Benjamin Franklin zei ooit dat elke dwaas kritiek kan uiten, oordelen en klagen - en de meeste dwazen doen precies dat. Richard Feynman zei ooit over het wetenschappelijke proces: het eerste principe is om jezelf niet voor de gek te houden - en jij bent het gemakkelijkst om te misleiden. Sceptici geloven dat wetenschappers zichzelf voor de gek kunnen houden (hetzij uit onwetendheid, hetzij om hun baan te behouden), en geven hen hier vaak de schuld van - klimatologen, kosmologen, wie dan ook. In principe is het gemakkelijk om dergelijke kritiek als ongegrond af te doen, maar er rijst een interessante vraag: hoe kunnen we ervoor zorgen dat we onszelf niet voor de gek houden?
Er is een populaire mening in de wetenschap dat experimenten mogelijk moeten zijn om te herhalen en te vervalsen. Als u een wetenschappelijk model heeft, moet dat model duidelijke voorspellingen doen, en die voorspellingen moeten testbaar zijn op een manier die uw model bevestigt of weerlegt. Soms begrijpen critici dat dit betekent dat echte wetenschap alleen in laboratoriumomstandigheden wordt bereikt, maar dit is slechts een deel van het verhaal. Observationele wetenschap zoals kosmologie houdt zich ook aan deze regel, omdat nieuwe waarnemingen mogelijk onze huidige theorieën kunnen weerleggen. Als ik bijvoorbeeld duizend witte zwanen observeer, kan ik aannemen dat alle zwanen wit zijn. Het zien van een zwarte zwaan zal mijn speculatie veranderen. Een wetenschappelijke theorie kan niet absoluut zijn, ze is altijd voorlopig, ze verandert wanneer er nieuw bewijs verschijnt.
Hoewel dit technisch correct is, is het een beetje oneerlijk om gevestigde theorieën "voorlopig" te noemen. De theorie van de universele zwaartekracht van Newton bestond bijvoorbeeld al enkele eeuwen voordat deze werd vervangen door Einsteins algemene relativiteitstheorie. En als we vandaag kunnen zeggen dat de zwaartekracht van Newton verkeerd is, werkt het op dezelfde manier als altijd. We weten nu dat Newton een benaderend model heeft gemaakt dat de zwaartekrachtsinteractie van massa's beschrijft, maar zo nauwkeurig de werkelijkheid benadert dat we het nog steeds kunnen gebruiken om baanbanen te berekenen. Pas als we onze observaties uitbreiden tot buiten het (zeer grote) scala aan situaties waarin Newton gelijk had, hebben we de hulp van Einstein nodig.
Wanneer we bewijs verzamelen om een wetenschappelijke theorie te ondersteunen, kunnen we erop vertrouwen dat het werkt met een klein venster voor nieuw bewijs. Met andere woorden, een theorie kan als "waar" worden beschouwd in het bereik waarover hij kwalitatief is getest, maar nieuwe omstandigheden kunnen onverwacht gedrag onthullen dat zal leiden tot een breder en vollediger beeld. Onze wetenschappelijke theorieën zijn inherent voorlopig, maar niet in die mate dat we niet op hun nauwkeurigheid kunnen vertrouwen. En dit is het probleem met gevestigde theorieën. Aangezien we nooit zeker kunnen weten dat onze experimentele resultaten "echt" zijn, hoe weten we dan dat we het gewenste antwoord simpelweg niet als geldig doorgeven?
Metingen van de lichtsnelheid in verschillende jaren
Dit soort denken komt voor bij elementaire studenten. Ze hebben de taak om enkele experimentele waarden te meten, zoals de versnelling van de zwaartekracht of de golflengte van een laser. Als nieuwelingen maken ze vaak de eenvoudigste fouten en krijgen ze resultaten die niet overeenkomen met de "algemeen aanvaarde" betekenis. Wanneer dit gebeurt, gaan ze terug en zoeken ze naar fouten in hun werk. Maar als ze fouten maken op een manier dat ze in evenwicht zijn of niet voor de hand liggend blijken te zijn, zullen ze hun werk niet dubbel controleren. Omdat hun resultaat dicht bij de verwachte waarde ligt, denken ze dat ze alles goed hebben gedaan. Dit vooroordeel wordt door ons allemaal gedeeld, en soms ook door vooraanstaande wetenschappers. Historisch gezien gebeurde dit zowel met de lichtsnelheid als met de lading van een elektron.
Promotie video:
Momenteel is er een model in de kosmologie dat goed overeenkomt met waarnemingen. Dit is het ΛCDM-model, waarvan de naam bestaat uit de Griekse letter "lambda" en koude donkere materie (CDM). De meeste verfijningen van dit model omvatten het nauwkeuriger meten van de parameters van dit model, zoals de ouderdom van het heelal, de Hubble-parameter en de dichtheid van donkere materie. Als het lambda-CDM-model het universum echt nauwkeurig beschrijft, dan moet een zuivere meting van deze parameters een statistisch patroon volgen. Door de historische waarden van deze parameters te onderzoeken, kunnen we meten hoe vertekend de metingen waren.
Om te begrijpen hoe dit werkt, stelt u zich een tiental studenten voor die de lengte van een krijtbord meten. Statistisch gezien krijgen sommige studenten een waarde die groter of kleiner is dan het heden. Volgens de gebruikelijke verdeling, als de werkelijke lengte van het bord 183 centimeter is met een standaarddeviatie per centimeter, dan krijgen acht studenten een resultaat in het bereik van 182-184 centimeter. Maar stel je voor dat alle studenten binnen dit bereik vallen. In dat geval heeft u het recht om enkele meetfouten te vermoeden. De studenten hoorden bijvoorbeeld dat het bord ongeveer tweeëntachtig en een halve meter was, dus namen ze metingen en rondden het resultaat af op 183. Paradoxaal genoeg vermoedt men, als hun experimentele resultaten te goed waren, de aanvankelijke vertekening in het experiment.
In de kosmologie zijn verschillende parameters bekend. Wanneer een groep wetenschappers een nieuw experiment uitvoert, weten ze dus al welk resultaat algemeen wordt geaccepteerd. Het blijkt dat de resultaten van de experimenten "besmet" zijn met de eerdere resultaten? Een van de meest recente artikelen van de Quarterly Physics Review behandelt dit probleem. Door 637 metingen van 12 verschillende kosmologische parameters te bestuderen, kwamen ze erachter hoe de resultaten statistisch verdeeld waren. Aangezien de "echte" waarden van deze parameters onbekend zijn, gebruikten de auteurs de resultaten van WMAP 7 als "waar". En ze ontdekten dat de verspreiding van de resultaten nauwkeuriger was dan het had moeten zijn. Het effect is klein, dus het kan worden toegeschreven aan vooringenomen verwachting, maar het was ook heel anders dan het verwachte effect, wat kan duiden op een overschatting van experimentele onzekerheden.
Dit betekent niet dat ons huidige kosmologische model verkeerd is, maar het betekent wel dat we wat voorzichtiger moeten zijn met betrekking tot ons vertrouwen in de nauwkeurigheid van onze kosmologische parameters. Gelukkig zijn er manieren om de meetnauwkeurigheid te verbeteren. Kosmologen houden zichzelf en ons niet voor de gek, er is gewoon nog veel ruimte om de data, methoden en analyses die ze gebruiken te verbeteren en te corrigeren.