Wielkie nieznane: czytelnicy odpowiadają

Na łożu śmierci, według jej sekretarki Alice B. Toklas, Gertruda Stein zapytała: Jaka jest odpowiedź? Nie otrzymawszy odpowiedzi, kontynuowała: A więc jakie jest pytanie?

Ludzka ciekawość i nasz nienasycony impuls do zadawania pytań napędzają badania naukowe. W lipcowym numerze Technology Review czytelnicy mieli okazję sformułować własną listę najważniejszych pytań naukowych, na które nie udzielono odpowiedzi. Przedstawiamy listę 14 pytań, które zdaniem prezes Carnegie Institution Maxine Singer są jednymi z najważniejszych w naszej książce Dlaczego nie czarne dziury są czarne? W pytaniach bez odpowiedzi w Frontiers of Science prawie 200 czytelników skomentowało listę, zastępując nasze własne ulubione pytania. l Większość respondentów zgodziła się z naszym założeniem, że nauka, której wyzwaniem są niezliczone fascynujące pytania bez odpowiedzi, jest daleka od zakończenia. Ale wielu czytelników zidentyfikowało również to, co uważali za poważne zaniedbania, a kilku wyraźnie potępiło naszą listę jako błędną, elitarną lub naiwną. Krótko mówiąc, badanie wykazało, że chociaż naukowcy są ogólnie przekonani, że odpowiedzi są uzyskiwane z pewnym stopniem obiektywizmu, nasz wybór pytań jest wysoce subiektywny. Oto, które czytelnicy Technology Review zidentyfikowali jako najbardziej przekonujące pytania, przed którymi stoi dzisiejsza nauka.

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 1997 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Najczęściej zadawane pytanie

Czytelnicy Technology Review zadali ponad 100 różnych pytań, ale prawie jedna trzecia wszystkich respondentów – zdecydowanie największe pytania grupowe dotyczące umysłu, mózgu i natury świadomości znajdują się na szczycie ich list. Wśród różnych pytań związanych z tym tematem były: Jak działa umysł? Czym są emocje? Czym jest miłość? Czy możemy zbudować świadomą maszynę? Skąd się bierze kreatywność? Co oznaczają sny? Dlaczego reagujemy na muzykę?

Pytania te kontrastują z naszym węższym pytaniem: Jakie są fizyczne źródła pamięci? który jeden z czytelników określił jako niemal śmiesznie prosty w porównaniu z próbą zrozumienia świadomości. Wielu najgłębszych myślicieli nauki, w tym laureaci Nagrody Nobla Francis Crick i Gerald Edelman oraz matematyk Roger Penrose, zgodziłoby się z czytelnikami Technology Review, że ten drugi Czym jest świadomość? to najbardziej podstawowe pytanie dotyczące mózgu bez odpowiedzi. Crick, który definiuje świadomość jako uwagę i pamięć krótkotrwałą, w swojej książce The Astonishing Hypothesis wezwał do zintensyfikowania wysiłków badawczych.

Jednak rozróżnienie między pytaniami o pamięć a pytaniami o świadomość podnosi kluczową kwestię dotyczącą natury nauki. Aby pytanie było naukowe, musi dać na nie odpowiedź poprzez powtarzalny proces obserwacji, eksperymentu i teorii. Czy badanie świadomości, w przeciwieństwie do fizycznego mózgu, jest naukowe? Wielu badaczy, w tym informatyk ze Stanford Terry Winograd i nieżyjący już fizyk Richard Feynman, nie jest przekonanych, że w najbliższym czasie możliwe jest znalezienie konkretnej fizjologicznej definicji świadomości, a tym bardziej jednoznacznego protokołu eksperymentalnego do jej badań. Twierdzą, że skoro brakuje jasnej strategii badawczej, świadomość musi na razie znajdować się poza dziedziną nauki.

Rzeczywiście, większość pytań, na które nie ma odpowiedzi, dotyczących myśli ludzkiej, wydaje się znajdować gdzieś w mglistej sferze między filozofią a nauką. Czym jest pomysł? Czym jest emocja? Co to znaczy być ciekawym lub coś wiedzieć? Trudno sobie wyobrazić, jak te abstrakcyjne pytania można w jakikolwiek schludny sposób zredukować do zbiorowej właściwości tkanek mózgowych, ani nie jest oczywiste, jak dokonać gigantycznego skoku od koncepcji myśli do powtarzalnego eksperymentu w laboratorium.

Problem świadomości był rozważany przez niezliczonych naukowców i filozofów, od zdeklarowanych redukcjonistów, którzy oczekują, że myślenie i emocje mogą być wyjaśnione wyłącznie przez neurony, po sceptyków, którzy zaprzeczają jakiejkolwiek nadziei na fizyczne zrozumienie. Filozof z Uniwersytetu Kalifornijskiego, David Chalmers, przyjmuje użyteczny pogląd pośredni, dzieląc pytanie Czym jest świadomość? w to, co nazywa łatwym i trudnym problemem.

Łatwy problem skupia się na mechanice świadomości: jak ludzie mogą izolować zewnętrzne bodźce i na nie reagować? W jaki sposób mózg przetwarza informacje, aby kontrolować zachowanie? Jak możemy wyartykułować informacje o naszym stanie wewnętrznym? Neurobiolodzy od dawna zajmują się aspektami tych pytań, które można systematycznie badać w podobny sposób, w jaki badacze badają fizyczne mechanizmy pamięci. Być może po wielu dziesięcioleciach intensywnych badań można znaleźć odpowiedź na takie pytania.

Z drugiej strony trudny problem dotyczy niematerialnych połączeń między fizycznym mózgiem a samoświadomością, emocjami, percepcją i rozumowaniem. Jak muzyka może wywołać tęsknotę lub głęboki smutek wiersza? W jaki sposób czytanie książki pobudza ciekawość lub frustrację? Jakie fizyczne struktury i procesy wytwarzają miłość, strach, melancholię lub chciwość?

Niektórzy badacze wierzą, że w odpowiednim czasie zrozumienie świadomości będzie w sposób naturalny wynikało z badań nad fizycznym mózgiem. Inni opowiadają się za radykalnie nową perspektywą. Na przykład Chalmers wysuwa zdumiewające twierdzenie, że świadomość należy przyjąć jako cechę wszechświata całkowicie odmienną od wcześniej rozpoznanych fizycznych atrybutów, takich jak materia, energia, siły i ruchy. Być może, mówi, świadomość jest (jeszcze nierozpoznaną) nieodłączną właściwością informacji.

Czym jest świadomość? Na razie uczeni nie mogą się nawet zgodzić, co dokładnie oznacza pytanie, a tym bardziej nie wyobrażają sobie, jaką formę może przybrać odpowiedź. Bo tak daleko w przyszłości, jak ktokolwiek chce przewidzieć, ta największa tajemnica ludzkiego umysłu może pozostać.

Wspomnienia są różne; są bardziej namacalne i ściśle określone. Na jednym poziomie wspomnienia są rodzajem informacji, które można przechowywać, przywoływać, zmieniać lub usuwać — wszystkie znane zadania w erze komputerów. Można sobie wyobrazić, że każde wspomnienie jest przechowywane w mózgu jako cząsteczka lub zestaw cząsteczek, które niosą wiadomość. Alternatywnie, wspomnienia mogą być połączone na stałe w sieci komórek mózgowych, a może składają się z potencjałów elektrycznych, które przenikają cały mózg. Niezależnie od charakteru wspomnień, możemy mieć nadzieję, że odpowiedzi ulegną sprytnemu i wytrwałemu studiowaniu.

Jest jeszcze jeden powód, dla którego poszukiwanie zrozumienia pamięci zajmuje centralną pozycję w badaniach ludzkiego mózgu. Świadomość, percepcja i myślenie zależą od odbierania informacji przez nasze zmysły i analizowania tych informacji w kontekście wyuczonych wzorców doświadczeń – wzorców zapisanych jako wspomnienia. Nie możemy być świadomi siebie bez zapamiętanego kontekstu istnienia i osobistej historii. Zrozumienie fizycznych podstaw wspomnień jest zatem niezbędnym krokiem do poznania, co to znaczy być człowiekiem — być świadomym wspomnień.

Jeden krok dalej

W odpowiedziach na ankietę kilkakrotnie pojawiło się kilka fascynujących pytań dotyczących fizycznego projektu wszechświata: Czym jest grawitacja? Czym jest czas? Jaki jest związek między światem kwantowym a makroskopowym? Jaki jest związek między matematyką a światem fizycznym? To są dobre pytania. Wszystkie są przedmiotem bieżących badań i debat, a każdy z nich może znaleźć się na liście 20 najlepszych.

Ale inne pytania, dość podobne pod względem tonu i treści, są bardziej problematyczne. Czy możemy rozwinąć antygrawitację? Czy możemy rozwijać podróże w czasie? Czy materia może być transportowana w przestrzeni inaczej niż fizycznie? Każde z tych pytań postuluje technologie, które są poza obecnymi prawami fizycznymi. Nie oznacza to, że takie technologie są niemożliwe. Tyle, że obecnie nauka nie ma możliwości rozwiązania takich spekulacji.

Jeszcze inne pytania dotyczą przestrzeni i czasu z bardziej filozoficznej perspektywy: Jakie jest znaczenie mechaniki kwantowej? Dlaczego prędkość światła jest tym, czym jest, albo dlaczego prędkość światła jest tak mała? Dlaczego podstawowe stałe są tym, czym są? Granica między nauką a filozofią jest często niewyraźna, gdy pytamy, dlaczego natura zachowuje się w taki sposób. Naukowcy mogą mierzyć prędkość światła z niezwykłą dokładnością, ale dlaczego ma ona tę szczególną wartość, może przeczyć obecnej teorii.

W podobnym duchu kilku czytelników zapytało, czy mogą istnieć alternatywne wszechświaty, być może z różnymi stałymi fizycznymi. Bez konkretnych obserwacji wspierających lub zaprzeczających tym ideom alternatywne wszechświaty są poza domeną dzisiejszej nauki.

Obawy społeczne

Wielu czytelników potępiło nas za brak uznania nauk społecznych. Jeden z czytelników pyta: Gdzie są wielkie pytania dotyczące domeny ludzkiego [społeczeństwa]? Inny zauważa: Skupiając się na naukach przyrodniczych i całkowicie ignorując nauki społeczne, obaj autorzy nie wspominają o obszarach naszej największej ignorancji: bez odpowiedzi na pytania socjologii, ekonomii, nauk politycznych, psychologii społecznej.

Winny jako opłata. Z wyjątkiem naszego granicznego pytania dotyczącego genetyki behawioralnej (Czy zachowanie jest podyktowane genami?), ograniczyliśmy się do nauk fizycznych i przyrodniczych. Ankieta podobna do naszej z perspektywy nauk społecznych byłaby fascynująca, zwłaszcza sądząc po pytaniach: Czy wojna jest nieunikniona? Czy możemy osiągnąć pokój na świecie? Jak powstają społeczeństwa? Jaki jest najlepszy sposób na wychowanie dziecka? Jakie są względne role natury i wychowania? Jakie jest źródło impulsu religijnego? Jakie są zasady ekonomii? Jaka jest rola pracy i czasu wolnego? Chociaż takie pytania nie są przedmiotem badań naukowych, czytelnicy, którzy je zadawali, mogą sobie uświadomić, że kwestie te znajdują się obecnie w głównym nurcie badań socjologicznych.

Wiedza specjalistyczna

Wiele pytań czytelników wydaje się wąsko skoncentrowanych i konkretnych. Na przykład: Jaka jest natura turbulencji? Dlaczego ludzkie kobiety są mniejsze niż mężczyźni? Jak generowany jest haj na Północnym Pacyfiku? Jaka jest krótkookresowa dynamika gwiazd typu słonecznego? Czy możemy opracować syntetyczną fotosyntezę? Czy możemy zrozumieć podstawowe zasady katalizatorów? Co powoduje epoki lodowcowe? Jak działa lustro? Co powoduje piorun kulowy?

Wszystkie te pytania są fascynujące, ale nie umieściłbym ich na szczycie mojej własnej listy. Jednak ustalanie takich rankingów jest subiektywnym procesem, z którym cały czas boryka się społeczność naukowa. Ranking najmocniej odgrywa rolę w codziennym świecie przy przyznawaniu nagród i grantów badawczych. Nagrody naukowe i związany z nimi prestiż przyznawane są zwykle za pracę postrzeganą jako podstawową i podstawową. Odkrycie jądra atomowego przez Ernesta Rutherforda, wyjaśnienie wiązania chemicznego przez Linusa Paulinga oraz odkrycie struktury DNA przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka zostały docenione przez Nagrody Nobla. Prestiżowe czasopisma, takie jak Science i Nature, mogą pomieścić tylko 10 procent wszystkich zgłoszeń. Tak więc akceptacje opierają się w dużej mierze na postrzeganej ważności pytania, na które się zwracamy.

Z drugiej strony, granty badawcze są zazwyczaj przyznawane przez agencje rządowe – na przykład Departamenty Handlu, Zdrowia i Opieki Społecznej, Obrony i Energii – które mają na uwadze konkretne cele pragmatyczne. W związku z tym wielu naukowców staje się biegły w racjonalizacji swoich badań podstawowych, pokazując, w jaki sposób badania te są niezbędne do rozwiązywania problemów stosowanych.

Oczywiście względna waga, jaką przywiązujemy do pytań, jest wysoce subiektywna. Każda kultura zadaje inne pytania, odzwierciedlając ich różne przekonania i doświadczenia. Wszystkie kultury od czasu do czasu zastanawiają się nad ogromną skalą wszechświata i starożytnym pochodzeniem życia. Jednak nie wszystkie kultury pytają o liczbę gwiazd lub dokładny wiek gatunków kopalnych, a tym bardziej o ewolucję tych obiektów. Ostatecznie zadawanie właściwego pytania we właściwym czasie jest kluczową częścią sztuki uprawiania nauki.

Droga poza naukę

Być może najbardziej fascynującą z odpowiedzi czytelników były liczne pytania, które, zgodnie z szerokim konsensusem, wykraczają poza dziedzinę nauki. Kilka przykładów: czy istnieje bóg? Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Co dzieje się po śmierci? Jaka jest natura zła? Czy wszechświat jest nieskończony? Czy istnieją sfery świadomości lub rzeczywistości, których normalnie nie postrzegamy?

Nauka zajmuje się tylko tymi pytaniami, na które można odpowiedzieć poprzez powtarzalne obserwacje, kontrolowane eksperymenty i teorię kierującą się logiką matematyczną. To rozróżnienie między dociekaniem naukowym i nienaukowym, choć czasami niewyraźne, nie jest ani frywolne, ani arbitralne.

Nauka może ujawnić, czy obraz jest stary, ale nie może określić, czy obraz jest piękny. Można go użyć do wydedukowania pochodzenia fizycznego wszechświata, ale nie może uzasadnić, dlaczego jesteśmy tutaj, by rozważać jego istnienie. Wiele z najważniejszych pytań, przed którymi stajemy: Jaki jest sens życia? Kogo powinienem poślubić? Czy istnieje Bóg? – a więc leżą poza jego domeną. Taka świadomość skłoniła ekonomistę i filozofa Kennetha Bouldinga do spostrzeżenia, tylko częściowo żartem: Nauka jest sztuką zastępowania nieważnych pytań, na które można odpowiedzieć, ważnymi pytaniami, na które nie można odpowiedzieć.

Kilka pytań leżących na granicy nauki jest trudniejszych do sklasyfikowania. Naukowcy są podzieleni, na przykład, jeśli chodzi o pytania, które kilku czytelników zaproponowało, dotyczące percepcji pozazmysłowej, prekognicji, numerologii i psychokinezy. Podczas gdy wielu badaczy wrzuca te idee do szerokiej kategorii pseudonauki, można przeprowadzić powtarzalne eksperymenty, aby przetestować osoby, które twierdzą, że posiadają takie zdolności.

Potrzeby człowieka i nowe technologie

Kilku respondentów skarciło nas za zaniedbywanie pytań dotyczących palących ludzkich potrzeb. Według jednego z czytelników, najważniejsza nauka tworzona przez ludzi, będzie łączyć się z ludzką skalą, wpływając w jakiś wiarygodny sposób na społeczeństwo ludzkie. Pytania Hazena nie przechodzą tego testu.

Wśród takich pytań zadawanych przez czytelników są: Czy możemy przedłużyć ludzkie życie? Czy śmierć jest nieunikniona? Jak możemy zwiększyć produkcję żywności? Jaki jest globalny obieg wody na Ziemi? Czy ziemski ekosystem sam się koryguje? Czy możemy opracować syntetyczne zamienniki organów ciała? Co powoduje pogodę? Czy możemy kierować ewolucją? Czy możemy budować w procesie zdrowienia z następnego ciemnego wieku, zakładając, że nadejdzie następny ciemny wiek?

Inni proponowali pytania związane z rozwojem nowych technologii: Czy możemy rozwijać nowe technologie energetyczne? (Było to również podstawą naszego piątego pytania. Czy możemy rozwijać ludzkie podróże kosmiczne? Jakie są ograniczenia szybkości komputera? Co stanie się możliwe dzięki nanotechnologiom?

Trudność w ocenie względnej wagi zastosowanych pytań dobrze ilustrują wysiłki mające na celu znalezienie leku na AIDS. Podstawowe odkrycia związane na przykład z wirusami, DNA i układem odpornościowym mogą nie przynosić bezpośrednich korzyści nikomu zarażonemu wirusem HIV, ale ostatecznie będą niezbędne do znalezienia leków na wiele chorób, być może w tym na AIDS. Z kolei odkrycie konkretnej szczepionki na AIDS może nie skutkować żadnym fundamentalnym nowym zrozumieniem systemów biologicznych, ale wywarłoby natychmiastowy i głęboki wpływ na miliony ludzi. Rozsądne wydaje się zatem, aby jakakolwiek strategia finansowania badań nad AIDS zapewniała równowagę między działaniami podstawowymi i stosowanymi.

To też się zmieni

Według jednego uważnego czytelnika pytania Hazena i Singera są dziwnie nieposortowaną partią, która odnosi się do różnych poziomów w niesystematyczny sposób…. Lista jest zbyt wytworem naszych obecnych trosk; nie jest zbudowany, aby wytrzymać próbę czasu.

Nie mogliśmy się bardziej zgodzić. Lista zmieni się z trzech powodów. Po pierwsze, na pytania naukowe można z natury odpowiedzieć, tak więc w rzeczywistości można na nie odpowiedzieć. Dwa wieki temu jednym z największych pytań w nauce było opracowanie niezawodnej metody określania długości geograficznej. Pół wieku temu poszukiwania molekularnych mechanizmów genetyki pochłonęły tysiące biologów. Teraz pojawiają się nowe pytania, które zastępują stare.

Po drugie, głębokie pytania nie zawsze są pytaniami oczywistymi, więc mogą zostać odkryte nowe pytania. Podczas gdy narodziny wszechświata, pochodzenie życia oraz nieuchronność starzenia się i śmierci od tysięcy lat zachęcają do spekulacji, inne fascynujące pytania, takie jak natura energii, działanie genów i tajemnica ciemnej materii, są znacznie bardziej subtelne, wyłaniają się z dokuczliwej trwałości dziwnych obserwacji i nietypowych fragmentów danych. Stopniowo, na przestrzeni dziesięcioleci, a nawet stuleci, uświadamiamy sobie fundamentalny brak naszego zrozumienia fizycznego świata i głęboka tajemnica – nowe pytanie – wychodzi w pełni na światło dzienne.

Po trzecie, niektóre pytania nie są teraz naukowe, ale mogą być kiedyś. Przed odkryciem odległych galaktyk przez Edwina Hubble'a pytanie, jak powstał wszechświat, pozostawało poza nauką obserwacyjną. Bez odpowiednich danych była to kwestia filozoficznych spekulacji. Ale kiedy astronomowie zrozumieli, czego szukać, pochodzenie wszechświata weszło do głównego nurtu badań naukowych. Podobnie, czym jest czas? i moim zdaniem, czym jest świadomość? są dzisiaj bardziej pytaniami filozoficznymi niż naukowymi, chociaż ta sytuacja może się zmienić, gdy dowiemy się więcej o materii, energii i mózgu. A kto wie, na jakie pytania jeszcze nie pomyśleliśmy? Ale to jest najfajniejsza część.

ukryć