A világ megfejtésének margójára
Miért és mire jó az analógiás gondolkodás a tudományban?
Nyár elején újra beleolvastam Daniel Kehlmann A világ fölmérése c. regényébe. A két főszereplő Alexander von Humboldt és Carl Friedrich Gauss. A könyv történetszálai szórakoztató, szerethető módon mutatják be az empirizmus és az absztrakt megismerés közötti különbséget. Míg Humboldt a világ egzotikus, veszélyekkel teli földjein készít leltárt a világról – ismeretlen növény- és állatfajok tömkelegéről –, Gauss otthon, a dolgozószobája magányában, a matematikai absztrakció segítségével fejti meg a nagy rejtélyeket. Ez a két megközelítés – illetve ezek kombinációja – a 18. századtól sokáig meghatározó volt az európai és angolszász tudományban.
Az elmúlt 20-30 évben viszont egyre inkább kiderült: nagyszerűségük ellenére vannak nagyon fontos szempontok és kérdések, amelyek megválaszolására önmagukban kevéssé alkalmasak. Az analógiás gondolkodás természetesen nem új keletű tudományos eszköz, az utóbbi évtizedekben azonban a rendszerelmélet, a hálózatkutatás és a komplexitástudomány megerősödésével új hangsúlyt kapott. A világ analógiás megértése egyre jelentősebb létjogot kap azáltal, hogy meghatározó tudományos művek, tudományos közösségek, kutatócsoportok alkalmazzák – és teszik láthatóvá termékeny hasznosulását.
Visszatérő tapasztalatom viszont, hogy amikor valakinek analógiás gondolkodásról beszélek vagy írok, gyakran más asszociációk lépnek be a tudományos módszertan helyett. Ezért gondoltam, hogy összefoglalom azt a néhány kulcspontot, ami szerintem lényeges a reduktív – karteziánus – tudományművelésben, illetve a rendszerszemléletű megközelítésekben fontos szerepet játszó analógiás gondolkodásban. A szöveg végén egy példa is lesz.
Mi a reduktív tudományos gondolkodás?
Ez az ún. tudományos „mainstream”, leginkább az ún. „természettudományok” sajátja, de például a szociológia egyes ágai is sokat merítettek belőle a 19–20. század során.
A reduktív módszer előfeltevése
A komplex jelenséget legjobban úgy érthetjük meg, ha felbontjuk kisebb, egyszerűbb alkotórészeire, és ezeket a részeket külön-külön, alapos részletességgel vizsgáljuk. Eszerint az egész viselkedése végső soron levezethető és megmagyarázható a részei és azok kölcsönhatásai alapján.
A tudományos redukció rendkívül hatékony módszer lehet, amikor a cél egy konkrét, jól körülhatárolható oksági mechanizmus feltárása – ez adta a modern orvostudomány, a génsebészet, a félvezetőipar és sok más technológiai terület sikereinek alapját. Eredményei gyakran jól tesztelhetők, falszifikálhatók és reprodukálhatók. Épp ezekből a tulajdonságokból születtek meg a ma elfogadott tudományosság alapjai.
A reduktív módszer korlátjai
Korlátai különösen azokban az esetekben mutatkoznak meg, amikor egy jelenség nem vezethető vissza egyszerűen a részei összegére – vagyis amikor „az egész több mint a részek összessége”. Márpedig ez elég gyakori. Ilyenkor a rendszer egy-egy szintjén új, emergens tulajdonságok jelennek meg – például egy ökoszisztéma stabilitása, az emberi agy tudatossága vagy egy társadalom egészként történő „viselkedése”.
A reduktív módszer önmagában kevésbé alkalmas a rendszerszintű mintázatok felismerésére, mert elsősorban egyre mélyebbre ás, a részletek felé vizsgálódik – nem pedig az egész, azaz a működő rendszer szintjét vizsgálja.
Mit jelent az analógiás gondolkodás?
Az analógiás gondolkodás egy régóta alkalmazott tudományos eszköz, amely az elmúlt 20-30 évben, a rendszerszemléletű és komplexitásalapú kutatások megerősödésével új hangsúlyt kapott. Segítségével valaki egy ismert, már megértett helyzet vagy rendszer szerkezetét, mintázatát átviszi egy másik, kevésbé ismert vagy új helyzetre – azért, hogy jobban megértse, megmagyarázza vagy megoldja azt.
Milyen előnyei vannak?
Az analógiás gondolkodás különböző rendszerek közös szerkezeti vagy működési mintázatainak felismerésében segít. Ez különösen hasznos lehet az egész, a komplexitás megértésében, amikor nem kizárólag a részekre, hanem azok kapcsolataira és a rendszer egészének működésére is kíváncsiak vagyunk. A holisztikus szemlélet szerint az egész több mint a részek összessége, azaz a rendszerműködés nem minden esetben vezethető le pusztán a részei megértéséből.
Az analógiás gondolkodás rendkívül hatékonyan adhat rendszerszemléleti keretet – azaz ha a cél egy nagy komplexitású, sokszintű rendszer gyors, átfogó megértése, ez hasznos módszer lehet.
Fontos szerepet játszik a rendszerelméletben, a hálózatkutatásban, az ökológiai modellezésben és a komplexitástudományban.
Gyorsan generál hipotéziseket, mintázatokat mutat meg ott, ahol a reduktív módszer még csak elszigetelt részleteket lát, és képes áthidalni olyan tudásterületeket – biológia, társadalomtudomány, gazdaság –, amelyek között a reduktív módszertan nem tud közvetlen hidat építeni.
Korlátjai
A legtöbb kritikus azt szokta felhozni, hogy mivel az analógiás gondolkodás túl flexibilis, ezért könnyen vezethet hibás következtetésekhez, különösen akkor, ha a felszíni hasonlóságokat összetévesztjük a valóban közös szerkezeti vagy működési elvekkel. Az analógiák önmagukban nem mindig falszifikálhatók ugyanúgy, mint egy konkrét oksági hipotézis, tudományos értékük azonban azon is múlik, hogy képesek-e ellenőrizhető hipotéziseket és új kutatási kérdéseket létrehozni.
Ugyanakkor érdemes ellenvetés lehet a kritikák egy részére, hogy a reduktív megközelítések falszifikálhatósága ellenére is megrekedhet egy-egy hibás eredmény, akár évtizedekre is – megszámlálhatatlan példát találunk a tudománytörténetben erre. Egy reduktív állítás gyakran konkrét, elszigetelt oksági predikció – ha X, akkor Y –, amely kísérletileg ellenőrizhető. Egy analógia ezzel szemben elsősorban értelmezési és modellalkotási keret: ezért nemcsak közvetlen igazolhatósága, hanem termékenysége, koherenciája, magyarázóereje és az általa létrehozott tesztelhető hipotézisek alapján is megítélhető.
Példa: nem minden mérce alkalmazható minden jelenségre
„Hány kilogramm a barátságod a legjobb barátoddal?”
Ez a kérdés rossz kategóriát alkalmaz egy olyan dologra, amire az egyszerűen nem értelmezhető. A barátságnak nincs súlya ebben az értelemben – nem azért, mert „nagyon könnyű” vagy „nehezen mérhető”, hanem mert a súly fogalma egyáltalán nem vonatkozik emberi kapcsolódásokra. A válasz tehát nem az, hogy „0 kg” vagy hogy „nem tudjuk megmérni” – hanem, hogy a kérdés maga téves feltevésen alapul.
Az analógiák esetében sem elegendő kizárólag azt kérdezni, hogy közvetlenül „bebizonyosodtak-e”. Azt is meg kell vizsgálni, hogy termékeny, koherens és magyarázóerővel bíró keretet adnak-e, hol húzódnak az érvényességük határai, valamint képesek-e ellenőrizhető hipotéziseket létrehozni.
A tudományos inkluzivitás előnyei
Akik az analógiás gondolkodást tudományos szinten alkalmazzák, azok természetesen nem állítják, hogy a reduktív tudomány szemét. A reduktív tudomány eddigi eredményei és módszertana mindig is nagyon fontos marad. Ugyanakkor az analógiás gondolkodás éppen azt adja hozzá a tudományos rendszerhez, hogy képes szintetizálni, a nagy egészbe elhelyezni a reduktív tudományos megismerés nagy eredményeit. Így az analógiás és a reduktív megközelítések nem egymást kizáró, hanem egymást tökéletesen kiegészítő puzzle-darabkák.
Példa: a levél erezete mint optimális elosztóhálózat
A reduktív tudományos vizsgálatok külön-külön megmutatják, hogy:
a növényélettan szerint a levélerek vizet és tápanyagokat szállítanak;
a folyadékmechanika leírja, hogyan függ az áramlás ellenállása az erek átmérőjétől;
a sejttani vizsgálatok megmutatják, milyen távolságra vannak a fotoszintetizáló sejtek az erektől.
Az analógiás gondolkodás ezeket nem különálló tényekként kezeli, hanem felismeri, hogy a levél erezete ugyanannak az általános problémának egy olyan megoldása, amelyre kizárólag a reduktív megközelítésre fordítva a figyelmünket nem biztos, hogy eljutunk. Például a rendszerszintű megközelítést alkalmazó hálózatelmélet képes megállapítani, hogy az erek közötti hurkok nem „fölösleges”, a hatékonyságot csökkentő „díszek”, hanem kerülőutat biztosíthatnak, ha egy érszakasz megsérül.
A vérerek hálózata, a tüdő hörgőrendszere, egy folyó vízgyűjtő hálózata vagy részben egy közműhálózat bizonyos szempontból analógok, mert mindegyik hasonló lényegi feladatért felel: sok ponthoz kell anyagot eljuttatnia vagy sok pontból anyagot összegyűjtenie a lehető legkisebb költséggel. Nem mindegyik hálózat hurkos, és nem mindegyik ugyanúgy áll ellen a zavaroknak: a hörgőrendszer és a folyóhálózat például elsősorban az elágazó térlefedés és szállítás szempontjából analóg, míg a levélerek, egyes vérérhálózatok és közműhálózatok a kerülőutak biztosításában is hasonlíthatnak egymásra.
Az analógiai szintézis eredménye tehát egy magasabb szintű állítás: az elosztó- és gyűjtőhálózatok nem pusztán a maximális hatékonyságra törekszenek, hanem a hatékonyság, a teljes lefedettség és – egyes rendszerek esetében – a sérülésekkel szembeni ellenállás közötti egyensúlyt valósítják meg.
Ha ezeket összehasonlítjuk, akkor láthatjuk – és ebből fontos következtetéseket vonhatunk le –, hogy a tisztán faszerű, hurkok nélküli hálózat nagyon takarékos, de egyetlen ág sérülése teljes területeket vághat el az ellátásról. A levél hurkos erezete valamivel „költségesebb”, viszont sérüléskor más útvonalon is folytatódhat az áramlás. A fizikai hálózatmodellek valóban azt mutatják, hogy a változó terhelés és a sérülésveszély hurkok kialakulásának kedvez (evolúció). A levélerek működésének egész levélre kiterjedő vizsgálata pedig megmutatta, hogyan terjedhet vagy kerülhető meg a vízszállítás kiesése a hálózatban.