Het grote onbekende: lezers reageren

Volgens haar secretaresse Alice B. Toklas vroeg Gertrude Stein op haar sterfbed: Wat is het antwoord? Ze kreeg geen antwoord en vervolgde: Wat is dan de vraag?

Menselijke nieuwsgierigheid en onze onverzadigbare drang om vragen te stellen, drijven wetenschappelijk onderzoek. In het juli-nummer van Technology Review kregen lezers de kans om hun eigen lijst met de belangrijkste onbeantwoorde wetenschappelijke vragen te formuleren. Gepresenteerd met een lijst van 14 vragen die Carnegie Institution president Maxine Singer en ik beweerden dat ze een van de belangrijkste waren in ons boek Waarom zijn zwarte gaten niet zwart? De onbeantwoorde vragen aan de grenzen van de wetenschap, bijna 200 lezers reageerden op de lijst door hun eigen favoriete vragen te vervangen door de onze. l De meeste respondenten waren het eens met ons uitgangspunt dat de wetenschap, uitgedaagd door talloze fascinerende onbeantwoorde vragen, nog lang niet voorbij is. Maar veel lezers identificeerden ook wat zij zagen als ernstige omissies en enkelen bestempelden onze lijst als misleidend, elitair of naïef. Kortom, het onderzoek toonde aan dat hoewel wetenschappers er over het algemeen van overtuigd zijn dat antwoorden met een zekere mate van objectiviteit worden bereikt, onze keuze van vragen zeer subjectief is. Dit zijn de door Technology Review-lezers geïdentificeerde vragen als de meest dwingende vragen waarmee de wetenschap tegenwoordig wordt geconfronteerd.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van november 1997

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

De meest gestelde vraag

Lezers van Technology Review stelden meer dan 100 verschillende vragen, maar bijna een derde van alle respondenten - verreweg de grootste groep - plaatste vragen over de geest, de hersenen en de aard van het bewustzijn bovenaan hun lijst. Onder de uiteenlopende vragen met betrekking tot dit onderwerp waren: Hoe werkt de geest? Wat zijn emoties? Wat is liefde? Kunnen we een bewuste machine bouwen? Wat is de oorsprong van creativiteit? Wat betekenen dromen? Waarom reageren we op muziek?

Deze vragen staan ​​in schril contrast met onze nauwer gerichte vraag: wat is de fysieke oorsprong van het geheugen? die een lezer beschreef als bijna lachwekkend eenvoudig in vergelijking met de poging om het bewustzijn te begrijpen. Veel van de diepste denkers van de wetenschap, waaronder Nobelprijswinnaars Francis Crick en Gerald Edelman, en wiskundige Roger Penrose, zijn het met Technology Review-lezers eens dat de laatste Wat is bewustzijn? is de meest fundamentele onbeantwoorde vraag over de hersenen. Crick, die bewustzijn definieert als aandacht en kortetermijngeheugen, heeft in zijn boek The Astonishing Hypothesis opgeroepen tot een intensievere onderzoeksinspanning.

Maar het onderscheid tussen vragen over geheugen en die over bewustzijn roept een belangrijk punt op over de aard van wetenschap. Wil een vraag wetenschappelijk zijn, dan moet deze beantwoord kunnen worden door middel van een reproduceerbaar proces van observatie, experiment en theorie. Is de studie van het bewustzijn, in tegenstelling tot het fysieke brein, wetenschappelijk? Veel onderzoekers, waaronder Stanford-computerwetenschapper Terry Winograd en wijlen natuurkundige Richard Feynman, zijn er niet van overtuigd dat het mogelijk is om op korte termijn een concrete fysiologische definitie van bewustzijn te vinden, laat staan ​​een ondubbelzinnig experimenteel protocol voor zijn onderzoek. Omdat een heldere onderzoeksstrategie ontbreekt, stellen zij dat het bewustzijn voorlopig buiten het domein van de wetenschap moet liggen.

Inderdaad, de meeste onbeantwoorde vragen over het menselijk denken lijken ergens in het vage gebied tussen filosofie en wetenschap te vallen. Wat is een idee? Wat is een emotie? Wat betekent het om nieuwsgierig te zijn of iets te weten? Het is moeilijk in te zien hoe deze abstracte vragen op een nette manier kunnen worden teruggebracht tot een collectieve eigenschap van hersenweefsels, en het is ook niet duidelijk hoe de grote sprong te maken van het concept van het denken naar een reproduceerbaar experiment in het laboratorium.

Over het probleem van het bewustzijn is nagedacht door talloze wetenschappers en filosofen, van erkende reductionisten die verwachten dat gedachten en emoties alleen door neuronen kunnen worden verklaard tot sceptici die elke hoop op fysiek begrip ontkennen. De filosoof van de Universiteit van Californië, David Chalmers, neemt een bruikbare tussenvisie in door de vraag Wat is bewustzijn? in wat hij het gemakkelijke probleem en het harde probleem noemt.

Het gemakkelijke probleem richt zich op de mechanica van het bewustzijn: hoe kunnen mensen externe prikkels isoleren en erop reageren? Hoe verwerken de hersenen informatie om gedrag te sturen? Hoe kunnen we informatie over onze interne toestand articuleren? Neurobiologen hebben lang aspecten van deze vragen aangepakt, die vatbaar zijn voor systematische studie op vrijwel dezelfde manier waarop onderzoekers de fysieke mechanismen van het geheugen onderzoeken. Misschien kunnen dergelijke vragen met tientallen jaren intensief onderzoek worden beantwoord.

Het moeilijke probleem daarentegen heeft betrekking op de ongrijpbare verbindingen tussen het fysieke brein en zelfbewustzijn, emotie, perceptie en redenering. Hoe kan muziek een gevoel van verlangen oproepen, of een gedicht diepe droefheid? Hoe stimuleert het lezen van een boek nieuwsgierigheid of frustratie? Wat zijn de fysieke structuren en processen die liefde, angst, melancholie of hebzucht produceren?

Sommige onderzoekers geloven dat te zijner tijd een begrip van bewustzijn vanzelf zal volgen uit onderzoek naar het fysieke brein. Anderen pleiten voor een radicaal nieuw perspectief. Chalmers doet bijvoorbeeld de verrassende stelling dat bewustzijn moet worden geaccepteerd als een kenmerk van het universum dat volledig verschilt van eerder erkende fysieke eigenschappen, zoals materie, energie, krachten en bewegingen. Misschien, zegt hij, is bewustzijn een (nog niet herkende) intrinsieke eigenschap van informatie.

Wat is bewustzijn? Voorlopig kunnen wetenschappers het niet eens worden over wat de vraag precies betekent, laat staan ​​hoe een antwoord eruit zou kunnen zien. Want zo ver in de toekomst als iemand wil voorzien, kan dit grootste mysterie van de menselijke geest blijven bestaan.

Herinneringen zijn anders; ze zijn tastbaarder en strakker gedefinieerd. Op een bepaald niveau zijn herinneringen een soort informatie die kan worden opgeslagen, opgeroepen, gewijzigd of verwijderd - allemaal bekende taken in het computertijdperk. Het is denkbaar dat elke herinnering in de hersenen wordt opgeslagen als een molecuul of een reeks moleculen die een boodschap bevat. Als alternatief kunnen herinneringen vast verbonden zijn met netwerken van hersencellen, of misschien bestaan ​​ze uit elektrische potentialen die de hele hersenen doordringen. Wat de aard van herinneringen ook is, we kunnen de hoop koesteren dat antwoorden zullen wijken voor slimme en aanhoudende studie.

Er is nog een reden waarom de zoektocht naar het begrijpen van het geheugen een centrale plaats inneemt in de studie van het menselijk brein. Bewustzijn, perceptie en denken zijn afhankelijk van het ontvangen van informatie via onze zintuigen en het analyseren van die informatie in de context van aangeleerde patronen van ervaringspatronen die zijn vastgelegd als herinneringen. We kunnen niet zelfbewust zijn zonder een herinnerde context van het bestaan ​​en persoonlijke geschiedenis. Het begrijpen van de fysieke basis van herinneringen is daarom een ​​essentiële stap om te weten wat het is om mens te zijn - om je bewust te zijn van herinneringen.

Een stap verder

Een aantal fascinerende vragen over het fysieke ontwerp van het heelal kwamen meerdere keren voor in de antwoorden op de enquête: Wat is zwaartekracht? Wat is tijd? Wat is het verband tussen de kwantum- en macroscopische wereld? Wat is de relatie tussen wiskunde en de fysieke wereld? Dit zijn goede vragen. Ze zijn allemaal het onderwerp van actueel onderzoek en debat, en elk van hen zou een top 20-lijst kunnen maken.

Maar andere vragen, die qua toon en inhoud vrij gelijkaardig zijn, zijn problematischer. Kunnen we anti-zwaartekracht ontwikkelen? Kunnen we tijdreizen ontwikkelen? Kan materie anders dan fysiek door de ruimte worden getransporteerd? Elk van deze vragen postuleert technologieën die buiten de huidige fysieke wetten vallen. Dat wil niet zeggen dat dergelijke technologieën onmogelijk zijn. Het is alleen zo dat de wetenschap op dit moment geen manier heeft om dergelijke speculaties aan te pakken.

Nog andere vragen benaderen ruimte en tijd vanuit een meer filosofisch perspectief: wat is de betekenis van kwantummechanica? Waarom is de lichtsnelheid wat hij is, of waarom is de lichtsnelheid zo laag? Waarom zijn de fundamentele constanten wat ze zijn? De grens tussen wetenschap en filosofie is vaak vaag als we ons afvragen waarom de natuur zich gedraagt ​​zoals ze doet. Wetenschappers kunnen de snelheid van het licht met uitstekende nauwkeurigheid meten, maar waarom het die specifieke waarde heeft, tart de huidige theorie.

In dezelfde geest vroegen verschillende lezers of er alternatieve universums zouden kunnen bestaan, misschien met verschillende fysieke constanten. Zonder specifieke observaties om deze ideeën te ondersteunen of te ontkennen, vallen alternatieve universums buiten het domein van de huidige wetenschap.

Sociale zorgen

Heel wat lezers veroordeelden ons omdat we de sociale wetenschappen niet erkenden. Een lezer vraagt: Waar zijn de grote vragen met betrekking tot het domein van de menselijke [samenleving]? Een ander merkt op: Door zich te concentreren op de natuurwetenschappen en de sociale wetenschappen volledig te negeren, vergeten beide auteurs de gebieden van onze grootste onwetendheid te noemen: de onbeantwoorde vragen van sociologie, economie, politieke wetenschappen, sociale psychologie.

Schuldig zoals aangeklaagd. Behalve onze grensvraag over gedragsgenetica (wordt gedrag bepaald door genen?), hebben we ons beperkt tot de natuurkunde en de levenswetenschappen. Een vergelijkbaar onderzoek als het onze vanuit het perspectief van de sociale wetenschappen zou fascinerend zijn, vooral gezien de volgende vragen: Is oorlog onvermijdelijk? Kunnen we wereldvrede bereiken? Hoe ontstaan ​​samenlevingen? Wat is de beste manier om een ​​kind op te voeden? Wat zijn de relatieve rollen van nature vs. nurture? Wat is de bron van religieuze impulsen? Wat zijn de regels van de economie? Wat zijn de rollen van werk en vrije tijd? Hoewel dergelijke vragen niet op de wetenschappelijke onderzoeksagenda staan, kunnen lezers die ze hebben gesteld er zeker van zijn dat deze kwesties nu in de hoofdstroom van sociologisch onderzoek zijn opgenomen.

Gespecialiseerde kennis

Een aantal lezersvragen lijken eng gericht en specifiek. Bijvoorbeeld: Wat is de aard van turbulentie? Waarom zijn menselijke vrouwen kleiner dan mannen? Hoe wordt de North Pacific High gegenereerd? Wat is de kortetermijndynamiek van sterren van het zonnetype? Kunnen we synthetische fotosynthese ontwikkelen? Kunnen we de fundamentele principes van katalysatoren begrijpen? Wat veroorzaakt ijstijden? Hoe werkt een spiegel? Wat veroorzaakt bolbliksem?

Al deze vragen zijn fascinerend, maar ik zou ze niet bovenaan mijn eigen lijst plaatsen. Toch is het bepalen van dergelijke ranglijsten een subjectief proces waarmee de wetenschappelijke gemeenschap voortdurend wordt geconfronteerd. Ranking speelt in de dagelijkse wereld het sterkst bij het toekennen van prijzen en onderzoeksbeurzen. Academische prijzen en het bijbehorende prestige worden meestal toegekend voor werk dat als fundamenteel en basaal wordt beschouwd. De ontdekking van de atoomkern door Ernest Rutherford, de verklaring van Linus Pauling van de chemische binding en de ontrafeling van de structuur van DNA door James Watson en Francis Crick werden allemaal erkend door Nobelprijzen. Prestigieuze tijdschriften als Science en Nature hebben misschien maar plaats voor 10 procent van alle inzendingen. Aanvaardingen zijn dus in grote mate gebaseerd op het gepercipieerde belang van de vraag die aan de orde is.

Onderzoeksbeurzen daarentegen worden meestal toegekend door overheidsinstanties - bijvoorbeeld de ministeries van Handel, Volksgezondheid en Human Services, Defensie en Energie - die specifieke pragmatische doelen voor ogen hebben. Veel wetenschappers worden daardoor bedreven in het rationaliseren van hun streven naar fundamenteel onderzoek door aan te tonen hoe dit onderzoek essentieel is voor het oplossen van toegepaste problemen.

Het is duidelijk dat het relatieve belang dat we aan vragen hechten zeer subjectief is. Elke cultuur stelt andere vragen, die hun verschillende overtuigingen en ervaringen weerspiegelen. Alle culturen vragen zich wel eens af over de enorme omvang van het universum en de oude oorsprong van het leven. Niet alle culturen vragen zich echter af hoeveel sterren er bestaan ​​of hoe oud fossiele soorten precies zijn, laat staan ​​hoe deze objecten evolueren. Uiteindelijk is het stellen van de juiste vraag op het juiste moment een belangrijk onderdeel van de kunst van het wetenschapsbeoefening.

Veel verder dan de wetenschap

Misschien wel de meest fascinerende reacties van lezers waren de talrijke vragen die, bij brede consensus, buiten het domein van de wetenschap liggen. Een paar voorbeelden: Is er een god? Wat gebeurde er vóór de oerknal? Wat gebeurt er na de dood? Wat is de aard van het kwaad? Is het universum oneindig? Zijn er gebieden van bewustzijn of werkelijkheid die we normaal niet waarnemen?

De wetenschap behandelt alleen die vragen die kunnen worden beantwoord door reproduceerbare waarnemingen, gecontroleerde experimenten en theorie geleid door wiskundige logica. Dit onderscheid tussen wetenschappelijk en niet-wetenschappelijk onderzoek, hoewel soms vaag, is niet frivool of willekeurig.

De wetenschap kan uitwijzen of een schilderij oud is, maar kan niet bepalen of het schilderij mooi is. Het kan worden gebruikt om de oorsprong van het fysieke universum af te leiden, maar het kan niet rationaliseren waarom we hier zijn om na te denken over het bestaan ​​ervan. Veel van de belangrijkste vragen waarmee we worden geconfronteerd: wat is de zin van het leven? Met wie moet ik trouwen? Bestaat er een God? - liggen dus buiten zijn domein. Een dergelijk besef bracht econoom en filosoof Kenneth Boulding ertoe om, slechts gedeeltelijk voor de grap, op te merken: Wetenschap is de kunst om onbelangrijke vragen die kunnen worden beantwoord, te vervangen door belangrijke vragen die dat niet kunnen.

Een paar vragen die op de grenzen van de wetenschap liggen, zijn moeilijker te classificeren. Wetenschappers zijn bijvoorbeeld verdeeld over vragen die verschillende lezers hebben gesteld over buitenzintuiglijke waarneming, voorkennis, numerologie en psychokinese. Hoewel veel onderzoekers deze ideeën in de brede categorie van pseudowetenschap stoppen, kunnen reproduceerbare experimenten worden uitgevoerd om personen te testen die beweren over dergelijke vermogens te beschikken.

Menselijke behoeften en nieuwe technologieën

Verschillende respondenten berispten ons voor het negeren van vragen die betrekking hebben op dringende menselijke behoeften. De belangrijkste wetenschap die door mensen wordt gedaan, zal volgens een lezer in verband kunnen worden gebracht met de menselijke schaal en op een plausibele manier de menselijke samenleving beïnvloeden. Hazens vragen slagen niet voor deze test.

Lezers stellen onder meer de volgende vragen: Kunnen we de levensduur van de mens verlengen? Is de dood onvermijdelijk? Hoe kunnen we de voedselproductie verhogen? Wat is de wereldwijde watercyclus van de aarde? Is het ecosysteem van de aarde zelfcorrigerend? Kunnen we synthetische vervangingen voor lichaamsorganen ontwikkelen? Waardoor wordt het weer veroorzaakt? Kunnen we de evolutie sturen? Kunnen we een proces van herstel van de volgende donkere eeuw inbouwen, ervan uitgaande dat er een volgende donkere eeuw komt?

Anderen stelden vragen met betrekking tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën: Kunnen we nieuwe energietechnologieën ontwikkelen? (Dit was ook de basis van onze vijfde vraag. Kunnen we menselijke ruimtevaart ontwikkelen? Wat zijn grenzen aan de computersnelheid? Wat wordt er mogelijk door nanotechnologieën?

De moeilijkheid om het relatieve belang van toegepaste vragen te beoordelen, wordt goed geïllustreerd door pogingen om een ​​remedie voor aids te vinden. Fundamentele ontdekkingen met betrekking tot virussen, DNA en het immuunsysteem, bijvoorbeeld, zullen misschien niet direct ten goede komen aan iemand die nu met HIV is geïnfecteerd, maar uiteindelijk zullen ze essentieel zijn voor het vinden van genezingen voor veel ziekten, misschien inclusief AIDS. De ontdekking van een specifiek aids-vaccin daarentegen zal misschien niet leiden tot een fundamenteel nieuw begrip van biologische systemen, maar zou een onmiddellijk en diepgaand effect hebben op miljoenen mensen. Het lijkt daarom verstandig voor elke financieringsstrategie voor aids-onderzoek om een ​​evenwicht te vinden tussen fundamentele en toegepaste inspanningen.

Dit zal ook veranderen

Volgens een oplettende lezer zijn de vragen van Hazen en Singer een vreemd ongesorteerd lot dat verschillende niveaus op een onsystematische manier behandelt.... De lijst is teveel een schepsel van onze huidige preoccupaties; het is niet gebouwd om de tand des tijds te doorstaan.

We waren het er niet meer mee eens. De lijst zal om drie redenen veranderen. Ten eerste zijn wetenschappelijke vragen inherent beantwoordbaar, dus de vragen kunnen in feite worden beantwoord. Twee eeuwen geleden was een van de grootste vragen in de wetenschap hoe men tot een betrouwbare methode kon komen om de lengtegraad te bepalen. Een halve eeuw geleden kostte de zoektocht naar de moleculaire mechanismen van de genetica duizenden biologen. Nu rijzen er nieuwe vragen om de oude te vervangen.

Ten tweede zijn diepgaande vragen niet altijd voor de hand liggende vragen, dus er kunnen nieuwe vragen worden ontdekt. Terwijl de geboorte van het universum, de oorsprong van het leven en de onvermijdelijkheid van veroudering en dood al duizenden jaren aanleiding geven tot speculatie, zijn andere dwingende vragen, zoals de aard van energie, de werking van genen en het mysterie van donkere materie, zijn veel subtieler en komen voort uit de zeurende hardnekkigheid van vreemde observaties en afwijkende stukjes gegevens. Geleidelijk, in de loop van decennia of zelfs eeuwen, worden we ons bewust van een fundamenteel gebrek aan ons begrip van de fysieke wereld, en een diep mysterie - een nieuwe vraag - komt volledig aan het licht.

Ten derde, sommige vragen zijn nu niet wetenschappelijk, maar zullen dat ooit wel worden. Vóór Edwin Hubble's ontdekking van verre sterrenstelsels, lag de vraag hoe het universum begon buiten de observatiewetenschap. Zonder relevante gegevens was het een kwestie van filosofische speculatie. Maar toen astronomen eenmaal begrepen waar ze naar moesten zoeken, werd de oorsprong van het universum de hoofdstroom van wetenschappelijk onderzoek. Evenzo, wat is tijd? en, naar mijn mening, Wat is bewustzijn? zijn tegenwoordig meer vragen van filosofie dan van wetenschap, hoewel die situatie kan veranderen als we meer leren over materie, energie en de hersenen. En wie weet welke vragen we nog niet hebben bedacht te stellen? Maar dat is het leuke.

zich verstoppen