Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme auf subzellulärer Ebene. Public Domain Bild von Dr. Erskine Palmer, USCDCP.

Ja, New York Times, es gibt eine wissenschaftliche Methode

Eine schreckliche Ansicht darüber, wie sich die Wissenschaft von anderen Disziplinen unterscheidet, übersieht einige grundlegende Fakten.

"Wissenschaftstheorie ist für Wissenschaftler ungefähr so ​​nützlich wie Ornithologie für Vögel." -Richard Feynman

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Wissenschaft zu betreiben, die gleichermaßen gültig sind. Eine wissenschaftliche Methode passt nicht unbedingt in alle Fälle. In der Astronomie sind Experimente praktisch unmöglich, da Sie nur beobachten können, was das Universum uns gibt. In den Anfängen der Quantenphysik waren die Ergebnisse so überraschend, dass es viele Jahre dauerte, bis es überhaupt möglich war, eine vernünftige Hypothese aufzustellen, da die Regeln der Intuition widersprachen. In vielen Bereichen gibt es zu viele Variablen, um das System genau zu modellieren, selbst wenn alle zugrunde liegenden, maßgeblichen Gleichungen zu 100% bekannt sind. Die Unterschiede in den Details, wie Wissenschaft betrieben wird, machen jedoch Astronomie, Quantenphysik, Proteinfaltung oder Klimamodellierung als Wissenschaften in keiner Weise ungültig. Aus dem gleichen Grund erheben die Ähnlichkeiten zwischen diesen wissenschaftlichen Bestrebungen und Poesie oder Philosophie letztere jedoch nicht zum Status, als Wissenschaft betrachtet zu werden.

Diagramm, das Zeichen des Tierkreises und des Sonnensystems mit Welt in der Mitte zeigt. Aus Andreas Cellarius Harmonia Macrocosmica, 1660/61. Bildnachweis: Loon, J. van (Johannes), ca. 1611–1686.

Am 4. Juli wurde in einer Stellungnahme der New York Times festgestellt, dass es keine wissenschaftliche Methode gibt. Der Autor stellt klar, dass es keine eindeutig wissenschaftliche Methode gibt, und beschreibt dann, wie schwer es ist, Begriffe wie „Gerechtigkeit“ und „Mut“ allumfassend zu definieren, obwohl wir wissen und erkennen, wann dies der Fall ist wir sehen es. Dann nimmt er zwei Beispiele - eines von Keplers erstem Gesetz (die Planeten bewegen sich in Ellipsen um die Sonne) und eines von Galileos Entdeckung der Bewegung frei fallender Objekte - und bringt die folgenden Tatsachen zur Sprache:

  • Kepler hätte genauso einfach wie eine Ellipse Kreise, Kreise mit Epizyklen oder Ovale an die Daten anpassen können und hätte auf diese Weise zu einem völlig anderen Gesetz kommen können.
  • Galileo musste den Luftwiderstand, eine bekannte Kraft, vernachlässigen, um zu seinem Ergebnis zu gelangen.

Und deshalb, so die Schlussfolgerung, unterscheidet sich die Wissenschaft nicht von jedem anderen willkürlichen Unterfangen.

Keplers platonisches Festkörpermodell des Sonnensystems von Mysterium Cosmographicum (1596). Bildnachweis: J. Kepler.

Nur dass die Wissenschaft völlig anders ist als jedes andere Unterfangen, und Kepler und Galileo liefern tatsächlich außergewöhnliche Beispiele dafür, wie genau, wenn nur James Blachowicz etwas tiefer gegraben hätte. Keplers ursprüngliches Modell oben war das Mysterium Cosmographicum, in dem er seine außerordentlich kreative Theorie für die Bestimmung der Planetenbahnen beschrieb. 1596 veröffentlichte er die Idee, dass es eine Reihe von unsichtbaren platonischen Festkörpern gab, deren Planetenbahnen sich auf den eingeschriebenen und umschriebenen Kugeln befanden. Dieses Modell würde ihre Umlaufbahnen, ihre relativen Abstände vorhersagen und - wenn es richtig wäre - mit den hervorragenden Daten übereinstimmen, die Tycho Brahe über viele Jahrzehnte hinweg gewonnen hat.

Tycho Brahes Marsdaten, angepasst an Keplers Theorie. Bildnachweis: Wayne Pafko, 2000, über http://www.pafko.com/tycho/observe.html.

Ab dem frühen 17. Jahrhundert, als Kepler Zugriff auf die gesamte Datenreihe von Brahe hatte, stellte er jedoch fest, dass diese nicht zu seinem Modell passte. Seine anderen Bemühungen um Modelle, einschließlich ovaler Bahnen, scheiterten ebenfalls. Die Sache ist, Kepler sagte nicht nur, "na ja, es hat nicht gepasst", zu einem willkürlichen Grad an Präzision. Er hatte das bisher beste wissenschaftliche Modell - Ptolemaios geozentrisches Modell mit Epizyklen, Äquanten und Deferenten -, mit dem er es vergleichen konnte. Wenn Ihre neue Idee in der Wissenschaft das alte Modell ersetzen soll, muss sie sich durch Experimente und Beobachtungen als überlegen erweisen. Das macht es zur Wissenschaft. Und das ist der Grund, warum die Ellipsen erfolgreich waren, weil sie eine bessere und genauere Vorhersage lieferten als alle anderen Modelle, einschließlich Ptolemäus, Copernicus, Brahes und sogar Keplers früherer Modelle.

Die Verwendung eines ausgehöhlten Kürbisses, um Flüssigkeit zu halten. Bildnachweis: Nick Hobgood von flickr, unter einer CC-by-2.0-Lizenz.

Der Punkt von Galileo ist ein weiteres tiefes Beispiel dafür, wie Wissenschaft tatsächlich funktioniert. Eines der allerersten wissenschaftlichen Experimente - vor über 2.500 Jahren - wurde von Empedocles durchgeführt, um die Frage zu beantworten, ob Luft Raum einnimmt. Das obige Gerät ist als Clepsydra (griechisch für „Wasserdieb“) bekannt. Dies ist ein Kürbis mit einem Loch oben und einem zu vielen Löchern unten. Du tauchst den Kürbis in eine Wasserquelle, bis er sich füllt, dann legst du deinen Daumen über das Loch oben und trägst das Wasser überall hin. Obwohl die Griechen nichts über ein Vakuum oder das Konzept des Luftdrucks wussten, konnten sie sehen, dass das Wasser am Boden nicht herausfiel, und das einzige, was dagegen „nach oben drückte“, war Luft. Daher nimmt Luft Raum ein und füllt den gesamten Raum um uns herum auf der Erde aus, und wenn sich diese Luft relativ zu einem Objekt bewegt, übt sie eine Kraft aus.

Ein Mitglied der Goldenen Ritter der US-Armee demonstriert Luftwiderstand. Bildnachweis: flickr-Benutzer Gerry Dincher unter einer CC-by-2.0-Lizenz.

Galileo wusste auch über den Luftwiderstand Bescheid, obwohl er ihn nicht quantifizieren konnte. Er wusste, dass wenn man zwei Massen mit unterschiedlichem Gewicht aus einer kleinen Höhe und einer großen Höhe fallen ließ, der große Abfall zu einem größeren Unterschied führte, als diese beiden Massen auf den Boden stießen, und dieser Unterschied war auf den Luftwiderstand zurückzuführen. Galileos revolutionärer Fortschritt, wie ich hier ausführlich darlegte, bestand darin, zu bestimmen, dass Objekte eine Strecke zurückgelegt wurden, die proportional zu der Zeit war, in der sie im Quadrat gefallen waren, wenn diese anderen Effekte ignoriert wurden. Dies galt für Kugeln, die von einem Turm gefallen waren, genauso wie für Gegenstände, die über eine Rampe gerollt wurden. Als wir es endlich zu einer luftleeren Welt schafften, führten wir Galileos Experiment genau so durch, wie es idealisiert war: ohne Luftwiderstand.

Es gibt jedoch auch andere Effekte, und die Wissenschaft "endete" nicht mit den Fortschritten von Kepler und Galileo. Diese Fortschritte wurden vielmehr zu den Ausgangspunkten für die Theorien, die Isaac Newton in beiden Fällen verbessern würde. Für Keplers Problem der Planetenbewegung waren die Gravitationseffekte der Planeten auf einander die nächste zu berücksichtigende Unvollkommenheit, und nachdem wir dies festgestellt hatten, gab es bis Einstein im 20. Jahrhundert keine weiteren Verbesserungen. Newton ermöglichte es uns auch, durch seine Entwicklung der Mechanik so viele zusätzliche Kräfte zu berücksichtigen, wie wir möchten, einschließlich des Luftwiderstands, da das F in F = ma tatsächlich die Summe aller relevanten Kräfte auf ein System ist.

Es gibt oft sehr viele vernachlässigte Kräfte in einem System, wenn wir es modellieren, um das Problem nachvollziehbar zu machen. Oben ist eine Auswahl von Kräften dargestellt, die für einen Abschnitt eines Trägers unter statischen Bedingungen relevant sind. Bildnachweis: Bpuccio von Wikimedia Commons unter der Lizenz c.c.a.-s.a.-3.0.

Das Einzige, was die Genauigkeit der Modellierung einschränkt, wenn wir die zugrunde liegende Dynamik verstehen, ist entweder die inhärente Unsicherheit im Verhalten oder Aufbau eines Systems und der Anteil der tatsächlichen Kräfte, die wir praktisch in unser Modell einbeziehen können. Wissenschaft ist mehr als ein Wissensbestand - obwohl sie diese Fakten, diese Daten und diese Ergebnisse benötigt -, sondern auch ein Prozess. Es ist ein selbstkorrigierender Prozess, in dem es immer mit der realen Welt konfrontiert werden muss, mit dem, was wir beobachten und messen, mit den neuen Vorhersagen und mit der ganzen Reihe von Modellen und Ideen, die zuvor kamen. Wirklich schockierend ist jedoch, dass einer der frühesten Philosophen, Thales von Milet, all dies wusste und dies in seiner Philosophie des Naturalismus ganz klar aussprach. Also, wenn Blachowicz fragt,

Wenn die wissenschaftliche Methode nur eine Form einer allgemeinen Methode ist, die in allen menschlichen Untersuchungen angewendet wird, wie kommt es dann, dass die Ergebnisse der Wissenschaft zuverlässiger sind als das, was diese anderen Formen bieten?

Alles, was wir tun müssen, ist, seine eigenen Beispiele - voll illustrativer Wissenschaft - auf ihn zu richten, um zu der Antwort zu gelangen.

Dieser Beitrag erschien zum ersten Mal bei Forbes und wird Ihnen von unseren Patreon-Unterstützern werbefrei zur Verfügung gestellt. Kommentieren Sie unser Forum und kaufen Sie unser erstes Buch: Beyond The Galaxy!