Tudományos bizonyítás lépésről lépésre

Fotó: Profimedia

Amikor ilyen megjegyzést hallottam, mindig megfogadtam, hogy egyszer megpróbálom összefoglalni, miképp és miért épp úgy működnek a természettudományos kutatások, ahogy.

Kisebb-nagyobb eltérések előfordulhatnak ugyan a tudományterületek között, hiszen egy embert nem lehet pontosan ugyanúgy vizsgálni, mint egy szövetkultúrát vagy akár a kőzeteket.  A kutatók bizonyos írott és íratlan szabályoknak igyekeznek megfelelni, amit összefoglaló néven tudományos módszernek nevezünk. Teszik ezt annak érdekében, hogy a lehető leghatékonyabban és legmegbízhatóbban jussanak ismeretekhez, minél jobban megérthessék vizsgálatuk tárgyát és a lehető legpontosabban végezzék el a kísérleteket.

A tudományos módszer gyökerei egészen Arisztotelészig vezethetőek vissza, és bár azóta sok változáson mentek keresztül e módszerek (és mind a mai napig formálódik), az alapvető célok változatlanok. A vizsgálat tárgya általában egy mérhető, objektív tapasztalati jelenség, amit a kutató megfigyel. A jelenség magyarázására a kutatók olyan hipotéziseket állítanak fel, amik leírják, hogy mi állhat magának a jelenségnek a hátterében. Az így kialakuló modellek (hipotézisek együttese) a valóság egy egyszerűsített verzióján keresztül próbálják feltárni az összefüggéseket.

A megválaszolni kívánt kérdés típusa alapján kétfajta modell különíthető el: A funkcionális modellek a „Miért?” típusú kérdésekre, míg a mechanisztikus modellek a „Hogyan?”-ra keresik a választ. Minden hipotézisből tesztelhető predikciók (előrejelzések) vonhatók le, amire már lehet kísérletet tervezni. A tudományos módszer lépései jól végigkövethetőek Okos Hans történetén keresztül. Az 1900-as évek elején Németországban egy lóról (ő volt Hans) elterjedt, hogy képes helyesen válaszolni a neki feltett kérdésekre (jelenség), gazdája állítása szerint képes volt kiszámolni matematikai feladványok megoldását és ezt megfelelő számú pata dobbantással jelezni (hipotézis). Egy korabeli pszichológus a ló megvizsgálására összehívott egy bizottságot, melynek tagjai meggyőződtek arról, hogy Hans teljesítménye nem csupán egy egyszerű trükk (első kísérlet).

A tesztelhető predikciókat a kísérlet vagy megerősíti, vagy megcáfolja. Ha egy hipotézis hamisnak bizonyul, a modellt módosítják vagy elvetik, többek között ez a megcáfolhatóság különíti el a tudományt az áltudománytól. Míg előbbi kész elfogadni, ha egy elmélet nem állja ki ezt a próbát, utóbbi akkor sem változtat eredeti álláspontján, ha számos, ennek ellentmondó bizonyíték áll már rendelkezésre.

Fontos megkülönböztetni egymástól az anekdotákat, egyszeri megfigyeléseket és a kísérleti eredményeket. Ha valaki egyetlen egyszer, véletlenül látta, hogy Hans képes számokat összeadni és ezt később elmeséli, az anekdota. Ha valaki kontrollált, dokumentált körülmények között, a feladatot többször megismételve ugyanezt tapasztalja, már kísérletről beszélhetünk.  Az elvárt ismétlések száma erősen függ a tudományterülettől, néhány próbától több tízezerig is terjedhet. Ennek során a kutatók számszerűsíthető adatokat gyűjtenek, és később ezeket elemzik. Hans esetén a kérdésre adott pata dobbantások számát jegyezték fel, ezt hasonlították össze a számtanpéldák helyes megoldásával.  Mivel az eredmények és módszertan dokumentálva van, a vizsgálatot ezek alapján mások is újra elvégezhetik, összehasonítható eredménnyel. Ezt nevezik megismételhetőségnek, ami az egyik alapvető elvárás a kísérletekkel szemben. Ha szükséges, a kísérletekbe kontroll csoportokat is bevonnak. Ha azonosak az eredmények, az megerősíti a korábbi vizsgálatot, ha pedig eltérő eredményekre jutnak, utánajárnak, hogy mi a különbség oka, melyik magyarázat valószínűbb. Ilyenkor további vizsgálatokat is végeznek. Ez lehetővé teszi, hogy elkülönítsék a különböző tényezők hatását, és kizárjanak bizonyos alternatív magyarázatokat. Okos Hans esetén miután az első szakértőbizottság megerősítette, hogy Hans valóban számol, egy másik pszichológus, Oskar Pfungst további kísérleteket végzett, annak érdekében, hogy részletesebben megvizsgálja, hogyan oldja meg a feladatokat Hans. A lónak szisztematikusan váltogatott  körülmények között kellett válaszolnia a kérdésekre, például jelen volt a gazdája vagy más ember, a kérdező tudta-e a helyes választ. Ha Hans tényleg számol, elvárható, hogy ezekben a megváltozott helyzetekben is helyesen feleljen (predikció). Ezeket felfoghatjuk egyfajta kontroll csoportként, például ha Hans akkor is helyesen válaszol, amikor nincs jelen a gazdája, kizárhatjuk, hogy a gazdája instruálja valamiképp.

Okos Hansról végül kiderült a további kísérletek során, hogy noha a számtanpéldákat nem volt képes megoldani, de kivételesen jól olvasott az emberek (nem csupán a gazdája) önkéntelenül adott jelzéseiből. Amikor elért a helyes megoldáshoz, a kérdező (ha tudta a helyes megoldást) önkéntelen jeleket adott (például visszafojtotta a lélegzetét) amiből Hans tudta, hogy mikor kell megállnia a dobbantásokkal.

A kísérletek eredményeit a parszimónia elve szerint értékelik, ami szerint egy jelenség bizonyítására a legegyszerűbb magyarázatot kell elfogadni, ami a legkevesebb feltételezést tartalmazza. Bár elképzelhető lenne, hogy Hans nemcsak hogy képes volt számolni, de még azt is megértette, hogy éppen az ő képességeit tesztelik és szándékosan tettette, hogy csak bizonyos helyzetekben tudta megválaszolni a kérdéseket, ez mégis kevésbé tartható valószínűnek, mint Pfungst következtetése.

Azért, hogy tényleg megfelelő módszertannal végezzék a kísérleteket és logikailag helyes következtetéseket vonjanak le az eredményekből, a tudományos cikkeket megjelenésük előtt referálják. Ez azt jelenti, hogy a kísérletben részt nem vevő, a területen jártas kutatók előzetesen bírálják a kéziratot, kijavíttatják az esetleges hibákat és hiányosságokat (például megkérik a kísérletezőt, hogy végezzen el még valamilyen kontrollt). A nem megfelelő színvonalú munkákat (pl. a kísérlet módszertanilag nem megfelelő vagy a következtetések nincsenek összhangban az eredményekkel) pedig elutasítják, így ezek nem jelenhetnek meg a szakmai oldalakon. Ez a referálási folyamat a garancia arra, hogy a tudományos szaklapokban megjelent cikkek hiteles információkat tartalmaznak.

Még a legszigorúbban betartott irányelvek mellett is szükség van azonban idővel bizonyos kísérletek újraértelmezésére, újbóli elvégzésére. Ennek oka legtöbbször az egyre korszerűbb kísérleti technikák, műszerek. Erre jó példa a mikroszkópok fejlődése, amelyek ma már sokkal jobb felbontásra képesek, mint 20 éve. Ez lehetővé teszi, hogy a korábban nem vizsgálható részletek láthatóvá váljanak, mások pedig nagyobb pontossággal legyenek mérhetőek.

Kutatásra váró terület tehát bőven akad napjainkban is, az eredmények pedig, néha maguk is további, érdekes kérdéseket vetnek fel.

Írta: Szabó Dóra etológus, MTA-ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport