I den här texten kommer jag att berätta om den vetenskapliga kunskapens karaktär ur ett naturvetenskapligt perspektiv. Andra perspektiv behandlas i andra delar av kursen.

Mitt eget område rymdfysik går ut på att undersöka ämnens fjärde aggregationsform, alltså plasma, i rymden närmast jorden. Ett av de största och mest långvariga mysterierna i rymdfysiken är den så kallade norrskenssubstormen, eller helt enkelt substormen. Det är ett offentligt skådespel som många beskrivit som en närapå överjordisk upplevelse.

Under en substorm ser man vanligtvis först en fridfull norrskensbåge vid den norra horisonten. Den stiger sedan mot himlavalvet, alltså söderut. Efter ungefär en halv timme har bågen nått så långt söderut som det går. Då blir den del av bågen som ligger längst i söder klarare och så att säga ”exploderar” mot norr, öster och väster. Detta utbredningsskede börjar oftast klockan 22.30 i Finland och räcker i ungefär en kvart. Under denna tid varierar norrskenets former och hastighet kraftigt. Efter utbredningsskedet inleds återgångsskedet då norrskensshowen mattas av, formerna blir mjukare, hastigheten avtar och bågen drar sig tillbaka norrut.

Om man inom fysiken anser att någonting är säker kunskap så grundar den sig på flera olika mätningar som flera olika personer upprepat tillräckligt många gånger. Ju fler likadana resultat man får, desto säkrare kunskap handlar det om. Om en observation dessutom passar in på någon känd och testad lag inom fysik eller kemi så är det ännu bättre.

I vårt substormsexempel representerar norrskenet säker kunskap. Vi vet med säkerhet hur norrsken uppstår. Elektroner från rymden störtar mot atmosfären och krockar med atomer och molekyler i den övre delen av atmosfären. Då laddas atomerna och molekylerna så de flyttas till ett högre energitillstånd. Laddningen frigörs emellertid kort därpå och då syns ett färgat ljus på himlen. Den gröna färg som vanligtvis syns i norrsken produceras när laddningen i atmosfärens syreatomer frigörs. Den gröna färgen på ljuset passar bra ihop med atommodellens prognos för mängden energi som frigörs i samband med utbrottet.

Allt detta vet vi tack vare mätningarna, teorierna som utvecklats runt mätningarna och de nya mätningar som stöder teorin. När jag ser grönt norrsken vet jag med säkerhet att en elektron som kom utifrån rymden har krockat med en syreatom i den övre atmosfären.

Annan säker kunskap i exemplet med substormen är att substormen äger rum nattetid och att partiklarna som störtar mot den övre atmosfären är fångade av jordens magnetfält. Man kan till och med observera jordens magnetfält med en vanlig kompass.

Däremot är längden på substormarna något som kallas sannolikt säker kunskap. Man känner till hur länge skedena pågår, eftersom man observerat substormar så många gånger att det finns statistik på hur de beter sig.

När man forskar strävar man vanligtvis efter att hitta nya, tidigare okända fenomen eller säkerställa tidigare sannolik kunskap. De flesta forskare drömmer om att göra nya rön och sådana projekt intresserar ofta också forskningsfinansiärerna mest. Däremot anses det vara mindre värt att säkerställa sannolik kunskap, även om det är enda chansen att producera säker kunskap.

Forskarna skriver artiklar om sina forskningsresultat som publiceras i ämnesområdets tidskrifter. Innan artiklarna publiceras så referentgranskas de. En referentgranskning innebär att en eller flera forskare som är insatta i ämnesområdet läser och granskar publikationen, utvärderar innehållet och rekommenderar att texten ska publiceras eller refuseras. I kursens nästa kapitel Att söka kunskap ska vi berätta mer om referentgranskningen.

Ju mer uppskattad en tidskrift är, desto svårare är det för en forskare att få något publicerat i den. Nature och Science som kommer ut varje vecka hör till de mest uppskattade vetenskapliga tidskrifterna. De är allmänna vetenskapliga tidskrifter som publicerar artiklar från olika vetenskapsgrenar. När man läser dem kan man vara relativt säker på att forskningen håller hög kvalitet och att flera personer har granskat resultaten. Om det däremot handlar om en tidskrift som inte gör någon referentgranskning så kan man inte vara lika säker på hur pålitlig forskningen är.

Om till exempel en artikel i Helsingin Sanomat baserar sig på en undersökning som publicerats i en tidskrift med referentgranskning kan läsaren vara ganska säker på att kunskapen är korrekt. Om ingen källa nämns i artikeln och det saknas länkar till den ursprungliga undersökningen eller om artikeln hänvisar till en undersökning som inte genomgått referentgranskning, kan det handla om rena humbugen.

När man forskar är det viktigt att förstå grundelementen i sitt område, såsom hur norrsken uppstår och hur elektroner beter sig i ett magnetfält. En norrskensfantast kan titta på substormen från jorden, men hens observationer duger främst som bakgrundsmaterial. Det går nämligen inte att koppla exempelvis ljusets geografiska position eller exakt tid till en visuell observation.

En del lekmän kan hitta på de mest märkliga förklaringar till norrskenets beteende om de inte känner till ämnesområdets grunder. Ett av de mest typiska missförstånden är att norrsken hör ihop med kallt väder – alltså att hård köld betyder norrsken. Det är ett typiskt korrelationsfel.

Det finns till exempel hög korrelation mellan glasskonsumtion och drunkningsolyckor, men det betyder inte att man drunknar om man äter glass, utan båda två har att göra med en tredje faktor – varmt väder. Norrsken påverkas inte av vädret på jorden. Vädret uppstår på mindre än 10 kilometers höjd, medan norrsken pågår på ungefär 100 kilometers höjd (höjden för det grönflammande norrskenet). Man kan räkna ut norrskenets höjd med hjälp av två samtidiga norrskensobservationer på olika geografiska platser. Norrskenet syns när det är kallt, helt enkelt eftersom det vanligtvis inte finns några störande moln då.

När man skaffar sig naturvetenskaplig kunskap är det viktigast att samla in observationsmaterial och bedöma felkällorna. Forskarna observerar substormarna med flera olika mätapparater, till exempel med kameror som kan avbilda hela himlen och mäta norrskenets intensitet och våglängd.

Eftersom solen befinner sig på jordens dagsida och substormarna syns på jordens nattsida, kan inte elektronerna som ger upphov till substormarnas ljus störta in i atmosfären från solen. På nattsidan blir elektronernas hastighet av någon orsak större och de störtar mot atmosfären. Det här är kärnan i substormsforskningen: vad är det som får elektronerna att sätta fart och varför börjar de störta just när de accelererar?

I fallet med substormarna är det viktigt att kunna göra mätningar ovanför jorden utanför atmosfären. Problemet är att det oftast finns bara en enda satellit, vilket innebär att det endast finns en tid och en plats där man kan mäta. Dessutom är satelliten sällan på rätt plats vid rätt tid i den enorma rymden.

Därför är det också viktigt att ha modelleringsverktyg. De grundar sig på fysikens kända lagar. Med hjälp av dem kan man beskriva hela rymdens samtliga skrymslen och vrår vid alla tidpunkter och göra en kvalificerad gissning om vad det är som sätter fart på elektronerna. Slutlig naturvetenskaplig kunskap utgår emellertid alltid från mätningar. Det är alltid möjligt att det sker något i naturen som inte beaktats i modelleringen.

När ett forskningsämne är centralt inom ett ämnesområde så delar forskarna ofta upp sig i läger som gnabbas med varandra och kastar fram kvalificerade gissningar. Ibland kan en forskare fästa sig så mycket vid sin gissning att hen endast beaktar sådana mätresultat som stöttar hens gissning och struntar i andra resultat. Då kan det ge upphov till publikationer som låter bra, särskilt om den kollegiala granskningen misslyckats. Principen är ändå att en förklaringsmodell ska kunna användas på alla observationer och resultaten ska gå att upprepa. En bra forskare visar alltid i sin publikation vilken del av materialet som stöder hens slutsatser och vilken som inte gör det, och visar felmarginalerna för resultaten.

Även om forskarna eftersträvar noggrannhet och omsorgsfullhet kan det finnas fel i undersökningarna och all forskning är inte heller alltid objektiv.

Oftast är fallgroparna för vetenskaplig kunskap kopplade till bristande referentgranskning. Undersökningen kanske hamnar på bästa kompisens bord eller hemma hos värsta fienden eller någon annan jävig person som ska granska den. Om man använder ett för smalt observationsmaterial kan det också försvåra kunskapssökningen. Forskaren är kanske för säker på det förhärskande paradigmet och drar slutsatsen att hens nya fynd är felaktigt eftersom det inte passar in i paradigmet. Eller så har forskningen finansierats av någon som vill hitta vissa saker.

Även om naturvetenskapliga mätresultat ofta är mycket noggranna, är högkvalitativa mätningar inte det enda sättet att se till att forskningen är objektiv. I naturvetenskaperna är de största bristerna ofta kopplade till perspektiv och frågeställningar. På dem inverkar bland annat forskarens kulturella bakgrund, kön eller om hen tillhör något visst läger.

Botemedlet för alla dessa problem är vetenskaplig öppenhet och offentlighet. Man förväntar sig att referentgranskarna ska kunna upptäcka möjliga brister redan innan forskningen publiceras. Andra forskare som läser den vetenskapliga artikeln kan bedöma kvaliteten på författarens vetenskapliga process. De kan också upptäcka till exempel olämpliga analyssätt, jäv eller problem med materialet eller perspektiven och påtala dessa.

Vetenskaplig kunskap har ett högre värde än åsikter, eftersom kunskapen grundar sig på flera mätningar och modelleringar. Resultaten är alltid desamma, oberoende av observatör. Information förvandlas till vetenskaplig kunskap i referentgranskningen och verifieras så småningom när flera forskningsgrupper upprepar undersökningen och får samma resultat. Till exempel om någon påstår att hen löst gåtan med substormarna kommer andra forskare att betvivla lösningen tills flera andra kommit fram till samma resultat.

Säker vetenskaplig kunskap blir alltså säker så småningom i takt med att det samlas mer forskningskunskap om ämnet eller fenomenet. Det kan dock också uppstå sprickor i säker kunskap! Då börjar man utredningsarbetet på nytt och det fortsätter tills alla observationer fått sin förklaring och fysikens lagar ändrats på motsvarande sätt.

Ett vetenskapligt tankesätt ger en två stora fördelar i vardagslivet. För det första ger vetenskapligt tänkande bra förutsättningar att bedöma till exempel nyheterna, diskussioner på sociala medier och annat medieinnehåll. En forskarsjäl ifrågasätter. En forskare funderar på källmaterialet, hur objektivt det är och hur det skaffats samt sätter särskilt fokus på motivet bakom nyheten. Någon annan kanske inte är nyfiken, utan reagerar bara på själva nyheten, oftast med känslor – och blir kanske lurad av någon annan människas möjligtvis dunkla motiv.

För det andra har man nytta av att man som forskare vänjer sig vid att hela tiden utsättas för kritik som också kan vara hård. Då lär man sig skilja mellan sådan kritik som är fokuserad på sak och sådan som i första hand riktas mot personen och därmed är olämplig.