рейтинг блогов

Научные анекдоты: ошибки восприятия, мышления и экспериментальных исследований

топ 100 блогов scinquisitor09.04.2014Разное

Краткий конспект лекции (содержит спойлеры)

Несмотря на ощутимый и нарастающий научно-технологический прогресс, человеческое общество по-прежнему плавает в океане заблуждений и предрассудков. Наука и научный метод часто противоречат нашей интуиции и заставляют нас отказываться от того, что кажется очевидным. Долгое время противники идеи, что Земля вращается вокруг своей оси задавали вопрос: "а почему мы все не слетаем с ее поверхности?" Аналогично, наш наивный повседневный опыт подсказывает нам, что поверхность Земли плоская, а не сферическая. Мы легко находим закономерности там где их нет: некоторые суеверия связывают ритуальный танец с появлением дождя, молитву с успехом, черную кошку с несчастьем, гороскопы с чертами личности, а принятие гомеопатической пустышки с выздоровлением. Некоторые ошибки познания мы совершаем чаще, чем другие, и история человеческой культуры полна примерами заблуждений. Какие уроки можно извлечь из этих ошибок?

Некоторые люди говорят: “пока не увижу, не поверю”. Хотя эта позиция разумнее, чем вера в то, чего никто никогда не видел, даже эта позиция может быть слишком мягкой. Иногда даже увидеть что-то недостаточно: наше зрение слишком легко обмануть. Во-первых, существует огромное количество оптических иллюзий. Некоторые примеры таких иллюзий приведены ниже.
Научные анекдоты: ошибки восприятия, мышления и экспериментальных исследований anekdoti1

Первая картинка: нарисованная на улице пропасть. Вторая картинка: комната Эймса, оптическая иллюзия, создаваемая за счет того, что комната неправильной формы, воспринимается как прямоугольная, хотя справа потолки ниже, а ребенок стоит к нам ближе. На комнату Эймса можно посмотреть лично на первом этаже музея занимательных наук Экспериментаниума, посетить который я всем очень рекомендую, особенно если есть дети. А еще там читают научно-популярные лекции. Третья картинка: квадратики A и B на самом деле одного цвета.

Источники картинок: http://i.timeout.ru/pix/resize/275/146/707x472.png; http://basik.ru/illusions/ames_room_1/short_ames_room/

Во-вторых, задумайтесь о том, как легко нас удивляют фокусники. Левитация, хождение по воде, превращение воды в вино, угадывание карт, разрезание человека, исчезновение предметов, сгибание ложек и даже оживление мертвых мух: все это входит в более-менее стандартный набор трюков, которые выполняются обученными людьми, а иногда даже любителями из разных уголков мира.

Мысль, которую я пытаюсь донести, хорошо отражена в следующем анекдоте. К Карапету пришло шесть гостей и сели за стол. Когда Карапет заглянул под стол, он насчитал только 11 ног. Как такое получилось? Можно придумывать разные объяснения: кто-то из гостей был одноногий, кто-то из гостей положил ногу на стол и так далее. Прежде чем читать дальше, можете подумать и предложить свой вариант ответа.

Но есть и более простое объяснение, которое часто ускользает из вида: Карапет ошибся. Когда мы сталкиваемся с чем-то загадочным, чаще всего мы просто ошибаемся, неверно представляем себе реальность.

Кроме ошибок восприятия есть и ошибки нашего мышления. Один лишь список классифицированных логических ошибок может занять целую статью, поэтому ограничимся перечислением наиболее интересных.

Argumentum ad populum (аргумент к народу) – вид ошибочной логической аргументации, основанной на идее, что большинство не ошибается. Согласно недавнему опросу ВЦИОМ большинство россиян уверены, что радиоактивность - дело рук человеческих (55%). В действительности, практически вся радиоактивность естественного происхождения. Взять, хотя бы урановую руду, содержащую радиоактивные элементы.

Argumentum ad antiquitatem (аргумент к античности) – вид ошибочной логической аргументации, очень распространенной в современной России, гласящий, что некоторое утверждение является верным, а некоторая практика является разумной лишь на том основании, что “так принято с давних времен”, “такова традиция”. Здесь поучительным примером является история венгерского врача Игнаца Земмельвейса, который в 1847 году показал, что если акушеры моют руки с антисептиком, это в несколько раз снижает частоту послеродовых инфекционных заболеваний у матерей и новорожденных детей. В те времена была распространена такая опасная практика: врачи после работы с тяжелобольными людьми или даже с умершими шли принимать роды, распространяя патогенные бактерии. Над идеей Земмельвейса долгое время смеялись: ведь он выступал против практики, которая была традиционной, а значит, по мнению коллег, приемлемой, естественной, выдержавшей испытание временем. Но Земмельвейс был прав, а промедление в признании эффективности мер санитарии стоило человеческих жизней.

Еще один пример ошибочной аргументации: Cum hoc ergo propter hoc – вместе с этим, значит по причине этого. Люди, которые спят в ботинках, часто просыпаются с головной болью. Значит ли это, что ношение ботинок во время сна вызывает головную боль? Скорее всего, причинно-следственная связь совсем другая: в ботинках чаще всего ложатся спать пьяные. Еще одна наглядная демонстрация абсурдности аргумента сum hoc ergo propter hoc приведена ниже в виде корреляции между числом убийств в США и доли Internet Explorer на рынке.

Научные анекдоты: ошибки восприятия, мышления и экспериментальных исследований anekdoti3

И напоследок самый интересный пример: post hot ergo propter hoc – после значит вследствие. Этот тип ошибки мышления свойственен не только людям. В знаменитых опытах на голубях ученый Беррес Скиннер показал, что если голубя кормить в случайный момент времени, независимо от его действия, голубь вырабатывает своеобразные ритуалы. Птица все чаще повторяет те действия, которые она делала перед получением еды. Голуби могут махать крыльями, биться головой об стенку, вращать шеей и так далее.Это явление получило название голубиных предрассудков: голубь ошибочно предполагает, что подобные действия приводят к появлению корма.

Аналогичными проявлениями в человеческой культуре являются вера в приметы, например, что черный кот, перешедший дорогу – это к несчастью. Это также вера в целительную силу молитвы или в то, что особый танец может вызывать дождь. Больной человек принял таблетку пустышку (гомеопатическое средство сверхмалых разбавлений) и вскоре выздоровел. Он не отдает себе отчета, что выздоровление могло быть связано с чем-то другим: прошло время и иммунная система, наконец, поборола недуг. Возможно помогла смена образа жизни, количество выпитой воды или еще какой-то неучтенный фактор. Но люди судят по таким единичным примерам из своей жизни и приходят к ошибочным выводам.

Склонность находить закономерности в случайных данных и придавать им особое значение получило название апофении. Подробная статья про это явление доступна по ссылке: http://scinquisitor.livejournal.com/33547.html. Также про это можно прочитать в моей одноименной антиутопии: https://sites.google.com/site/thestoryofapophenia/home. Люди находят связь между гороскопом и чертами личности, скрытые послания в древних текстах и даже следы древней русской письменности на снимках поверхности солнца.

Наше восприятие тоже склонно находит закономерности там, где их нет. Например, мы отчетливо можем разглядеть лица на некоторых гренках. Стоит нарисовать две точки и скобочку и мы видим, что это лицо, причем даже знаем, какую эмоцию это лицо выражает.

Научные анекдоты: ошибки восприятия, мышления и экспериментальных исследований anekdoti4

В истории науки тоже есть интересные примеры апофении. Когда микроскопы были еще не очень хороши, некоторые ученые видели и даже зарисовывали внутри сперматозоида маленького человечка, который, по существовавшим ошибочным представлениям, попадая внутрь матери, начинал расти. В условиях низкой точности изображений люди видели то, что ожидали увидеть. Разумеется, более качественные микроскопические анализы не подтвердили эти ранние представления, которые сегодня кажутся абсурдными любому образованному человеку.

Научные анекдоты: ошибки восприятия, мышления и экспериментальных исследований anekdoti5

Замечательным примером апофении является наша способность слышать знакомые нам слова в шуме или вместо незнакомых или плохо различимых слов. На этом принципе основан "феномен электронного голоса", когда люди слышат в статическом шуме радио сообщения от духов. Похожий принцип работает во всевозможных видео так называемых "misheard lyrics", где зрителю дают послушать песню с ложными субтитрами, и человек начинает отчетливо слышать те слова, которые видит на экране, хотя в песне поется совсем другое.



Но проблема заключается не столько в апофении, сколько в том, что мы некритически относимся к тем закономерностям, которые обнаруживаем. Чаще всего мы совершенно упускаем из вида возможность, что некоторая закономерность получена по случайным причинам, а это, в свою очередь, возникает из-за контринтуитивности представлений человека о вероятности. Какая вероятность встретить динозавра на улице? 50% на 50% - либо встретишь, либо не встретишь. Абсурдно, но в многих вопросах люди именно так и рассуждают.

Возьмем три шестигранных кости и бросим их. Что более вероятно: выпадение суммы равной трем или суммы равной четырем? До XIII века выпадение этих сумм считалось равновероятным: ведь сумма равная трем получается только комбинацией трех единиц, а сумма равная четырем получается только комбинацией двух единиц и одной двойки. Ришар Де Фурниваль понял, что на самом деле сумме равной четырем соответствует три возможные комбинации бросков костей. Двойка может выпасть на первой кости, на второй или на третьей. Поэтому и вероятность выпадения суммы равной четырем в три раза больше. Удивительно, но очень долгое время теория вероятности была экспериментальной наукой. Потребовались столетия исследований с участием величайших умов, чтобы вывести довольно простые законы вероятности, которыми сегодня пользуются исследователи по всему миру. Между тем знание теории вероятности очень помогает распознавать шарлатанов.

Представьте себе, что женщина обратилась к магу или экстрасенсу, чтобы тот заставил ее загулявшего мужа вернуться к ней (с помощью сверхъестественной силы). Экстрасенс говорит, что плату возьмет только в том случае, если желаемый результат будет получен. Казалось бы честное предложение? В действительности, это хитрая уловка. Есть ненулевая вероятность того, что желаемый результат будет получен без какой-либо посторонней помощи. Даже если муж вернется к жене, это не значит, что в этом заслуга экстрасенса, но свое вознаграждение он получит. Если к экстрасенсу придет множество клиентов с подобными просьбами, то хотя большинство людей разочаруются в экстрасенсе, небольшая доля будет весьма удивлена его “силе”. Аналогично, если человек обратится к множеству экстрасенсов, то хотя большинство экстрасенсов его разочаруют, некоторые из них могут случайно попасть в точку. Действительно, даже самые ярые сторонники существования паранормального соглашаются с тем, что большинство экстрасенсов – шарлатаны. Просто они добавляют к этому, что “есть ведь настоящие”! Существование таких “настоящих” экстрасенсов с точки зрения отдельных их клиентов объясняется описанным статистическим эффектом. Экстрасенсов и клиентов так много, что на любого экстрасенса найдется “его” клиент и на любого клиента найдется “настоящий” экстрасенс, даже если настоящих экстрасенсов в природе не существует. Но мало кому приходит в голову такая идея.

Сама наука тоже довольно контринтуитивна. Одна из самых поучительных историй – история про открытие телепатии у крыс. В одном институте провели следующий эксперимент. Брали крыс и сажали их парами в клетки, давали им познакомиться. Через некоторые время клетки делили на две группы: экспериментальную и контрольную.

Крысы из каждой пары изолировались друг от друга так, чтобы они не могли обмениваться звуками, запахами, не видели друг друга. В экспериментальной группе одну крысу из пары морили голодом, а за второй крысой наблюдали – сколько она ест в условиях, когда еды неограниченное количество. В контрольной группе обеим крысам давали неограниченное количество еды, за одной из крыс наблюдали: сколько она будет есть. Оказалось, что напарница голодающей крысы ела больше, чем напарница сытой крысы будто чувство голода каким-то волшебным образом передалось от одной крысы к другой. Неужели это настоящая телепатия?

Этими экспериментами заинтересовался один подкованный в математике человек, который приехал в этот институт и попросил принять участие в очередной серии опытов. Его взяли в команду, но он оказался очень дотошным: он попросил, чтобы на каждом этапе эксперимента крысы выбирались не экспериментатором, а жребием. Какая крыса окажется с какой в одной клетке? Определим жребием. Какая пара крыс попадет в экспериментальную группу, а какая в контрольную? Решит жребий. За какой из двух крыс будет вестись наблюдение на предмет количества съеденной еды? Тоже жребий. Все эти изменения протокола исследований были приняты.

Научные анекдоты: ошибки восприятия, мышления и экспериментальных исследований anekdoti6

Предложенная математиком процедура,называется рандомизация, и эта процедура полностью устранила весь эффект телепатии у крыс. Простое объяснение: сами того не зная, экспериментаторы помещали в экспериментальную группу под наблюдение более активную или более толстую крысу, которая больше ела, что и приводило к столь потрясающему эффекту. Но никому в голову не приходило, что в эксперименте может быть вот такой изъян. На самом деле есть масса исследований, в том числе и в приличных научных журналах, где подобные эффекты не исключены. Это не значит, что в подобных исследованиях все заведомо не верно, но возможность такой ошибки нужно осознавать.

Напоследок хочется сказать, что умение признавать ошибки и адекватно реагировать на критику является, пожалуй, одним из важнейших качеств ученого. Любопытным обстоятельством истории про телепатию крыс является то, что, в конце концов исследователи ошибку признали. Планируя научные эксперименты или анализируя чужие исследования не забывайте, что нельзя верить всему, что видишь, что многое может быть объяснено случайностью, что в экспериментах должна быть контрольная группа, и что даже самый честный исследователь может, сам того не осознавая, повлиять на результаты экспериментов и исказить их, если не будут приняты необходимые меры предосторожности (например, рандомизация, слепой метод).

Увы, объем публикации не позволяет рассказать о других примерах научных анекдотов, ошибок и заблуждений или дать подробный экскурс в теорию вероятности, поэтому в конце приведем ссылки для тех, кому интересно узнать больше.

Как было закрыто открытие о существовании “памяти воды”? http://scinquisitor.livejournal.com/38527.html
Чем оказался на самом деле геном снежного человека? http://scinquisitor.livejournal.com/32248.html
Как скрещивание глупых мышей привело к рождению умных? http://scinquisitor.livejournal.com/9724.html
Как статистическая ошибка привела к обнаружению астрологической закономерности?
http://scinquisitor.livejournal.com/10224.html
Как незнание статистики привело к выводу о том, что ГМ кукурузы вызывает рак и повышенную смертность у самок крыс?
http://scinquisitor.livejournal.com/25873.html
Как астрологи публиковались в журналах из списка ВАК? http://scinquisitor.livejournal.com/17249.html
Семь столпов научного метода: http://scinquisitor.livejournal.com/35185.html
Бог - это статистика, статья Николая Кукушкина: http://mtrpl.ru/godforgives

Оставить комментарий



Архив записей в блогах:
ЗЫ. Братцы, спасибо вам за поздравления; мог бы - ответил бы каждому, но вы же ...
Почему-то летом все время на все плевать, Небольшая бричка спрятана в перелеске. Господа, Онегину больше не наливать, У него дрожит пистолет и все небо в Ленских. Самый старший Ленский сутул, невысок, сердит, Он корректен в формулировках, но зол до ...
Значит так. Заходить ТОЛЬКО тем, у кого есть комплексы и кто решил, что я все таки, выше среднего))) Ну, по красоте))) Рассказываю… У меня есть подруга. Недавняя. Скажу честно, девушка неописуемой красоты… Девушка и впрямь хороша. Я бы показала ...
   Поговорим об обнаженных женщинах - ровно 171 год назад, 21 августа 1841 года, американским промышленником Джоном Хэмптоном было запатентовано производство жалюзи.     Слово «жалюзи» пришло в русский язык в начале XIX века, от французского ...
Заметил, что в сериалах канала НВО - "Клан Сопрано", "Игра Престолов" и т.д. - у каждой серии каждого сериала свой режиссер. У других компаний один режиссер всегда снимает весь сериал или хотя бы весь сезон - от первой серии до последней. А в HBO они все ...