Det stora okända: Läsarna svarar

På sin dödsbädd, enligt hennes sekreterare Alice B. Toklas, frågade Gertrude Stein: Vad är svaret? Hon fick inget svar och fortsatte: Vad är frågan då?

Mänsklig nyfikenhet och vår omättliga impuls att ställa frågor driver den vetenskapliga forskningen. I julinumret av Technology Review fick läsarna en chans att formulera sin egen lista över de viktigaste obesvarade vetenskapliga frågorna. Presenteras med en lista med 14 frågor som Carnegie Institutions ordförande Maxine Singer och jag hävdade var bland de viktigaste i vår bok Varför är inte svarta hål svarta? De obesvarade frågorna vid vetenskapens gränser, nästan 200 läsare kommenterade listan genom att ersätta våra egna favoritfrågor. l De flesta svarande instämde i vår premiss att vetenskapen, utmanad av otaliga fascinerande obesvarade frågor, långt ifrån är över. Men många läsare identifierade också vad de såg som allvarliga försummelser och ett fåtal fördömde vår lista som missriktad, elitistisk eller naiv. Kort sagt visade undersökningen att även om forskare generellt är övertygade om att svar uppnås med en viss grad av objektivitet, är vårt val av frågor mycket subjektivt. Här är vad Technology Review-läsare identifierade som de mest övertygande frågorna som vetenskapen står inför idag.

Den här historien var en del av vårt novembernummer 1997

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Den vanligaste frågan

Läsare av Technology Review ställde mer än 100 olika frågor, men nästan en tredjedel av alla svarande - de överlägset största gruppplacerade frågorna om sinnet, hjärnan och medvetandets natur nära toppen av sina listor. Bland de olika frågorna relaterade till detta ämne var: Hur fungerar sinnet? Vad är känslor? Vad är kärlek? Kan vi bygga en medveten maskin? Vad är ursprunget till kreativitet? Vad betyder drömmar? Varför reagerar vi på musik?

Dessa frågor står i kontrast till vår mer snävt fokuserade fråga: Vad är minnets fysiska ursprung? som en läsare beskrev som nästan skrattretande enkel i jämförelse med försöket att förstå medvetandet. Många av vetenskapens djupaste tänkare, inklusive Nobelpristagarna Francis Crick och Gerald Edelman, och matematikern Roger Penrose, skulle hålla med Technology Review-läsarna om att det senare Vad är medvetande? är den mest grundläggande obesvarade frågan om hjärnan. Crick, som definierar medvetande som uppmärksamhet och korttidsminne, har efterlyst en intensifierad forskningssatsning i sin bok The Astonishing Hypothesis.

Men skillnaden mellan frågor om minne och frågor om medvetande väcker en nyckelfråga om vetenskapens natur. För att en fråga ska vara vetenskaplig måste den kunna besvaras genom en reproducerbar process av observation, experiment och teori. Är studiet av medvetande, i motsats till den fysiska hjärnan, vetenskapligt? Många forskare, inklusive Stanford-datavetaren Terry Winograd och den avlidne fysikern Richard Feynman, är inte övertygade om att det är möjligt att hitta en konkret fysiologisk definition av medvetande, än mindre ett entydigt experimentellt protokoll för dess studie, när som helst snart. De menar att eftersom en tydlig forskningsstrategi saknas måste medvetandet tills vidare ligga utanför vetenskapens domän.

Faktum är att de flesta obesvarade frågor om mänskligt tänkande tycks hamna någonstans i det oklara området mellan filosofi och vetenskap. Vad är en idé? Vad är en känsla? Vad innebär det att vara nyfiken eller veta något? Det är svårt att se hur dessa abstrakta frågor kan reduceras på något snyggt sätt till en kollektiv egenskap hos hjärnvävnader, och det är inte heller uppenbart hur man gör det gigantiska språnget från tankebegreppet till ett reproducerbart experiment i labbet.

Problemet med medvetande har funderats över av otaliga vetenskapsmän och filosofer, från erkända reduktionister som förväntar sig att tankar och känslor kan förklaras enbart av neuroner till skeptiker som förnekar allt hopp om fysisk förståelse. Filosofen vid University of California, David Chalmers, antar en användbar mellansyn genom att dela upp frågan Vad är medvetande? in i det han kallar det enkla problemet och det svåra problemet.

Det lätta problemet fokuserar på medvetandemekanik: Hur kan människor isolera yttre stimuli och reagera på dem? Hur bearbetar hjärnan information för att kontrollera beteendet? Hur kan vi artikulera information om vårt inre tillstånd? Neurobiologer har länge tagit itu med aspekter av dessa frågor, som är mottagliga för systematiska studier på ungefär samma sätt som forskare undersöker minnes fysiska mekanismer. Kanske, med många decennier av intensiv forskning, kan sådana frågor besvaras.

Det svåra problemet, å andra sidan, relaterar till de immateriella kopplingarna mellan den fysiska hjärnan och självmedvetenhet, känslor, perception och resonemang. Hur kan musik framkalla en känsla av längtan, eller en dikt djup sorg? Hur stimulerar läsning av en bok till nyfikenhet eller frustration? Vilka är de fysiska strukturerna och processerna som producerar kärlek, rädsla, melankoli eller girighet?

Vissa forskare tror att en förståelse av medvetandet i sinom tid kommer att följa naturligt av forskning om den fysiska hjärnan. Andra argumenterar för ett radikalt nytt perspektiv. Chalmers, till exempel, gör det häpnadsväckande påståendet att medvetande måste accepteras som en egenskap hos universum helt skild från tidigare erkända fysiska attribut, såsom materia, energi, krafter och rörelser. Kanske, säger han, är medvetande en (ännu okänd) inneboende egenskap hos information.

Vad är medvetande? För närvarande kan forskare inte ens komma överens om exakt vad frågan betyder, än mindre föreställa sig vilken form ett svar kan ha. För så långt in i framtiden som någon bryr sig om att förutse, kan detta största mysterium för det mänskliga sinnet finnas kvar.

Minnen är olika; de är mer påtagliga och snävt definierade. På en nivå är minnen en sorts information som kan lagras, återkallas, ändras eller raderas - alla välbekanta uppgifter i datoråldern. Det är tänkbart att varje minne lagras i hjärnan som en molekyl eller uppsättning molekyler som bär ett budskap. Alternativt kan minnen kopplas in i nätverk av hjärnceller, eller så kanske de består av elektriska potentialer som genomsyrar hela hjärnan. Oavsett minnes natur kan vi hålla ut hoppet om att svaren kommer att ge efter för smarta och ihärdiga studier.

Det finns en annan anledning till varför strävan efter att förstå minnet har en central position i studiet av den mänskliga hjärnan. Medvetenhet, uppfattning och tänkande är beroende av att vi tar emot information genom våra sinnen och analyserar den informationen i samband med inlärda mönster av erfarenhetsmönster som registreras som minnen. Vi kan inte vara självmedvetna utan ett ihågkomment sammanhang av existens och personlig historia. Att förstå den fysiska grunden för minnen är därför ett viktigt steg för att veta vad det är att vara människa - att vara medveten om minnen.

Ett steg bakom

Ett antal fascinerande frågor om universums fysiska utformning dök upp flera gånger i enkätsvaren: Vad är gravitation? Vad är tid? Vad är sambandet mellan kvantvärlden och den makroskopiska världen? Vad är förhållandet mellan matematik och den fysiska världen? Det är bra frågor. Alla är föremål för aktuell forskning och debatt, och vilken som helst av dem kan göra en topp 20-lista.

Men andra frågor, ganska lika till ton och innehåll, är mer problematiska. Kan vi utveckla antigravitation? Kan vi utveckla tidsresor? Kan materia transporteras över rymden annat än fysiskt? Var och en av dessa frågor postulerar teknologier som ligger utanför nuvarande fysiska lagar. Därmed inte sagt att sådan teknik är omöjlig. Det är bara det att vetenskapen för närvarande inte har något sätt att ta itu med sådana spekulationer.

Ytterligare andra frågor närmar sig rum och tid ur ett mer filosofiskt perspektiv: Vad är meningen med kvantmekanik? Varför är ljusets hastighet vad den är, eller varför är ljusets hastighet så långsam? Varför är de grundläggande konstanterna vad de är? Gränsen mellan vetenskap och filosofi är ofta luddig när vi frågar varför naturen beter sig som den gör. Forskare kan mäta ljusets hastighet med utsökt noggrannhet, men varför det har just det värdet kan trotsa nuvarande teori.

På liknande sätt frågade flera läsare om alternativa universum kunde existera, kanske med olika fysiska konstanter. Utan specifika observationer för att stödja eller förneka dessa idéer, är alternativa universum utanför domänen för dagens vetenskap.

Sociala bekymmer

En hel del läsare fördömde oss för att vi misslyckades med att erkänna samhällsvetenskaperna. En läsare frågar sig: Var finns de stora frågorna när det gäller det mänskliga [samhällets] domän? En annan konstaterar: Genom att fokusera på naturvetenskaperna och helt ignorera samhällsvetenskaperna försummar båda författarna att nämna områdena med vår största okunnighet: de obesvarade frågorna sociologi, ekonomi, statsvetenskap, socialpsykologi.

Skyldig som åtalad. Förutom vår gränsfråga om beteendegenetik (styrs beteende av gener?), begränsade vi oss till fysik och biovetenskap. En undersökning liknande vår ur ett samhällsvetenskapligt perspektiv skulle vara fascinerande, särskilt att döma av följande frågor: Är krig oundvikligt? Kan vi uppnå världsfred? Hur uppstår samhällen? Vad är det bästa sättet att uppfostra ett barn? Vilka är de relativa rollerna för naturen kontra vården? Vad är källan till religiös impuls? Vilka är ekonomins regler? Vilka roller har arbete och fritid? Även om sådana frågor inte finns på den vetenskapliga forskningsagendan, kan läsare som ställt dem ta hjärtat att dessa frågor nu är i huvudströmmen av sociologisk forskning.

Specialiserad kunskap

Ett antal läsares frågor verkar snävt fokuserade och specifika. Till exempel: Vad är karaktären av turbulens? Varför är mänskliga honor mindre än män? Hur genereras North Pacific High? Vilken är den kortsiktiga dynamiken för stjärnor av soltyp? Kan vi utveckla syntetisk fotosyntes? Kan vi förstå de grundläggande principerna för katalysatorer? Vad orsakar istider? Hur fungerar en spegel? Vad orsakar bollblixtar?

Alla dessa frågor är fascinerande, men jag skulle inte placera dem i närheten av toppen av min egen lista. Att bestämma sådana rankningar är ändå en subjektiv process som det vetenskapliga samfundet står inför hela tiden. Ranking spelar mest in i den dagliga världen vid tilldelningen av priser och forskningsanslag. Akademiska priser och den prestige som är förknippad med dem delas vanligtvis ut för arbete som uppfattas som grundläggande och grundläggande. Ernest Rutherfords upptäckt av atomkärnan, Linus Paulings förklaring av den kemiska bindningen och James Watson och Francis Cricks reda på DNA-strukturen erkändes alla av Nobelpriset. Prestigefyllda tidskrifter som Science och Nature får bara ha plats för 10 procent av alla bidrag. Acceptanser baseras alltså till stor del på den upplevda betydelsen av den fråga som behandlas.

Forskningsbidrag, å andra sidan, delas vanligtvis ut av statliga myndigheter - till exempel handelsdepartementen, hälso- och sjukvården, försvaret och energin - som har specifika pragmatiska mål i åtanke. Många forskare blir därför skickliga på att rationalisera sin strävan efter grundforskning genom att visa hur denna forskning är avgörande för att lösa tillämpade problem.

Det är uppenbart att den relativa vikt som vi fäster vid frågor är mycket subjektiv. Varje kultur ställer olika frågor, vilket speglar deras olika övertygelser och erfarenheter. Alla kulturer undrar vid ett eller annat tillfälle om universums enorma omfattning och livets uråldriga ursprung. Men inte alla kulturer frågar hur många stjärnor som finns eller exakt ålder för fossila arter, än mindre hur dessa objekt utvecklas. I slutändan är att ställa rätt fråga vid rätt tidpunkt en viktig del av konsten att göra vetenskap.

Way Beyond Science

Det kanske mest fascinerande av läsarnas svar var de många frågor som, med bred konsensus, ligger utanför vetenskapens domän. Några exempel: Finns det en gud? Vad hände före Big Bang? Vad händer efter döden? Vad är ondskans natur? Är universum oändligt? Finns det medvetande- eller verklighetsområden som vi normalt inte uppfattar?

Vetenskapen tar bara upp de frågor som kan besvaras av reproducerbara observationer, kontrollerade experiment och teori styrd av matematisk logik. Denna distinktion mellan vetenskaplig och icke-vetenskaplig undersökning, även om den ibland är suddig, är varken lättsinnig eller godtycklig.

Vetenskapen kan avslöja om en målning är gammal, men den kan inte avgöra om målningen är vacker. Det kan användas för att härleda det fysiska universums ursprung, men det kan inte rationalisera varför vi är här för att begrunda dess existens. Många av de viktigaste frågorna vi står inför - Vad är meningen med livet? Vem ska jag gifta mig med? Finns det en Gud? ligger alltså utanför dess domän. En sådan insikt fick ekonomen och filosofen Kenneth Boulding att konstatera, bara delvis på skämt: Vetenskap är konsten att ersätta oviktiga frågor som kan besvaras med viktiga frågor som inte kan.

Några frågor som ligger vid vetenskapens gränser är svårare att klassificera. Forskarna är splittrade, till exempel när det gäller frågor som flera läsare föreslagit angående extrasensorisk perception, precognition, numerologi och psykokinesis. Medan många forskare klumpar ihop dessa idéer i den breda kategorin pseudovetenskap, kan reproducerbara experiment utföras för att testa individer som påstår sig ha sådana förmågor.

Mänskliga behov och ny teknik

Flera av de svarande tuktade oss för att vi försummade frågor som berör trängande mänskliga behov. Den mest betydelsefulla vetenskapen gjord av människor, enligt en läsare, kommer att kunna kopplas till den mänskliga skalan, påverka det mänskliga samhället på något rimligt sätt. Hazens frågor klarar inte detta test.

Bland sådana frågor som läsarna ställer är: Kan vi förlänga den mänskliga livslängden? Är döden oundviklig? Hur kan vi öka matproduktionen? Vad är jordens globala vattenkretslopp? Är jordens ekosystem självkorrigerande? Kan vi utveckla syntetiska ersättningar för kroppens organ? Vad orsakar vädret? Kan vi styra evolutionen? Kan vi bygga in en process av återhämtning från nästa mörka tidsålder förutsatt att det finns en nästa mörka tidsålder?

Andra föreslog frågor relaterade till utveckling av ny teknik: Kan vi utveckla ny energiteknik? (Detta var också grunden för vår femte fråga. Kan vi utveckla mänskliga rymdresor? Vilka är gränserna för datorhastighet? Vad kommer att bli möjligt genom nanoteknologi?

Svårigheten att bedöma den relativa betydelsen av tillämpade frågor illustreras väl av försöken att hitta ett botemedel mot AIDS. Grundläggande upptäckter relaterade till virus, DNA och immunsystemet, till exempel, kanske inte direkt gynnar någon som nu är infekterad med HIV, men så småningom kommer de att vara avgörande för att hitta botemedel mot många sjukdomar, kanske inklusive AIDS. Upptäckten av ett specifikt AIDS-vaccin skulle däremot inte resultera i någon grundläggande ny förståelse av biologiska system, men skulle ha en omedelbar och djupgående effekt på miljontals människor. Det förefaller därför klokt att någon strategi för finansiering av AIDS-forskning gör en balans mellan grundläggande och tillämpade insatser.

Detta kommer också att förändras

Enligt en observant läsare är Hazen och Singers frågor ett konstigt osorterat parti som tar upp olika nivåer på ett osystematiskt sätt... Listan är för mycket en varelse av våra nuvarande angelägenheter; den är inte byggd för att stå emot tidens tand.

Vi kunde inte vara mer överens. Listan kommer att ändras av tre skäl. För det första är vetenskapliga frågor i sig besvarbara, så frågorna kan faktiskt besvaras. För två århundraden sedan var en av de största frågorna inom vetenskapen hur man uppnår en tillförlitlig metod för att bestämma longitud. För ett halvt sekel sedan konsumerade sökandet efter genetikens molekylära mekanismer tusentals biologer. Nu uppstår nya frågor som ersätter de gamla.

För det andra är djupgående frågor inte alltid självklara frågor, så nya frågor kan upptäckas. Medan universums födelse, livets ursprung och det oundvikliga av åldrande och död har inbjudit till spekulationer i tusentals år, har andra övertygande frågor, såsom energins natur, genernas funktion och mörk materias mysterium, är mycket mer subtila, som kommer ur den gnagande uthålligheten av udda observationer och onormala databitar. Gradvis, under decennier eller till och med århundraden, blir vi medvetna om en grundläggande brist i vår förståelse av den fysiska världen, och ett djupt mysterium - en ny fråga - kommer helt fram i ljuset.

För det tredje, vissa frågor är nu inte vetenskapliga men kan bli en dag. Innan Edwin Hubbles upptäckt av avlägsna galaxer låg frågan om hur universum började utanför observationsvetenskapen. Utan relevant data var det fråga om filosofiska spekulationer. Men när astronomerna väl förstod vad de skulle leta efter kom universums ursprung in i huvudströmmen av vetenskaplig undersökning. På samma sätt, vad är tid? och, enligt min åsikt, vad är medvetande? är idag mer frågor om filosofi än om vetenskap, även om den situationen kan förändras när vi lär oss mer om materia, energi och hjärnan. Och vem vet vilka frågor vi ännu inte tänkt ställa? Men det är det roliga.

Dölj