Miben különbözik az alap- és célzott kutatás?
Ha az alapkutatások eredményei nemzetközileg is szabadon elérhetők,
miért kell nekünk, egy kis és nem túl gazdag országnak ebben részt
vennünk? A Magyar Tudományos Akadémia elnökének írása.
A töknek csak a termése hasznos, irtsuk tehátszorgalmasan gyökerét, szárát, levelét!(Péter Rózsa)
Mi az alapkutatás, és mi a célzott kutatás?
A tudományos kutatásról, fejlesztésről és innovációról szóló törvény (2014. évi LXXVI. törvény) szerint: az
alapkutatás olyan
felfedező jellegű kísérleti vagy elméleti munka, amelyet elsősorban
jelenségek, tapasztalatok és megfigyelések megértéséhez szükséges új
ismeretek megszerzésének érdekében folytatnak anélkül, hogy kilátásba
helyeznék azok gyakorlati alkalmazását vagy felhasználását.
A jogi
definíció mellett sok más azonos vagy legalábbis rokon meghatározás is
van: felfedező, a tudós kíváncsisága által motivált, alulról építkező
(bottom-up) kutatás. Önmagában kicsit mindegyik félrevezető, de együtt
megvilágítják a lényeget.
Egy tudományos kutatásnak két fő
motivációja, hajtóereje lehet: vagy a társadalom, gazdasági élet, ipar
által felvetett kérdésekre keres választ, vagy olyan kérdést vizsgál,
amelyet a tudomány belső logikája diktál. Az előbbit könnyű megérteni:
Mekkora a globális felmelegedés? Milyen öntözéses gazdálkodás
valósítható meg hazánkban? Hogyan lehet minél több rákbeteget
meggyógyítani? Nyilván a végtelenségig sorolhatók ezek a fontos
kérdések. Az ilyen kutatásokat nevezzük célzott vagy megrendelés
hajtotta (top-down) kutatásnak.
A tudomány belső logikájából
fakadó kérdéseket nehezebb jellemezni, és nehezebb példákat is hozni,
legalábbis a laikus számára. Néhány nagy kérdést azért fel lehet idézni:
ilyen az „Humán Genom Projekt”, az emberi DNS bázissorrendjének
meghatározása vagy a gravitációs hullámok mérése. De a kutató nap mint
nap találkozik olyan kérdésekkel, amelyeket talán még a szomszéd
szobában dolgozó kollégája számára is nehéz volna megfogalmaznia, de
amelyekről érzi, hogy megértésük, megválaszolásuk nélkül nem tud
továbblépni.
Aki alapkutatással foglalkozik, az tehát szabadon választja meg a témáját, csak a kíváncsiságától hajtva?
Nem
szeretem a „kíváncsiság hajtotta kutatás” kifejezést. Itt nem arról a
hétköznapi értelemben vett kíváncsiságról van szó, hogy: „Vajon mit
csinál a szomszédom?” A tudományban a jól feltett kérdés ugyanolyan
értékes lehet, mint a rá adott válasz.
Ha szabad saját
területemről, a matematikából hozni példát, Erdős Pál kiváló eredményein
túl azzal lett a 20. század egyik legnagyobb hatású matematikusa, hogy
szinte megszámlálhatatlan új problémát (matematikai tolvajnyelven
„sejtést”) fogalmazott meg, amelyeknek a megoldásán fiatal matematikusok
egész generációja nőtt fel, itthon és külföldön egyaránt. Biztosan nem
látta előre, hogy ezek az eredmények többek között a számításelmélet
alapjává válnak, de azt látta, hogy itt van a matematikának egy tág
területe, amit nem ismerünk, nem értünk; lássunk hát neki, értsük meg!
Egy méltatója írta, némi panaszos éllel, hogy ezekkel a sejtésekkel
Erdős azoknak a hatalmas metatételeknek az egyszerű következményeit
közli velünk, amelyek a tudatalattijában élnek.
Röviden: az alapkutatási témák kiválasztásánál a kiváló kutatók tudására és tehetségére kell építeni;
csak ezzel lehet ezt a felhalmozott tudást igazán hasznosítani!
A
„tudomány szabadsága” kifejezés is félrevezető lehet. A tudós
szabadsága nem olyan, mint mondjuk, egy playboy szabadsága. Az
alapkutatásnak szabadnak kell lennie a politikai nyomástól és –
amennyire lehet – a gazdasági nyomástól is. Ezek helyett a kutatás
témáját a tudomány belső logikája és a kutatások világszerte elért
legfrissebb eredményei diktálják. Aki rosszul választja meg a témáját, a
legkisebb ellenállás irányában haladva érdektelen vagy túl könnyű témát
választ, az nem kapja meg a közösségtől az elismerést, nem nyer
pályázatot, kikopik a kutatásból. (Nem ez a helye, hogy a „tudományos
divatok” és a „megcsontosodott hagyományok” Szküllájáról és
Kharübdiszéről beszéljek, bár ez is kapcsolódna a témához.)
Miben különbözik az alap- és célzott kutatás?
Sok
mindenben. Kezdem a kutatások eredményével. A felfedező kutatások
eredménye nem megjósolható; a legfontosabb eredmények gyakran
oldalágként, meglepetésként, néha egyszerű bosszúságként adódnak. A
célzott kutatások eredménye sem biztos (ha előre tudnánk az eredményt,
nem kellene kutatni), itt azonban a remélt eredmény nagyjából előre
látható, amit vagy sikerül elérni, vagy nem.
Az alapkutatások
eredményét tudományos cikkek vagy monográfiák formájában publikáljuk.
Ettől kezdve ez az eredmény az emberiség közkincse: közös kincsünk
Eukleidész
Elemeitől az Humán Genom Projekt eredményeiig, Kant
filozófiai gondolataitól a 2. világháború történetét feldolgozó számos
monográfiáig minden fontos tudományos eredmény.
A célzott
kutatásoknál a megrendelő mondja meg, mi történjen az eredménnyel. Ha
közérdekű a megrendelés (egy világgazdasági elemzés vagy egy mindenkit
érintő klímakutatás), akkor általában ez is közzétehető; de ha a
versenyszféra valamelyik résztvevője rendeli meg a kutatást, akkor az
eredmények közzététele időben vagy a részletek tekintetében korlátozott
lesz.
Egy kutatásnak fontos eleme az is, hogy mennyi ideig tart.
Az alapkutatások időskálája nagyon változó. A nagy ötlet jöhet egy perc
alatt, de lehet, hogy 100 évet kell rá várni; a matematikában vannak
2000 éves megoldatlan problémák is, amelyek ma is intenzív kutatás
tárgyai.
Egy alapkutatási probléma nehézségét nemigen lehet előre
megjósolni. A négyszín-tételt eleinte könnyű fejtörőnek gondolták, de
bizonyítása több mint 100 évet vett igénybe; sokan még ma sem tekintik
teljesen megoldottnak, mert a megoldás nagyon nem „elegáns”, nem mutat
rá a lényegre (az elegancia szerepére még visszatérek). Viszont az
informatika matematikai alkalmazásának fejlődéséhez jelentősen
hozzájárult.
Célzott kutatásból 5-10 évnél hosszabb idejű szinte
nincsen. Általában a kitűzött célban benne van a rendelkezésre álló idő
is; a megrendelő előre megjósolható, mérhető előrehaladást vár el.
Egy
kutatási eredménytől azt várjuk, hogy előbb-utóbb a gyakorlatban is
hasznosuljon, a belefektetett pénz és energia megtérüljön. De mit jelent
az „előbb-utóbb”? Az alapkutatások területén hasonló a helyzet, mint a
kutatáshoz szükséges idő esetében: az eredmények gyakran 50-100 évvel
később válnak alkalmazhatóvá. A célzott kutatás költsége (legalábbis a
megrendelő célkitűzése szerint) a kutatás után azonnal megtérül.
Ezek szerint az alap- és célzott kutatások a „haszontalan” és „hasznos” jelzőkkel is illethetők?
Történelmileg
visszatekintve, célzott kutatások is lehetnek eredménytelenek,
haszontalanok. Régi példa erre az alkímia, aminek olyan hatalmas céljai
voltak, mint az aranycsinálás és az örök élet a Földön. Érdemes
megjegyezni, hogy ma már tudunk aranyat csinálni (de nem érdemes), és
ennek az alapját a világunkra vonatkozó alapvető felfedezések jelentik
(kémiai elemek, radioaktivitás, elemi részek). Az élet lényeges
meghosszabbítása még csak a sci-fi világában szerepel, de ha valaha
megvalósul, azt vagy a biológia (betegségek és gének kutatása), vagy az
informatika (tudatunk elektronikus másolata) fogja lehetővé tenni. Ma is
lehet sok példát hozni eredménytelen vagy feleslegesen pazarló célzott
kutatásokra.
Az alapkutatásra rátérve, a fentiek alapján bizony
úgy tűnhet, hogy nem érdemes vele bajlódni: Nem tudni, mennyi időt kell
szánni rá, nem tudni, milyen eredményre vezet, és nem tudni, mikor fog
megtérülni. De ha a megtérülés
mértékét tekintjük, akkor az
alapkutatások fölényesen nyernek: jelentős alapkutatási eredmények, ha a
gyakorlatban alkalmazhatóvá válnak, szinte nem is mérhetően sokszorosan
adják vissza a befektetést. Ki tudja felmérni, hogy mekkora például az
elektromosság megismerésének a haszna? Faradaytől (az elektromosság
kutatásának talán legnagyobb alakjától) azt kérdezte William Gladstone
(későbbi angol miniszterelnök) 1850-ben, hogy mi a haszna az
elektromosságnak. Faraday válasza: „Uram, egy napon majd meg tudja
adóztatni.” Nem kell részleteznem, hogy ma mi minden múlik az
elektromosságon, akár adóztatják, akár nem.
A már említett Humán
Genom Projekt hatalmas, de jellegében alapkutatási projekt volt, amely
olyan kaput tárt szélesre a biológia, az orvostudomány és talán más
tudományágak (pl. informatika) előtt, amelyen át évtizedeken keresztül
fognak áramlani a fontosnál fontosabb eredmények és izgalmasnál
izgalmasabb tudományos kihívások.
A példákat sokáig lehet sorolni.
Ezt meg is tette Eric Lander, aki Obama elnök tudományos tanácsadója
volt; tőle idézek még néhányat.
[1]
A genomnál tartottunk; iszonyú fontos módszer a PCR (polymerase chain
reaction), mely lehetővé tette a genom gyors feltérképezését, és ma a
rák gyógyításától a kriminalisztikáig naponta milliószor használják.
Nos, ez a módszer onnan ered, hogy néhány kutató megvizsgálta, hogyan
képesek baktériumok a Yellowstone park tűzforró vizű forrásaiban
megélni. Ez nemcsak hogy alapkutatás – ez nagyon speciális alapkutatás!
De a hozadéka felmérhetetlen.
Hasonló súlyú felfedezés egy nemrég
elterjedt rendszer (CRISPR/Cas – clustered regularly interspaced short
palindromic repeats, azaz „halmozottan előforduló, szabályos közökkel
elválasztott
palindromikus
ismétlődések”), amely egy látszatra teljesen „gyakorlati haszon
nélküli”, nagyrészt negyedszázada elfelejtett bakteriológiai kutatásból
ered. Ma (az elmúlt 4-5 évben) viszont ennek a kutatási eredménynek az
alapján óriási potenciális gyógyítási lehetőséget jelentő sikeres
génterápiára-génjavításra nyílik lehetőség.
Ugyancsak hihetetlen
előrelépést jelent sok betegség okának és gyógyíthatóságának
feltárásában az a szimbionta baktériumpopuláció, amellyel együtt élünk
(mikrobióta), és amelynek zavara számos daganatos, autoimmun,
metabolikus és pszichiátriai betegség alapjának bizonyult.
Saját
tudományterületemről, a matematikából is lehet nagyon elgondolkodtató
példákat hozni. Godfrey Harold Hardy, a 20. század első felének
kiemelkedő angol matematikusa meggyőződéses pacifista volt, és félt,
hogy felfedezéseit gyakorlati célokra fogják használni, hogy előbb-utóbb
katonai célokat fognak szolgálni. Ezért a prímszámok elméletével
foglalkozott, mert úgy gondolta, hogy annak az eredményei soha nem
lesznek a gyakorlatban alkalmazhatók. Hardy megjegyezte, hogy egy másik
tudományterület, mely soha nem lesz a gyakorlatban alkalmazható, az
általános relativitáselmélet. Nos, akinek a zsebében okostelefon lapul,
az mindkét terület alapkutatási eredményeit használja! Eléggé közismert,
hogy a kriptográfia, a titkosírások tudománya, ami a
számítógép-hálózatok biztonságának alapja, a prímszámok elméletén
alapul. Kevésbé közismert, hogy a GPS-szolgáltatások igénybevételéhez az
általános relativitáselmélet törvényeit is figyelembe véve végzi a
számításokat a telefon.
Még mindig a matematikánál maradva,
következzen egy rövid magyar nyelvű összefoglaló egy saját
eredményemről, mely nagyon is a témába vág (feláldozva a szerénységet a
hitelesség kedvéért). Részletesen angolul jelent meg egy Springer-könyv
fejezeteként.
[2]
Az 1980-as években egy német és egy holland kollégámmal kombinatorikus
optimalizálásról és geometriai algoritmusokról írtunk monográfiát.
[3]
Eközben előjött egy nem nagyon jelentős probléma: az alapalgoritmus
működéséhez egy mellékfeltételt kellett feltennünk („a megoldások
tartományának van belső pontja”), ami konkrét esetekben szinte mindig
megvalósítható volt ad hoc trükkökkel (vagyis gyakorlati jelentősége nem
volt), de az „eleganciaérzékünket” bántotta.
Hamarosan rájöttem,
hogy a kérdés egy klasszikus számelméleti problémára vezet (19. századi,
teljesen elméleti), és végül két (másik) holland matematikussal együtt
kidolgoztuk a megoldását, amit ma LLL-algoritmusnak hívnak
(Lenstra–Lenstra–Lovász). Ezzel el lehetett hárítani a fenti
„elegancia”-problémát, és ezenkívül is adódtak érdekes alkalmazásai,
például a polinomok algebrájának területén. De még ez is az elméleti
matematikán belül maradt.
Két amerikai matematikus azonban egy
éven belül észrevette, hogy az algoritmussal fel lehet törni az
akkoriban kifejlődőben lévő nyilvános kulcsú kriptográfia egyik kódolási
módszerét, és ettől kezdve robbanásszerűen elterjedt az algoritmus
használata kriptográfiai rendszerek tesztelésére. Ma is az egyik fő
eszköz ezen a területen. Az eredeti cikknek több ezer hivatkozása van
(matematikában ez ritka), megjelenésének 25. évfordulóján
Franciaországban konferenciát rendeztek (egyik szerző sem francia!),
könyvet adtak ki róla, stb. (Ha néhány évvel később születik ez az
eredmény, és szabadalmaztattuk volna, akkor ma talán milliomos lennék.
Akkoriban nem lehetett algoritmust szabadalmaztatni; ezt néhány évvel
később nyomta át az AT&T a jogrendszeren.)
Ha az
alapkutatások eredményei nemzetközileg is szabadon elérhetők, miért kell
nekünk, egy kis és nem túl gazdag országnak ebben részt vennünk? Miért
nem elég a nemzetközi tudományos folyóiratokat figyelni, és a bennük
közzétett eredményeket hasznosítani?
Vannak olyan területek, ahol
ez eleve lehetetlen: vagy mert a nemzetközi közösség nem foglalkozik
speciális „hungarikumokkal”, mondjuk, a magyar irodalom vagy népművészet
kutatásával, vagy mert a kutatásokban néhány általános elv mellett
speciális magyar szempontokat is figyelembe kell venni; például
pedagógiai kutatásoknál a nyelv és a kultúra szerepe nagyon fontos.
De
nem szabad az alapkutatásokból kimaradni olyan, szinte teljesen
nemzetközi tudományágakban sem, mint a fizika vagy a matematika. A
tudomány előrehaladása olyan, mint egy ismeretlen földrész felfedezése
(idézzük fel a „felfedező kutatás” elnevezést!). Aki az élvonalban van,
az akkor is rögtön érti és értékeli az új, jelentős felfedezést, ha nem ő
érte el; tovább tudja vinni, beépítve saját kutatási tervébe, és rögtön
el tudja magyarázni diákjainak, hogy mi is a lényege. Aki csak
kényelmesen, otthon, a sajtóból értesül róla, az menthetetlenül lemarad:
mire odaér, az élvonalbeli felfedezők már régen birtokba vették.
Ugyanilyen
fontos szerepe van az alapkutatásoknak a fiatalok oktatásában, vagyis a
kutatási kapacitások fejlesztésében. Az alapkutatás olyan olimpia, ahol
csak aranyérmet osztanak (bár szerencsére nagyon sok sportágban).
Semmit sem ér újra felfedezni azt, ami már fel van fedezve. (Ez nem
teljesen igaz, mert a kísérletek megismételhetősége és ellenőrzése
fontos része a tudományos munkának, de az első felfedezés és annak
ellenőrzése nagyon különböző elismerést hoz.) Azok a diákok,
doktoranduszok, fiatal kutatók, akik ebben a versenyben részt vesznek,
megtanulják a legmodernebb elméleteket, módszereket, megismerik a
legújabb kutatási eszközöket. Amikor végeznek, ezt a tudást magukkal
viszik, és felhasználják ott, ahova kerülnek (ipari fejlesztésben,
gazdaságirányításban, szervezésben, tanításban).
Milyen arányban kell alapkutatásokat és célzott kutatásokat finanszírozni?
Erre
természetesen nem lehet egyetlen számmal válaszolni, hogy mondjuk,
50-50%-ban. A fentiekből következik, hogy egy kutatóintézetben
(legalábbis a természettudományok és az élettudományok területén) csak
élvonalbeli alapkutatást érdemes végezni. (Ezt nem egyénekre lebontva
értem; nekem is volt idősebb kollegám, nem is egy helyen és nem is egy,
aki már nem publikált cikkeket, de nagyon hasznosan, a legmagasabb
szinten segítette, tanította a fiatalabb kutatókat.)
Az is
következik a fentiekből, hogy az élvonalbeli alapkutatást támogatni
kell! Vagyis a kérdésre a választ az adja meg, hogy hány olyan kutatónk
van, aki élvonalbeli alapkutatást végez. A legfontosabb konklúziók:
Nyújtsuk a lehető legjobb képzést tehetségeinknek, a közoktatásban, a
felsőoktatásban és posztdoktori szinten egyaránt! Tartsuk őket itthon,
megfelelő anyagi és intellektuális viszonyok biztosításával! Erősítsük
meg kutatóbázisunkat más országbeli fiatal (és idősebb) kutatókkal!
Maradjunk benne a tudományos alapkutatások nemzetközi hálózataiban!
Jegyzetek
[1] Lásd például:
http://www.msri.org/system/cms/files/132/files/original/Lander-Case_for_Research.pdf és
https://mta.hu/tudomany_hirei/a-csodagyar-barack-obama-tudomanyos-fotanacsadoja-az-alapkutatasokrol-108840
[2] https://www.springer.com/gp/book/9783642022944
[3] Grötschel, M., Lovász, L., Schrijver, A.:
Geometric Algorithms and Combinatorial Optimization. Springer, 1988.
Hallgassa meg az alapkutatások fontosságáról Simon Tamást, az MTA Kommunikációs Főosztályának vezetőjét:
A cikkben említett Eric Lander beszédének bő kivonata az mta.hu-n olvasható az alábbi ábrára kattintva (maga az ábra
itt letölthető nagyméretű PDF-ben is):
