Mitől kísérleti a kísérleti tudomány?
Általános iskola, hetedik osztály, az ebéd előtti utolsó óra, amikor már minden gyerek a borsólevesre és a grízes tésztára gondol; jön az első, rettegett kémiaóra. A tanárnő váratlant húz: ahelyett, hogy a kémia vagy a tudomány szépségeiről kezdene beszélni, tárgyakat pakolászik a pulton, majd meggyújt valamit, ami vakító fénnyel ég. Hamarosan kiderül, hogy magnéziumszalagot éget, ami látványos vizuális jelenséget produkál. Hirtelen mindenki az órára kezd el figyelni az ebéd helyett; az ilyen esetek egy átlag gyerek életében az első találkozást jelentik a tudománynak azzal a részével, amit kísérletezésnek nevezünk, és ami a tudományos gyakorlat és elmélet gyártásának egyik kulcsösszetevője.
Azonban a kísérletezésnek nem volt mindig ilyen státusza: ha a tudomány hosszú és zavaros történetére pillantunk, akkor láthatjuk, hogy amit ma értünk kísérletezés szó alatt, az a tudománynak egy viszonylag fiatal eleme. A minket körülvevő világ passzív megfigyelése, az érzékszervi tapasztalatok által szerzett benyomások értelmezése és értékelése inkább egy filozófust jeleníthet meg lelki szemeink előtt, nem pedig egy tudóst – és ezzel a vízióval nem is tévednénk nagyot. Ennek oka, hogy a filozófia és a tudomány kezdetben olyannyira összefonódott foglalatosságok voltak, hogy a két tevékenység hibridjéről beszéltek inkább, amelyet természetfilozófiának hívtak. A filozófia, tudomány, mágia, művészet és általában a humán- és természettudományok ma ismert és használt kategóriáinak kialakulása csak a reneszánsz idején kezdett olyan formát ölteni, ami emlékeztethet minket a ma használatos felosztásokra.
Na de mi történt a reneszánsz idején, ami egyfelől újraszabdalta a diszciplinák közti határokat, továbbá a passzív szemlélődést is kiegészítette valamivel, ami a természeti világ aktív manipulálására épült?
Az aktív cselekvés váltotta fel a passzív szemlélődést
Ugyan a kísérlet kifejezést (experientia, experimentum) már a középkorban is használták (hála főként Roger Bacon írásainak), ekkor még más státusza volt a kísérlet gyakorlatának, mivel inkább demonstrálta egy elmélet igazságát, nem pedig tesztelte azt. Ezt részben a tapasztalat fogalmának eltérő értelmezése okozta. Láng Benedek tudománytörténész a Miért nem lehet a mágia elméleteit kísérleti úton falszifikálni? című tanulmányában hangsúlyozza, hogy „A középkorban az úgynevezett experimenta-irodalom legfontosabb forrásai a régi könyvek és autoritások állításai voltak: a tényleges tapasztalat, megismételt kísérletek és gyakorlati ellenpéldák nem játszottak komoly szerepet a receptek hitelességének megítélésében”. Vagyis, ellentétben a kortárs nézetekkel, ha esetleg nem a várt eredményt hozta a kísérlet, az még nem jelentette az elmélet cáfolatát.
A 17. században egy másik Bacon, Francis azonban új megközelítést dolgozott ki, amelyben a kísérletezés aktív cselekvéssel váltja fel a korábbi passzív szemlélődéseket, és amely immár elmélettesztelő szereppel is bír: ne csak megfigyeljük, hogy mi történik a világban, hanem manipuláljuk is, avatkozzunk bele a természet dolgaiba, és tesztelgessük az elképzeléseinket. Ehhez sokszor konkrét tárgyi eszközökre van szükség, ami miatt sokan támadták Francis Bacon kísérleti tudományának ötletét: ha megváltoztatjuk a megfigyelt dolgot a tesztelés miatt, vagyis beavatkozunk a természet rendjébe, akkor ugyanaz marad-e a tesztelni kívánt dolog, vagy már valami mást fogunk elemezni? Megbízható-e a manipulált valóság által produkált megfigyelés, és alkalmazhatjuk-e az általa szerzett tudást a világ többi szeletére is? Mitől minősül valami igazi kísérletnek, milyen eljárások nem nevezhetők ennek, és mindezeket milyen elméleti vagy gyakorlati szabályok alapján tudjuk meghatározni?
Tudományos kísérlet-e a kacsázás?
A tudományos kísérlet mára számos, különböző módszertannal és különböző célokra létrejövő cselekvésre vonatkozik, amelyeknek a megelőző fázistól kezdve az ismételhetőségen át az értékelésig megannyi, adott helyzettől függő elméleti konszenzusnak kell megfelelnie ahhoz, hogy a tudományos közösség érvényesnek fogadja el. A kísérletezés praktikus szabályainak megadása rengeteg kérdést szül, de ezek közül jelen cikk csak néhányra koncentrál: például, hogy mi alapján mondhatjuk valamire, hogy kísérlet, és mi az, ami csak az anyagi világ valamilyen módon történő manipulálása.
Tegyük fel, hogy a Római-parton unatkozva kavicsokat dobálok a vízbe beszélgetés közben. Valószínűleg kevesen gondolnák azt, hogy éppen tudományt művelek. Ha azonban lenne egy olyan elképzelésem, hogy egy bizonyos alakú kő jobban kacsázik, mint az a lapos, amiről eddig hittem, és pontosan emiatt a fő tevékenységem a Római-parton ülve az lenne, hogy különböző méretű, alakú és anyagösszetételű köveket dobálok a vízbe, és megfigyelem, melyik hogyan változtatja a vízfelszínt, melyikkel jobb kacsázni, majd ezekről feljegyzéseket készítenék, akkor az már közelítene ahhoz, amit tudományos munkának hívunk. Ha esetleg még ezekből a feljegyzésekből következtetéseket is levonnék, lemérném a kövek súlyát, lerajzolnám az alakjukat, megvizsgálnám az anyagukat, összevetném korábbi kavicsdobálásaim eredményeivel, netán fotókat és videókat is készítenék a kövek becsapódásáról, akkor a random cselekvés–tudományos kísérletezés skálán még közelebb állnék az utóbbihoz. Felmerül persze, hogy akkor végeredményben mitől válik valami kísérletté: az előzetes elképzelésektől, az előkészítő munkáktól, a cselekvés közben követett implicit és explicit szabályok követésétől, vagy a kísérletezést követő összegző és értelmező munkától? A teljes válasz persze az, hogy ezek együttesen adhatják meg egy cselekvés kísérletezés-jellegét, de a helyzetet még tovább bonyolítja, hogy nem szükségszerű minden fenti kitételnek minden egyes esetben teljesülnie.
A kísérletezés ugyanis nem csak konkrét hipotézisek vagy elméletek tesztelésének lehet az eszköze (úgynevezett elméletvezérelt kísérlet), léteznek felfedező kísérletek is, amelyek a téma szakértői szerint alapvetően eltérnek az előbbitől. Ezek jellemzője, hogy a kísérlet valamely tulajdonsága is kísérlet alatt áll: például ahelyett, hogy egy konkrét hipotézist tesztelne (mondjuk azt, hogy a recés felületű kövek jobban kacsáznak a vízen), azt vizsgálja, hogy bizonyos paraméterek megváltoztatása hogyan befolyásolja az eredményt, új összefüggéseket próbál felfedezni, tökéletesíti a műszerek beállítását, anomáliákat keres, satöbbi. Így tehát az is kísérlet lehet, ha minél több méretű, alakú és anyagú követ dobálunk többen a vízbe, hogy megnézzük, melyik lesz a legalkalmasabb kacsázásra – még úgy is, ha előtte nem volt arra ötletünk, hogy melyik lesz a győztes.
Hasonló a helyzet a kísérletezés másik aspektusának, a szándékoltságnak a vizsgálatával is: el kell-e döntenem előre, hogy valamit keresek, aminek az eléréséhez bizonyos gyakorlatokat fogok elvégezni tárgyak és különböző eljárások segítségével? Mi történik akkor, ha véletlen események következtében fedezek fel valamit? Ha a Római-parton ülve mindenféle előre kitervelt kísérletezési szándék nélkül, egy izgalmas beszélgetés közben dobálom a kavicsokat a vízbe, és feltűnik, hogy az egyik alak sokkal sikeresebb kacsázó, mint a másik, akkor mi lesz a gyakorlatom státusza? Megoszlanak a vélemények arról, hogy az ismert szerencsés véletleneket – például amikor egy-egy növény jótékony hatása sokszori próbálgatás után derült ki – milyen státuszban érdemes láttatni. Kísérletezés volt-e, ha a hasmenés megfékezésére különböző növényeket kapott a beteg, amelyek közül az egyik egyszer csak működött? Ugyanígy: kísérlet-e, ha véletlen fedezem fel, hogy az egyik alak a kövek között jobban teljesít, mint a többi?
A nagy Galilei-svindli és a gondolatkísérletek
A tudománytörténet gazdag olyan esetekben is, amikor a kísérlet valami egészen más eredményt hozott, mint amire a tudós számított, ahogy az is gyakran előfordult, hogy egy kísérlet eredménye többé-kevésbé stimmelt, de a módszer, amivel az eredmény megszületett, teljesen hibás volt. A helyzetet ráadásul még az is tetézi, hogy a tudománytörténet híres kísérletei közül többről is kiderült, hogy nem úgy történt, ahogyan eddig gondoltuk – vagy egyáltalán, meg sem történtek. A nagy Galileo Galilei például a (tudomány)történészek egyre inkább egybehangzó véleménye szerint számos kísérletét – amelyből később elméleti következtetéseket is levont – el sem végezte, vagy nem ő végezte el, vagy éppen csak fejben végezte el. Bármilyen szomorú is, nagyon úgy tűnik, hogy Galilei sosem mászott fel a pisai ferde toronyba, és nem dobált onnan golyókat, hogy a szabadon eső testek mozgásának törvényszerűségeit vizsgálja. Nagyon úgy tűnik, hogy életrajzírója és egyben kedves barátja, Vincenzo Viviani színezte ki az eseményeket, ugyanis erről az esetről sehol máshol nincs feljegyzés, beleértve Galilei saját jegyzeteit is. Ebben az esetben tehát a tudománytörténet egyik legendaképzésével állunk szemben – hasonló esetek végtelen tárházát láthatjuk a művészettörténetben is. Philip Ball Beautiful Experiments című könyvében megjegyzi, hogy valaki más azonban elvégzett egy nagyon hasonló kísérletet. A flamand Simon Stevin ugyanis a delfti Nieuwe Kerk toronyból valóban ledobott két golyót, melyek közül az egyik súlya tízszerese volt a másikénak. A becsapódás hangja és a lent tartózkodó szemtanúk beszámolója alapján a golyók ugyanakkor értek földet, és ezt a megfigyelést Stevin még abban az évben publikálta is. Ezt a kísérletet tehát legalább valaki elvégezte, csak épp nem Galilei. Rendben, de mi van azokkal, amiket senki sem végzett el, legfeljebb csak gondolatban?
Ezeket gondolatkísérleteknek hívjuk, és amellett, hogy verhetetlenül alacsony költséggel járnak, bárhonnan el is lehet őket végezni – csak egy működő agy kell hozzájuk, és egy kis nyugalom. Néhány gondolatkísérlet amiatt maradt meg csak gondolati szinten, mert azt gondolták, hogy felesleges megcsinálni, úgyis egyértelmű lesz az eredménye; mások eleve csak „mi lenne ha” felvetések voltak; megint másokat pedig eleve nem is lehetne elvégezni, de az általuk feltárt logikai kapcsolatok hasznosak lehetnek, illusztrálnak egy-egy elméletet, vagy épp gondolatébresztő szerepük van.
Bár a gondolatkísérletek fejben zajlanak, összességében azért mégis látszik, hogy a kísérlet egy javarészt gyakorlati, taktilis, barkácsolós, szöszmötölős folyamat, ami viszont nem mindig fért össze a világ dolgairól a karosszékében gondolkodó természetfilozófus eszméjével. Olyannyira nem, hogy a kísérletről való gondolkodás nem csupán elmélet és gyakorlat közti ellentéteket világíthat meg, de rámutat arra is, hogy a kísérleteket megtervező és elvégző szakember és az elméletek kidolgozását végző tudós között társadalmi státusz szempontjából is hatalmas különbségek voltak. Ian Hacking, a tudományfilozófia kísérleti vizsgálódásainak egyik legelső alakja rámutat, hogy bár Robert Hooke számos tudományos felfedezést tudhat magáénak, és még több eszközt ő maga készített a neves fizikus-kémikus, Robert Boyle számára, státusza és eredményeinek elismerése meg sem közelítette Boyle-ét, mivel Hooke-ot „csak” mint kísérletezőként jegyezték. Bár Boyle a tudomány történetének kiemelkedő alakja, a felfedezéseihez szükséges anyagi eszközök nélkül feltehetőleg kevesebb úttörő eredménnyel büszkélkedhetett volna. A tudásgyártás folyamatait tehát a gyakorlati kísérletezés és az elméletgyártás sűrű szövedéke lepi be.
Végül térjünk vissza a kémiaórához és az égő magnéziumszalaghoz! A cikk írása közben megkérdeztem egy általános iskolai tanár ismerősömet, hogy mi az első kísérlet manapság, amivel az iskolások kémiaórán találkoznak. A válasz lesújtó volt: megtudtam, hogy az utóbbi években a kísérletezés kikerült az általános iskolai kémiaórák anyagából. Az indok: a Klebelsberg Intézményfenntartó Központ (KLIK) nem biztosít forrást a kísérletezéshez szükséges anyagokra és felszerelésekre, az állami fenntartású iskolák pedig saját forrásból képtelenek fedezni azok költségeit. Ha ez valóban így van, az meglehetősen szomorú fejlemény, a kísérletezés ugyanis nemcsak látványos tűzijátékok demonstrálására alkalmas, hanem egyben felkeltheti a gyerekek érdeklődését a tudomány irányába – arról nem is beszélve, hogy az oktatás és a tudománykommunikáció egyik legégetőbb feladata egyfelől a tudomány gyakorlati oldalának, illetve a tudománynak mint folyamatnak (például az elrontott és sikeres próbálkozásoknak) a megértetése, ami így fájó veszteséget kénytelen elszenvedni eszköztárában.
A szerző az MTA Lendület Értékek és Tudomány Kutatócsoport tagja és a BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék adjunktusa.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten: