Naar de content

Aardbevingen, waterstof en zwaartekrachtgolven

Goede vragen in de natuurwetenschappen

Elmer van der Marel voor NEMO Science Museum

Wetenschap begint met vragen. Maar niet iedere vraag is geschikt voor wetenschappelijk onderzoek. Het is dus van belang om de juiste vragen te stellen. Hoe doe je dat? NEMO Kennislink schoof aan bij de jurybesprekingen van de Nationale Wetenschapsagenda voor scholieren en probeerde te achterhalen waaraan een goede natuurwetenschappelijke vraag moet voldoen.

Aan tafel zitten leerlingen uit 2 VWO, 3 Gymnasium, 4 HAVO en 4 VWO. Met de hulp van een gespreksleider en een wetenschapper beoordelen zij in een middag de zeven ingezonden vragen in de categorie natuurwetenschappen. Best lastig, want natuurwetenschappen zijn een breed vakgebied.

Wat zijn natuurwetenschappen?

Volgens het woordenboek is natuurwetenschap simpelweg ‘een wetenschap die de natuur bestudeert’. Die definitie is heel breed en vertelt verder weinig over wat het vakgebied inhoudt. Natuurwetenschappers proberen natuurverschijnselen te verklaren aan de hand van bepaalde regels (natuurwetten). Zo kan de zwaartekrachtwet van Newton bijvoorbeeld verklaren waarom voorwerpen elkaar wel of niet aantrekken. En de wetten van Mendel verklaren hoe eigenschappen overerven van generatie op generatie.

Binnen de natuurwetenschappen wordt vaak onderscheid gemaakt tussen disciplines die levenloze materie bestuderen (natuurkunde, scheikunde, aardwetenschappen en astronomie) en disciplines die levende organismen bestuderen (biologie). Vanwege deze tweedeling wordt de biologie meestal aangeduid als levenswetenschap.

De eerste discussie aan tafel gaat over de vraag ‘Waarom zijn de meeste aardbevingen ‘s nachts?’ Franziska van het Willem Lodewijk Gymnasium vindt die vraag niet zo interessant. “Het maakt niet uit wanneer er aardbevingen zijn. Of het nu overdag of ‘s nachts is, je voelt het allebei en er is ook evenveel schade.”

Anouk van het OSG Singelland Drachtster Lyceum merkt op dat het voor bijvoorbeeld inwoners van Groningen wel een belangrijke vraag kan zijn. “Maar waarschijnlijk is het belangrijker om te kunnen voorspellen wanneer aardbevingen komen.”

Wetenschapper dr. Geert Kops (UMC Utrecht) legt uit dat de vraag over aardbevingen is gebaseerd op een aanname. “Als je de vraag op deze manier stelt, ga je ervan uit dat de meeste aardbevingen ‘s nachts plaatsvinden. Maar is dat eigenlijk wel waar? Dat zul je eerst moeten checken.” In de lijst staan nog meer vragen die zijn gebaseerd op een aanname. Bijvoorbeeld ‘Wat gebeurt er als waterstof opraakt in het universum?’

Onderzoekbare vraag

Over die vraag ontstaat een levendige discussie. Alle leerlingen zijn het erover eens dat het een interessante vraag is, maar er ontstaat twijfel of de vraag wel te beantwoorden is. Martijn van het Goois Lyceum zegt: “We kunnen het aantal waterstofatomen in het heelal niet tellen, dus ook niet bepalen of het op gaat.” Kops geeft aan dat er meer waterstof gebruikt wordt dan dat er bij komt: “Het gaat dus op. Mensen zijn daar wel mee bezig. Als waterstof opraakt, hebben alle sterren hun energie opgebruikt en krijgen we een big freeze.”

Martijn kan zich daar weinig bij voorstellen. “Energie gaat toch niet verloren?”, zegt hij. “Dat schiet alleen van de ene naar de andere kant.” Geert vertelt dat het heelal uitdijt en dat die energie dus over een steeds grotere ruimte verdeeld wordt. Er gaan stemmen op om de vraag te herformuleren, maar niemand weet precies hoe het een goede, onderzoekbare vraag wordt. “Dit is te moeilijk”, geeft Franziska aan. “We hebben op dit moment niet genoeg kennis om te beoordelen of het een goede vraag is.”

Scholieren met elkaar in discussie over de beste wetenschappelijke vraag. Op de voorgrond de tafel der natuurwetenschappen.

 Elmer van der Marel

De potentie van zwaartekrachtgolven

Uiteindelijk blijft er één vraag over: ‘Hoe kunnen we de wetenschap over zwaartekrachtgolven in de praktijk gebruiken?’ Bij de meeste scholieren was deze vraag meteen favoriet. “We weten nog lang niet zoveel over zwaartekrachtgolven als we denken”, zegt Franziska. “We weten een beetje wat zwaartekrachtgolven zijn en een heel klein beetje wat ze doen”, vult Martijn aan. “Maar de mogelijkheden zijn eindeloos. Misschien kunnen we dankzij zwaartekrachtgolven straks wel tijdreizen.”

Geert Kops vindt deze vraag wel wat groot, zeker om binnen twintig jaar te beantwoorden. “De ontdekking van zwaartekrachtgolven is nog zo vers. De wetenschap moet nu eerst bouwen op bevestiging. Het toepassen van zoiets fundamenteels lijkt me nog heel ver weg.” Anouk is het daarmee eens, maar dat is voor haar geen reden om de vraag aan de kant te schuiven. “Binnen twintig jaar kunnen we niet de hele potentie van zwaartekrachtgolven onderzoeken, maar vast wel iets”, zegt zij.

Zwaartekrachtsgolven zijn nog maar net voor het eerst waargenomen.

 Henze / NASA via publiek domein

Gespreksleider Yuri Matteman (Naturalis Biodiversity Center) twijfelt over de vorm van de vraag. Bij zo’n ‘hoe-vraag’ zijn wetenschappers geneigd hun theorieën uit te leggen, in plaats van er ook echt mee aan de slag te gaan. Uiteindelijk besluiten de scholieren de vraag zo te laten. Wetenschappers kunnen er over speculeren, maar de vraag daagt ook genoeg uit om ermee verder te gaan.

Checklist goede vraag
Een goede natuurwetenschappelijke vraag:
  • Is goed gedefinieerd (duidelijk en ondubbelzinnig, niet te groot of te klein)
  • Gaat niet uit van aannames, maar van feiten
  • Houdt rekening met methodiek, kortom is te onderzoeken
  • Leidt tot verdere kennis
Voorbeelden van goede natuurwetenschappelijke vragen zijn:
  • ‘Waarom vallen appels van de boom naar de grond?’
  • ‘Wat geeft materie zijn chemische eigenschappen?’

Kringloop van vragen

Wetenschap begint met vragen. In de zoektocht naar antwoorden stelt de onderzoeker een voorspelling (hypothese) op. Zo’n hypothese kun je toetsen aan de hand van een experiment. Uit het experiment kan blijken dat de hypothese klopt (de vraag is daarmee beantwoord) of dat de hypothese verworpen moet worden. In beide gevallen leidt de conclusie tot nieuwe vragen. Wetenschap is dus eigenlijk een kringloop van vragen.

Kops onderschrijft dit: “Wat ik belangrijk vind, is dat je met het beantwoorden van een wetenschappelijke vraag nieuwe kennis krijgt waar ook weer vragen uitrollen voor vervolgonderzoek. Het hoeft dus niet altijd direct een toepassing op te leveren.”

Zo’n kringloop van vragen is natuurlijk mooi, maar dat insinueert ook dat er geen einde aan zit. Wordt er weleens een vraag definitief beantwoord? “Ik denk dat een vraag beantwoord is als er genoeg bewijs verzameld is én het onwaarschijnlijk is dat er nog tegenstrijdig bewijs gevonden gaat worden”, zegt Kops. “Maar er is maar weinig in de wetenschap dat keihard bewezen is. Neem nu de zwaartekrachtgolven. Die werden al beschreven door Einstein, maar zijn nu pas gemeten en nog steeds zijn er wetenschappers die over het bestaan ervan twijfelen. Ik denk dus niet dat er veel definitieve antwoorden zijn. En als die er wel zijn maakt dat de vraag, gek genoeg, meestal minder interessant.”

ReactiesReageer
Serie: Nationale Wetenschapsagenda (voor scholieren)
Huidige publicatie