Kõneldes teadusest mitteteadlastele, näiteks õpilastele või avalikkuse ees laiemalt, kipuvad teadlased eeldama, et nende arusaam teadusest langeb kokku kuulajate omaga, ometi olen kogenud, et see ei pruugi nii olla. Väljendudes võimalikult lihtsalt – teadlased mõistavad teadust nii protsessina, mille käigus uuritakse looduse käitumist ja omadusi kui ka teadmiste koguna, mis uurimistöö tulemusena sünnib. Samas näib, et enamik inimesi mõtleb teadusest ja teadlasest kui ühest vääramatult autoriteetsest infoallikast teiste analoogsete allikate seas, mis aitab maailma paremini mõista või paremini toime tulla, kirjutab Eesti Füüsika Portaal.

Kuidas täita niisugust lünka vastastikuses mõistmises? Keskkoolis tutvustatakse põgusalt teaduslikku meetodit kui sellist, ent see, kuidas teadusidee sünnib ja muutub on märksa mitmetahulisem ja huvitavam standardsest "teadusliku meetodi" kirjeldusest. Harva juhitakse loodusteaduste õpetamisel tähelepanu teadusega tegelemise protsessi omapäradele ja võludele, nendest omapäradest ei räägita ka siis, kui ühiskonnale mõnd teadustulemust tutvustatakse. Sooviksin selle kirjutisega tuua välja mõned ideed, kuidas mainitud lünka erinevate teaduse mõistmise viiside vahel koomale tõmmata ja õhutada teadlasi ja õpetajaid rääkima teadustulemuste kõrval ka teadusprotsessist.

Ebakõlade lahendamisest

Physics Today lugejatele on selge, et teadus kujutab endast protsessi - lähtudes teooriast või mudelist interpreteeritakse eksperimendi või vaatluse tulemusi täpselt määratletud loogilise struktuuri piires. Piirangud lähtuvad vajadusest anda erinevatele nähtustele selgitused, mis oleksid omavahel kooskõlas. Seejuures tuleb eraldi vaatluse alla võtta ja lahendada iga ebakõla, mis kerkib esile eksperimendi tulemuse ja teooria, erinevate eksperimentide või erinevate teooriate vahel. Teaduses on väga suur roll küsimuste esitamisel ja oskusel nendest küsimustest välja sõeluda niisugused, milledele vastuse otsimine valitud teadusvaldkonnal kõige rohkem areneda aitab. Tulemusena vormuvad vastused pannakse uute vaatluste ja teooriate kontekstis uuesti proovile, mis viib omakorda uute küsimusteni. Niiviisi ringleb teadustöö korduvalt kohendades teooriat ja selle kohta esitatavaid küsimusi vastastikku ja teineteisest lähtuvalt. Ringlus on paratamatu, sest teadusprotsess on olemuselt mitmetahuline ja keerukas. Sageli osutuvad lähtekohad ebasobivateks ja valetõlgendused ning ebapiisav informatsioon juhivad teaduse valejälgedele. Teadlased võiksid teadustöö alguses olla eriti hoolikad ja täpsed, kuid just edu ebakõlade lahendamisel veenab enamikke autoriteete tulemuste õigsuses.

Levinud praktikaks teaduses on püüda selgitada praegust asjade korda maailmas taasluues dokumenteeritud ajalugu, mis kirjeldaks, kuidas vaadeldav olukord on saanud tekkida – üsna sarnaselt sellele, kuidas detektiiv rekonstrueerib mõrva. Seetõttu on teaduses olulisteks vahenditeks arvutiprogrammid, mis suudavad simuleerida ja seeläbi ennustada uuritava süsteemi või selle osa arengut. Rekonstrueeritud ajalugu peab olema kooskõlas kõigi süsteemile iseloomulike protsessidega ning lisaks ka muidugi kogu üldisema infoga, mida süsteemi kohta teatakse. Niisugune ajalugu taastav lähenemine on peamisi uurimisviise näiteks geoloogia, kliimauuringute, astrofüüsika, kosmoloogia ja bioloogilise evolutsiooniteooria vallas.

Teooriad ja mudelid arenevad ja muutuvad ajas. Uurimistöö käigus kogutud andmetest lähtuvalt läbivad teooriad ja mudelid sageli pikaajalise täiustamise ja parandamise protsessi, enne kui nad omandavad antud valdkonnas iseseisva rolli selgituste või vahenditena. See vastandub levinud arusaamale teaduslikust meetodist, mille kohaselt teadus loob ja kontrollib hüpoteese, jättes niiviisi täielikult kahe silma vahele korduva ja pideva teooria arendamise ja kohandamise protsessi. Õpikutest ei saa peaaegu kunagi aimu, kui lai on olnud teoreetiline raamistik, millele üks hüpotees on tuginenud ja kuidas on see hüpotees muutunud iga katse tagajärjel. Teadusteooriad ei saa ju tegelikult kunagi valmis, isegi kui nad on esialgu heaks kiidetud. Igat teooriat või mudelit saab kasutada mingis kindlas skaalas või määratud tingimustel, kus selle teooria kehtivust on uuritud. Muidugi võib see teooria kehtida ka väljaspool vaadeldud piire, kuid ka neis uutes piirides tuleb mudeli kehtivust tingimata uurida. Kuid hoopis teistsugustel tingimustel ei pruugi antud teooria absoluutselt toimida, selles mõttes ei saagi ühestki teadusteooriast rääkida kui absoluutsest tõest. Siinkohal tasub rõhutada, et see teooriale omane lõpetamatus ei tähenda, et teaduses ei võiks eksisteerida täit arusaamist või selgust, vaieldamatult on olemas teadmisi, mis on ajas stabiilsed.

Kuidas teadus areneb

Me kõik teame, et üha suurenev teadmiste hulk, mis meil loodusest tänu teadusuuringutele olemas on, ei põhine pelgalt fenomenide uurimisel vaatluslikult või katsetena laboris, vaid ka tänu teoreetilistele töödele ja korduvatele eksperimentidele, mida nende teooriate kontrollimiseks ja täiustamiseks on läbi viidud. Teadus saab tugineda põhjalikult kontrollitud teooriale, toetudes sellele saab ta tõstatada küsimusi ja spekuleerida. Teadusteooria autoriteetsus ja väärtus seisneb tema võimes anda sidus selgitus paljudele erinevatele eksperimentidele, väljaspool nende eksperimentide piiri kehtib teooria enne katselist kontrollimist ainult hüpoteesina.

Teadlaste töö seisneb teooriate laiendamises, uute valdkondade hõivamises ja uute seoste loomises. Uued (tehnoloogilised) vahendid laiendavad piirkonda, mida on võimalik uurida. Avastused ja nende selgitamine tõstatavad peaaegu alati uusi küsimusi. Võib näida, et teadus muutubki kogu aeg ja teaduse eesliinil see tõepoolest nii on, kuid aja jooksul kasvab ka teadmiste hulk, mida on korduvalt kontrollitud ja mida võib pidada stabiilseteks ja usaldusväärseteks.

Üheks edu võtmeks teaduses on oskus märgata vastuolusid ja suuta neid ka lahendada. Kuna see erineb tavapärasest inimlikust käitumisest, siis võivad teadlased mitteteadlaste silmis näida võib-olla liigselt argumenteerivad ja dogmaatilised. Igapäeva elus tuleb ette vastuolulisi seiku ja sageli pole piisavalt infot, mis võimaldaks loogiliste otsuste tegemist olukorras, kus neid otsuseid on ikkagi tarvis teha. Autot juhtides oleme valmis selleks, et mõni teine juht võib rada vahetada, kuid samas eeldame, et kõik püsivad üldiselt oma reas. Tegemata eeldusi teiste juhtide käitumise kohta, poleks võimalik liigelda ja samas on selge, et need eeldused ei tarvitse üldse alati õigeks osutuda.

Teadust tehakse kunstlikus keskkonnas, kus süsteemi sisemist loogikat saab üles ehitada ilma, et oleks tarvidust kohe kiireid otsuseid teha. Tehiskeskkond võimaldab teadusel arendada uusi võimalusi, mis lõppresultaadina võivad osutuda ootamatuteks ja võimsateks. Samas on oluline märkida, et mõnes rakendusteaduses, näiteks meditsiinis, pole alati võimalik oodata kuni kõik küsimused on lahendatud. Arstiteaduse rakendused peavad paratamatult lähtuma parimastest olemasolevatest teadmistest ja teooriatest, mida võib tarvis olla rakendada situatsioonides, kus neid tegelikult kontrollitud ei ole. Osaliselt põhineb levinud arvamus, et teaduslikud järeldused muutuvad pidevalt, raviskeemide ja meditsiinilise praktika muutumisel. Need muutused ilmnevad siis, kui uued teadussaavutused aitavad parandada seni oletustel põhinenud ravipraktikat.

Teaduse piiridest

Igapäevases kasutuses päritakse küsimusega "Miks?" mingi teo tagamaade või mehhanismi järele, kuidas miski sündis. Seega on piirid juba keelepruugis põhjuse ja mehhanismi või tulemuse ja eesmärgi vahel hägustatud. Teoloogiale ja filosoofiale pakuvad huvi nii põhjused kui ka eesmärgid, kuid teadus huvitub ainult mehhanismidest. See näiline lihtsustus lähenemisviisis eristab moodsat teadust tema eelkäijast loodusfilosoofiast. Moodne teadus keskendab oma tähelepanu just niisugustele küsimustele, milledele on võimalik anda vaatlustel põhinevaid täpseid vastuseid. Kui teadus leiab võimaluse kõrvutada teooriat ja eksperimenti, on tulemuseks tõhusad teooriad, mis aitavad maailma mõista ja võib-olla teha ennustusi tulevikuks. Teadus pakub uusi võimalusi, mille rakendamine näiteks tehnoloogias ja meditsiinis võib mõjutada igapäevaelu ja pakkuda uusi võimalusi. Teadlased kipuvad unustama, et põhjuse ja eesmärgi küsimused on paljude inimeste jaoks esmatähtsad ning seetõttu võivad ka teaduse pakutavad vastused nende inimeste jaoks tunduda ebaadekvaatsetena.

Hästi välja töötatud teooria rakendamine uues vallas võib viia väljapoole eksperimentaalselt kontrollitava teaduse piire. Nendest piiridest väljumine ei tähenda lihtsalt vastava tehnoloogia puudumist, millega eksperimenti või vaatlust läbi viia, see eeldab lisaks, et antud vaatlust, mis teooriat kontrolliks, ei olegi võimalik läbi viia. Näiteks füüsikute spekulatsioonid universumite kohta väljaspool meie vaadeldavat universumit kujutavad endast teooria tungimist valda, kus igasugused vaatlused (juba definitsiooni kohaselt) on võimatud. Muidugi ma leian, et need spekulatsioonid on kaasahaaravad ja nad võivad olla ka usutavad, kuid järeldusi, mida teooria alusel tehakse mittevaadeldavate piirkondade kohta ei saa siiski pidada võrdväärseteks järeldustega, mis on tehtud vaadeldavas piirkonnas. Nimetan niisugusi spekulatsioone teaduslikuks metafüüsikaks, eristamaks neid metafüüsikast, mis kindlasti ei ole loodusteaduslik ja võib kohati praegu tuntud teadustulemustega isegi vastuollu sattuda. Teadusliku metafüüsika oletused põhinevad ja juhinduvad teaduse loogikast, nad lähtuvad teooriatest, mis kirjeldavad meie vaadeldavat universumit ja selle ajalugu. On võimalik, et need oletused võivad viia ideedeni, mis kehtivad ka vaadeldavas universumis ja niiviisi arendada edasi kontrollitavaid teooriaid. Võib-olla kõlab mõne teadlase jaoks sõna "metafüüsiline" halvustavalt, aga ma ei mõelnud seda nii – soovin lihtsalt eristada niisugust mõtlemist sellisest mõtlemisest, mida saab kontrollida ja piiritleda katsete ja vaatlustega.

Jätkates puhtalt teadusega, ei saa moraali ja eetika küsimusi rakendada teaduslikes meetodites, sest need küsimused ei tegele loodusliku maailmaga. See ei tähenda, et teaduses võiks ignoreerida väärtuste süsteemi küsimust või et teaduses oleks võimatu teha moraalseid või eetilisi otsuseid. Näiteks võib teadus aidata ennustada erinevate tegude tagajärgi ja seega pakkuda paremat ülevaadet meie valikute tagajärgedest. Teaduses juhindutakse ühiskonna moraalsetest ja eetilistest normidest tehes valikuid, milliseid küsimusi uurida ja kuidas uuringuid piiritleda. Lisaks võib teadus tõstatada ka uusi moraali probleeme, tekitades varem kättesaamatuid valikuid.

Lisaks eelnevale

Teaduses eksisteerivad oma sisemised väärtused, ta eeldab täielikku ausust kogutud andmetega ümberkäimisel ja intellektuaalset ausust, et lahendada ära loogilised vastuolud. Teadlased peavad olema avatud uutele ideedele, et kohandada oma tõekspidamisi vastuoluliste tõendite ilmnemisel. Põhiväärtusteks teaduse arengu seisukohalt on ausus ja avatus. Muuhulgas on teadlased täiesti tavalised inimesed – nad teevad sageli ennatlikke järeldusi või vigu andmete kogumisel ja analüüsil, vahel ka teadlikult võltsides andmeid ja sooritades niiviisi pettusi. Oluline on põhimõte, mille kohaselt peab olema võimalik eksperimenti sõltumatult korrata – lisaks aitab see vältida nimetatud vigu või pettusi.

Iga pisiasjaga tegelemine nõuab teaduses kannatlikkust. Kontrollides kõiki detaile on võimalik leida puudusi ka kõige edukamates teooriates ning need seejärel kõrvaldada. Seetõttu püüavad teadlased leida teooria juures momente, mida pole veel kontrollitud arvates, et võib-olla need momendid pole teooriaga päris kooskõlas ning võivad lahendamise korral viia uue arusaamise tekkeni. Ideede kriitiline katsetamine ja uuesti katsetamine on põhiliseks viisiks teadusega tegelemisel. Ainult sellisel juhul, kui iga võimalik teooria detail on läbinud mitmekordse kontrolli saab tõdeda, et teooria on hästi argumenteeritud ja muidugi ei tohi mainimata jätta ka piirkonda või tingimusi, kus seda kontrolliti.

Teadlaste kirg detailide vastu võib muuta nende töö tavainimestele ja üliõpilastele raskesti jälgitavaks. Pole just ebatüüpiline olukord, kus teadlane toob oma ettekandes ära üüratul hulgal detailset informatsiooni, nii et see eksitab täielikult ära isegi kõige suurema huvilise. Kuigi pisiasjad on olulised teaduse arengu seisukohalt, käivad need mitteeksperdil üle jõu ja tekitavad tüdimust. Igapäevaelus peame me kõik detailide kallal nokitsemist liigseks ja tarbetuks pedantsuseks.

Küsimuste esitamine, teooria loomine, vastuolude lahendamine ja andmete kogumine mõtete kontrollimiseks on iseloomulik protsess kõigis loodusteadustes. Teadmine, mis pärineb ühest valdkonnast, osutub sageli rakendatavaks ka teises valdkonnas, ent see ühtsus on õpetamisel kahjuks tagaplaanile jäetud. Üksikute distsipliinide kaupa õpetamine rõhutab paratamatult rohkem ühe teadusharu iseärasusi, kui ühist lähenemist ja seoseid. Tuleb silmas pidada, et teaduslikud ideed pole iseseisvad, iga idee kriitiline läbivaatus tähendab ka kontrollimist, kuidas see idee sobib kokku eelnevate teadmistega. Erinevate valdkondade teooriad on aja jooksul arenedes üksteisega läbi põimunud. Tänapäeval ei ole võimalik tõmmata ühest piiri füüsika ja keemia, bioloogia või geoloogia vahele. Erinevad valdkonnad moodustavad keeruka koe, mis on äärmiselt mitmekesine ja detailirohke. Kogu teadusprotsess on kahtlemata keerukas ja võib-olla ka segane, kuid see on samal ajal ka toimiv ja võimas. Teadlastel ja õpetajatel tuleb teha tõsist tööd, et ühiskonnas tekiks arusaamine nendest teadusele iseloomulikest aspektidest.

Helen Quinn on osakestefüüsikaga tegelev teoreetik Stanfordi Lineaarkiirendi Keskuses (SLAC). Lisaks sellele on ta kogu elu tegelenud loodusteaduste õpetamist, mõistmist ja populariseerimist puudutavate küsimustega.

_____________________________________

Kui sulle see lugu meeldis, siis toeta sõltumatut rohelist meediat   Anneta