Hvorfor du egentlig ikke vet hva du vet

sykler

Vi overvurderer ofte vår evne til å forklare ting vi tror vi vet. Trenger du bevis? Be noen tegne en sykkel. Resultatene, som disse laget av ansatte ved MIT Technology Review, ligner ikke alltid på virkeligheten.





I juli ga Joseph Giaime, en fysikkprofessor ved Louisiana State University og Caltech, meg en omvisning i et av de mest komplekse vitenskapelige eksperimentene i verden. Han gjorde det via Zoom på iPaden sin. Han viste meg et kontrollrom av LIGO , et stort fysikksamarbeid basert i delstaten Louisiana og Washington. I 2015 var LIGO det første prosjektet direkte oppdage gravitasjonsbølger , skapt av kollisjonen mellom to sorte hull 1,3 milliarder lysår unna.

Rundt 30 store skjermer viste ulike aspekter av LIGOs status. Systemet overvåker titusenvis av datakanaler i sanntid. Videoskjermer fremstilte lysspredning fra optikk, og datakart skildret instrumentvibrasjoner fra seismisk aktivitet og menneskelig bevegelse.

Det langsiktige problemet

Denne historien var en del av november 2020-utgaven vår



  • Se resten av saken
  • Abonnere

Jeg besøkte denne kompliserte operasjonen, hvor hundrevis av spesialister innen diskrete vitenskapelige underfelt jobber sammen, for å prøve å svare på et tilsynelatende enkelt spørsmål: Hva betyr det egentlig å vite noe? Hvor godt kan vi forstå verden når så mye av kunnskapen vår er avhengig av bevis og argumenter fra andre?

Spørsmålet er ikke bare viktig for forskere. Mange andre felt blir mer komplekse, og vi har tilgang til langt mer informasjon og informerte meninger enn noen gang før. Men på samme tid gjør økende politisk polarisering og feilinformasjon det vanskelig å vite hvem eller hva man kan stole på. Medisinske fremskritt, politisk diskurs, ledelsespraksis og en god del dagligliv er alt avhenger av hvordan vi evaluerer og distribuerer kunnskap.

Vi overdriver enormt individets evne til å samle kunnskap, og undervurderer samfunnets rolle i å eie den. Du vet kanskje at diesel er dårlig for gassmotorer og at planter bruker fotosyntese, men kan du definere diesel eller forklare fotosyntese, enn si bevise at fotosyntese skjer? Kunnskap, som jeg oppdaget mens jeg undersøkte denne artikkelen, avhenger like mye av tillit og relasjoner som av lærebøker og observasjoner.



For trettifem år siden publiserte filosofen John Hardwig et papir på det han kalte epistemisk avhengighet, vår avhengighet av andres kunnskap. Artikkelen – godt sitert i noen akademiske kretser, men stort sett ukjent andre steder – vokser bare i relevans etter hvert som samfunnet og kunnskapen blir mer kompleks.

En vanlig definisjon av kunnskap er berettiget sann tro – fakta du kan støtte med data og logikk. Som individer har vi imidlertid sjelden tid eller ferdigheter til å rettferdiggjøre vår egen tro. Så hva mener vi egentlig når vi sier at vi vet noe? Hardwig stilte et dilemma: Enten kan mye av kunnskapen vår bare holdes av et kollektiv, ikke et individ, eller enkeltpersoner kan vite ting de egentlig ikke forstår. (Han valgte det andre alternativet.)

Du vet kanskje at diesel er dårlig for gassmotorer og at planter bruker fotosyntese, men kan du definere diesel eller forklare fotosyntese, enn si bevise at fotosyntese skjer?



Dette kan virke som et abstrakt filosofisk spørsmål. På slutten av dagen, uansett hva å vite betyr, er det klart at vi stoler på andre mennesker for det. Hvis det grunnleggende spørsmålet er ‘Hvem har kunnskapen?’ – er det ingenting som rir på det. Og jeg bryr meg egentlig ikke, sier Steven Sloman , en kognitiv forsker ved Brown University og medforfatter av Kunnskapsillusjonen .

Men, fortsetter han, hvis spørsmålet er ‘Hvordan er vi berettiget til å hevde at vi vet ting?’ og ‘Hvem skal vi stole på?’, så haster saken. De tilbaketrekking i juni av to artikler om covid-19 i Lancet og New England Journal of Medicine, etter at forskere satte for mye tillit til en uærlig samarbeidspartner, er et eksempel på hva som skjer når epistemisk avhengighet blir mishandlet. Og fremveksten av feilinformasjon om saker som vaksiner, klimaendringer og covid-19 er et direkte angrep på epistemisk avhengighet, uten som verken vitenskapen eller samfunnet som helhet kan fungere.

For bedre å forstå epistemisk avhengighet, så jeg på et ekstremt tilfelle: LIGO. Jeg ønsket å forstå hvordan fysikerne som jobber der vet at de to sorte hullene kolliderte flere galakser unna, og hva det betyr for hvordan noen av oss vet noe.



Som Giaime forteller det, begynner LIGOs historie med Albert Einstein. For et århundre siden teoretiserte Einstein at tyngdekraften er en vridning av romtidskontinuumet, og hevdet at masser i bevegelse sender ut krusninger med lysets hastighet. Men håpet om å oppdage slike bølger forble svakt i flere tiår, fordi de ville være for små til å måle.

LIGO bruker laserinterferometri, basert på et design MIT-fysikeren Rainer Weiss publiserte i 1972. Et interferometer, ovenfra, ligner en stor L, med to armer i rett vinkel. En laser injisert ved albuen til L er delt i to, reflekterer fra et speil i enden av hver arm, og rekombinerer på en slik måte at toppene og dalene til lysbølgene opphever hverandre.

Epistemisk avhengighet: The Case of LIGO
Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) er basert på et design publisert av MIT-fysiker Rainer Weiss i 1972. En laser injiseres ved albuen til L, deler seg i to og spretter av speil på slutten av hver 4-kilometer. - lang arm. Når de rekombinerer, opphever lysbølgenes topper og daler hverandre. Teorien var at gravitasjonsbølger, hvis de fantes, ville få bølgene til å desynkroniseres.

Weiss visste at når en gravitasjonsbølge passerte, ville den strekke rommet i retning av den ene armen mens den trekker seg sammen i retning av den andre. Som et resultat ville avstandene som ble reist av laserstrålene endres, og bølgene ville ikke klare å oppheve hverandre. Lysdetektoren vil da se et tydelig bølgemønster. Etter tiår med konstruksjon og mer enn en milliard dollar, er det det LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – offisielt har oppdaget nesten et dusin ganger siden 2015.

Instrumentets følsomhet er vanskelig å forstå. Hver arm er fire kilometer lang. Over den avstanden kan LIGO oppdage endringer så små som en ti-tusendel av diameteren til et proton. Jo mer fysikk og ingeniørkunst du vet, fortalte Giaime, jo mer sprøtt høres det ut.

Det er mindre enn den tilfeldige jiggle i molekylene i speilet, så en rekke triks brukes for å redusere støy. Lyset beveger seg nedover tunnelen gjennom et vakuum. Laseren er kraftig, så strålen inneholder mange fotoner, noe som lar dem gjennomsnittet ut all støy. Speilene henger fra glasstråder for passivt å dempe eventuelle vibrasjoner. Og hver speiloppheng er montert på en rigg som aktivt demper vibrasjoner ved hjelp av tilbakemeldinger fra seismometre og bevegelsessensorer – som ekstravagante støyreduserende hodetelefoner. Systemet tar også hensyn til målt interferens fra magnetiske felt, været, det elektriske nettet og til og med kosmiske stråler.

Likevel, med bare én detektor, kan du bare være så sikker på at ethvert signal kommer fra verdensrommet. Hvis to detektorer mottar det samme signalet på nesten samme tid, øker konfidensen eksponentielt. Du kan også begynne å lokalisere kilden på himmelen. Det er derfor det er to LIGO-stasjoner, i Louisiana og Washington, samt andre gravitasjonsbølgeobservatorier: Jomfruen, i Italia, og GEO600, i Tyskland, mens en annen bygges i Japan.

Som du kanskje forestiller deg, krever LIGO et stort team med varierende ferdigheter. Arbeidsdelingen i vitenskapen – som i industrien – har blitt stadig finere. En bok fra 1786 om eksperimentell fysikk dekket astronomi, geologi, zoologi, medisin og botanikk. En leser kan mestre mesteparten av menneskelig kunnskap på alle disse områdene. De er nå hvert sitt felt, som hver har spiret delfelt. Encyklopedisk ekspertise har blitt uholdbar.

Relatert historie

En 40-årig søken etter å bevise at Einstein har rett I 1967, som en klasseromsøvelse, kom Rainer Weiss opp med en idé for å oppdage gravitasjonsbølger. I fjor høst fungerte det.

Å oppnå noe utenfor et snevert felt krever at forskere deler ferdigheter. Samarbeid har vokst etter hvert som nye teknologier som internett har gjort det lettere å kommunisere. Fra 1990 til 2010, gjennomsnittlig antall medforfattere på en vitenskapelig artikkel økt fra 3,2 til 5,6. Et papir fra 2015 på massen av Higgs-bosonet skrøt av mer enn 5000 forfattere. Selv ensomme forfattere jobber ikke alene – de siterer verk av andre de ofte ikke engang har lest, ifølge Sloman: Vi stoler på at abstraktet faktisk er et sammendrag av det som står i papiret.

Avisen kunngjøringen av LIGOs første deteksjon av gravitasjonsbølger, publisert i 2016, hadde mer enn 1000 forfattere. Forstår alle alle aspekter av det de skrev? Jeg tror mange har fått hodet rundt det meste på et veldig høyt nivå, David Reitze , en Caltech-fysiker og LIGOs administrerende direktør, sa om teamets funn. Men det praktiske spørsmålet om Hvordan vet du at denne komplekse detektoren som har hundretusenvis av komponenter og elektronikk og datakanaler, oppfører seg riktig og faktisk måler det du tror vi måler? I så fall, sa han, må hundrevis av mennesker – som et team – bekymre seg for det.

Jeg spurte Reitze om han ville ha problemer med å forklare noen aspekter ved 2016-avisen. Det er absolutt deler av det papiret som jeg ikke føler at jeg har nok detaljert kunnskap til å reprodusere, sa han - for eksempel teamets beregningsarbeid som sammenligner dataene deres med teoretiske spådommer og spikrer de sorte hullenes masse og hastighet.

Giaime, sjefen for Livingston-operasjonen, gjetter at færre enn halvparten av medforfatterne av avisen noen gang har satt sin fot på et av observatoriestedene, fordi deres rolle ikke krevde det. For å rettferdiggjøre observatoriets resultater, bemerket han, må en person forstå aspekter av fysikk, astronomi, elektronikk og maskinteknikk. Er det noen som kan alle disse tingene? han sa. Vi hadde nesten en lekkasje i strålerøret vårt på grunn av noe som kalles mikrobiell indusert korrosjon, som er biologi, for Petes skyld. Det blir litt mye for ett sinn å holde styr på.

Spesielt én episode understreker teamets gjensidige avhengighet. LIGO oppdaget ingen gravitasjonsbølger i de første åtte årene av drift, og fra 2010 til 2015 ble den stengt for oppgraderinger. Bare to dager etter at den ble startet på nytt, mottok den et signal som var så vakkert at enten måtte det være en fantastisk gave, eller så var det mistenkelig, sier Peter Saulson , en fysiker ved Syracuse University, som ledet LIGO Scientific Collaboration – det internasjonale teamet av forskere som bruker LIGO og GEO600 til forskning – fra 2003 til 2007. Kan noen ha injisert et falskt signal? Etter en undersøkelse konkluderte de med at ingen person forsto hele systemet godt nok til å få det til. Et troverdig hack ville ha krevd en liten hær av misfornøyde. Å se for seg et slikt team av onde genier, sier Saulson, ble latterlig. Så, alle innrømmet, må signalet være ekte - to sorte hull kolliderer. Til slutt, sier han, var det et sosiologisk argument.

Vi overvurderer ofte vår evne til å forklare ting. Det kalles illusjonen av forklarende dybde. I ett sett med studier , vurderte folk hvor godt de forsto enheter og naturfenomener, som glidelåser og regnbuer. Så prøvde de å forklare dem. Rangeringene falt bratt når folk hadde konfrontert sin egen uvitenhet. (For en morsom demonstrasjon, be noen om å tegne en sykkel. Resultater ligner ofte ikke på virkeligheten.)

Jeg spurte Reitze om han selv hadde blitt offer for illusjonen. Han bemerket at LIGO er avhengig av tusenvis av sensorer og
hundrevis av samvirkende tilbakemeldingssløyfer for å ta hensyn til miljøstøy. Han trodde han forsto dem ganske godt - helt til han forberedte seg på å forklare dem i en tale. En tøffe økt om dynamisk kontrollteori – matematikken for å administrere systemer som endrer seg – fulgte.

Illusjonen kan trekke på det Sloman, kognitivforskeren, kaller smittsom forståelse. I ett sett med studier han dirigerte, folk leste om et oppdiktet naturfenomen, som glødende steiner. Noen ble fortalt at fenomenet var godt forstått av eksperter, noen ble fortalt at det var mystisk, og noen ble fortalt at det var forstått, men klassifisert. Så vurderte de sin egen forståelse. De i den første gruppen ga høyere rangeringer enn de andre, som om bare det faktum at det var mulig for dem å forstå betydde at de allerede gjorde det.

Folk gjemmer naturligvis bort mer fakta om et emne når de tror at partneren deres ikke var ekspert på det. De deler og erobrer ordløst, og hver fungerer som den andres eksterne minne.

Å behandle andres kunnskap som din egen er ikke så dumt som det høres ut. I 1987 skrev psykologen Daniel Wegner om et aspekt ved kollektiv erkjennelse han kalte transaktiv hukommelse, som i bunn og grunn betyr at vi alle kan ting og også vet hvem andre som kan andre ting. I en studie , fikk par i oppgave å huske et sett med fakta, som at Kaypro II er en personlig datamaskin. Han fant ut at folk naturlig gjemt bort mer fakta om et emne når de trodde at partneren deres ikke var ekspert på det. De delte og erobret ordløst, og hver fungerte som den andres eksterne minne.

Andre forskere som studerer transaktivt minne spurte gruppene av tre for å sette sammen en radio. Noen trioer hadde trent som et team for å fullføre oppgaven, mens andre besto av medlemmer som hadde trent individuelt. Trioene som hadde trent som et team demonstrerte større transaktivt minne, inkludert mer spesialisering, koordinering og tillit. På sin side gjorde de færre enn halvparten så mange feil under monteringen.

Hver enkelt i disse trioene har kanskje ikke visst hvordan de skulle sette sammen en radio så vel som de som hadde trent som individer. Men som en gruppe – menneskers normale virkemåte – ga deres epistemiske avhengighet suksess.

Flere lærdommer følger av å se din egen kunnskap som avhengig av andres. Det enkleste er kanskje å innse at du nesten helt sikkert forstår mindre om omtrent alle emner enn du tror. Så still flere spørsmål, selv dumme .

Å anerkjenne din epistemiske avhengighet kan til og med gjøre debatten mer produktiv. I et papir fra 2013 , studerte Sloman rollen illusjonen av forklarende dybde spiller i politisk polarisering. Amerikanerne vurderte deres forståelse av, og støtte til, retningslinjer knyttet til helsevesen, skatt og andre hot-knapp-spørsmål. Så prøvde de å forklare retningslinjene. Jo mer øvelsen reduserte deres egen følelse av forståelse, desto mindre ekstreme ble deres posisjoner. Du kan ikke ta et fast standpunkt på ustø grunn. Ingen forstår Obamacare, sa Sloman – ikke engang Obama: Det er for lenge. Det er for komplisert. De bare oppsummerer det med et par slagord som savner 99,9 % av det.

En annen lærdom kommer fra Hardwigs originale papir på epistemisk avhengighet. Den tilsynelatende åpenbare forestillingen om at rasjonalitet krever å tenke selv, skrev han, er et romantisk ideal som er fullstendig urealistisk. Hvis vi fulgte det idealet, skrev han, ville vi bare ha relativt grove og uopplyste oppfatninger som vi hadde kommet frem til på egen hånd. I stedet for å tenke selv, foreslo han, prøv å stole på eksperter - enda mer enn du kanskje allerede gjør.

Relatert historie

Kunstig generell intelligens: Er vi nærme, og er det i det hele tatt fornuftig å prøve?

En maskin som kan tenke som en person har vært den veiledende visjonen for AI-forskning siden de tidligste dagene – og er fortsatt dens mest splittende idé.

Jeg spurte Sloman (en ekspert) om det var en god idé. Ja! han sa. Florida. Må jeg si noe mer? (Floridas covid-19-tilfeller gikk i været på den tiden da folk ignorerte eksperters råd om beskyttelsestiltak.) I virkeligheten krever selvfølgelig rasjonalitet en balanse mellom å ta råd og tenke selv. Uten i det minste å skrape i overflaten av et problem, vil du falle for hva som helst.

For å teste sannheten til et faktum, sjekk om ekspertene er enige om det. Gabriela González, en fysiker i Louisiana State og en annen tidligere leder av LIGO Scientific Collaboration, sa at som diabetiker ville jeg aldri prøve å få data fra en klinisk studie og analysere den selv. Hun ser etter medisinsk konsensus i nyhetsartikler om potensielle behandlinger.

Du kan også få en uavhengig ekspert til å vurdere en annen eksperts påstander. I vitenskapen er dette prosessen med fagfellevurdering. I det daglige er det å sjekke med onkelen din hvem som vet om biler, matlaging eller hva som helst. Inne i LIGO gjennomgår komiteer hvert trinn i et eksperiment. De kan spørre uavhengige eksperter om å grave i kode andre har skrevet, eller bare stille undersøkelsesspørsmål. Forskere som analyserer de kombinerte dataene bruker flere algoritmer parallelt, hver skrevet av forskjellige personer. De kjører også hyppige tester av maskinvaren og programvaren.

En annen revisjon, som vi instinktivt bruker i hverdagen, er å se hvordan folk svarer på spørsmål om deres ekspertise. Dialektisk overlegenhet er et signalement som Alvin Goldman, en filosof ved Rutgers University, foreslo å bruke i et papir fra 2001 med tittelen Eksperter: Hvilke bør du stole på? Han skrev at i en debatt mellom to eksperter, kan den som viser relativt hurtighet og smidighet, og har motbevisninger klar, betraktes som den som har grundig forståelse av problemet. Han påpeker imidlertid svakheten ved dette signalet. (Å ha alle svarene er noen ganger et dårlig tegn, Sloman sa: Jeg tror en viktig pekepinn er: Uttrykker de tilstrekkelig ydmykhet? Innrømmer de det de ikke vet?)

Goldmans papir ga fire flere hint om hvorvidt en eksperts mening er pålitelig. De er godkjent av andre eksperter; legitimasjon eller omdømme; bevis om skjevheter eller motstridende interesser; og banerekorder. Han erkjente problemer med alle fire, men antydet at banerekorder var mest nyttige. Hvis disse virker som ad hominem-vurderinger snarere enn evidensbaserte, sier Sloman, det er ikke en dårlig ting: Det slår meg som mye lettere å vurdere noens troverdighet enn å tilegne seg all kunnskapen den personen har. Det er størrelsesordener enklere. Når det gjelder formell legitimasjon, sa han: Du kan kalle meg en elitist hvis du vil, men jeg tror det er et tegn å ha en grad fra en anerkjent institusjon.

Flere lærdommer følger av å se din egen kunnskap som avhengig av andres kunnskap. Det enkleste er at du nesten helt sikkert forstår mindre om nesten alle emner enn du tror.

Til syvende og sist handler kunnskap om både bevis og tillit. Harry Collins, en sosiolog ved Cardiff University som har skrevet om gravitasjonsbølgesamfunnet i flere tiår, understreker hvordan ansikt-til-ansikt interaksjoner former det vi tror er sant. Han husker en russisk vitenskapsmann som hadde besøkt Glasgow for å jobbe med et team som ikke kunne reprodusere resultatene hans. Selv om de ikke lyktes under besøket hans, tvilte de ikke lenger på ham på grunn av måten han jobbet på i laboratoriet. For eksempel ville han aldri gå ut til lunsj, sa Collins. Han insisterte på å ha en sandwich – når han hadde kommet helt fra Russland og kunne nyte deilig glassegisk karri. De trodde at ingen så dedikerte ville finne på funnene hans, så de fortsatte å prøve, og til slutt oppnådde de lignende resultater.

Epistemisk avhengighet fremhever også viktigheten av å dele arbeidet ditt som pågår. Før interferometre, da fysikere bygde gravitasjonsbølgedetektorer ved hjelp av vibrerende aluminiumstenger, beskyttet de rådataene sine og delte bare lister over deteksjoner de trodde de hadde gjort. Etter hvert begynte de å stole på hverandre og jobbe tettere sammen. Hvis fysikerne ved LIGO og andre detektorer hadde holdt seg til de gamle måtene, sa Giaime, kunne vi ha blåst århundrets oppdagelse – en nøytronstjernekollisjon i 2017 som, i motsetning til sorthullskollisjonen i 2015, var også studert med radio-, gamma-, røntgen- og teleskoper med synlig lys. Det ble bare mulig fordi LIGO og Jomfruen delte data, slik at de raskt kunne finne ut hvor kollisjonen fant sted. Uten dette samarbeidet, sa Giaime, ville vi ikke ha kjent himmelposisjonen til nøytronstjerneparet nøyaktig nok til å rette teleskoper mot det raskt nok.

Selvsagt har epistemisk avhengighet også sine ulemper. Vurder kostnadene ved omsetning i organisasjoner. Hvis noen som er en sentral del av prosjektet ditt slutter, mister du deler av kollektiv kunnskap og kapasitet som du ikke kan gjøre opp på egen hånd.

Ettersom vitenskapelig samarbeid har endret seg, har også vitenskapelige priser endret seg. Nobelprisen er en anakronisme fra en tidligere alder da ting ble gjort av en enkeltperson eller et lite antall mennesker, sier Weiss, som delte Nobelprisen i fysikk i 2017 med Kip Thorne og Barry Barish for sitt arbeid med gravitasjonsbølger. Jeg følte meg klosset når jeg mottok det og var bare i stand til å rettferdiggjøre det ved å si at jeg var et symbol for oss alle.

På Giaimes kontor på slutten av omvisningen pekte han på en plakett på veggen hans. I 2016, Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics ble tildelt LIGO Scientific Collaboration. En million dollar gikk til Weiss, Thorne og en annen grunnlegger, Ronald Drever, og 2 millioner dollar ble delt likt mellom tusen andre mennesker. Det er et minne om en slags ny vitenskapstid, sa Giaime, hvor store grupper kan få premier sammen.

Prisene tar igjen hvordan vitenskapen fungerer i dag. Forskere har alltid vært avhengige av hverandre for å fylle hull i kunnskap, men spesialisering og samarbeid har vokst seg mer ekstremt, og integrert globale nettverk av domeneeksperter. LIGO Scientific Collaboration involverer hundrevis av mennesker, mange av dem har aldri møtt hverandre. De bruker verktøy og kunnskap bidratt av tusenvis av andre, som igjen stoler på verktøyene og kunnskapen til millioner av andre. Slik organisering skjer ikke ved en tilfeldighet: den krever sofistikerte tekniske og sosiale systemer som arbeider hånd i hånd. Tillit mater bevis gir tillit, og så videre. Det samme gjelder for samfunnet for øvrig. Hvis vi undergraver våre selvforsterkende systemer for bevis og tillit, vil vår evne til å vite hva som helst og gjøre hva som helst bryte sammen.

Og kanskje er det en bredere, til og med filosofisk, lærdom: Du vet mye mindre enn du tror du gjør, og også mye mer. Kunnskap kan ikke deles i sømmene mellom mennesker. Kanskje du ikke kan definere fotosyntese, men du er en integrert del av et epistemisk økosystem som ikke bare kan definere det, men undersøke det i de minste skalaene og manipulere det til fordel for alle. Til slutt, hva vet du? Du vet hva vi vet.

gjemme seg