Почему открытие «ничего» в науке может быть так важно

В науке, как и в жизни, мы все любим отмечать важные новости.

Мы подтвердили наличие черные дыры с рябью, которую они создают в пространстве-времени. мы сфотографировано Тень черной дыры. Мы выяснили, как модифицировать ДНК. Мы нашли бозон Хиггса!

Чего мы обычно не слышим, так это годы напряженной, кропотливой работы, дающей неубедительные результаты и, кажется, не дающей ответа на вопросы, которые задают ученые, — постепенное применение ограничений, которое все больше приближает нас к поиску ответов и совершению открытий.

Однако без отсутствия открытий — того, что мы называем нулевым результатом — прогресс науки часто замедляется и тормозится. Пустые результаты толкают нас вперед. Они предотвращают повторение тех же ошибок и являются направлением будущих исследований.

На самом деле, мы можем многому научиться из ничего.

Однако зачастую нулевые результаты не доходят до научных публикаций. Это может не только привести к значительным недостаткам в том, как ведется наука, но и свидетельствует о потенциально более серьезных проблемах в текущих научных публикациях.

«Мы знаем, что отказ от публикации нулевых результатов оказывает сильное искажающее воздействие», — сказал ScienceAlert психолог Маркус Монаво из Бристольского университета.

«Решение проблемы не простое, потому что очень легко создать нулевой результат, проведя плохой эксперимент. Если мы хотим наводнить литературу большим количеством нулевых результатов, создавая исследования низкого качества, это не обязательно поможет основная проблема, которая, в конечном счете, состоит в том, чтобы получить правильные ответы на важные вопросы.

знаю проблему

Нулевая гипотеза определяет параметры, при которых результаты исследования неотличимы от фонового шума. гравитационная волна Интерферометрия — аккуратный и элегантный пример: сигналы гравитационных волн очень слабые, и их много. источники шума Может повлиять на датчики LIGO. Подтвержденное открытие может быть сделано только после того, как эти источники будут категорически исключены.

Если эти источники нельзя исключить, это называется нулевым результатом. Это не означает, что гравитационные волны не обнаружены; Это просто означает, что мы не можем с уверенностью сказать, что мы сделали обнаружение.

Аэрофотоснимок интерферометра Virgo, обнаруживающего гравитационные волны. (Сотрудничество с Девой / CCO 1.0)

Это может быть очень полезно, и в некоторых областях, таких как космология и гравитационно-волновая астрономия, публикация нулевых результатов помогает ученым точно настроить параметры будущих экспериментов.

В других областях, где результаты могут быть скорее качественными, чем количественными, нулевые результаты менее ценны.

«Часть проблемы со многими поведенческими и медицинскими науками заключается в том, что мы не можем делать количественные прогнозы», — объяснил Манафи.

«Поэтому мы ищем только доказательства эффекта или ассоциации, независимо от его размера, что приводит к этой проблеме, когда, если мы не можем найти доказательства эффекта, мы не устанавливаем никаких критериев относительно того, является ли эффект такого размера имеет значение. Или нет — биологически, теоретически, клинически. Мы ничего не можем с этим поделать».

Ничего необычного

При правильном использовании нулевой результат может привести к необычным результатам.

Одним из самых известных примеров является . Эксперимент Майкельсона-МорлиПроводили физики Альберт А. Майкельсон и Эдвард У. Морли в 1887 году. Пара пыталась определить скорость нашей планеты по отношению к «светящемуся эфиру» — среде, через которую, как считалось, распространяется свет, так же как волны проходят через вода.

Поскольку Земля движется в космосе, они предположили, что входящие световые волны, колеблющиеся в неподвижном океане эфира в космическом масштабе, должны двигаться с несколько иной скоростью, чем те волны, которые распространяются под прямым углом к ​​нему. Их опыт был гениальным и трудным, но, конечно, ничего подобного они не обнаружили. Нулевой результат показал, что скорость света постоянна во всех системах отсчета, что Эйнштейн продолжил объяснять с помощью своей специальной теории относительности.

Интерферометр Майкельсона 1881 г., предназначенный для обнаружения эфира. (Альберт Абрахам Майкельсон, общественное достояние)

В других случаях нулевые результаты могут помочь нам в разработке будущих устройств и экспериментов. Столкновение черных дыр с гравитационными волнами было обнаружено после многих лет нулевых открытий, которые позволили улучшить конструкцию интерферометра гравитационных волн. Находясь в ЦЕРН, физикам еще предстоит обнаружить какие-либо темная материя Сигнал в экспериментах по столкновению частиц, что позволило установить ограничения на то, что могло бы быть.

«Эксперименты с холостыми пробами — это лишь часть полного спектра наблюдений», — сказал ScienceAlert астрофизик Джордж Смут III из Калифорнийского университета в Беркли. «Иногда вы видите что-то новое и удивительное, а иногда видите то, чего нет».

Когда дело доходит до твердых чисел, нулевые результаты часто легче интерпретировать. В других областях может быть мало стимулов для публикации.

Последствия того, что их не обнаружили, не всегда ясны, и исследования, в которых делается важное открытие, привлекают больше внимания, больше финансирования и с большей вероятностью будут цитироваться. Клинические испытания с положительным результатом Скорее всего будет опубликовано из тех, у кого есть Отрицательные или нулевые результаты. Когда дело доходит до решения, кто получит исследовательскую стипендию, эти вещи важны.

Ученые также очень занятые люди, и у них есть много потенциальных направлений исследований. Зачем гнаться за нулевой гипотезой, если можно потратить время на исследование, которое с большей вероятностью будет замечено и даст больше возможностей для исследований?

Опубликовано или отозвано

Помимо отказа от важного контекста, который может помочь нам узнать что-то новое о нашем мире, неопубликование пустых результатов также может привести к неэффективности — и, что еще хуже, это может отбить у молодых ученых желание продолжать карьеру, поскольку это приносит пользу из первых рук. Будучи молодым докторантом, он решил повторить эксперимент, обнаруживший определенный эффект, и полагал, что его результаты, естественно, будут такими же.

«И это не сработало. Я не обнаружил такого эффекта в своем опыте. Итак, как начинающий исследователь, вы думаете, ну, я, должно быть, сделал ошибку, мне, вероятно, не было трудно с этим. ,» он сказал.

«Мне посчастливилось встретить старшего научного сотрудника, который сказал: «О, да, никто не может повторить это открытие». Если вы достаточно долго работаете в этой области, вы можете узнать об этих вещах из разговоров на собственный опыт и т. д. Но вы должны оставаться в поле достаточно долго, чтобы выяснить это. Если вам не повезло, и этот человек сказал вам, что это не ваша вина, это просто тот факт, что сам результат довольно нестабилен. , вы можете в конечном итоге покинуть поле».

Академические публикации также борются с этой проблемой. В 2002 году уникальный проект — Журнал негативных результатов в биомедицине — Поощрять публикацию результатов, которые могут не увидеть свет. Он закрылся в 2017 году, заявив, что справился со своей миссией, поскольку несколько других журналов последовали примеру, опубликовав больше статей с отрицательными или нулевыми результатами.

Тем не менее, поощрять ученых к тому, чтобы освещать свои отрицательные результаты, иногда может быть почти бесполезно. С другой стороны, существует потенциал для обилия плохо спланированных, плохо спланированных и плохо проведенных исследований. Но возможно и обратное.

В 2014, Журнал бизнеса и психологии Опубликовать специальное количество нулевых результатов и Получил на удивление мало заказов. Редакторы пришли к выводу, что это может быть связано с тем, что сами ученые убеждены, что нулевые результаты ничего не стоят. В 2019 году Берлинский институт здравоохранения объявил награду за повторные исследования. Открыто приветствуйте пустые результатыОднако поступило всего 22 заявки.

Эти взгляды могут измениться. Мы видели, что это может произойти. Смут, например, многому научился из пустых открытий.

Крабовидная туманность, известный источник космических лучей. (НАСА, Европейское космическое агентство, Дж. Хестер и А. лол / Университет штата Аризона)

«Находясь в поиске Антивещество В космических лучах — это был пустой эксперимент, и он убедил меня в том, что в нашей галактике нет огромного количества антиматерии и, вероятно, в гораздо большем масштабе, даже несмотря на то, что между материей и антиматерией существует большая согласованность», — сказал он.

«Следующий нулевой эксперимент был проверкой нарушения углового момента и вращения Вселенной. Хотя это возможно, нулевой результат очень важен для нашего взгляда на мир и космологии, и моим первоначальным импульсом было использовать космический микроволновый фон Излучение для наблюдения и измерения Вселенной. Это привело к большему количеству пустых открытий, но также и к некоторым важным открытиям».

В конце концов, это может быть медленный процесс. Публикация должна быть мотивирована не нулевыми результатами как таковыми, а исследованиями, разработанными таким образом, чтобы эти результаты можно было интерпретировать и публиковать в соответствующем контексте. Это ни в коем случае не тривиальная просьба, а решающий вопрос для научного прогресса.

«Важно получить правильный ответ на правильный вопрос», — сказал Манафи.

«Иногда это может означать нулевые результаты. Но я думаю, нам нужно быть осторожными, чтобы публикация нулевого результата не стала самоцелью; это средство для достижения цели, если оно помогает нам получить правильный ответ, но это требует больше, чем просто публикация нулевого результата, чтобы добраться туда.

«В конечном счете, нам нужны лучше сформулированные вопросы и лучше спланированные исследования, чтобы наши результаты были надежными и информативными, какими бы они ни были».