On Theories and Stories

Saturday, December 05th, 2009 | Author:

Many many times I talked about this topic in personal communication. I repeated myself and I developed my presentation of arguments over the years. The development will continue, but now I present you the current status. I hope you enjoy reading this and give some comments!

Stories serve a purpose. I'm pretty sure, if a story didn't serve a purpose - why would you tell it anybody? This purpose may be, to get some events and possible outcomes into our mind, so we realise what could happen in future. This is good to determine strategies what to do or to avoid in order to achieve a certain goal. The purpose may as well be to transport social norms, that are vital in the survival of the group, where the story is told. It is also possible, that this once was the case and nowadays the story serves other purposes. Some stories match our need in answering difficult questions, such as "where do we come from". The bible does a pretty good job in containing examples for these different types of stories and (of course) many more.

Theories are stories that make predictions, like "when you perform task A, then afterwards B will happen" or "B happened because A happened before, so it's more likely to observe the event B after the event A instead of not observing the event B after the event A". A strange but correct example of a theory is found in the bible: "if you don't honour your parents, god will punish you" (the phrasing was my choice, of course, and I'm simplifying here). This is a very clear statement, that "not honouring the parents" (A) implies "god punishes you" (B).

Scientific theories are theories whose predictions are all falsifiable, that means the theory contains a precise description how to test the prediction in a way such that it could actually be wrong. That excludes the statement "god loves every human" from scientific theories, because there is no test available that could possibly falsify this statement (and the same is true for "god does not love every human"). I want to call those theories that fail to match my "scientific" criterion esoteric theories.

Note that existence statements like "there are quantum particles" are not part of any scientific theory, since "quantum particle" is just a word, whose existence cannot be tested. The statement to be found in a scientific theory would be "there are things that behave in this-and-that way and we might refer to them as 'quantum particles' in this text...". There you can test that there really are things that behave "this-and-that" way.

Surprisingly, the famous "String Theory" is an example of an esoteric theory, because there is not yet any way to test it's predictions. Mass media ignore this, of course, because science fiction sells.

More important than existence statements are generalisations, like "all dogs are mammals". These statements can never be true with absolute certainty, unless they are trivially true. Either we leave open the possibility of finding some day a (genetic engineered?) dog which isn't a mammal, or we define dogs to be mammals with certain properties (and I guess the latter is common). It's funny to imagine children who might call some strange looking cats "dog" and refuse to call some strange looking dogs "dog", so this is really an issue of words. To get a little bit more scientific, consider "the speed of light is a constant, smaller than infinity, and nothing travels faster than that". Of course, up to today, nobody encountered something that travels faster than light. But who knows - some day, we might be able to produce such a thing and therefore we can never consider a general statement to be true.

A direct conclusion is, that almost all (= those who include general predictions rather than only existence predictions) scientific theories aren't true. They are just good "approximations of truth" if you really want to talk about "truth" here. This is a common misconception of science in the media that has already caused much damage.

Imagine you live in the times of Newtonian physics, where Einstein and Minkowski didn't revolutionize gravity yet. One day you wake up, think "how good that those scientists have found out the truth about reality", get the newspaper and - Bam! - you read about Einstein's discovery and that they were wrong! How is that possible? Science must be an unreliable thing .. you should better not believe those scientists any longer.

Sadly, many scientists have not understood that this is a big issue, so they continue talking about "true" theories in the media.

If you still want to think about "true" and "wrong" theories, maybe calling every theory "wrong" which has been falsified, then I have to inform you, that Einstein's general and special relativity are falsified (in experiments involving high energy). Keep in mind that the GPS (global positioning system) relies on calculations that come out of Einsteins theory, but at the same time of phenomena that come out of quantum physics - so if you don't "believe" in either of these theories, you can't believe in GPS (which is strange, since GPS is obviously working). Sadly, we know of no scientific theory to replace our current theories of gravitation and quantum physics. This is the major question in today's physics.

So I strongly advice you to get this into your mind: Science is not about finding out the true nature of our reality. It can't do this, and it doesn't try to do so. It merely provides models that are modelled upon the obstructions we encounter in performing actions in our reality. Let me explain this difficult sentence with an analogy:

Imagine a blind man put into a forest, who is supposed to find his way out of the forest. You tell him, that he should find the way out as fast as possible and that he will have to do that multiple times. Of course, this blind man will try to figure out the shortest path in the forest, around the trees. So he will try to memorize where he found a passage and where he found obstacles (the trees). Afterwards, he could provide a map of the forest, where the trees are indicated by, e.g. black circles on white paper. But he will never know (and doesn't need to know) about the green leaves that are hanging on the trees above him - unless someone tells him.

Our scientific theories are like the blind man's map. They serve the purpose of allowing us to predict ways to perform certain tasks and they predict the obstacles. But we will never know of anything we can't measure, so the theories are really modelled after that what we can see. Of course, the blind man could imagine purple animals living above the trees, but that would be an esoteric theory and clearly won't help him in finding the shortest way out!

We can compare two theories on at least two axes: Expressibility and simplicity. By expressibility I mean that we consider the theory more useful, thus better, which provides more predictions. For example, a theory that predicts the behaviour of water between 10 and 90 degrees (Celsius) is not as good as a theory that predicts the behaviour of water in any temperature. By simplicity I mean, that from two theories we would prefer the simpler one over the more complicated one. It is just a matter of usability that we want a theory with the least assumptions and the most easily checkable predictions possible. This principle is historically often called Occam's Razor, since it "cuts away unnecessary parts with a sharp razor-blade".

What to do if a theory was falsified? Think of our theory of gravitation - now that we know it's wrong, shouldn't we abandon it? Well, it would be nice if we could do that, but there is nothing else that makes that many unfalsified predictions. Newtonian physics is falsified in much more cases, so we have to stick to our current theory. A simple way to save the theory is, to include some assumption as "In the cases, where we already falsified the theory, we don't provide predictions any longer". The new theory, that includes this statement, is now a non-falsified theory. This may seem a little bit odd at the beginning, but if this "saved" theory still provides more predictions than every other theory, then it's clearly our preferred one (and this is the case with our current theory of gravitation).

So we talked about scientific theories and what's great about them (we can compare them in a reasonable fashion and they predict useful stuff, like GPS). But I want to state, that esoteric theories and more general, stories, are useful, too. Any normal person doesn't know about quantum physics and general relativity, but instead some simple Newtonian-like physics - so he or she wouldn't try to spontaneously fly into the sky, because the theory implicitly used predicts that this is impossible. Since humans want to solve riddles and have their questions answered, they think a lot about stories that are able to answer questions like "Where do we come from" - and it's a very good thing to have a story that gives an answer to those questions. As in the physics example I have just given, stories are more useful than the latest scientific theory because they can over-simplify things and include statements that are falsified in general (but good approximations in everyday life).

So, is there any way to compare which story to use? We can still use the criterion of falsifiable expressibility, that is, one story is better than another if it provides more falsifiable predictions. But it's also important that the story is not to complicated, so we have to use another criterion of simplicity here, which depends heavily on your personal needs. Let's look at an example of story comparison:

Imagine an ill patient, who wants to decide what treatment to choose. There are several classical treatments in a hospital as well as some esoteric treatments, involving religious rituals or some other non-falsifiable mechanism. I think it is very clear that the patient should prefer the treatment where the probability of a positive outcome is maximized (in reality, there are often several "positive outcomes" that are hard to compare, but this choice is the patients job, not ours). The esoteric theories (related to the esoteric treatments) are not falsifiable, so there was never an experiment to see if the treatment ever worked better than other treatments, so there is just no probability of success. The scientific theories (related to the "classical" treatments) are falsifiable, so there have been experiments to find out the probability of success compared to a variety of other treatments. The patient can only choose from the classical treatments in any reasonable way, since with them he knows that they could work, while with the others it is known that they don't work in any reproducible way.

Sub-cases of our patient example include the usage of homoeopathy, but there is also the Placebo effect, so I don't want to discuss these issues here. Let me just stress that the choice of an esoteric treatment can kill a patient, so this is a good example of a problematic story. Other examples of problematic stories include those used by some group of humans to control or maintain power over another group of humans. The undeniable historical evidence for these examples is found in the history of slavery, the history of women rights and the history of inquisition. Men have told stories to "explain" (in an esoteric, non-falsifiable way) that slaves, women and certain individuals called "witches" are inferior or have to be killed. I think it's very good that we abandoned these stories and punish everybody who still supports them.

There is a way to abandon the belief in an esoteric theory. Just try to replace the words in the unfalsifiable sentences by something funny. In the sentence "aliens are secretly controlling everything, therefore the climate changes" you can replace the unfalsifiable part "aliens are secretly controlling everything" by another unfalsifiable, similar part, thus producing a sentence like "a big, fat mushroom is secretly controlling everything" - and that makes obviously no sense at all.

To come to an end, let me just remark that my usage of words differs heavily from Wikipedia's article about the scientific method. I think this article has many errors, but to discuss that I would have to require you to read some texts from Popper, Lakatos and Feyerabend before (and I think this is a little bit too much for a blog post). I think it's still safe to say, that a theory chosen from all known scientific theories (for a specific phenomenon) under the criteria of simplicity and expressibility, is a theory that satisfies the criteria from the "scientific method" article in Wikipedia. So my opinion is not so far from mainstream at all.

This blog post grew out of attempts to write other blog posts, so there might be follow-ups on the following subjects: "homoeopathy, justifying doing mathematics, climategate".

Category: English, Not Mathematics

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2 Responses

  1. Hier endlich mal ein Kommentar von mir mit einigen (hoffentlich brauchbaren) Kritikpunkten:

    Sehr problematisch ist deine Wortwahl bei allen Theorien, die nicht wissenschaftlichen Kriterien genügen. Als esoterisch wurden ursprünglich Lehren bezeichnet, die exklusiv, nur für einen bestimmten Anhängerkreis waren – z.B. der religiöse Gnostizismus oder frühe philosophische Schulen. Ich möchte behaupten, dass diese Wortbedeutung auch heute noch sinnvoll ist. Also: esoterisches Wissen = exklusive Lehre, Geheimlehre, etc., während der Gegenbegriff exoterisches Wissen ist. Homöopathie ist z.B. exoterisch, keine nur für einen exklusiven Kreis gültige Medizin. Auch die „String Theorie“, die, wie du sagst, sogar in den Massenmedien ‚verkauft’ wird, ist sozusagen praktisch für jedermann zugänglich und nicht exklusiv; ich würde sie deshalb nicht esoterisch, sondern exoterisch nennen, mit der Falsifizierbarkeit hat das wenig zu tun.

    Diese Unterscheidung berührt also ein anderes Problem als wissenschaftliche bzw. nicht-wissenschaftliche Theorien/Lehren, nämlich insbes. die Zugänglichkeit eines Wissenskomplexes. Zudem ist der Begriff in der christlichen Kultur problematisch und teils polemisch aufgeladen – im Alltag wird unter Esoterik oftmals als pseudoreligiöse ‚Lebenshilfe’ oder Mystik gemeint – weshalb ich bei seiner Verwendung zusätzlich vorsichtig wäre. Denn ich meine, dieser Bedeutung bzw. der pseudoreligiösen Konnotation sitzt du möglicherweise auf und ich bin mir nicht sicher, ob du das wirklich ausdrücken möchtest.

    Was – unter Vorbehalt und zur Diskussion gestellt – vielleicht besser passt, sind phänomenologische Begrifflichkeiten wie das auf Alfred Schütz’ zurückgehende Konzept des „Rezeptwissens“, also Wissen, welches aus der alltäglichen lebensweltlichen Erfahrung, ohne wissenschaftliche Ansprüche, abgeleitet wird und uns hilft, in Routineabläufen zurechtzukommen. Ob beim Benutzen eines Handys (wenn ich darauf drücke, passiert etwas bestimmtes), beim Bahnfahren (heute ist viel Schnee gefallen, da muss ich mich auf Verspätung einstellen), in Interaktionen mit Personen („wenn der so ein Gesicht zieht, ist er sicher schlecht drauf, also besser nicht auf problematische Themen ansprechen“) oder einfach Generalisierungen wie Vorurteile usw.; all diese haben keinen wissenschaftlichen Anspruch, sind jedoch auch nicht esoterisch, sondern brauchbare Annahmen in der Form von Allgemeingut.

    Geht man von diesem Vorschlag aus, kann man den Eindruck gewinnen, dass auch deine Definition von wissenschaftlichen Theorien, gerade wenn du es in Abgrenzung zu etwas anderem nutzen möchtest, nicht hinreichend ist. Alltags- bzw. Rezeptwissen kann, wie auch meine Beispiele zeigten, ebenso falsifizierbar sein: „Der Himmel ist grau und mit dicken Wolken behangen, wahrscheinlich wird es regnen.“ Deshalb würde ich es noch lange nicht als wissenschaftliche Theorie bezeichnen. Ich würde also stärker auf den Entstehungs- und Verwendungszusammenhang der gemeinten ‚Theorien’ achten, auf die Formulierungsabsichten und auf die Komplexität, was du ja gewissermaßen mit „expressibility“ und „simplicity“. Ich möchte jedoch behaupten, bereits der Theorie-Begriff ist höchst problematisch. Denn Theorie würde ich wirklich nahezu ausschließlich dem wissenschaftlichen Entstehungskontext zuschreiben, während ich komplexere nicht-wissenschaftliche Erzählungen (also z.B. ideologische, religiöse) vielleicht besser in mit dem nicht wissenschaftlich konnotierten Begriff der „Lehre“ erfassen würde.

    Ich habe den Eindruck, dass an den Grundbegriffen noch viel getan werden muss ;-) Die Ungenauigkeiten kommen aber vermutlich vor allem daher, dass du keinen einheitlichen Verwendungskontext für deine Grundbegriffe einführst. Mal sind es die Naturwissenschaften, mal das Alltagswissen, mal die Medizin, mal die Religion – ich glaube da geht dir einiges durcheinander. Auch ist mir nicht ganz klar, was du erklären möchtest bzw. wofür die Begriffe später brauchbar sein sollen. Die Erklärungs- und Brauchbarkeitsabsichten sind etwas zu diffus, um sinnvolle Begriffsdefinitionen zuzulassen.

    Sehr interessant sind hierzu zwei Autoren bzw. Texte:

    Thomas S. Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen. – Klassiker der Wissenschaftstheorie (kennst du vielleicht auch schon?)
    Niklas Luhmann: Gesellschaftsstruktur und Semantik. (Band 1 ist sehr interessant wegen dem Semantikbegriff, bzw. dem Nutzen von Erzählungen, Wissensvorräten und Theorien, ich kann dir dazu die ersten relevanten Seiten als PDF geben)

  2. Vielen Dank für den ausführlichen Kommentar!

    Was ich mit dem Begriff "esoterisch" intendiert habe, war schon die Konnotation einer Geheimlehre, i.d.S. dass sich der Grund, warum man eine nicht-wissenschaftliche Theorie einer wissenschaftlichen vorziehen sollte, nur einem exklusiven Personenkreis erschließt, eben nicht nachvollziehbar ist. Aber über diesen Themenkomplex, warum manche Menschen eben dies tun (einer nicht-wissenschaftlichen Theorie anhängen), z.B. eine Verschwörungstheorie glauben, wollte ich ohnehin nochmal gesondert etwas schreiben. Dazu noch etwas Geduld ;-)

    Ich muss aber wohl zugeben, dass ich den Begriff "esoterisch" auch pejorativ verstanden haben wollte, was aber bei längerem Nachdenken dann wohl doch keine gute Idee ist. Vor allem die andere Konnotation im Bereich Mystik liegt gefährlich nahe bei dem, was ich damit bezeichne, ist aber doch auf jeden Fall zu unterscheiden! Also werde ich nur noch von nicht-wissenschaftlichen Theorien sprechen.

    Danke für die Erwähnung des Rezeptwissens, ein gutes Beispiel für eine Klasse nützlicher Geschichten, die jedoch nicht unbedingt alle als wissenschaftliche Theorien einzuordnen sind. Aber als Theorien? Ja, denn ein Rezeptwissen wie "wenn der [Andere] so ein Gesicht zieh, ist er sicher schlecht drauf" formuliert einen Kausalzusammenhang. Ich denke nicht, dass eine Geschichte einen Mechanismus "erklären" muss, der "hinter" dem Kausalzusammenhang steckt. Dazu aber gleich noch mehr.

    Du nennst "der Himmel ist grau [...], wahrscheinlich wird es regnen" als Beispiel für einen falsifizierbaren Satz, den Du aber nicht als wissenschaftlich bezeichnen würdest. Ich würde hingegen sagen: das ist ein wissenschaftlicher Satz, aber ein ganz schlechter (im Vergleich der Theorien nach genannten Kriterien). Warum würdest Du dies keinen wissenschaftlichen Satz nennen? Weil er nicht "präzise" ist? Wäre denn "der Himmel ist von 12 bis 14 Uhr mit elektronischem Gerät nachweisbar dunkler gewesen als an durchschnittlichen Tagen des selben Standortes, also wird es mit einer Wahrscheinlichkeit von 20% innerhalb der nächsten 2 Stunden noch Regen geben" ein wissenschaftlicher Satz? Zumindest würde man ihn wohl "wissenschaftlicher als den ersten" nennen. Und eben das formalisieren die Kriterien zum Vergleich wissenschaftlicher Theorien.

    Oder ist es die Abwesenheit eines Wirkmechanismus, die dazu führt, dass diese Sätze als "unwissenschaftlich" gelten? Nun, dann möchte ich kurz das Problem an solchen vorgeschlagenen Wirkmechanismen erklären:
    Der Mechanismus einer Kausalbeziehung "auf A folgt stets B (mit einer Wahrscheinlichkeit X)" ist von der Form "die Situation A ist nichts anderes als die Situationen A1,A2,A3,... und das Zusammenspiel dieser Situationen hat C1,C2,C3,... zur Folge, dies wiederum D1,D2,D3,... (und so weiter) bis schließlich B eintritt". Der Mechanismus zerlegt sich also in einzelne Sätze der Form "auf A folgt stets B" und "erklärt" somit nichts, sondern beinhaltet nur zusätzliche Vorhersagen (was natürlich eine gute Sache ist, darum fordern wir im alltäglichen Wissenschaftsbetrieb auch umgangssprachlich solche "Erklärungen" und "Wirkmechanismen"). Letztlich ist aber eine Theorie mit Mechanismus bloß eine Theorie mit zusätzlichen Vorhersagen ohne Mechanismus. Die Forderung nach einem Mechanismus lässt sich also unendlich oft wiederholen. So eine Voraussetzung erfüllt keine Theorie.

    Ich glaube aber, was an meinem Artikel eher Kopfschmerzen bereitet ist, dass ich kaum ein Wort über die "wissenschaftliche Methode" oder sonstige historische Konzeptionen von "Wissenschaftlichkeit" verloren habe. Über den Prozess, wie wissenschaftliche Theorien entstehen und in der Öffentlichkeit aufgefasst werden, wollte ich aber nochmal separat einen Artikel schreiben.

    Nun will ich noch die Frage nach dem Kontext und dem Zweck des Artikels beantworten!
    Mir geht es letztlich darum, die Kant'sche Frage "Was soll ich tun?" zu besprechen, insbesondere die Rolle von Geschichten (die Menschen sich erzählen) und der Wissenschaft (der menschengemachten Institution sowie dem abstrakten Konzept) in der persönlichen Entscheidungsfindung.

    Dabei habe ich festgestellt, dass in unserer Gesellschaft überhaupt kein Konsens besteht, was "Wissenschaftlichkeit" eigentlich ist und welche Rolle dieses Konzept für den Einzelnen spielt und spielen sollte. Die meisten, sogar die meisten Wissenschaftler, scheinen zu glauben, eine wissenschaftliche Theorie sei eben eine Theorie, die sich ein Wissenschaftler ausgedacht hat, oder aber eine Theorie "davon wie die Realität wirklich ist". Das sind aber keine sinnvollen Begriffsbildungen (wie ich hoffentlich noch etwas deutlicher machen werde). So ein falsches Wissenschaftsverständnis führt nämlich zu falschem Vertrauen (in die menschliche Institution Wissenschaft) und zu falschem Misstrauen (in das abstrakte Konzept Wissenschaftlichkeit).

    Es ist m.E. wichtig, Geschichten zur Entscheidungsfindung nach ihrer Nützlichkeit zu klassifizieren (das muss natürlich jeder Einzelne für sich tun!). Dabei kann für mich die Entstehung einer Geschichte keine Rolle mehr spielen. Daher trenne ich scharf zwischen dem Begriff der wissenschaftlichen Theorie und dem tatsächlich stattfindenden Prozess der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung bzw. der wissenschaftlichen Methode. Ich glaube der Artikel wird nochmal klarer werden, wenn ich komplementär dazu einen Text über wissenschaftliche Praxis sowie einen weiteren über nicht-wissenschaftliche Theorien in der Praxis geschrieben haben werde.

    Zu den genannten Literaturhinweisen:

    Kuhn und Feyerabend haben vor allem die wissenschaftliche Methode im erweiterten Sinne, also "wie wissenschaftliche Theorien entstehen und sich etablieren und ablösen" zum Thema, und dabei dankenswerterweise mit einigen populären Irrtümern aufgeräumt. Ich habe sie deswegen nicht erwähnt, weil ich damit die potentielle Leserschaft des Textes unnötig stark eingeschränkt hätte. Dafür sind diese Kommentare besser geeignet.

    Über ausgewählte Texte von Luhmann zu diesem Thema würde ich mich sehr freuen! Ich hatte leider bisher nie die Zeit gefunden, mich mit Luhmann zu beschäftigen (wo fängt man an?).

    Abschließend nochmals vielen Dank für den sehr anregenden Kommentar, ich hoffe das wiederholt sich noch gelegentlich :-)