Tévedés a tudományban

Tévedés a tudományban
Beck Mihály

A természettudományi kutatások a természeti törvények felderítésére irányulnak. E megállapítás szerint két tétel fontos, az hogy a természetnek törvényszerűségei, vannak és ezek megismerhetők. (Ehelyütt nem foglalkozunk azzal, hogy a természetnek vannak-e törvényszerűségei. Ezt érvényesnek tekintjük annak ellenére, hogy a tudomány-filozófiában mindig voltak, manapság pedig egyes iskolákban megerősödtek az olyan nézetek, amelyek szerint a természet törvényei csak látszólagosak, valójában társadalmi konstrukciók.) Az, hogy a természet törvényei megismerhetők-e, nem egyszerű kérdés. Az aligha szorul bizonyításra, hogy a kutatások egyre többet tárnak fel a fizikai, kémiai és biológiai jelenségek természetéről, de az is meglehetősen egyértelmű, hogy a különböző törvényszerűségek teljes ismerete nem érhető el. A hangsúly ebben a megállapításban a teljesen van: a kutatások aszimptotikusan közelítenek a teljességhez, de azt sohasem érik el. Ez azt jelenti, hogy igen mélyreható ismereteink vannak a fizikai, kémiai és biológiai jelenségek természetéről és törvényszerűségeiről az új műszerek, vegyületek előállításában, segítségükkel pedig egyre több betegség válik gyógyíthatóvá vagy megelőzhetővé.
A tudományos megismerés útja azonban nem töretlen s jószándékú tévedésekkel van kikövezve. Mielőtt néhány alapvető rossznak bizonyult feltételezést bemutatnánk, célszerű a tudományos tévedés fogalmát meghatározni. Azokat az elméleteket vagy kísérleti adatokat véljük tudományos tévedésnek, amelyek már születésükkor sem voltak kellően megalapozottak. A fogalom feltételezi a tudományos igazságot: tévedés az, ami eltér a valóstól, az igazságtól. Ezzel kapcsolatban emlékeztetnünk kell az Occam elvre: azaz arra az alapvető tudomány-filozófiai megállapításra, hogy az adott jelenséggel kapcsolatban mindig a legegyszerűbb, a legkevesebb feltételezéssel élő magyarázatot kell elfogadni. Természetesen, ha az adott feltételezéssel ez nem értelmezhető, új tények vetődnek fel, s akkor az előző magyarázatot módosítani, a feltételezések számát esetleg növelni kell.
Különösen könnyen bizonyulhat tévedésnek az olyan megállapítás, ami azt állítja, hogy valami nem lehetséges. A legnevezetesebb ilyen tévedés Simon Newcombé, aki a Wright testvérek sikeres repülési kísérlete előtt alig néhány héttel is azt hangoztatta, hogy a levegőnél nehezebb szerkezettel való repülés lehetetlen. Közismert, hogy Rutherford, az atommag átalakulásai vizsgálatának talán legjelentősebb megalapozója, élete végéig (alig két évvel a maghasadás felismerése előtt is) azon a véleményen volt, hogy a magenergia soha sem lesz hasznosítható.
A tudományos tévedések egyik, talán legjelentősebb forrása az, ha a különlegesen jelentős felfedezés reménye a kutató kritikai érzékét megbénítja. Ez alól a legnagyobb kutatók sem kivételek. Linus Pauling, századunk kémiájának kétségkívül egyik legnagyobb hatású alakja, a C-vitaminban először az influenza, majd a rák gyógyszerét vélte megtalálni. Az alapos klinikai vizsgálatok egyik hatást sem igazolták. Szent-Györgyi Albert pedig – aki a biológiai oxidációk mechanizmusának, és az izomműködés kémiai alapjainak felderítésében szerzett alapvető érdemeket – élete utolsó évtizedeiben egy új rákelmélet, valamint gyógyítási eljárás kidolgozásában járt tévúton (mai ismeretünk szerint). Ne feledjük, hogy a tudósokat nem nagy tévedéseik, hanem valós felfedezéseik miatt tiszteljük.
A következőkben néhány hibásnak bizonyult elméletet mutatunk be a végtelen számú esetből. Ostwald, minden idők egyik legjelentősebb kémikusa, elvetette az atomelméletet. Az atomokat, illetve a molekulákat csak hasznos elképzeléseknek, de nem valóságos entitásoknak tekintette. Véleménye szerint az energia az egyetlen ténylegesen létező valami. Felfogása lényegében a monista filozófia teljes elfogadásán alapult. Planck korabeli (1895) kritikája nagyon elmarasztaló volt: "...az Energizmus máig semmit, abszolúte semmit sem produkált a pozitív eredmények terén." Ostwald néhány évvel később maga is megváltoztatta véleményét¹.
Az ezmózisnyomás. A van t’ Hoff-féle elmélet szerint az ozmózisnyomást az oldott anyag okozza, és azzal a nyomással egyenlő, amelyet az oldott anyag gáz állapotban kifejtene. Ez a tézis azon a tökéletes analógián alapult, ami a gáztörvény és az ozmózisnyomás között valóban jelentkezik. Ez az analógia azonban félrevezető. Lothar Meyer már 1889-ben helyesen definiálta a fogalmat:"az ozmózisnyomás nem az oldott anyag nyomása, hanem az oldószeré ... vagy általánosítva: annak az anyagnak a nyomása, amelyet a fal átenged, és nem azé, amelyik számára a fal átjárhatatlan"². Schay Géza (mennyiségileg) bizonyította, hogy az oldott anyag és az oldószer közötti kölcsönhatás csökkenti az oldószer aktivitását, ez tükröződik az ozmózisnyomásban. Az analógia egyébként a tudományos megismerésben igen lényeges szerepet játszik, de sokszor tévutakra vezet. Például az entrópiát leíró Boltzmann egyenlet:
S = klnW,
ahol S az entrópia, k az ún. Boltzmann- állandó, W pedig az adott rendszer állapotának termodinamikai valószínűsége. Ez formailag teljesen megegyezik az információt leíróShannon-egyenlettel
                                     I = KlnP,
ahol I és K dimenziónélküli számok, P a lehetséges összes állapotok száma. Ez a megegyezés sok elméleti megfontolás alapja volt, mert nem vették figyelembe azt az alapvető különbséget, ami a szereplő mennyiségek dimenzióiban jelentkezik.
A polivíz. A hatvanas években óriási visszhangot váltott ki az anomális víz, a polivíz felfedezése³. A Szovjetunióban 1962-ben Fedjakin, egy addig ismeretlen kutató közölte, hogy amikor vízgőz kondenzál egy kapillárisban, a folyadék gőznyomása lényegesen csökken. Az eredményekre felfigyelt Derjagin, a nemzetközileg ismert kémikus, aki már a harmincas évek óta foglalkozott az adszorpciónak a folyadékok tulajdonságaira gyakorolt hatásával. Természetesen számításba kell venni a görbült felületek gőznyomására vonatkozó Kelvin-egyenletet és a folyadék-szilárd fázis közötti kölcsönhatást. A Fedjakin-féle kísérletben azonban úgy tűnt, hogy a sajátos körülmények között a víznek egy új módosulata keletkezett. Derjagin kísérletei megerősítették ezt a magyarázatot. A nyugati kémikusok 1966-ban figyeltek föl a szovjet kutatók eredményeire, amikor is Derjagin Nottinghamben a Faraday Society konferencián tartott előadást. Világszerte kutatások indultak, hiszen a víz egy új, termodinamikailag stabilisabb módosulatának a kimutatása mind elméleti, mind gyakorlati szempontból beláthatatlan jelentőségű eseménynek ígérkezett. Bernal, aki a víz szerkezetének feltárásában harminc évvel azelőtt ért el alapvető eredményeket, a század legnagyobb felfedezésének minősítette a víz új módosulatának előállítását. Természetes, hogy nagy verseny alakult ki a kutatók között az új módosulat tulajdonságainak és szerkezetének felderítésére. Jellemző a The Wall Street Journal-ban   megjelent hír: "Jó hír: úgy tűnik az Amerikai Egyesült Államok áthidalja a polivíz szakadékot, és a Pentagon vagyonokat költ arra, hogy az ország polivíz technológiájával megelőzze az Szovjetuniót".

Közölték a polivíz infravörös spektrumát, majd egyre-másra jelentek meg a kvantumkémiai megfontolások alapján számított szerkezeti képletek is. A kísérletek azután egyértelműen bizonyították, hogy a polivíz nem létezik: az anyag, amelyet annak véltek, az üvegből kioldódó, vagy szennyezésképpen odakerülő anyagokat tartalmazó vizes oldat volt.
A hidegfúzió⁴. 1989-ben óriási feltünést keltett Fleischmann és Pons Salt Lake Cityben sajtóértekezleten tett bejelentése, miszerint a nehéz víz Pd –katód és Pt–anód alkalmazásával végzett elektrolízisekor magreakció játszódik le, melynek jeleként energia szabadul fel. A hidegfúzió felfedezése mind elméleti, mind gyakorlati szempontból forradalmi jelentőségűnek ígérkezett. Az újságok már arról írtak, hogy a háztartások energiaszükségletét rendezni lehet majd egy kis elektrolizáló cellával. Számos laboratóriumban kezdtek foglalkozni a jelenséggel, dollármilliókat (összességében talán dollármilliárdokat) költöttek a kutatásokra. Bár még ma is többet végeznek ilyen természetű kutatásokat, meglehetős biztonsággal kimondhatjuk, hogy a hidegfúzió tudományos tévedés volt.
E tévedések oka rendszerint az, hogy egyrészt a jelenség újdonsága és fontossága miatt sokak kritikai érzéke csökkent, másrészt a kutatók egy része olyan módszereket is használt a vizsgálatok során, amelyek buktatóival nem volt tisztában. A kalorimetrikus mérések során például a tudósok többségének nem volt megfelelő tapasztalata. Az kétségtelen, hogy ha esetleg van is valamilyen a klasszikus ismeretek alapján nem értelmezhető reakció, annak eredménye a kísérleti hibák határán jelentkezik csak.

Minden macskának négy lába van, nekem négy lábam van, tehát én macska vagyok (Sindey Harris rajza)

Az elektron töltése. Millikan 1910-ben elektromosan töltött vízcsöppecskék elektromos térben mutatott esési sebessége alapján közölt adatokat az elektron töltésének értékére. Ezek szórása meglehetősen nagy volt. Pontosabb adatokhoz csak azután jutottak, hogy Fletcher javaslatára nem víz, hanem olajcsöppeket vizsgáltak. A bécsi Ehrenhaft azonban sokkal kisebb értékeket határozott meg, alátámasztva azt a nézetét, hogy léteznek tört töltésű szubelektronok. Bár kétségtelen, hogy Millikan, állításától eltérően nem használt fel minden adatot, az általa megadott elemi töltés valós volt, és az Ehrenhaft meghatározta értékeket jelentős, és figyelembe nem vett kísérleti hibák terhelték. A szubelektronok felvetése tehát tévedés volt. Millikannek is volt egy nagy tévedése: élete végéig hitte: hogy a kozmikus sugárzás hullámtermészetű.
Az éterszél kimutatása. A klasszikus mechanika szerint a fény terjedési sebessége függ a fényforrás sebességétől, illetve a fényforrás irányától. Ezt a hipotetikus jelenséget éterszélnek nevezték, mert úgy vélték, hogy a teret az éter tölti ki, amely az elektromágneses hullámokat továbbítja. Ahogy a hang gyorsabban terjed a szél irányában, mint ellenében, hasonló hatást tételeztek fel a fény esetében is. Michelson és Morley 1887-ben végeztek rendkívüli pontosságú kísérleteket az éterszél kimutatására, de meglepetésükre kísérleteik negatív eredményt hoztak. Ez a vizsgálat a relativitás elméletének legjelentősebb bizonyítéka. (Érdekes módon Michelson maga nem fogadta el a relativitás elméletét.) A Michelson-Morley kísérletet számos független laboratóriumban megerősítették. Azonban 1921 és 1925 között Miller elismert amerikai fizikus, aki maga is dolgozott korábban Michelsonnal a jelzett vizsgálatokban, azt közölte, hogy megfigyelései során pozitív hatást észlelt. Minden bizonnyal az okozta a hibát, hogy a hőmérséklet nem volt állandó, de a relativitás elméletének ellenfelei álláspontjuk bizonyítékát vélték a Miller-féle kísérletekben felfedezni.
A fehérjék építőkövei. Az, hogy a fehérjék különböző aminosavakból állnak, melyek egymáshoz peptidkötéssel kapcsolódnak, elsősorban Emil Fischer rendkívül széleskörű vizsgálatai alapján vált ismeretessé. Egy dán kutató, N. Troensegaard 1920 és 1949 között több dolgozatban és két könyvben taglalta azokat az elméleti megfontolásokat és kísérleti eredményeket, amelyek alapján tagadta az általánosan elfogadott nézetet6. Egyik fő ellenvetése az volt, hogy valamennyi fehérjének szinte azonos az elemi összetétele. Szerinte a fehérjék sósavas hidrolízisekor a nyert aminosavak műtermékek, a lebontáshoz enyhébb kémiai eljárásra lenne szükség. Ezt az alkalmasabb módszert a fehérjék különböző nem vizes oldatokban történő acilezése majd hidrogénezése után keletkező termékek meghatározásában vélte megtalálni. Teljesen nyilvánvaló, hogy Troensegaard módszere vezetett műtermékek megjelenéséhez, és a fehérjék valóban polipeptid-láncokból állnak, melyeket másodlagos kötések kapcsolnak össze.
Az időjárás befolyásolása. Nyilvánvalóan rendkívül hasznos lenne, ha befolyásolni tudnánk az időjárást. A viharágyúzás a századforduló idején volt népszerű. Tanulságos, hogy a zseniális Langmuir, a    Nobel-díjas kémikus, aki maga is foglalkozott a téves tudományos felfedezések kérdésével, és bevezette a patologikus tudomány fogalmát⁷, maga is egy súlyos tévedés áldozata lett⁸.
A General Electric kutató-laboratóriumában Schaefer, Vonnegut és Langmuir véletlen megfigyeléseik, majd rendszeres kísérleteik alapján arra a megállapításra jutottak, hogy szilárd szén-dioxidot, és még sokkal hatásosabban ezüst--jodidot a felhőkbe juttatva csapadék képződését lehet előidézni. Az ezüst-jodid drága vegyület, de úgy véltét, hogy egy kilogramm finom eloszlású ezüst-jodid az egész Amerikai Egyesült Államok légterére elegendő. Bár többször is sikerült esőt előidézniük, egyértelműnek látszik, hogy ez pusztán véletlen egybeesés eredménye volt, és az esőcsinálás továbbra is megoldatlan (lehet, hogy megoldhatatlan feladat.)
Téves elemfelfedezések. A modern elemfogalom megszületéséig nem lehet tévedésnek minősíteni az alkémisták próbálkozásait az arany előállítására más anyagokból, elsősorban higanyból. A periódusos rendszer felfedezése után nagy erővel kutattak a hiányzó elemek után. Egy új elem felfedezése jelentős tudományos eredmény és egyben nagy dicsőség volt, bár jó néhányról kiderült: nem létezik. Például 72-es rendszámú elemet, a hafniumot, Hevesy és Coster 1923-ban fedezték fel. Ezt megelőzően azonban annak véltek más anyagokat is. Így élte kérészéletét az euxenium, a celtium és a nipponium.

A ritkaföldfém elemek hasonló tulajdonsága természetesen vezetett téves felfedezésekhez. Például a decipiumot a didimium vizsgálatakor gondolták új elemnek. A didiumról pedig kiderült, hogy nem elem, hanem a neodimium és a prazeodimium elegye.
A tévedés felfedezésének öröme. Joel Hildebrand, az oldatokra vonatkozó ismereteink egyik úttörője írta kilencvenedik születésnapja alkalmából⁹, hogy amikor egy tankönyvi megállapításról, ti. hogy a NO tulajdonképpen N₂O₂, egy diákja bebizonyította, hogy nem igaz “ez mérföldkő volt további pályafutása során; ez bizonyította, hogy egy egyetemi hallgató jól megtervezett és végrehajtott kísérlettel megcáfolhatja egy Harvard egyetemi professzor könyvének megállapításait".
Ilyesfajta érzés volt, amikor kezdő vegyész koromban Wengernek, egy neves svájci professzornak, az Analytica Chica Acta c. folyóirat akkori szerkesztőjének bór meghatározási módszeréről kimutattam¹⁰, hogy nem az oldat bórtartalma, hanem pufferkapacitása jelentkezett a mért fényelnyelés értékben. (A módszer lényege, hogy a vas(III) szulfoszalicilsav komplex oldatához fluoridot adva az oldat fényelnyelése csökken a stabilisabb és színtelen fluorokomplex képződése folytán. Mivel a bór is komplexet képez a fluoriddal, bór hatására a vas(III) a színes komplexé alakul: az oldat fényelnyelése növekszik. A reagens oldat savas kémhatású. Valami rövidzárlat következtében Wenger és két munkatársa úgy vélték, hogy a pH hatásának kiküszöbölésére elegendő a vizsgált oldat pH-ját mindig ugyanarra, de gyengén lúgos értékre beállítani. A fényelnyelés azonban jelentősen függ a végső elegy pH-jától, amit a vizsgált oldat pufferkapacitása határoz meg.)
Egy másik példa saját tapasztalataimból, mely arra figyelmeztetett, hogy mennyivel kritikusabbak vagyunk mások, mint saját magunk megállapításaival¹¹. A Cr(VI) komplexképző anyagok redukciója során az az érdekes tapasztalat adódott, hogy egyrészt megnőtt a redukció sebessége, másrészt pedig a gyors redukció után a termék a megfelelő Cr(III) komplex, holott a Cr(H₂O)₆³⁺ csak nagyon lassan reagál a ligandummal. Pompás magyarázatra leltem: a Cr(VI) redukciójakor hidrátburok nélküli Cr³⁺ keletkezik, ami természetesen nagyon reakcióképes, és így gyorsan reagál a ligandummal. Szerencsére még nem közöltem ezt a magyarázatot, amikor egy dolgozatban pontosan ezt olvastam. Még nem értem az adott mondat végére, amikor már nyilvánvalóvá vált számomra, hogy az indoklás nem lehet helyes. Ugyanis a víz koncentrációja sok nagyságrenddel meghaladja az adott ligandumét az oldatban, tehát mégis jórészt az akvokomplexnek kellene keletkeznie.
Téves fizikai és kémiai adatok. Manapság mintegy tízmillió vegyületet ismerünk, jelentős részüknek számos jellemző értékét meghatározták. Ilyen adatok korábban csak az olvadáspont, forráspont, sűrűség, molekulatömeg voltak, ma ezekhez járul számtalan fizikai kémiai jellemző. Nagyon nehéz megbecsülni, hogy az irodalomban található sokmillió adat mennyire megbízható, illetve milyen gyakoriak ezek között a tévesek. Az ilyen természetű adatokról általában csak akkor derül ki, hogy rosszak, amikor már valamilyen ok miatt a közölt érték gyanús.   Természetesen az adatok értékelésekor figyelembe kell vennünk a kísérleti hibát. Az az adat téves, aminek eltérése a valós értéktől meghaladja a kísérleti hiba értékét. Például a tetracianonikkel(II)–ion stabilitási állandójára közel húsz nagyságrendet átölelő tartományban találunk adatokat¹². A téves értékek forrása ebben az esetben az volt, hogy többen potenciometrikus, illetve polarográfiás módszert alkalmaztak a nikkel–ion koncentrációjának meghatározására. Azonban a Ni²⁺–redukciója a nikkel katódon irreverzibilis folyamat, ezért potenciometrikus módszerrel a nikkel ion koncentrációjának meghatározása nem lehetséges.
Nemzetközi szervezetek foglalkoznak a közölt fizikai és kémiai adatok kritikai értékelésével. Általában csak akkor lehet egy adatot valósnak tekinteni, ha azt legalább két független laboratórium meghatározásai megerősítik. Abban az esetben, ha az elvileg alkalmas módszerekkel végzett független mérések a kísérleti hibákat lényegesen meghaladó eredményre vezetnek, akkor – nagy valószínűséggel – etikai szempontból megengedhetetlen közléssel van dolgunk.   A közelmúltban publikálták a C₆₀ jóddal képezett komplexének összetételét és stabilitási állandóját. Igaz ugyan, hogy kell gyenge komplezképződéssel számolnunk, de a C₆₀(I₂)₃ összetételű komplex nem létezik és a dolgozatban közölt adatok kivétel nélkül légbőlkapottak¹³.
Goethe színelmélete. Goethe kétségtelenül az emberi kultúra kivételesen jelentős alakjai közé tartozik. Nagyon érdekelték a természettudományok. Ezzel foglalkozó munkái azonban lényegében tévesek voltak, amelyek elsősorban társadalmi okai voltak. Társadalmi, politikai nézeteit kísérelte meg - ha úgy tetszik analogikus módon - a természettudományok területére átvinni.
Színelméletével, melyet Newton munkáját száz évvel követően dolgozott ki, máig számtalan dolgozat és közlemény foglalkozik. Goethe színelmélete tudományos értékelésének jellemzésére álljon itt két idézet. Az első a Pallas Nagylexikona Goethe-féle színtan című szócikke¹⁴:
"A rosszul felfogott fizikai elméletnek és az igen éles észleléseknek sajátságos vegyüléke. A G. a színeket a fénynek gyengén homályos közegeken történő áthatásából magyarázza. Minden átlátszó test többé-kevésbé homályos közeget alkot. Így a prizma is a keresztülmenő fénynek kölcsönöz valamit a saját homályos voltából. A három alapszín a sárga, vörös és kék. A narancsszín, viola és zöld csak átmeneti szín. Fehér és fekete, azaz világos és sötét, nem számítható a színek közé. Goethe a Newton-féle fényszóródási elméletet haláláig perhorreszkálta, noha szaktudósok iparkodtak őt tévedéseiről meggyőzni. (A szócikket Heller Ágoston írta.)
A másik idézet Asimov életrajzi enciklopédiájából származik¹⁵: "...Saját nézete, hogy a fehér fény nem a színek keveréke, kizárólag megérzésen alapul és az egész könyv értéktelen."

Irodalom
1. Holt, N.R.: Isis 61, 386 (1970)
2. Horányi Gy.: Kémiai Közlemények 71, 73 (1990)
3. Franks, Felix: Polywater, MIT Press, Cambridge, 1962.
4. Taubes, Gary: Bad Science; the Short Life and Very Hard Times of Cold Fusion, Random House, New York, 1993.
5. Holton, G.: Historical Studies in the Physical Sciences 9,166 (1978)
6. Troensegaard, N.: A New Orientation within Protein Chemistry, Einar Munksgaard, Copenhagen, 1949.
7. Langmuir, I.: Physics Today (Oct. 1989) 36. o. (Eredetileg 1953-ban elhangzott előadás szerkesztett változata.)
8. Fleagle, R.G.: Physics Today ( March 1990) 110. o.
9. Hildebrand, J.: Perspectives in Biology and Medicine 16, 91 (1972)
10. Beck M.: Magyar Kémiai Folyóirat 64, 61 (1958)
11. Beck, M.T.: Adventures in Coordination Chemistry, in Science and Scientist (szerk.: Kagayama, K., Nakamura, K., Oshima, T., Uchida, T.) D. Reidel, Dordrecht, 1981. 9. o.
12. Beck, M.T. Pure and Appl. Chem. 49, 127 (1977)
13. Beck, M.T., Mándi, G. Kéki, S.: Russian Chemistry Bulletin 45, 2129 (1996).
14. A Pallas Nagy Lexikona VIII. kötet 83. o. !894.
15. Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and Technology, Doubleday, garden City, 1964. 204. o.