Klare Kommunikation zwischen Wissenschaft/Technik und Entscheidungsträgern/innen

Wissenschaft und Technik sind hochkompliziert, das macht die klare Kommunikation von Befunden so schwer.
Und Wissenschaft und Technik haben folgenreiche Auswirkungen, das macht die klare Kommunikation von Befunden so wichtig.

Eines der eindrucksvollsten Beispiele hierfür ist die Katastrophe, die beim Start der Raumfähre Challenger am 28. Januar 1986 passiert ist. Informationen über die Katastrophe selbst finden sich auf Wikipedia. Kurz gesagt, aus dem hier:

749px-Space_Shuttle_Challenger_(04-04-1983)

wurde das hier:Challenger_explosion

weil zwei Dichtungsringe aufgrund der niedrigen Temperaturen am Starttag versagt haben.

Die Challenger-Katastrophe war nicht nur eine verheerendes Unglück, sie zeigt auch welche gravierende Folgen unklare Kommunikation haben kann. Edward R. Tufte betrachtet die Katastrophe als ein Beispiel von mangelhafter Kommunikation, insbesondere der visuellen Kommunikation (Abbildungen, Diagramme).

Das Problem war nicht, dass die Gefahr, die von den Dichtungsringen bei niedrigen Temperaturen ausging, unbekannt war. Es handelt sich um ein einfaches physikalischen Phänomen, dass das Material bei niedrigen Temperaturen starr wird und träge reagiert.

Allerdings konnte das Problem in seiner Relevanz nicht angemessen kommuniziert werden. Die Informationen über die bisher aufgetretenen Probleme mit den Dichtungsringen je nach Temperatur am Starttag wurde nicht anschaulich dargestellt. Entsprechend wurde ein Zusammenhang zwischen Temperatur und Schäden an den Dichtungsringen für die Entscheidungsträger nicht deutlich.

Tufte geht in seiner Betrachtung vor allem auf die verwendeten Abbildungen ein. Es wurde zum Bespiel auf die Starts mit Schäden fokussiert, was nachvollziehbar erscheint. Man möchte ja wissen, wann welche Schäden aufgetreten sind. Die Starts ohne Schäden wären allerdings als Vergleichsbasis notwendig gewesen, damit Beziehungen zwischen unterschiedliche Ausprägungen der Ursache (hier: Temperatur) mit unterschiedlichen Auswirkungen in der Wirkung (hier: Schäden) hergestellt werden können. Ein Blick auf die Starts mit Schäden reichte hierfür nicht aus. Ja, es traten Schäden auf, aber waren sie wirklich auf die Temperatur zurückzuführen? Und waren sie wirklich relevant genug, um den Start erneut zu verschieben? Insbesondere wenn eine Live-Übertragung zur “State of the Union” geplant war und entsprechend ein hoher Druck auf den Verantwortlichen lastete?

Ohne die Klarheit in der Darstellung waren die Argumente für ein Verschieben des Starts zu schwach und wurden schließlich beiseite geschoben. Mit den entsprechenden Konsequenzen.

Auch nach der Katastrophe war die Kommunikation nicht viel besser. So wurde zum Beispiel die folgende Abbildung verwendet:

challenger_3
Aus einem Report der von Tufte (1997) referenziert wurde.

Diese Graphik enthält alle notwendigen Informationen, um zu dem Schluss zu kommen, dass ein Start bei kalten Umgebungstemperaturen eine sehr schlechte Idee ist. Nur ist dieser Zusammenhang nicht deutlich.

Tufte verweist auf die folgenden Probleme mit dieser und anderen verwendeten Abbildungen:

  • Namen für Verantwortung/Rückfragen: Die Namen der Personen, welche die Abbildung erstellt haben, sind nicht zu sehen. Namen bedeuten Verantwortung und erlauben Rückfragen. Statt dessen ist ein Disclaimer aufgeführt.
  • Legende: Die Legende für die Schwere der Schäden ist nicht zu sehen. Sie war auf einer vorherigen Abbildung.
  • Fragmentierung der Schäden: Es wird zwischen verschiedenen Schäden unterschieden, während hier der Gesamtschaden relevant ist. Ein Index wäre also angemessen.
  • “Diagrammmüll”: Hier in Form von abgebildeten Raketen. Irrelevant und ablenkend.
  • Keine Klarheit in der Darstellung von Ursache und Wirkung: Nicht nur stehen die Temperaturen seitwärts (Ursache) und die Schäden (Wirkung) werden aufgrund der fehlenden Legende und des Indexes nicht deutlich. Die Reihenfolge ist falsch. Die Raketen sind nach Startreihenfolge geordnet anstatt nach Temperatur. Das verschleiert massiv den Zusammenhang. Es ist irrelevant, ob es der 7. oder 10. Start war, die Frage ist, welche Temperatur am Starttag vorlag (hier bezogen auf die Temperatur der Dichtungsringe).

Es ist vor allem der letzte Punkt — und hier vor allem die falsche Reihenfolge — der es verhindert, dass der Zusammenhang zwischen unterschiedliche Ausprägungen der Ursache (Temperatur) mit unterschiedlichen Auswirkungen in der Wirkung (Schäden) sichtbar wird.

Sicherlich ist man nach einer Katastrophe immer schlauer, und im nachhinein ist vieles „offensichtlich“. Tufte kritisiert allerdings nicht nur, er zeigt auch, wie man die Daten besser darstellen kann.

Er stellt zum Beispiel die Informationen in der folgenden Abbildung neu zusammen:

text
Tufte (1997) (zum vergrößern anklicken)

Die schwarzen Punkte stellen Starts dar, die Schäden sind auf der Y-Achse in einen zentralen Schadensindex zusammengefügt. Die X-Achse zeigt die Temperatur der Dichtungsringe. Das graue Rechteck unten links stellt die vermuteten Temperaturen am Starttag dar. Übersetzt man die Temperatur von Fahrenheit nach Celsius und fügt ein paar Referenzwerte hinzu, kommt man zu dieser Version:

text
Modifizierte Version der Abbildung von Tufte (1997), klicken zum vergrößern.

Aus der neuen Abbildung wird sofort deutlich, dass

  • jeder Start bei Temperaturen unter 18°C Schäden an den Dichtungsringen zur Folge hatte,
  • die Schäden unter 18°C stark zunahmen je tiefer die Temperatur war, und
  • die Temperatur am Starttag weit unterhalb den bisherigen Temperaturen liegt.

Die Datenbasis reicht vermutlich nicht aus um eine Linie durch die Punkte unterhalb von 18°C zu zeihen, aber der Zusammenhang wird in dieser Abbildung deutlich. Ein Start bei tiefen Temperaturen, vor allem so weit unterhalb der bisherigen Starts, ist eine ganz, ganz schlechte Idee.

Allerdings handelt es sich hierbei nicht um ein einfaches Darstellungsproblem, für das man „einfach“ einen besseren Graphiker braucht. Oder für das man — heutzutage — auf einen anderen Button in der Tabellenkalkulation hätte klicken müssen.

Tufte weist darauf hin, dass es sich hier um ein grundlegendes Problem handelt: Es fehlt die intellektuelle Klarheit im Umgang mit den Belegen, die sich dann in einer mangelnden visueller Klarheit der Darstellung äußert. Klares und präzises Sehen setzt klares und präzises Denken voraus.

Seine Empfehlungen für bessere visuelle Kommunikation sind damit auch für besseres wissenschaftliches Denken zutreffend. Die Empfehlungen betreffen sowohl das Durchführen und Analysieren von Studien, als auch den Effekt, den die Darstellung auf die Betrachter/innen haben muss:

  1. Quellen und Charakteristiken der Daten dokumentieren
  2. nachdrücklich angemessene Vergleiche erzeugen
  3. Mechanismen von Ursache und Wirkung aufzeigen
  4. diese Mechanismen quantitativ darstellen
  5. die inhärente multivariate Natur von analytischen Problemen anerkennen [= es gibt üblicherweise mehr als eine Ursache und die Ursachen sind vermutlich nicht unabhängig voneinander], und
  6. alternative Erklärungen untersuchen und bewerten.

Das ist alles andere als einfach und geht weit über die „richtige“ Verwendung einer Tabellenkalkulation oder Diagramm-Software hinaus. Aber es ist notwendig, um nicht nur zu der richtigen Schlussfolgerung zu kommen, sondern auch, um andere Personen von dieser Schlussfolgerung zu überzeugen.

Tufte bringt es auf den Punkt mit:

“Am Tag vor dem Start der Challenger benötigten die Raketeningenieure und Manager eine schnelle, kluge Analyse der Belege, dass die Kälte eine Bedrohung für die Dichtungsringe darstellte, sowie eine effektive Präsentation dieser Belege, um die NASA Beamten zu überzeugen, den Start nicht durchzuführen.”
Tufte (1997, eigene Übersetzung)

[Original: “On the day before the launch of Challenger, the rocket engineers and managers needed a quick, smart analysis of evidence about the threat of cold to the O-rings, as well as an effective presentation of evidence in order to convince NASA officials not to launch.”
Tufte (1997)]

Schließlich können Entscheidungsträger/innen in Unternehmen und Behörden sich nicht erst in ein wissenschaftliches oder ingenieurstechnisches Themengebiet einarbeiten. Das würde Jahre harter Arbeit benötigen. Statt dessen müssen die Belege klar kommuniziert werden. Insbesondere, wenn die Entscheidungsträger/innen ihre Entscheidungen rechtfertigen müssen — vor sich selbst, vor Vorgesetzten oder Politiker/innen, aber auch vor ihren Mitarbeitern/innen.

Ein Faktor den Start nicht zu verschieben war, wie geschrieben, der hohe politische Druck unter dem die NASA stand. Während der Mission sollte eine Live-Übertragung zur “State of the Union” durchgeführt werden. Auch der Zulieferer war aufgrund der starken Abhängigkeitsbeziehung zur NASA unter einem hohem Druck.

Feynman, ein renommierter Physiker und Nobelpreisträger, kommentierte die Entscheidung entsprechend mit den Worten:

“Für eine erfolgreiche Technologie muss die Realität Vorrang vor PR haben, weil man der Natur nichts vormachen kann.“

[Original: “For a successful technology, reality must take precedence over public relations, for Nature cannot be fooled.”]

Und — wie die Challenger-Katastrophe zeigt — ist die Natur in der Lage sich Gehör zu verschaffen. Mit katastrophalen Konsequenzen. Nicht nur was den Sachschaden in Milliardenhöhe oder den Rückschlag für das Raumfahrtprogramm betrifft. Zu den Wrackteilen, die nach dem Auseinanderbrechen auf die Erde zurückfielen:

text
Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Challenger_breakup.jpg

gehörte auch dieses Teil:

text
Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Challenger_breakup_cabin.jpg

was die Crew-Kabine war, in der diese Personen saßen:

text
Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Challenger_flight_51-l_crew.jpg

mit denen dies hier passierte:

“Nach dem Auseinanderbrechen setzte die Crew-Kabine ihre aufsteigende Flugbahn fort und  erreichte ihren höchsten Punkt von 20.000 Metern ca. 25 Sekunden später. Dann fiel sie und schlug ca. zwei Minuten und 45 Sekunden nach dem Auseinanderbrechen mit einer Geschwindigkeit von ca. 333 km/h auf die Ozeanoberfläche auf. Die Kräfte die bei diesem Aufschlag entstanden lagen bei ca. 200 G [1 G = die normale Erdanziehungskraft die man spürt], weit außerhalb der strukturellen Grenzen der Crew-Kabine oder des Überlebensbereiches des Crew.”
http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/missions/51-l/docs/kerwin.txt (eigene Übersetzung, Werte umgerechnet von Fuß in Meter, von Meilen in km, Vergleich für G-Kraft hinzugefügt)

[Original: “After vehicle breakup, the crew compartment continued its upward trajectory, peaking at an altitude of 65,000 feet approximately 25 seconds after breakup. It then descended striking the ocean surface about two minutes and forty-five seconds after breakup at a velocity of about 207 miles per hour. The forces imposed by this impact approximated 200 G’s, far in excess of the structural limits of the crew compartment or crew survivability levels.”
http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/missions/51-l/docs/kerwin.txt]

Die Challenger-Katastrophe kann entsprechend als ein Beispiel gesehen werden, wie unklare Kommunikation, verbunden mit dem Druck an der bisherigen Planung festzuhalten, zu gravierenden finanziellen und menschlichen Schäden führen kann.

Ähnliche, wenn auch meist weniger gravierende Beispiele finden sich wann immer wissenschaftliche oder technische Befunde den persönlichen Meinungen von Personen oder der öffentlichen Meinung widersprechen.

Michael Specter hat die Rolle von persönlichen Meinungen und wissenschaftliche Befunde im Rahmen von Impf-Kritikern treffend zusammengefasst:

“… jeder hat das Recht auf eine eigene Meinung; …
aber weißt du, worauf du kein Recht hast?
Du hast kein Recht auf deine eigenen Fakten.
Sorry, aber das hast du nicht.”
Michael Specter: The danger of science denial (2010), eigene Übersetzung

“[…] everyone’s entitled to their opinion; […]
But you know what you’re not entitled to?
You’re not entitled to your own facts.
Sorry, you’re not.”
Michael Specter: The danger of science denial (2010)

Gleiches gilt auch für Befunde aus Wissenschaftsbereichen, die sich mit der sozialen Welt auseinander setzen. Zum Beispiel für Befunde aus psychologischen Studien. Auch diese mögen im Konflikt mit den Meinungen oder Wünschen von Einzelpersonen oder der Öffentlichkeit im allgemeinen stehen. Das macht sie aber nicht weniger gültig, auch wenn sie von Entscheidungsträgern/innen oder Ideologen/innen leichter beiseite geschoben werden können. Glücklicherweise (oder leider, wenn man eine langfristige Perspektive einnimmt), sieht man im Gegensatz zur physischen Welt keine Explosion, und auch Tote sind (glücklicherweise) eher selten.

Aber auch wenn die Schäden nicht direkt sichtbar sind — sie sind trotzdem vorhanden.

Wenn wir richtige Entscheidungen treffen möchten, dann benötigen wir nicht nur gute, möglichst objektive Studien, sondern auch kluge Analysen und eine überzeugende Darstellung. Es ist die Aufgabe von Wissenschaftlern/innen, Ingenieuren/innen, und Technikern/innen, diese Studien durchzuführen, zu analysieren, und die Ergebnisse klar darzustellen. Und es ist die Aufgabe von Entscheidungsträgern/innen, diese Tätigkeiten einzufordern.

 

Literatur: Tufte, E. R. (1997). Visual and Statistical Thinking: Displays of Evidence for Making Decisions. Cheshire, CT: Graphics Press.

Anmerkung: Dieser Beitrag ist eine (verkürzte) deutsche Übersetzung meines Blogpostings: Clear Communication in Engineering and Science (including the social sciences).

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