Perché non sai davvero quello che sai

Spesso sopravvalutiamo la nostra capacità di spiegare cose che pensiamo di sapere. Hai bisogno di una prova? Chiedi a qualcuno di disegnare una bicicletta. I risultati, come quelli creati dallo staff del MIT Technology Review, non sempre assomigliano alla realtà.

A luglio, Joseph Giaime, professore di fisica alla Louisiana State University e al Caltech, mi ha fatto fare un tour di uno degli esperimenti scientifici più complessi al mondo. Lo ha fatto tramite Zoom sul suo iPad. Mi ha mostrato una sala di controllo di LIGO , una grande collaborazione di fisica con sede in Louisiana e nello stato di Washington. Nel 2015 LIGO è stato il primo progetto a direttamente rilevare le onde gravitazionali , creato dalla collisione di due buchi neri a 1,3 miliardi di anni luce di distanza.

Circa 30 grandi monitor hanno mostrato vari aspetti dello stato di LIGO. Il sistema monitora decine di migliaia di canali di dati in tempo reale. Gli schermi video ritraevano la dispersione della luce dall'ottica e i grafici dei dati rappresentavano le vibrazioni degli strumenti dovute all'attività sismica e al movimento umano.

Questa storia faceva parte del nostro numero di novembre 2020

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Stavo visitando questa complicata operazione, su cui lavorano insieme centinaia di specialisti in discreti sottocampi scientifici, per cercare di rispondere a una domanda apparentemente semplice: cosa significa veramente sapere qualcosa? Quanto bene possiamo capire il mondo quando gran parte della nostra conoscenza si basa su prove e argomenti forniti da altri?

La domanda non interessa solo agli scienziati. Molti altri campi stanno diventando più complessi e abbiamo accesso a molte più informazioni e opinioni informate che mai. Eppure, allo stesso tempo, la crescente polarizzazione politica e la disinformazione stanno rendendo difficile sapere di chi o di cosa fidarsi. I progressi medici, il discorso politico, la pratica manageriale e una buona parte della vita quotidiana dipendono tutti dal modo in cui valutiamo e distribuiamo la conoscenza.

Sopravvalutiamo enormemente la capacità dell'individuo di accumulare conoscenza e sottovalutiamo il ruolo della società nel possederla. Potresti sapere che il carburante diesel è dannoso per i motori a gas e che gli impianti usano la fotosintesi, ma puoi definire il diesel o spiegare la fotosintesi, per non parlare di dimostrare che la fotosintesi avviene? La conoscenza, come sono arrivato a riconoscere durante la ricerca di questo articolo, dipende tanto dalla fiducia e dalle relazioni quanto dai libri di testo e dalle osservazioni.

Trentacinque anni fa pubblicò il filosofo John Hardwig un documento su quella che chiamava dipendenza epistemica, la nostra dipendenza dalla conoscenza degli altri. L'articolo, ben citato in alcuni circoli accademici ma in gran parte sconosciuto altrove, cresce di rilevanza man mano che la società e la conoscenza diventano più complesse.

Una definizione comune di conoscenza è la vera credenza giustificata: fatti che puoi supportare con dati e logica. Come individui, tuttavia, raramente abbiamo il tempo o le capacità per giustificare le nostre convinzioni. Quindi cosa intendiamo veramente quando diciamo di sapere qualcosa? Hardwig poneva un dilemma: o gran parte della nostra conoscenza può essere detenuta solo da un collettivo, non da un individuo, oppure gli individui possono sapere cose che in realtà non capiscono. (Ha scelto la seconda opzione.)

Potresti sapere che il carburante diesel è dannoso per i motori a gas e che gli impianti usano la fotosintesi, ma puoi definire il diesel o spiegare la fotosintesi, per non parlare di dimostrare che la fotosintesi avviene?

Potrebbe sembrare una domanda filosofica astratta. Alla fine della giornata, qualunque cosa significhi sapere, è chiaro che ci affidiamo ad altre persone per questo. Se la domanda fondamentale è 'Chi ha la conoscenza?', non c'è niente di meglio su questo. E non mi interessa davvero, dice Steven Sloman , uno scienziato cognitivo alla Brown University e coautore di L'illusione della conoscenza .

Ma, prosegue, se la domanda è 'Come siamo giustificati nel sostenere di sapere delle cose?' e 'Di chi dovremmo fidarci?', allora la questione è urgente. Il retrazione a giugno di due articoli sul covid-19 sul Lancet e sul New England Journal of Medicine, dopo che i ricercatori hanno riposto troppa fiducia in un collaboratore disonesto, è un esempio di cosa succede quando la dipendenza epistemica viene gestita male. E l'aumento della disinformazione su questioni come vaccini, cambiamenti climatici e covid-19 è un attacco diretto alla dipendenza epistemica, senza la quale né la scienza né la società nel suo insieme possono funzionare.

Per comprendere meglio la dipendenza epistemica, ho esaminato un caso estremo: LIGO. Volevo capire come i fisici che ci lavorano sanno che quei due buchi neri si sono scontrati a diverse galassie di distanza, e cosa significa per come ognuno di noi sa qualcosa.

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Come racconta Giaime, la storia di LIGO inizia con Albert Einstein. Un secolo fa, Einstein ha teorizzato che la gravità è una deformazione del continuum spazio-temporale e ha sostenuto che le masse in movimento emettono increspature alla velocità della luce. Ma le speranze di rilevare tali onde sono rimaste deboli per decenni, perché sarebbero state troppo piccole per essere misurate.

LIGO utilizza l'interferometria laser, basata su un progetto pubblicato dal fisico del MIT Rainer Weiss nel 1972. Un interferometro, dall'alto, ricorda una L maiuscola, con due braccia ad angolo retto. Un laser iniettato al gomito della L è diviso in due, riflette uno specchio all'estremità di ciascun braccio e si ricombina in modo tale che i picchi e le valli delle onde luminose si annullino a vicenda.

Dipendenza epistemica: il caso di LIGO
Il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) si basa su un progetto pubblicato dal fisico del MIT Rainer Weiss nel 1972. Un laser viene iniettato al gomito della L, dividendosi in due e rimbalzando sugli specchi alla fine di ogni 4 chilometri - braccio lungo. Quando si ricombinano, i picchi e le valli delle onde luminose si annullano a vicenda. La teoria era che le onde gravitazionali, se esistessero, avrebbero causato la desincronizzazione delle onde.

Weiss sapeva che al passaggio di un'onda gravitazionale, avrebbe allungato lo spazio nella direzione di un braccio mentre lo avrebbe contratto nella direzione dell'altro. Di conseguenza, le distanze percorse dai raggi laser cambierebbero e le onde non riuscirebbero a cancellarsi a vicenda. Il rilevatore di luce vedrebbe quindi un chiaro schema d'onda. Dopo decenni di costruzione e oltre un miliardo di dollari, questo è ciò che LIGO, il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ha rilevato ufficialmente quasi una dozzina di volte dal 2015.

La sensibilità dello strumento è difficile da capire. Ogni braccio è lungo quattro chilometri. A tale distanza, LIGO può rilevare variazioni fino a un decimillesimo del diametro di un protone. Più fisica e ingegneria conosci, mi ha detto Giaime, più suona folle.

È più piccolo del tremolio casuale nelle molecole dello specchio, quindi vengono utilizzati numerosi trucchi per ridurre il rumore. La luce viaggia lungo il tunnel attraverso il vuoto. Il laser è potente, quindi il raggio contiene molti fotoni, consentendo loro di mediare qualsiasi rumore. Gli specchi pendono da fili di vetro per smorzare passivamente eventuali vibrazioni. E ogni sospensione dello specchio è montata su un rig che attenua attivamente le vibrazioni utilizzando il feedback di sismometri e sensori di movimento, come le stravaganti cuffie con cancellazione del rumore. Il sistema tiene conto anche dell'interferenza misurata dai campi magnetici, dal tempo atmosferico, dalla rete elettrica e persino dai raggi cosmici.

Tuttavia, con un solo rilevatore, puoi essere così sicuro che qualsiasi segnale provenga dallo spazio. Se due rivelatori ricevono lo stesso segnale quasi contemporaneamente, la fiducia aumenta in modo esponenziale. Puoi anche iniziare a localizzare la sorgente nel cielo. Ecco perché ci sono due stazioni LIGO, in Louisiana e Washington, oltre ad altri osservatori di onde gravitazionali: Virgo, in Italia, e GEO600, in Germania, con un altro in costruzione in Giappone.

Come puoi immaginare, LIGO richiede una grande squadra con competenze diverse. La divisione del lavoro nella scienza, come nell'industria, è diventata sempre più fine. Un libro del 1786 sulla fisica sperimentale coperto astronomia, geologia, zoologia, medicina e botanica. Un lettore potrebbe padroneggiare la maggior parte della conoscenza umana in tutte quelle aree. Ognuno di loro ora ha i propri campi, ognuno dei quali ha sottocampi germogliati. La competenza enciclopedica è diventata insostenibile.

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Realizzare qualsiasi cosa al di fuori di un campo ristretto richiede agli scienziati di condividere le abilità. Le collaborazioni sono cresciute man mano che le nuove tecnologie come Internet hanno reso più facile comunicare. Dal 1990 al 2010, il numero medio di coautori su un articolo scientifico è aumentato da 3.2 a 5.6. Un giornale del 2015 sulla massa del bosone di Higgs vantava più di 5.000 autori. Anche gli autori solitari non lavorano da soli, citano lavori di altri che spesso non hanno nemmeno letto, secondo Sloman: Siamo fiduciosi che l'abstract sia in realtà un riassunto di ciò che c'è nel documento.

La carta annunciando il primo rilevamento di onde gravitazionali da parte di LIGO, pubblicato nel 2016, ha avuto più di 1.000 autori. Tutti loro comprendono appieno ogni aspetto di ciò che hanno scritto? Penso che molte persone abbiano avuto la testa in giro per la maggior parte a un livello molto alto, David Reitze , un fisico del Caltech e direttore esecutivo di LIGO, ha detto dei risultati del team. Ma la questione pratica di Come fai a sapere che questo rivelatore complesso che ha centinaia di migliaia di componenti, elettronica e canali di dati si sta comportando correttamente e sta effettivamente misurando ciò che stai pensando che stiamo misurando? In tal caso, ha detto, centinaia di persone, come squadra, devono preoccuparsi di questo.

Ho chiesto a Reitze se avrebbe avuto problemi a spiegare qualsiasi aspetto del documento del 2016. Ci sono sicuramente pezzi di quel documento che non credo di avere abbastanza conoscenze dettagliate da riprodurre, ha detto, ad esempio il lavoro computazionale del team che confronta i propri dati con le previsioni teoriche e inchioda le masse e le velocità dei buchi neri.

Giaime, il capo dell'operazione Livingston, ipotizza che meno della metà dei coautori del giornale abbia mai messo piede in uno dei siti dell'osservatorio, perché il loro ruolo non lo richiedeva. Per giustificare i risultati dell'osservatorio, ha osservato, una persona dovrebbe comprendere aspetti di fisica, astronomia, elettronica e ingegneria meccanica. C'è qualcuno che sa tutte queste cose? Egli ha detto. Abbiamo quasi avuto una perdita nel nostro tubo a raggi a causa di qualcosa chiamato corrosione indotta da microbi, che è biologia, per il bene di Pete. Diventa un po' troppo per una mente da tenere d'occhio.

Un episodio in particolare sottolinea l'interdipendenza della squadra. LIGO non ha rilevato onde gravitazionali nei suoi primi otto anni di attività e dal 2010 al 2015 ha chiuso per aggiornamenti. Solo due giorni dopo essere stato riavviato, ha ricevuto un segnale così bello che doveva essere un regalo meraviglioso o era sospetto, dice Pietro Sauson , fisico della Syracuse University, che ha guidato la LIGO Scientific Collaboration, il team internazionale di scienziati che utilizzano LIGO e GEO600 per la ricerca, dal 2003 al 2007. Qualcuno potrebbe aver iniettato un segnale falso? Dopo un'indagine, hanno concluso che nessuna persona comprendeva l'intero sistema abbastanza bene da riuscirci. Un hack credibile avrebbe richiesto un piccolo esercito di scontenti. Immaginare una tale squadra di geni del male, dice Saulson, è diventato ridicolo. Quindi, tutti hanno ammesso, il segnale deve essere reale: due buchi neri in collisione. Alla fine, dice, era un argomento sociologico.

Spesso sopravvalutiamo la nostra capacità di spiegare le cose. Si chiama illusione della profondità esplicativa. In una serie di studi , le persone hanno valutato quanto bene hanno compreso i dispositivi e i fenomeni naturali, come cerniere lampo e arcobaleni. Poi hanno cercato di spiegarli. Le valutazioni sono diminuite precipitosamente una volta che le persone hanno affrontato la propria ignoranza. (Per una dimostrazione divertente, chiedi a qualcuno di disegnare una bicicletta. Risultati spesso non assomigliano alla realtà.)

Chiesi a Reitze se lui stesso fosse caduto preda dell'illusione. Ha notato che LIGO si basa su migliaia di sensori e
centinaia di circuiti di feedback interagenti per tenere conto del rumore ambientale. Pensava di capirli abbastanza bene, finché non si preparò a spiegarli in un discorso. Ne seguì una sessione intensiva sulla teoria del controllo dinamico, la matematica della gestione dei sistemi che cambiano.

L'illusione può attingere a ciò che Sloman, lo scienziato cognitivo, chiama comprensione contagiosa. In una serie di studi ha condotto, le persone leggono di un fenomeno naturale inventato, come rocce luminose. Ad alcuni è stato detto che il fenomeno era ben compreso dagli esperti, ad altri è stato detto che era misterioso e ad altri è stato detto che era compreso ma classificato. Poi hanno valutato la propria comprensione. Quelli del primo gruppo davano voti più alti degli altri, come se solo il fatto che fosse loro possibile capire significasse che lo avevano già fatto.

Le persone naturalmente nascondono più fatti su un argomento quando credono che il loro partner non fosse un esperto in materia. Dividono e conquistano senza parole, agendo ciascuno come memoria esterna dell'altro.

Trattare la conoscenza degli altri come la tua non è così sciocco come sembra. Nel 1987, lo psicologo Daniel Wegner ha scritto di un aspetto della cognizione collettiva che ha chiamato memoria transattiva, il che in pratica significa che tutti sappiamo cose e sappiamo anche chi altro conosce altre cose. In uno studio , alle coppie è stato assegnato il compito di ricordare una serie di fatti, come il Kaypro II è un personal computer. Ha scoperto che le persone naturalmente nascondevano più fatti su un argomento quando credevano che il loro partner non fosse un esperto in materia. Si sono divisi e conquistati senza parole, ciascuno fungendo da memoria esterna dell'altro.

Altri ricercatori che studiano la memoria transattiva gruppi chiesti di tre per assemblare una radio. Alcuni trii si erano formati come una squadra per completare l'attività, mentre altri comprendevano membri che si erano formati individualmente. I tre che si erano formati come una squadra hanno dimostrato una maggiore memoria transattiva, inclusa una maggiore specializzazione, coordinazione e fiducia. A loro volta, hanno commesso meno della metà degli errori durante l'assemblaggio.

Ciascun individuo in quei trii potrebbe non aver saputo come assemblare una radio così come quelli che si erano formati come individui. Ma come gruppo - il normale modo di operare degli umani - la loro dipendenza epistemica ha generato successo.

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Diverse lezioni derivano dal vedere la propria conoscenza come contingente a quella degli altri. Forse la cosa più semplice è rendersi conto che quasi sicuramente capisci meno di qualsiasi argomento di quanto pensi. Quindi fai più domande, anche quelli stupidi .

Riconoscere la tua dipendenza epistemica potrebbe persino rendere il dibattito più produttivo. In un documento del 2013 , Sloman ha studiato il ruolo che l'illusione della profondità esplicativa gioca nella polarizzazione politica. Gli americani hanno valutato la loro comprensione e il loro sostegno alle politiche relative all'assistenza sanitaria, alla tassazione e ad altre questioni urgenti. Poi hanno cercato di spiegare le politiche. Più l'esercizio riduceva il loro senso di comprensione, meno estreme diventavano le loro posizioni. Non puoi prendere una posizione ferma su un terreno instabile. Nessuno capisce Obamacare, ha detto Sloman, nemmeno Obama: è troppo lungo. È troppo complicato. Lo riassumono semplicemente con un paio di slogan a cui manca il 99,9%.

Un'altra lezione viene da Carta originale di Hardwig sulla dipendenza epistemica. L'idea apparentemente ovvia che la razionalità richieda di pensare da soli, ha scritto, è un ideale romantico che è del tutto irrealistico. Se seguissimo quell'ideale, scrisse, manterremmo solo convinzioni relativamente rozze e disinformate a cui siamo arrivati ​​da soli. Invece di pensare da solo, ha suggerito, prova a fidarti degli esperti, anche più di quanto potresti già fare.

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Ho chiesto a Sloman (un esperto) se fosse una buona idea. Sì! Egli ha detto. Florida. Devo dire altro? (I casi di covid-19 in Florida stavano salendo alle stelle in quel momento poiché le persone ignoravano i consigli degli esperti sulle misure protettive.) In realtà, ovviamente, la razionalità richiede un equilibrio tra prendere consigli e pensare da soli. Senza almeno graffiare la superficie di un problema, cadrai per qualsiasi cosa.

Per verificare la veridicità di un fatto, controlla se gli esperti sono d'accordo su di esso. Gabriela González, una fisica dello stato della Louisiana e un altro ex capo della LIGO Scientific Collaboration, ha affermato che, in quanto diabetica, non proverei mai a ottenere i dati di una sperimentazione clinica e ad analizzarli da sola. Cerca il consenso medico nelle notizie su potenziali trattamenti.

Puoi anche chiedere a un esperto indipendente di esaminare le affermazioni di un altro esperto. Nella scienza, questo è il processo di revisione tra pari. Nella vita quotidiana, è controllare tuo zio che sa di macchine, cucina o altro. All'interno di LIGO, i comitati esaminano ogni fase di un esperimento. Potrebbero chiedere a esperti indipendenti di approfondire il codice che altri hanno scritto o semplicemente porre domande di indagine. I ricercatori che analizzano i dati combinati utilizzano più algoritmi in parallelo, ciascuno scritto da persone diverse. Eseguono anche frequenti test dell'hardware e del software.

Un altro audit, che istintivamente utilizziamo nella vita di tutti i giorni, è vedere come le persone rispondono alle domande sulla loro esperienza. La superiorità dialettica è uno spunto che Alvin Goldman, un filosofo della Rutgers University, ha suggerito di utilizzare un documento del 2001 dal titolo Esperti: di quali dovresti fidarti? Ha scritto che in un dibattito tra due esperti, quello che mostra rapidità e fluidità comparativa e ha pronte confutazioni, potrebbe essere considerato quello con una comprensione approfondita della questione. Tuttavia, sottolinea la debolezza di questo spunto. (Avere tutte le risposte a volte è un brutto segno, Sloman ha detto: Penso che uno spunto importante sia: esprimono sufficiente umiltà? Ammettono ciò che non sanno?)

L'articolo di Goldman ha offerto altri quattro spunti sull'affidabilità dell'opinione di un esperto. Sono l'approvazione di altri esperti; credenziali o reputazione; prove su pregiudizi o interessi contrastanti; e record di traccia. Ha riconosciuto i problemi con tutti e quattro, ma ha suggerito che i track record fossero molto utili. Se queste sembrano valutazioni ad hominem piuttosto che basate su prove, dice Sloman, non è una brutta cosa: mi sembra molto più facile valutare la credibilità di qualcuno che acquisire tutte le conoscenze che quell'individuo ha. Sono ordini di grandezza più facili. Per quanto riguarda le credenziali formali, ha detto, puoi chiamarmi un elitario se vuoi, ma penso che avere una laurea in un istituto rispettabile sia un segno.

Diverse lezioni derivano dal vedere la propria conoscenza come contingente alla conoscenza degli altri. Il più semplice è che quasi sicuramente capisci meno di quasi tutti gli argomenti di quanto pensi.

In definitiva, la conoscenza riguarda sia le prove che la fiducia. Harry Collins, un sociologo dell'Università di Cardiff che da decenni scrive sulla comunità delle onde gravitazionali, sottolinea come le interazioni faccia a faccia modellano ciò che crediamo essere vero. Ricorda uno scienziato russo che aveva visitato Glasgow per lavorare con un team che non poteva riprodurre i suoi risultati. Anche se non hanno avuto successo durante la sua visita, non hanno più dubitato di lui, per il modo in cui lavorava in laboratorio. Per esempio, non usciva mai a pranzo, disse Collins. Ha insistito per mangiare un panino, quando sarebbe arrivato dalla Russia e avrebbe potuto godersi il delizioso curry di Glasgow. Credevano che nessuno così dedito avrebbe inventato le sue scoperte, quindi hanno continuato a provare e alla fine hanno ottenuto risultati simili.

La dipendenza epistemica sottolinea anche l'importanza di condividere il lavoro in corso. Prima degli interferometri, quando i fisici costruivano rilevatori di onde gravitazionali utilizzando barre di alluminio vibranti, proteggevano i loro dati grezzi e condividevano solo elenchi di rilevamenti che pensavano di aver effettuato. Alla fine hanno iniziato a fidarsi l'uno dell'altro e a lavorare insieme più strettamente. Se i fisici di LIGO e altri rivelatori fossero rimasti fedeli ai vecchi metodi, ha detto Giaime, avremmo potuto far saltare in aria la scoperta del secolo: una collisione di stelle di neutroni del 2017 che, a differenza della collisione di buchi neri del 2015, è stata anche studiato con telescopi radio, raggi gamma, raggi X e luce visibile. Ciò è stato possibile solo perché LIGO e Virgo hanno condiviso i dati, consentendo loro di individuare rapidamente dove è avvenuta la collisione. Senza quella cooperazione, ha detto Giaime, non avremmo conosciuto la posizione nel cielo della coppia di stelle di neutroni abbastanza accuratamente da puntare i telescopi su di essa abbastanza presto.

Naturalmente, la dipendenza epistemica ha anche i suoi aspetti negativi. Considera i costi di fatturato all'interno delle organizzazioni. Se qualcuno che è una parte fondamentale del tuo progetto se ne va, perdi pezzi di conoscenza e capacità collettive che non puoi recuperare da solo.

Poiché la collaborazione scientifica è cambiata, anche i premi scientifici sono cambiati. Il Premio Nobel è un anacronismo di un'età precoce quando le cose venivano fatte da un individuo o da un piccolo numero di persone, afferma Weiss, che ha condiviso il Premio Nobel per la fisica nel 2017 con Kip Thorne e Barry Barish per il suo lavoro sulle onde gravitazionali. Mi sono sentito a disagio nel riceverlo e sono stato in grado di giustificarlo solo dicendo che ero un simbolo per tutti noi.

Nell'ufficio di Giaime, alla fine del tour, indicò una targa appesa al muro. Nel 2016 lo Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics è stato assegnato a la Collaborazione Scientifica LIGO. Un milione di dollari è andato a Weiss, Thorne e un altro fondatore, Ronald Drever, e 2 milioni di dollari sono stati divisi equamente tra mille altre persone. È un ricordo di una sorta di nuova era della scienza, ha detto Giaime, in cui grandi gruppi possono ottenere premi insieme.

I premi stanno raggiungendo il modo in cui opera la scienza oggi. I ricercatori sono sempre dipesi gli uni dagli altri per colmare le lacune nelle conoscenze, ma la specializzazione e la collaborazione sono diventate più estreme, integrando reti globali di esperti di dominio. La Collaborazione Scientifica LIGO coinvolge centinaia di persone, molte delle quali non si sono mai incontrate. Usano strumenti e conoscenze fornite da migliaia di altri, che a loro volta si affidano agli strumenti e alla conoscenza di milioni di altri. Tale organizzazione non avviene per caso: richiede sofisticati sistemi tecnici e sociali, che lavorano di pari passo. La fiducia alimenta le prove alimenta la fiducia e così via. Lo stesso vale per la società in generale. Se miniamo i nostri sistemi auto-rafforzanti di prove e fiducia, la nostra capacità di sapere qualsiasi cosa e di fare qualsiasi cosa si romperà.

E forse c'è una lezione più ampia, persino filosofica: sai molto meno di quanto pensi di sapere, e anche molto di più. La conoscenza non può essere divisa tra le persone. Forse non puoi definire la fotosintesi, ma sei parte integrante di un ecosistema epistemico che può non solo definirlo ma esaminarlo alle scale più piccole e manipolarlo a beneficio di tutti. Alla fine, cosa ne sai? Sai cosa sappiamo.

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