Beweise in der Wissenschaft? Sie sind nicht da

Was verstehen wir wirklich unter Forschung und wie hilft es, Informationen zu erhalten, um Dinge zu verstehen? Menschen, die in jeder Forschungsstudie Beweise erwarten, werden schwer enttäuscht sein.

Für mich wie für den Astrophysiker ist Wissenschaft das, was ich lebe. Die meisten Informationen, die ich gelesen und gehört habe, werden in einer wissenschaftlichen Sprache ausgedrückt, die für Uneingeweihte nichts anderes als Jargon und Kauderwelsch sein kann. Ein bestimmtes Wort kommt jedoch selten in Gesprächen und in wissenschaftlichen Texten vor - und dieses Wort ist „Beweis“. Tatsächlich tut die Wissenschaft wenig, um etwas zu „beweisen“.

Diese Worte könnten einen Ausdruck der Überraschung in Ihrem Gesicht hervorrufen, insbesondere weil die Medien uns ständig erzählen, wie die Wissenschaft dies oder jenes beweist, einige schwerwiegende Dinge mit weitreichenden Konsequenzen - wie zum Beispiel, was Kurkuma angeblich ersetzen kann 14 Drogen - oder eher frivole Dinge, wie Wissenschaftler bewiesen haben, dass Mozzarella der perfekte Käse für Pizza ist.

Sicherlich hat dieselbe Wissenschaft diese und viele andere Dinge bewiesen? Und nein!

Pfadmathematik

Mathematiker beweisen Dinge, und das bedeutet etwas sehr Spezifisches. Mathematiker stellen eine Reihe grundlegender Regeln und Axiome auf und bestimmen, welche Aussagen sich im Rahmen dieser Plattform als wahr herausstellen.


Euklids Statue mit einigen interessanten Ergänzungen zur Schriftrolle

Eine der bekanntesten Plattformen ist die alte Geometrie von Euklid . Mit einem kleinen Regelwerk, das einen idealen flachen Raum definiert, haben unzählige Kinder in den letzten tausend Jahren über den Beweis des Satzes von Pythagoras bezüglich der Beziehung der Seiten der rechtwinkligen Dreiecke oder über die Tatsache geschwitzt, dass eine gerade Linie einen Kreis an nicht mehr als zwei Stellen oder über einem Berg anderer schneidet Aussagen, die sich nach den euklidischen Regeln als wahr herausstellen.

Und wenn die Welt von Euklid ideal ist, bestimmt durch gerade Linien und Kreise, dann ist das Universum, in dem wir leben, überhaupt nicht so. Mit Bleistift auf Papier gezeichnete geometrische Figuren sind nur eine Annäherung an die Welt von Euklid, in der wahre Aussagen absolut sind.

In den letzten hundert Jahren haben wir verstanden, dass Geometrie nicht so einfach ist, wie Euklid es beschrieben hat, und so große Mathematiker wie Gauß, Lobatschewski und Riemann haben uns die Geometrie von Kurven und gewellten Oberflächen gegeben.

In der nichteuklidischen Geometrie gibt es eine Reihe neuer Axiome und Grundregeln sowie eine neue Reihe von Aussagen zur absoluten Wahrheit, die wir beweisen können. Diese Regeln erweisen sich als äußerst nützlich für die Orientierung auf diesem fast runden Planeten. Eine von Einsteins vielen großen Errungenschaften war, dass er zeigte, wie das Verziehen der Raumzeit die Schwerkraft erklären kann.

Die mathematische Welt der nichteuklidischen Geometrie ist jedoch rein und ideal, daher ist sie nur eine Annäherung an unsere schlampige Welt.

Was ist Wissenschaft?

Aber es gibt Mathematik in der Wissenschaft - du schreist! Ich habe gerade Vorlesungen über Magnetfelder, lineare Integrale und Vektornotation gehalten und bin mir sicher, dass meine Schüler ohne weiteres zustimmen werden, dass die Naturwissenschaften voller Mathematik sind.


Albert Einstein

Und der Ansatz ist der gleiche wie in der Mathematik: Axiome identifizieren, Konsequenzen untersuchen.

Das berühmte Einsteinsche E = mc ² , abgeleitet aus den Postulaten, wie die Gesetze des Elektromagnetismus von verschiedenen Beobachtern wahrgenommen werden, seine spezielle Relativitätstheorie, ist ein hervorragendes Beispiel für diesen Ansatz. Solche mathematischen Beweise sind jedoch nur ein Teil der Wissenschaftsgeschichte.

Der wichtige Teil, der die Wissenschaft definiert, ist, ob solche mathematischen Gesetze eine genaue Beschreibung des Universums sind, das wir beobachten. Um diese Frage zu beantworten, müssen wir Daten mithilfe von Beobachtungen und Experimenten mit natürlichen Phänomenen sammeln und sie dann mit mathematischen Vorhersagen und Gesetzen vergleichen. Und das Hauptwort in all diesem Unternehmen ist "Beweis".

Wissenschaftsdetektiv

Der mathematische Teil ist sauber und klar, und Beobachtungen und Experimente sind durch Technologie und Unsicherheiten begrenzt. Der Vergleich dieser beiden Bereiche ist im mathematischen Bereich der Statistik und Schlussfolgerungen zusammengefasst.

Viele, aber nicht alle, stützen sich auf einen spezifischen Ansatz für dieses Problem, der als Bayes'sche Schlussfolgerung bekannt ist und es uns ermöglicht, Beweise aus Beobachtungen und Experimenten in dem Bereich, den wir kennen, einzubeziehen und unseren Glauben an eine bestimmte Beschreibung des Universums zu aktualisieren.


Für diese Äpfel ist ein Weg unten

Überzeugung bedeutet in diesem Fall, wie sicher Sie sind, dass ein bestimmtes Modell eine genaue Beschreibung der Natur ist, basierend auf dem, was Sie wissen. Dies ist ein bisschen wie eine Wette auf ein bestimmtes Ergebnis.

Unsere Beschreibung der Schwerkraft sieht ziemlich gut aus, daher besteht jede Möglichkeit, dass ein Apfel von einem Ast zu Boden fällt. Aber ich bin weniger zuversichtlich, dass Elektronen winzige Schleifen von Saiten sind, die sich drehen und in einem Kreis bewegen, wie die Theorie der Superstrings nahe legt, und die Chancen stehen nur tausend zu eins, dass sie in der Lage sein wird, zukünftige Phänomene genau zu beschreiben.

Daher ist Wissenschaft eher ein fortlaufender Prozess, in dem der Jury ein fortlaufender Beweisstrom angeboten wird. Aber es gibt keinen einzigen Verdächtigen, und sie werden regelmäßig mit immer mehr neuen versorgt. Angesichts der Beweise aktualisiert die Jury ständig ihren Standpunkt darüber, wer für die Daten verantwortlich ist.

Und sie fällen niemals ein endgültiges Urteil über Schuld oder Unschuld, weil ständig Beweise gesammelt werden und alle neuen Verdächtigen vor Gericht gestellt werden. Eine Jury kann lediglich entscheiden, ob ein Verdächtiger mehr als ein anderer schuldig ist.

Was hat die Wissenschaft bewiesen?

In mathematischer Hinsicht hat die Wissenschaft trotz all der jahrelangen Forschung über die Funktionsweise des Universums nichts bewiesen.


An diesem Ort geschah am 1. April 1780 nichts.

Jedes theoretische Modell ist eine gute Beschreibung des Universums um uns herum, zumindest in einigen nützlichen Skalenbereichen.

Das Studium neuer Gebiete zeigt uns jedoch Mängel, die unsere Überzeugung verringern, dass eine bestimmte Beschreibung das, was in unseren Experimenten geschieht, genauer wiedergibt, und dass unser Vertrauen in alternative Beschreibungen wachsen kann.

Werden wir endlich die Wahrheit erfahren und die Gesetze entdecken, die die Prozesse des Universums wirklich regeln? Obwohl unser Vertrauen in bestimmte mathematische Modelle ohne unendlich viele Prüfungen immer größer werden kann, wie können wir sicher sein, dass sie Realität sind?

Ich denke, es wäre besser, das letzte Wort einem der größten Physiker, Richard Feynman, zu überlassen und zu erklären, was es bedeutet, Wissenschaftler zu sein: "Ich habe grobe Antworten und mögliche Überzeugungen unterschiedlicher Gewissheit über verschiedene Dinge, aber ich bin mir über nichts absolut sicher."