Dlaczego odkrywanie „niczego” w nauce może być tak ważne

W nauce, tak jak w życiu, wszyscy uwielbiamy świętować wielkie wiadomości.

Potwierdziliśmy obecność czarne dziury z falami, które tworzą w czasoprzestrzeni. my sfotografowany Cień czarnej dziury. Odkryliśmy, jak modyfikować DNA. Znaleźliśmy bozon Higgsa!

To, czego zwykle nie słyszymy, to lata ciężkiej, żmudnej pracy, która przynosi niejednoznaczne wyniki i wydaje się nie dostarczać żadnej wskazówki do pytań zadawanych przez naukowców – stopniowego stosowania ograniczeń, które coraz bardziej zbliżają nas do znalezienia odpowiedzi i dokonania odkryć.

Jednak bez braku odkrycia – co nazywamy wynikiem zerowym – postęp nauki jest często spowalniany i hamowany. Puste wyniki popychają nas do przodu. Uniemożliwiają nam powtarzanie tych samych błędów i są kierunkiem przyszłych studiów.

W rzeczywistości wiele możemy się nauczyć z niczego.

Jednak często wyniki zerowe nie docierają do publikacji naukowych. Może to nie tylko generować znaczące niedociągnięcia w sposobie uprawiania nauki, ale wskazuje na potencjalnie większe problemy w aktualnych publikacjach naukowych.

„Wiemy, że niepublikowanie zerowych wyników ma silny efekt zniekształcający” – powiedział ScienceAlert psycholog Marcus Monavo z University of Bristol.

„Rozwiązanie problemu nie jest proste, ponieważ bardzo łatwo jest uzyskać wynik zerowy, wykonując kiepski eksperyment. Jeśli chcemy zalać literaturę większą liczbą zerowych wyników, tworząc badania o słabej jakości, niekoniecznie pomoże to podstawowym problemem, którym jest ostatecznie uzyskanie właściwych odpowiedzi na ważne pytania.

znać problem

Hipoteza zerowa określa parametry, przy których wyniki badania są nie do odróżnienia od szumu tła. fala grawitacyjna Interferometria to zgrabny i elegancki przykład: sygnały z fal grawitacyjnych są bardzo słabe, a jest ich wiele źródła hałasu Może wpływać na czujniki LIGO. Potwierdzonego odkrycia można dokonać dopiero po kategorycznym wykluczeniu tych źródeł.

Jeśli tych źródeł nie można wykluczyć, nazywa się to wynikiem zerowym. Nie oznacza to, że fale grawitacyjne nie zostały wykryte; Oznacza to po prostu, że nie możemy z całą pewnością stwierdzić, że dokonaliśmy wykrycia.

Zdjęcie lotnicze interferometru Virgo, który wykrywa fale grawitacyjne. (Panna Współpraca / CCO 1.0)

Może to być naprawdę przydatne, aw niektórych dziedzinach – takich jak kosmologia i astronomia fal grawitacyjnych – publikowanie zerowych wyników pomaga naukowcom dostroić parametry przyszłych eksperymentów.

W innych obszarach, w których wyniki mogą być bardziej jakościowe niż ilościowe, zerowe wyniki są mniej wartościowe.

„Część problemu z wieloma naukami behawioralnymi i medycznymi polega na tym, że nie możemy dokonywać prognoz ilościowych” – wyjaśnił Manafi.

„Dlatego szukamy tylko dowodów na efekt lub powiązanie, niezależnie od jego wielkości, co prowadzi do tego problemu, gdy jeśli nie znajdziemy dowodów na efekt, nie ustalamy kryteriów, czy efekt tej wielkości jest znaczący. Albo nie — biologicznie, teoretycznie, klinicznie. Nic z tym nie możemy zrobić.

Nic niezwykłego

Przy prawidłowym użyciu wynik zerowy może prowadzić do nietypowych wyników.

Jednym z najbardziej znanych przykładów jest . Eksperyment Michelsona MorleyaProwadzone przez fizyków Alberta A. Michelsona i Edwarda W. Morleya w 1887 roku. Para próbowała odkryć prędkość naszej planety w odniesieniu do „świetlistego eteru” – ośrodka, przez który, jak sądzono, przepływa światło, tak jak przechodzą przez niego fale. woda.

Ponieważ Ziemia porusza się w przestrzeni kosmicznej, założyli, że nadchodzące fale świetlne pulsują przez stały ocean eteru w kosmicznej skali, powinny poruszać się z nieco inną prędkością niż fale rozciągające się pod kątem prostym do niego. Ich doświadczenia były pomysłowe i żmudne, ale oczywiście niczego takiego nie odkryli. Wynik zerowy pokazał, że prędkość światła była stała we wszystkich układach odniesienia, co Einstein będzie dalej wyjaśniał swoją specjalną teorią względności.

Interferometr Michelsona 1881, zaprojektowany do wykrywania eteru. (Albert Abraham Michelson, domena publiczna)

W innych przypadkach zerowe wyniki mogą pomóc nam w projektowaniu przyszłych urządzeń i eksperymentów. Zderzenie czarnych dziur za pomocą fal grawitacyjnych odkryto dopiero po latach zerowych odkryć, które umożliwiły udoskonalenie konstrukcji interferometru fal grawitacyjnych. Fizycy w CERN-ie jeszcze nic nie odkryli Ciemna materia Sygnał w eksperymentach zderzenia cząstek, co pozwoliło ustalić granice tego, co może być.

„Białe eksperymenty to tylko część pełnego zakresu obserwacji” – powiedział ScienceAlert astrofizyk George Smoot III z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. „Czasami widzisz coś nowego i niesamowitego, a czasami widzisz coś, co nie jest”.

Jeśli chodzi o twarde liczby, często łatwiej zinterpretować wyniki zerowe. W innych obszarach motywacja do publikowania może być niewielka.

Konsekwencje braku odkrycia nie zawsze są jasne, a badania, które dokonują ważnego odkrycia, cieszą się większą uwagą, większymi funduszami i częściej są cytowane. Badania kliniczne z pozytywnymi wynikami Prawdopodobnie zostanie opublikowany tych, którzy mają Wyniki negatywne lub zerowe. Te rzeczy są ważne przy podejmowaniu decyzji, kto otrzyma stypendium naukowe.

Naukowcy są również bardzo zajętymi ludźmi, którzy mają wiele potencjalnych kierunków dochodzenia. Po co gonić za hipotezą zerową, skoro możesz poświęcić swój czas na badania, które są bardziej widoczne i prowadzą do większej liczby możliwości badawczych?

Opublikowane lub unieważnione

Oprócz wykluczenia ważnego kontekstu, który może pomóc nam dowiedzieć się czegoś nowego o naszym świecie, niepublikowanie pustych wyników może również prowadzić do nieefektywności – a co gorsza, może zniechęcić młodych naukowców do kariery, ponieważ odnosi korzyści z pierwszej ręki. Jako młody doktorant postanowił powtórzyć eksperyment, który wykazał pewien efekt, i wierzył, że jego wyniki w naturalny sposób będą takie same.

„I to nie zadziałało. Nie znalazłem tego efektu w moim doświadczeniu. Więc jako początkujący badacz, myślisz, że musiałem popełnić błąd, prawdopodobnie nie miałem z tym trudności ,” powiedział.

„Miałem szczęście, że natknąłem się na starszego pracownika naukowego, który powiedział: „O tak, nikt nie może powtórzyć tego odkrycia”. Jeśli jesteś w terenie wystarczająco długo, możesz dowiedzieć się o tych rzeczach podczas rozmów na konferencjach własne doświadczenia itp. Ale musisz pozostać w terenie wystarczająco długo, aby się dowiedzieć. Jeśli nie masz szczęścia, aby ta osoba powiedziała ci, że to nie twoja wina, to tylko fakt, że sam wynik jest dość niestabilny , możesz skończyć z opuszczeniem pola”.

Wydawnictwa akademickie również borykają się z tym problemem. W 2002 roku wyjątkowy projekt – ten Dziennik negatywnych wyników w biomedycynie – Aby zachęcić do publikacji wyników, które mogą nie ujrzeć światła dziennego. Został zamknięty w 2017 roku, twierdząc, że odniósł sukces w swojej misji, ponieważ kilka innych czasopism podążyło za przykładem, publikując więcej artykułów z negatywnymi lub zerowymi wynikami.

Jednak zachęcanie naukowców do przedstawiania swoich negatywnych wyników na światło dzienne może być czasem prawie bezużyteczne. Z drugiej strony istnieje możliwość wielu źle zaprojektowanych, źle zaprojektowanych i źle przeprowadzonych badań. Ale możliwe jest również odwrotnie.

W 2014, Dziennik Biznesu i Psychologii Opublikuj specjalną liczbę zerowych wyników i Otrzymałem zaskakująco mało zamówień. Redaktorzy doszli do wniosku, że może to wynikać z tego, że sami naukowcy są przekonani, że zerowe wyniki są bezwartościowe. W 2019 r. Berliński Instytut Zdrowia ogłosił nagrodę za badania replikacji, Otwarcie witaj puste wynikiOtrzymała jednak tylko 22 wnioski.

Te postawy mogą się zmienić. Widzieliśmy, że może się to zdarzyć. Na przykład Smoot wyciągnął wiele informacji z pustych odkryć.

Mgławica Krab, znane źródło promieni kosmicznych. (NASA, Europejska Agencja Kosmiczna, J. Hester i A. lol / Uniwersytet Stanowy Arizony)

„Szukam Antymateria W promieniowaniu kosmicznym – to był pusty eksperyment i przekonał mnie, że w naszej galaktyce nie ma dużej ilości antymaterii i prawdopodobnie będzie to znacznie większa skala, mimo że między materią a antymaterią jest duża symetria” powiedział.

„Następny zerowy eksperyment był testem na naruszenie momentu pędu i rotacji wszechświata. Chociaż jest to możliwe, zerowy wynik jest bardzo ważny dla naszego widzenia świata i kosmologii, a moim początkowym bodźcem było użycie kosmiczne tło mikrofalowe Promieniowanie do obserwacji i pomiaru wszechświata. Doprowadziło to do większej liczby pustych odkryć, ale także kilku ważnych odkryć”.

W końcu może to być powolny proces. Publikacja musi być motywowana nie wynikami zerowymi per se, ale badaniami zaprojektowanymi w taki sposób, aby można było je zinterpretować i opublikować w odpowiednim kontekście. Nie jest to bynajmniej banalna prośba, ale kluczowa kwestia dla postępu naukowego.

„Uzyskanie właściwej odpowiedzi na właściwe pytanie jest ważne” – powiedział Manafi.

„Czasami może to oznaczać zerowe wyniki. Ale myślę, że musimy uważać, aby opublikowanie zerowego wyniku nie było celem samym w sobie; jest to środek do celu, jeśli pomaga nam uzyskać właściwą odpowiedź, ale wymaga więcej niż tylko opublikowanie wyniku zerowego, aby się tam dostać.

„Ostatecznie potrzebujemy lepiej sformułowanych pytań i lepiej zaprojektowanych badań, aby nasze wyniki były solidne i pouczające, bez względu na to, jakie są”.