Niin kehittyy tiede

Ammattitutkijana olen huomannut maallikoille usein olevan epäselvää, miten luonnontieteellistä tietoa tuotetaan. Koska kuitenkin tieteen vaikutus ihmisten elämään kasvaa jatkuvasti, on oleellista ymmärtää menetelmän perusteet.

Periaatteessa homma on simppeli ja perustuu maalaisjärkeen: selvitetään maailmakaikkeuden salaisuuksia askel kerrallaan aina aiempaan tietoon nojautuen ja siitä eteenpäin ponnistellen.

Otetaan yksinkertaistettu esimerkki. Oletetaan että Leipomo Oy palkkaa tutkijan X selvittämään, mikä määrä hiivaa taikinassa tuottaa ilmavimman ranskanleivän. Ensiksi tutkija perehtyy aiempiin tutkimustuloksiin etsimällä ravintotieteen julkaisuista asiaan liittyviä tutkimustuloksia. Löydöksiensä pohjalta tutkija tekee olettamuksen eli hypoteesin siitä, millainen on todennäköinen vastaus. Hypoteesi voisi olla vaikka seuraava:

1. Ilman hiivaa leipä ei tule ilmavaksi
2. Pelkkää hiivaa oleva taikina ei myöskään tuottane ilmavaa tulosta (eikä varsinkaan maistu hyvälle).
3. Aiempien tutkimusten mukaan pullataikina kohoaa parhaiten n. 1% hiivamäärällä, joten tämä on kohtuullinen alkuarvaus ranskanleivällekin.

Seuraavaksi tutkija testaa hypoteesinsa "optimaalinen hiivamäärä on n. 1% taikinan painosta" käytännössä eli kokeellisilla mittauksilla. Ensiksi hän määrittelee halutun lopputuloksen: ilmavin leipä on se, jonka tilavuus suhteessa painoon on suurin. Hän päättää leipoa 1000 leipää, joissa hiivan määrä vaihtelee nollasta sataan prosenttiin, ja jauhon määrä pienee vastaavasti niin, että kaikkien leipien paino on sama. Näin hän arvelee saavansa selville vastauksen 0,1 prosenttiyksikön tarkkuudella.

Seuraava askel on ensiarvoisen tärkeä ja sen oppiminen vie paljon aikaa tutkijankoulutuksessa. Koska halutaan tehdä 1000 identtistä leipää, joissa vain hiivan määrä vaihtelee, on selvitettävä, mitkä muut seikat voivat tehdä leivistä erilaisia ja pidettävä nämä vakioina. Toisaalta, koska koko maailmaa ei voi pysäyttää leipomisen ajaksi, on tiedettävä, mitkä asiat eivät vaikuta leipien ilmavuuteen. Esimerkiksi muutokset auringonpilkkujen määrässä, Nokian pörssikurssissa ja vuorokaudenajassa voidaan jättää huomiotta, mutta toisaalta mm. jauhojen kosteus, uunin lämpötila ja hiivan laatu eivät saa muuttua kesken kokeiden.

Näiden pohdiskelujen jälkeen tutkija leipoo leivät ja mittaa niiden tilavuudet vaikkapa käärimällä ne muoviin, upottamalla täyteen vesisankkoon ja mittaamalla yli valuvan veden tilavuuden. Sitten hän voikin piirtää käyrän leivän ilmavuudesta hiivan määrän muuttuessa. Käyrän huippukohta kertoo siis kaivatun vastauksen ilmavimman leivän tuottavasta hiivamäärästä.

Tämä ei kuitenkaan vielä riitä. Seuraava asken tieteen tiellä on tulosten julkaiseminen. Tutkija kirjoittaa artikkelin, jossa kertoo yksityiskohtaisesti mm. seuraavaa:

1. Mitä muut tutkijat ovat aiemmin aiheeseen liittyen saaneet selville, ja missä tieteellisissä lehdissä tulokset on julkaistu?
2. Mitä tutkija itse teki, mikä oli tulos, ja miksi se on tärkeää?
3. Tarkalleen ottaen miten tutkija tulokseensa päätyi, mitkä asiat hän otti huomioon ja mitä ei?
4. Miten uudet tulokset sopivat yhteen aiempien tulosten kanssa?

Tutkija lähettää artikkelinsa valitsemaansa arvovaltaiseen ravitsemustieteen julkaisuun. Pian hän saa postia muutamalta nimettömältä mutta juuri tämän alan hyvin tuntemalta tutkijalta, joille lehden toimitus on lähettänyt artikkelin tarkistettavaksi. Hyvässä tapauksessa esitarkastajat ehdottavat vain pieniä tarkennuksia tekstiin, huonossa tapauksessa huomauttavat tutkimuksen olevan tehdyn aivan päin seiniä ja tulosten olevan selkeästi täyttä roskaa. Ensimmäisessä tapauksessa tutkija tekee vaadittavat korjaukset, jonka jälkeen artikkeli julkaistaan.

Nyt artikkeli on kaikkien alaa seuraavien tutkijoiden luettavissa ja näin sitä voidaan käyttää lähtökohtana seuraaville tutkimuksille (ellei sitten joku valopää mahdollisesti taas keksi, miksi tutkimus oli kuitenkin pielessä ja julkaise omaa artikkeliaan, jossa aukottomasti asian osoittaa näin olevan). Joku teoreetikko voi esimerkiksi yhdistää kasan kokeellisia tutkimuksia ja kehittää laskukaavan, josta kaikenlaisten leipien ilmavuus voidaan etukäteen ennustaa. Tästä taas voi biologi inspiroitua kehittämään leivän ilmavuuden tuplaavan superhiivan. Tämän tutkimuksen lukeva panimotietelijä tietenkin oitis käyttää superhiivaa tehdäkseen 30%:sta olutta. Pian oluen todetaan vähentävän sydäntautikuolleisuutta, ja siitä eristetään tehokas lääkeaine.

Näin siis tiede kehittyy ihan vain sillä, että ihmiset käyttävät maalaisjärkeä ja kertovat muillekin, miten ja miksi sitä käyttivät. Vaikka virheitä tuleekin, tiede korjaa itseään (virheitä löytämällä saa mainetta ja kunniaa) ja etenee vähä vähältä lähemmäksi kohti lopullista totuutta. Prosessi muistuttaa paljolti oikeudenkäyntiä - kerätään kaikki mahdolliset todisteet puolesta ja vastaan ja keksitään yksinkertaisin selitys todistusaineistolle. Lopputulos ei siis ole todistetusti lopullinen totuus (myöhemmin voidaan löytää uusia todisteita tai keksiä parempi selitys), mutta se edustaa silti ihmiskunnan parasta käsitystä asiasta sillä hetkellä.

Tämän artikkelin muuten ansiokkaasti esitarkasti Minna, eikä vaatinut kuin yhden korjauksen...