Varför du inte riktigt vet vad du vet

cyklar

Vi överskattar ofta vår förmåga att förklara saker vi tror oss veta. Behöver du bevis? Be någon rita en cykel. Resultaten, som dessa skapade av MIT Technology Review-anställda, liknar inte alltid verkligheten.





I juli gav Joseph Giaime, en fysikprofessor vid Louisiana State University och Caltech, mig en rundtur i ett av de mest komplexa vetenskapsexperimenten i världen. Han gjorde det via Zoom på sin iPad. Han visade mig ett kontrollrum av LIGO , ett stort fysiksamarbete baserat i delstaten Louisiana och Washington. 2015 var LIGO det första projektet som direkt upptäcka gravitationsvågor , skapad av kollisionen av två svarta hål 1,3 miljarder ljusår bort.

Ett 30-tal stora monitorer visade olika aspekter av LIGOs status. Systemet övervakar tiotusentals datakanaler i realtid. Videoskärmar skildrade ljus som spreds från optiken, och datadiagram avbildade instrumentvibrationer från seismisk aktivitet och mänskliga rörelser.

Den långsiktiga frågan

Den här historien var en del av vårt novembernummer 2020



  • Se resten av frågan
  • Prenumerera

Jag besökte denna komplicerade operation, där hundratals specialister inom diskreta vetenskapliga delområden arbetar tillsammans, för att försöka svara på en till synes enkel fråga: Vad betyder det egentligen att veta någonting? Hur väl kan vi förstå världen när så mycket av vår kunskap bygger på bevis och argument från andra?

Frågan har inte bara betydelse för forskare. Många andra områden blir mer komplexa och vi har tillgång till mycket mer information och välgrundade åsikter än någonsin tidigare. Men samtidigt gör den ökande politiska polariseringen och desinformation det svårt att veta vem eller vad man ska lita på. Medicinska framsteg, politisk diskurs, förvaltningspraxis och en hel del dagligt liv beror på hur vi utvärderar och distribuerar kunskap.

Vi överskattar enormt individens förmåga att samla kunskap och underskattar samhällets roll i att äga den. Du kanske vet att diesel är dåligt för gasmotorer och att växter använder fotosyntes, men kan du definiera diesel eller förklara fotosyntes, än mindre bevisa att fotosyntes sker? Kunskap, som jag kom att inse när jag undersökte den här artikeln, beror lika mycket på förtroende och relationer som på läroböcker och observationer.



För trettiofem år sedan publicerade filosofen John Hardwig ett papper på vad han kallade epistemiskt beroende, vår tillit till andras kunskap. Uppsatsen – välciterad i vissa akademiska kretsar men till stor del okänd på andra håll – växer bara i relevans när samhället och kunskapen blir mer komplex.

En vanlig definition av kunskap är motiverad sann tro – fakta som du kan stödja med data och logik. Som individer har vi dock sällan tid eller färdigheter att rättfärdiga vår egen tro. Så vad menar vi egentligen när vi säger att vi vet något? Hardwig ställde ett dilemma: Antingen kan mycket av vår kunskap bara innehas av ett kollektiv, inte en individ, eller så kan individer veta saker som de inte riktigt förstår. (Han valde det andra alternativet.)

Du kanske vet att diesel är dåligt för gasmotorer och att växter använder fotosyntes, men kan du definiera diesel eller förklara fotosyntes, än mindre bevisa att fotosyntes sker?



Detta kan tyckas vara en abstrakt filosofisk fråga. I slutet av dagen, vad vetskapen än betyder, är det uppenbart att vi litar på andra människor för det. Om den grundläggande frågan är ’Vem har kunskapen?’—ingenting hänger på det. Och jag bryr mig inte riktigt, säger Steven Sloman , en kognitiv forskare vid Brown University och medförfattare till Kunskapsillusionen .

Men, fortsätter han, om frågan är ’Hur är vi berättigade att hävda att vi vet saker?’ och ’Vem ska vi lita på?’ då är frågan brådskande. De indragning i juni av två artiklar om covid-19 i Lancet och New England Journal of Medicine, efter att forskare satt för mycket förtroende för en oärlig samarbetspartner, är ett exempel på vad som händer när epistemiskt beroende misskötas. Och ökningen av desinformation om frågor som vaccin, klimatförändringar och covid-19 är en direkt attack mot epistemiskt beroende, utan vilket varken vetenskapen eller samhället som helhet kan fungera.

För att bättre förstå epistemiskt beroende tittade jag på ett extremfall: LIGO. Jag ville förstå hur fysikerna som arbetar där vet att de två svarta hålen kolliderade flera galaxer bort, och vad det betyder för hur någon av oss vet någonting.



Som Giaime berättar det börjar LIGOs berättelse med Albert Einstein. För ett sekel sedan teoretiserade Einstein att gravitationen är en förvrängning av rumtidskontinuumet och hävdade att massor i rörelse skickar ut krusningar med ljusets hastighet. Men förhoppningarna om att upptäcka sådana vågor förblev svaga i årtionden, eftersom de skulle vara för små att mäta.

LIGO använder laserinterferometri, baserad på en design som MIT-fysikern Rainer Weiss publicerade 1972. En interferometer, från ovan, liknar ett stort L, med två armar i rät vinkel. En laser som injiceras vid armbågen på L delas i två delar, reflekteras från en spegel i slutet av varje arm och rekombinerar på ett sådant sätt att ljusvågornas toppar och dalar tar ut varandra.

Epistemiskt beroende: The Case of LIGO
Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) är baserad på en design publicerad av MIT-fysikern Rainer Weiss 1972. En laser injiceras vid armbågen av L, delas i två delar och studsar av speglar i slutet av varje 4-kilometer. - lång arm. När de kombineras igen tar ljusvågornas toppar och dalar ut varandra. Teorin var att gravitationsvågor, om de fanns, skulle få vågorna att desynkroniseras.

Weiss visste att när en gravitationsvåg passerade, skulle den sträcka ut rymden i riktning mot ena armen samtidigt som den drar ihop den i riktning mot den andra. Som ett resultat skulle avstånden som färdades av laserstrålarna förändras, och vågorna skulle misslyckas med att eliminera varandra. Ljusdetektorn skulle då se ett tydligt vågmönster. Efter decennier av konstruktion och mer än en miljard dollar, är det vad LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – officiellt har upptäckt nästan ett dussin gånger sedan 2015.

Instrumentets känslighet är svår att förstå. Varje arm är fyra kilometer lång. Över det avståndet kan LIGO upptäcka förändringar så små som en tiotusendel av en protons diameter. Ju mer fysik och ingenjörskonst du kan, sa Giaime till mig, desto galnare låter det.

Det är mindre än det slumpmässiga jigglet i spegelns molekyler, så ett antal knep används för att minska bruset. Ljuset färdas ner i tunneln genom ett vakuum. Lasern är kraftfull, så strålen innehåller många fotoner, vilket gör att de kan utjämna eventuellt brus i genomsnitt. Speglarna hänger i glastrådar för att passivt dämpa eventuella vibrationer. Och varje spegelupphängning är monterad på en rigg som aktivt tystar vibrationer med hjälp av feedback från seismometrar och rörelsesensorer – som extravaganta brusreducerande hörlurar. Systemet tar också hänsyn till uppmätta störningar från magnetfält, vädret, det elektriska nätet och till och med kosmiska strålar.

Ändå, med bara en detektor kan du bara vara så säker på att någon signal kommer från rymden. Om två detektorer tar emot samma signal vid nästan samma tidpunkt, ökar konfidensen exponentiellt. Du kan också börja lokalisera källan på himlen. Det är därför det finns två LIGO-stationer, i Louisiana och Washington, såväl som andra gravitationsvågsobservatorier: Jungfrun, i Italien, och GEO600, i Tyskland, och en annan byggs i Japan.

Som du kanske föreställer dig kräver LIGO ett stort team med varierande färdigheter. Arbetsfördelningen inom vetenskapen – liksom i industrin – har blivit allt finare. En bok från 1786 om experimentell fysik täckt astronomi, geologi, zoologi, medicin och botanik. En läsare kan behärska huvuddelen av mänsklig kunskap inom alla dessa områden. De är nu var och en sina egna fält, som var och en har grodda underfält. Encyklopedisk expertis har blivit ohållbar.

Relaterad berättelse

En 40-årig strävan att bevisa att Einstein har rätt 1967, som en klassrumsövning, kom Rainer Weiss på en idé för att upptäcka gravitationsvågor. I höstas fungerade det.

Att åstadkomma något utanför ett smalt område kräver att forskare delar sina kunskaper. Samarbeten har vuxit i takt med att ny teknik som internet har gjort det lättare att kommunicera. Från 1990 till 2010, det genomsnittliga antalet medförfattare på en vetenskaplig artikel ökade från 3,2 till 5,6. En tidning från 2015 på massan av Higgs boson skröt mer än 5 000 författare. Även ensamma författare arbetar inte ensamma – de citerar verk av andra som de ofta inte ens har läst, enligt Sloman: Vi litar på att abstraktet faktiskt är en sammanfattning av vad som står i tidningen.

Pappret tillkännagivande av LIGO:s första upptäckt av gravitationsvågor, publicerad 2016, hade mer än 1 000 författare. Förstår de alla till fullo varje aspekt av det de skrev? Jag tror att många människor har kommit över det mesta på en mycket hög nivå, David Reitze , en Caltech-fysiker och LIGOs verkställande direktör, sa om lagets resultat. Men den praktiska frågan om Hur vet du att denna komplexa detektor som har hundratusentals komponenter och elektronik och datakanaler beter sig korrekt och faktiskt mäter det du tror att vi mäter? I så fall, sa han, måste hundratals människor – som ett team – oroa sig för det.

Jag frågade Reitze om han skulle ha problem med att förklara några aspekter av 2016 års tidning. Det finns säkert delar av det papperet som jag inte känner att jag har tillräckligt med detaljerad kunskap för att återge, sa han - till exempel teamets beräkningsarbete som jämförde deras data med teoretiska förutsägelser och spikade fast de svarta hålens massor och hastigheter.

Giaime, chefen för Livingston-operationen, gissar att färre än hälften av tidningens medförfattare någonsin satt sin fot på en av observationsplatserna, eftersom deras roll inte krävde det. För att motivera observatoriets resultat, noterade han, skulle en person behöva förstå aspekter av fysik, astronomi, elektronik och maskinteknik. Är det någon som kan alla dessa saker? han sa. Vi hade nästan en läcka i vårt strålrör på grund av något som kallas mikrobiell inducerad korrosion, vilket är biologi, för Petes skull. Det blir lite mycket för ett sinne att hålla reda på.

Ett avsnitt i synnerhet betonar teamets ömsesidiga beroende. LIGO upptäckte inga gravitationsvågor under sina första åtta år av drift, och från 2010 till 2015 stängdes den av för uppgraderingar. Bara två dagar efter att den startat om fick den en signal som var så vacker att den antingen måste vara en underbar present eller så var den misstänksam, säger Peter Saulson , en fysiker vid Syracuse University, som ledde LIGO Scientific Collaboration – det internationella teamet av forskare som använder LIGO och GEO600 för forskning – från 2003 till 2007. Kan någon ha injicerat en falsk signal? Efter en undersökning kom de fram till att ingen person förstod hela systemet tillräckligt väl för att klara av det. Ett trovärdigt hack skulle ha krävt en liten armé av missnöjda. Att föreställa sig ett sådant team av onda genier, säger Saulson, blev skrattretande. Så, alla medgav, måste signalen vara verklig – två svarta hål kolliderar. I slutändan, säger han, var det ett sociologiskt argument.

Vi överskattar ofta vår förmåga att förklara saker. Det kallas illusionen av förklarande djup. I en uppsättning studier , bedömde människor hur väl de förstod enheter och naturfenomen, som dragkedjor och regnbågar. Sedan försökte de förklara dem. Betygen sjönk brant när folk hade konfronterat sin egen okunnighet. (För en underhållande demonstration, be någon att rita en cykel. Resultat liknar ofta inte verkligheten.)

Jag frågade Reitze om han själv hade fallit offer för illusionen. Han noterade att LIGO förlitar sig på tusentals sensorer och
hundratals interagerande återkopplingsslingor för att ta hänsyn till omgivningsljud. Han trodde att han förstod dem ganska väl - tills han förberedde sig på att förklara dem i ett föredrag. En träningssession om dynamisk kontrollteori – matematiken för att hantera system som förändras – följde.

Illusionen kan bygga på vad Sloman, kognitionsforskaren, kallar smittsam förståelse. I en uppsättning studier han dirigerade, folk läste om ett påhittat naturfenomen, som glödande stenar. Vissa fick höra att fenomenet var väl förstått av experter, några fick höra att det var mystiskt och några fick höra att det var förstått men hemligt. Sedan betygsatte de sin egen förståelse. De i den första gruppen gav högre betyg än de andra, som om bara det faktum att det var möjligt för dem att förstå betydde att de redan gjorde det.

Människor stoppar naturligtvis undan mer fakta om ett ämne när de tror att deras partner inte var expert på det. De delar och erövrar ordlöst, var och en fungerar som den andras externa minne.

Att behandla andras kunskap som din egen är inte så dumt som det låter. 1987 skrev psykologen Daniel Wegner om en aspekt av kollektiv kognition som han kallade transaktivt minne, vilket i princip betyder att vi alla kan saker och också vet vem som kan andra saker. I en studie , fick par i uppdrag att komma ihåg en uppsättning fakta, som att Kaypro II är en persondator. Han fann att människor naturligtvis gömt undan mer fakta om ett ämne när de trodde att deras partner inte var expert på det. De delade och erövrade ordlöst, var och en fungerade som den andras externa minne.

Andra forskare som studerar transaktivt minne frågade grupperna av tre för att montera en radio. Några trios hade tränat som ett team för att klara uppgiften, medan andra bestod av medlemmar som hade tränat individuellt. De trios som hade tränat som ett team visade större transaktivt minne, inklusive mer specialisering, koordination och tillit. I sin tur gjorde de färre än hälften så många fel under monteringen.

Varje individ i dessa trios kanske inte visste hur man monterade en radio lika bra som de som hade tränat som individer. Men som en grupp – människors normala funktionssätt – skapade deras epistemiska beroende framgång.

Flera lärdomar följer av att se din egen kunskap som beroende av andras. Det enklaste är kanske att inse att du nästan säkert förstår mindre om nästan vilket ämne som helst än du tror. Så ställ fler frågor, även dumma sådana .

Att erkänna ditt epistemiska beroende kan till och med göra debatten mer produktiv. I en tidning från 2013 , studerade Sloman vilken roll illusionen av förklarande djup spelar i politisk polarisering. Amerikaner bedömde sin förståelse för och stöd för politik relaterade till hälsovård, beskattning och andra heta frågor. Sedan försökte de förklara politiken. Ju mer övningen minskade deras egen känsla av förståelse, desto mindre extrema blev deras positioner. Du kan inte ta en bestämd ställning på skakig mark. Ingen förstår Obamacare, sa Sloman – inte ens Obama: Det är för långt. Det är för komplicerat. De sammanfattar det bara med ett par slogans som saknar 99,9 % av det.

En annan lärdom kommer från Hardwigs originalpapper på epistemiskt beroende. Den till synes uppenbara föreställningen att rationalitet kräver att man tänker själv, skrev han, är ett romantiskt ideal som är helt orealistiskt. Om vi ​​följde det idealet, skrev han, skulle vi bara ha relativt grova och oinformerade övertygelser som vi hade kommit fram till på egen hand. Istället för att tänka själv, föreslog han, försök att lita på experter – till och med mer än du kanske redan gör.

Relaterad berättelse

Artificiell allmän intelligens: Är vi nära, och är det ens vettigt att försöka?

En maskin som kunde tänka som en person har varit den vägledande visionen för AI-forskning sedan de första dagarna – och är fortfarande dess mest splittrade idé.

Jag frågade Sloman (en expert) om det var en bra idé. Ja! han sa. Florida. Måste jag säga något mer? (Floridas covid-19-fall skjuter i höjden vid den tiden då människor ignorerade experters råd om skyddsåtgärder.) I verkligheten kräver naturligtvis rationalitet en balans mellan att ta råd och tänka själv. Utan att åtminstone skrapa på ytan av ett problem kommer du att falla för vad som helst.

För att testa sanningshalten i ett faktum, kontrollera om experter är överens om det. Gabriela González, fysiker i Louisiana State och en annan tidigare chef för LIGO Scientific Collaboration, sa att jag som diabetiker aldrig skulle försöka få fram data från en klinisk prövning och själv analysera den. Hon letar efter medicinsk konsensus i nyhetsartiklar om potentiella behandlingar.

Du kan också låta en oberoende expert granska en annan experts påståenden. Inom vetenskapen är detta processen för peer review. I det dagliga livet är det att kolla med din farbror vem som vet om bilar, matlagning eller vad som helst. Inuti LIGO granskar kommittéer varje steg i ett experiment. De kan be oberoende experter att gräva i kod som andra har skrivit, eller bara ställa undersökande frågor. Forskare som analyserar de kombinerade data använder flera algoritmer parallellt, var och en skrivna av olika personer. De kör också frekventa tester av hårdvara och mjukvara.

En annan revision, som vi instinktivt använder i vardagen, är att se hur människor svarar på frågor om deras expertis. Dialektisk överlägsenhet är ett tecken som Alvin Goldman, en filosof vid Rutgers University, föreslog att använda i en tidning från 2001 med titeln Experter: Vilka ska du lita på? Han skrev att i en debatt mellan två experter kan den som uppvisar jämförande snabbhet och smidighet, och som har motbevisningar redo, anses vara den som har grundlig förståelse för frågan. Han påpekar dock svagheten i denna cue. (Att ha alla svaren är ibland ett dåligt tecken, Sloman sa: Jag tror att en viktig ledtråd är: Uttrycker de tillräcklig ödmjukhet? Erkänner de det de inte vet?)

Goldmans papper gav ytterligare fyra ledtrådar om huruvida en experts åsikt är tillförlitlig. De är godkännandet av andra experter; meriter eller rykte; bevis om fördomar eller motstridiga intressen; och meritlista. Han erkände problem med alla fyra men föreslog att meritlista var till stor hjälp. Om dessa verkar som ad hominem-bedömningar snarare än evidensbaserade, säger Sloman, så är det inte en dålig sak: det slår mig som mycket lättare att utvärdera någons trovärdighet än att skaffa all kunskap som den personen har. Det är storleksordningar enklare. När det gäller formella meriter, sa han, du kan kalla mig en elitist om du vill, men jag tror att det är ett tecken att ha en examen från en ansedd institution.

Flera lärdomar följer av att se din egen kunskap som beroende av andras kunskap. Det enklaste är att du nästan säkert förstår mindre om nästan vilket ämne som helst än du tror.

Ytterst handlar kunskap om både bevis och tillit. Harry Collins, en sociolog vid Cardiff University som har skrivit om gravitationsvågssamhället i decennier, betonar hur ansikte mot ansikte interaktioner formar vad vi tror är sant. Han minns en rysk forskare som hade besökt Glasgow för att arbeta med ett team som inte kunde återskapa hans resultat. Även om de inte lyckades under hans besök tvivlade de inte längre på honom på grund av hur han arbetade i labbet. Till exempel skulle han aldrig gå ut och äta lunch, sa Collins. Han insisterade på att ta en smörgås – när han hade kommit hela vägen från Ryssland och kunde njuta av utsökt glasisk curry. De trodde att ingen så hängiven skulle hitta på hans fynd, så de fortsatte att försöka, och så småningom uppnådde de liknande resultat.

Epistemiskt beroende framhäver också vikten av att dela med dig av ditt pågående arbete. Innan interferometrar, när fysiker byggde gravitationsvågsdetektorer med hjälp av vibrerande aluminiumstänger, skyddade de sina rådata och delade endast listor över upptäckter de trodde att de hade gjort. Så småningom började de lita på varandra och arbeta närmare tillsammans. Om fysikerna vid LIGO och andra detektorer hade hållit fast vid de gamla sätten, sa Giaime, kunde vi ha blåst upp århundradets upptäckt - en neutronstjärnekollision 2017 som, till skillnad från 2015 års svarta hålskollision, var också studerat med radio, gammastrålning, röntgen och teleskop för synligt ljus. Det möjliggjordes bara för att LIGO och Jungfrun delade data, vilket gjorde att de snabbt kunde lokalisera var kollisionen ägde rum. Utan det samarbetet, sa Giaime, skulle vi inte ha känt till himlens position för paret neutronstjärnor tillräckligt noggrant för att rikta teleskop mot det snart nog.

Det epistemiska beroendet har förstås också sina baksidor. Tänk på kostnaderna för omsättning inom organisationer. Om någon som är en viktig del av ditt projekt lämnar, förlorar du delar av kollektiv kunskap och förmåga som du inte kan ta igen på egen hand.

I takt med att vetenskapligt samarbete har förändrats har även vetenskapliga utmärkelser förändrats. Nobelpriset är en anakronism från en tidigare ålder då saker gjordes av en individ eller ett litet antal människor, säger Weiss, som delade Nobelpriset i fysik 2017 med Kip Thorne och Barry Barish för sitt arbete med gravitationsvågor. Jag kände mig obekväm när jag fick det och kunde bara motivera det genom att säga att jag var en symbol för oss alla.

På Giaimes kontor i slutet av turnén pekade han på en plakett på sin vägg. 2016, Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics tilldelades LIGO Scientific Collaboration. En miljon dollar gick till Weiss, Thorne och en annan grundare, Ronald Drever, och 2 miljoner dollar delades lika mellan tusen andra människor. Det är ett minne av en slags ny vetenskapsera, sa Giaime, där stora grupper kan få priser tillsammans.

Priserna är ikapp hur vetenskapen fungerar idag. Forskare har alltid varit beroende av varandra för att fylla i kunskapsluckor, men specialisering och samarbete har blivit mer extrema och integrerat globala nätverk av domänexperter. LIGO Scientific Collaboration involverar hundratals människor, av vilka många aldrig har träffats. De använder verktyg och kunskap från tusentals andra, som i sin tur förlitar sig på miljontals andras verktyg och kunskap. En sådan organisation sker inte av en slump: den kräver sofistikerade tekniska och sociala system som arbetar hand i hand. Förtroende matar bevis matar förtroende, och så vidare. Detsamma gäller för samhället i stort. Om vi ​​undergräver våra självförstärkande system av bevis och förtroende, kommer vår förmåga att veta vad som helst och göra vad som helst att gå sönder.

Och kanske finns det en bredare, till och med filosofisk, lärdom: Du vet mycket mindre än du tror att du gör, och också mycket mer. Kunskap kan inte delas i sömmarna mellan människor. Kanske kan du inte definiera fotosyntes, men du är en integrerad del av ett epistemiskt ekosystem som inte bara kan definiera det utan undersöka det i minsta skala och manipulera det till fördel för alla. I slutändan, vad vet du? Du vet vad vi vet.

Dölj