniano również o Karlu Popperze i stworzonym przez niego kryterium falsyfikowalności jako fundamencie nowoczesnej metody naukowej, według którego teorie naukowe powinny być formułowane w taki sposób, by można było je obalić z wykorzystaniem obiektywnego eksperymentu, nawet jeśli aktualnie dostępne metody nie pozwalają na jego przeprowadzenie. O zasadności tej publikacji w „Pasiece” również pisano w nr 5/2021.

Fot. kitipol, freepik

Współczesna metoda naukowa

Ujęcie przedstawione w pierwszej części artykułu może sugerować, że za odkrycia naukowe odpowiadają przede wszystkim pojedynczy wielcy uczeni, ale obecnie coraz częściej jest to dalekie od rzeczywistości. Ostatnim człowiekiem, o którym mówiono, że „wie wszystko”, był żyjący na przełomie XVIII i XIX wieku Brytyjczyk Thomas Young zajmujący się między innymi fizyką, światłem (dowodząc jego falowej natury), energią, medycyną, widzeniem kolorów, akomodacją oka, astygmatyzmem (dokonując jego pierwszego opisu), muzyką czy językami, wnosząc wkład w egiptologię.

Choć dziś także istnieją osoby o wielu zainteresowaniach, tempo rozwoju wiedzy w różnych dziedzinach nauki jest na tyle szybkie, że nieuchronnie prowadzi do specjalizacji, a nieraz nawet ekspertom trudno jest nadążyć za wszystkimi nowymi doniesieniami związanymi z ich obszarem zainteresowań. Z tego względu większość publikowanych artykułów naukowych ma przynajmniej kilku autorów, a same badania nie tylko są prowadzone przez zespoły, ale też coraz częściej mają charakter interdyscyplinarny. Kontrowersje wzbudza nawet obowiązująca od wielu lat zasada, że Nagrody Nobla przyznawanej za jedno odkrycie naukowe nie można podzielić na więcej niż trzech laureatów, przez co zdarza się, że osoby mające znaczący wkład w badania zostają pominięte.

Obecnie na podstawie długotrwałych doświadczeń zastosowanie metody naukowej dzieli się na kilka powtarzalnych etapów. W najprostszym ujęciu po zidentyfikowaniu interesującego problemu i poznaniu aktualnego stanu wiedzy na dany temat, powinno nastąpić sformułowanie weryfikowalnej hipotezy. Stanowi ona próbę odgadnięcia prawidłowego wyjaśnienia danego zjawiska, która w kolejnym kroku jest poddawana obiektywnej weryfikacji za pomocą eksperymentu z próbą kontrolną.

W końcu zebrane dane pozwalają na wyciągnięcie wniosków i stwierdzenie, czy pierwotnie zakładana hipoteza była prawidłowa. W praktyce nie we wszystkich dziedzinach nauki i nie w każdym przypadku tak ujęta metoda naukowa może być stosowana w ścisły sposób – najszersze zastosowanie znajduje ona w naukach przyrodniczych, a relatywnie najmniejsze w naukach humanistycznych, w których możliwości zaplanowania eksperymentu są ograniczone, ale wciąż stosuje się inne, możliwie obiektywne sposoby weryfikacji wiedzy.

Niestety niezależne potwierdzenia (lub podważenia) wyników badań nie zawsze się pojawiają, gdyż wiele osób z różnych względów woli prowadzić oryginalne badania niż poświęcać miesiące lub nawet lata na powtarzanie pracy kogoś innego. Problem jest na tyle poważny, że mówi się nawet o kryzysie replikacyjnym. W przeprowadzonej w 2016 roku ankiecie dla bardzo prestiżowego czasopisma „Nature” ponad 70% spośród 1576 naukowców zajmujących się różnymi dziedzinami przyznało, że bez pozytywnego efektu próbowało powtórzyć badania kogoś innego, a ponad 50% nie zdołało ponownie uzyskać takiego samego wyniku przynajmniej jednego własnego eksperymentu. Jednocześnie replikacje badań podobnie jak wyniki negatywne (zakończone odrzuceniem weryfikowanej hipotezy) stosunkowo rzadko są publikowane.

Zastrzeżenie to w żaden sposób nie ogranicza zaufania do metody naukowej i nauki samej w sobie, bo jak dotychczas jest to najbardziej obiektywny sposób zdobywania i weryfikowania wiedzy o świecie. Same artykuły jednak znacząco różnią się między sobą i o ile studium pojedynczego przypadku nie pozwala na wyciąganie zbyt daleko idących wniosków, to wysokiej jakości i poprawne metodologicznie badanie randomizowane (tj. z losowym przydziałem uczestników eksperymentu do porównywanych grup) zwykle dostarcza wartościowych informacji. Za szczególnie wiarygodne można uznać tak zwane metaanalizy, których celem jest zebranie i łączne przeanalizowanie danych z wielu różnych badań przeprowadzonych nad tym samym problemem.

Obok metaanaliz istnieją też tak zwane artykuły przeglądowe, które co prawda nie dostarczają żadnych nowych odkryć, ale stanowią przystępne podsumowanie aktualnego stanu wiedzy wynikającego z dotychczasowych prac wielu zespołów naukowych. Są one szczególnie wartościowe w przypadku osób, które nie zajmują się na co dzień danym problemem, nie rozumieją specjalistycznej terminologii i nie mają czasu na przeszukiwanie obszernej literatury, a chciałyby możliwie szybko zaznajomić się z interesującym je zagadnieniem. Dla przykładu opublikowany w 2015 roku w „Annual Reviews” artykuł przeglądowy na temat wpływu potencjalnie toksycznych substancji występujących w środowisku na organizmy pszczół miodnych (Apis mellifera) na zaledwie kilkunastu stronach odnosi się do 155 różnych badań, które w zdecydowanej większości przeprowadzono w XXI wieku.

Komunikacja

To, co jest największą siłą nauki, a więc dobry przepływ informacji między specjalistami, restrykcyjność metodologiczna i brak możliwości dowiedzenia jakiejkolwiek hipotezy tak, by nawet teoretycznie nie mogła ona zostać sfalsyfikowana, może stwarzać problemy w komunikacji z ogółem społeczeństwa. Oparcie wiedzy na prawdopodobieństwie zamiast absolutnej pewności, jest niezbędne dla jej dalszego rozwoju, ale czasami powoduje niezrozumienie i skłonność do pozbawionego podstaw merytorycznych podważania różnych odkryć, zwłaszcza tych, w których przypadku do głosu mogą dochodzić emocje lub interesy gospodarcze, a zrozumienie szczegółów jest trudne i wymaga określonego wykształcenia. Wiele dyskusji wzbudza choćby temat globalnych zmian klimatycznych i ich aktualnych oraz przewidywanych skutków w przyszłości.

W swoich raportach Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu posługuje się różnymi scenariuszami oraz określeniem skali pewności co do danych twierdzeń. Za bardzo prawdopodobne uważa się te z nich, dla których oszacowane prawdopodobieństwo wynosi pomiędzy 90% a 100%, a niemalże pewne te, dla których w świetle dotychczasowych badań określono je na 99% do 100%. Przykładowo bardzo prawdopodobne jest, że działalność człowieka stanowi główny czynnik napędzający obserwowane cofanie się (zanikanie) lodowców w ciągu ostatnich 30 lat, a za niemalże pewne uważa się, że górne warstwy oceanów (głębokości 0–700 metrów) ociepliły się w porównaniu do stanu z lat 70. XX wieku. Co zrozumiałe, komunikaty kierowane do ogółu społeczeństwa muszą być bardziej uproszczone.

Od lat 30. XX wieku publikowano liczne przekonujące analizy oparte na przypadkach wielu pacjentów lub długookresowej obserwacji podobnych grup osób palących i niepalących, a także prowadzono badania na zwierzętach laboratoryjnych i analizowano skład dymu tytoniowego. Mimo to zebrane przez naukowców dowody nie zawsze docierały do świadomości społecznej, zwłaszcza przy mniejszym niż dziś rozpowszechnieniu działalności mediów. Jeszcze w 1960 roku tylko około jednej trzeciej amerykańskich lekarzy zgadzało się z tezą, że palenie papierosów jest główną przyczyną raka płuc, a niemal połowa z nich nadal paliła.

Problem ten przynajmniej częściowo wynikał z celowego szerzenia dezinformacji, a nawet sponsorowania przychylnych badań przez branżę tytoniową, która zdawała sobie sprawę z zagrożenia stwarzanego przez jej produkty, ale powoływała się między innymi na argument, że korelacja (związek statystyczny) nie musi oznaczać rzeczywistej zależności.

Aby zwiększyć świadomość społeczeństwa, doprowadzić do zmniejszania się liczby osób palących i podważyć wszelkie wątpliwości potrzeba było bardzo wielu różnych badań, decyzji prawnych i kampanii informacyjnych. Jeszcze w 2011 roku tylko 61% dorosłych Holendrów uważało, że palenie papierosów może zagrażać osobom niepalącym.

Ocena tego, czy dane zdarzenia na siebie wpływają, czy też ich współwystępowanie jest przypadkowe lub powodowane przez jeszcze inny czynnik, bywa trudne. Aby udowodnić, że nie można wyciągać zbyt pochopnych wniosków, student Uniwersytetu Harvarda Tyler Vigen postanowił pokazać, że pozornie wyraźna zależność statystyczna występuje między liczbą utonięć po wpadnięciu do basenu a liczbą filmów, w których w danym roku wystąpił Nicolas Cage, czy też liczbą sprzedanych iPhonów a liczbą zgonów po upadku ze schodów. Szczególnie łatwo ulec złudzeniu w przypadku sytuacji, które wydają się nieprawdopodobne. W 1943 roku w jednym z kasyn podczas gry w ruletkę kulka aż 32 razy z rzędu zatrzymała się przy liczbie oznaczonej kolorem czerwonym.

Im dłużej trwa tego typu seria, tym łatwiej uwierzyć, że nie jest ona przypadkowa, bo gra została w jakiś sposób zmanipulowana, lub zacząć błędnie oceniać szanse określonego wyniku w kolejnym losowaniu. To ostatnie zachowanie zostało nazwane paradoksem hazardzisty i wynika z zaobserwowania skłonności graczy do obstawiania, że w końcu dojdzie do przerwania niezwykłego ciągu zdarzeń. W rzeczywistości jednak prawdopodobieństwo wypadnięcia koloru czerwonego i czarnego przy każdym rzucie jest takie samo, a wcześniejsze rzuty nie mają na to żadnego wpływu.

Badania kliniczne na ludziach dzielą się na kilka etapów, stopniowo obejmując coraz większą grupę uczestników i mając za zadanie określić bezpieczeństwo stosowania leku, jego dawkowanie, działania niepożądane i w końcu także skuteczność w leczeniu danej choroby u różnych grup pacjentów. O tym, jak ograniczona jest możliwość przewidywania przyszłego wprowadzenia nowego leku na rynek na podstawie wyników badań przedklinicznych, najlepiej świadczą statystyki późniejszych badań prowadzonych na ludziach.

Analiza opublikowana w 2018 roku w czasopiśmie „Biostatistics” należącym do wydawnictwa Uniwersytetu Oksfordzkiego wskazuje, że spośród wszystkich leków, nad którymi prowadzono badania kliniczne w okresie 2000–2015, tylko 13,8% z sukcesem przeszło wszystkie fazy i uzyskało akceptację organów dopuszczających środki farmakologiczne do sprzedaży i stosowania w medycynie. Najczęściej sukcesem kończą się badania nad szczepionkami (33,4%) a najrzadziej nad lekarstwami przeciwnowotworowymi (3,4%).

Podsumowanie

W 1675 roku w swoim liście do przyrodnika Roberta Hooke’a Isaac Newton użył słynnego już zdania: „Jeśli widzę dalej, to tylko dlatego, że stoję na ramionach olbrzymów”. W ten sposób nawiązał do metafory średniowiecznego (XI–XII wiek) francuskiego filozofa Bernarda z Chartres, ale przede wszystkim podkreślił rolę innych uczonych w jego własnych osiągnięciach. Obecnie stosowana metoda naukowa jest wynikiem stopniowego rozwoju ludzkiej myśli i dążenia do zrozumienia otaczającej rzeczywistości w okresie tysięcy lat. Sposób weryfikowania hipotez i dokonywania odkryć ewoluował w równie dużym stopniu co sama wiedza o świecie, w końcu stając się podstawą, bez której osiągnięcie aktualnego poziomu rozwoju cywilizacyjnego nie byłoby możliwe.

Nauka oparta na dowodach wpływa na poziom życia codziennego, zapewniając możliwość bezproblemowego komunikowania się na duże odległości, możliwość łatwego nabycia i przechowywania pożywienia bezpiecznego dla zdrowia, czy też szansę korzystania z wygodnych i szybkich środków transportu. Te i wiele innych wygód mają swoje podstawy w tysiącach różnych badań podstawowych, których celem było przede wszystkim zaspokojenie potrzeby poznania i zrozumienia natury.

W ciągu ostatnich dwustu lat oczekiwana długość życia człowieka wzrosła ponad dwukrotnie, co wynika przede wszystkim ze zmniejszenia się śmiertelności wśród dzieci, ale też z rozwoju nowych nowoczesnych metod leczenia chorób i zapobiegania im. Gigantyczny postęp dokonany w tej i wielu innych kwestiach w znaczącym stopniu jest efektem stopniowego wprowadzania zmian w samym sposobie dochodzenia do prawdy i ukształtowania się współczesnej metody naukowej.

Karol Kluska
Miłośnik nauki szczególnie interesujący się otaczającą przyrodą, kosmosem i historią medycyny. Prowadzi fanpage Strefa Ciekawości

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"