Observaţia
Metodele științifice încep cu observația. Observația impune de multe ori măsurări atente. Aceasta necesită, de asemenea, stabilirea unor definiții operaționale ale măsurătorilor și alte concepte relevante. Definițiile nu sunt ipoteze științifice, acestea nu pot fi „falsificate”, ele sunt întotdeauna adevărate sau tautologii. Definițiile condensează o serie de idei într-un singur cuvânt sau o frază. Acestea fiind spuse, o definiție a unui observator ar putea diferi semnificativ de conceptele obişnuite pentru un termen, și totuşi să fie corecte. O astfel de definiție, cu toate acestea, riscă mult să fie înțeleasă greșit. Aceste definiții sunt funcționale prin aceea că pot fi diferite încontextul unei ipoteze, și pot fi rafinate atunci când ipoteza este rafinată.
De exemplu, termenul „zi” este util în viața obișnuită și semnificația sa poate varia în funcție de context (ne putem referi la o perioadă de 24 ore sau la timpul dintre răsăritul și apusul soarelui). Nu trebuie să-l definim cu precizie pentru a-l folosi. În multe științe „ziua” este exact 86.400 secunde atomice. În studierea mișcării Pământului, putem folosi două definiții operaționale distincte: o zi solară este timpul dintre două observații succesive ale soarelui în aceeași poziție pe cer, iar o zi siderală este intervalul de timp dintre două observații succesive a unei anumite stele pe cer în aceeași poziție. Lungimea acestor două tipuri de zi diferă cu aproximativ patru minute.
Mici diferențe între definițiile operaționale sunt adesea importante, deoarece acestea sunt necesare pentru a face experimentele suficient de precise pentru a distinge fenomenele fine care stau la baza acestora. Un exemplu în acest sens se referă la alegerea segmentării corespunzătoare în analiza statistică a datelor. Distincții în definițiile operaționale pot reflecta, de asemenea, diferențe conceptuale importante: de exemplu, masa și greutatea sunt considerate ca fiind concepte destul de diferite în domeniul științei, dar distincția este deseori ignoratş în viața de zi cu zi.
Ipoteza
Pentru a explica observarea, oamenii de ştiinţă folosesc tot ce pot (creativitatea lor, idei din alte domenii, sau chiar ghicitul sistematic, sau orice alte metode disponibile), pentru a veni cu posibile explicaţii pentru fenomenul în studiu.
În secolul XX Karl Popper a introdus ideea că o ipoteză trebuie să poată fi falsificată. Adică, trebuie să se poată demonstra că aceasta este greșită. Paul Feyerabend a argumentat împotriva această poziții, oferind exemple de teorii ştiinţifice falsificate care au avut totuși un rol vital în progresul înțelegerii științifice.
Desigur, este imposibil pentru omul de știință să fie imparțial, luând în considerare toate probele cunoscute, și nu doar dovezi care sprijină ipoteza în curs de dezvoltare. Dar prin prezentarea teoriilor lor pentru evaluarea inter pares, oamenii de ştiinţă pot face cel putin mult mai probabil ca ipotezele formate să fie relevante și utile, sau cel puțin să facă pe alții să fie de acord cu ea.
În cazurile extrem de rare în care nu pot fi găsite motive mai bune pentru a discrimina între ipoteze rivale, tendinţa oamenilor de ştiinţă este de a urma întotdeauna îndeaproape principiul briciului lui Occam: se alege cea mai simplă explicație pentru toate dovezile disponibile, indiferent de cum este ales să fie definit termenul „simplă” (cea care implică cele mai puține etape, sau care combină cel mai mic număr de fapte științifice, sau care are cele mai puține cuvinte pentru a o exprima, sau este cea mai ușor de înțeles, sau este cea mai previzibilă, sau pur și simplu pare a fi cea mai uzuală, sau ideea de sens normal a unei persoane de valoare medie) pentru judecarea modelelor oamenilor de ştiinţă.
Predicţia
O ipoteză trebuie să facă predicții specifice; aceste previziuni pot fi testate prin măsurători concrete pentru a sprijini sau respinge ipoteza. De exemplu, Relativitatea generală a lui Albert Einstein face câteva predicții specifice cu privire la structura de spațiu-timp, cum ar fi predicția curbei de lumină într-un câmp gravitațional puternic, și că raza curbei depinde într-un mod precis pe puterea câmpului gravitațional. Observațiile făcute în timpul unei eclipse solare din 1919 a sprijinit ipoteza față de alte ipoteze posibile, care au prezis rezultate diferite (mai târziu, experimentele au confirmat chiar mai mult această ipoteză).
Raționamentul deductiv este modul în care predicțiile sunt utilizate pentru a testa o ipoteză.
Verificarea
Probabil cel mai important aspect al raționamentului științific este verificarea. Rezultatele experimentelor trebuie să fie verificate. Verificarea este procesul de determinare dacă ipoteza este în acord cu dovezile empirice, și dacă aceasta va continua să fie în acord cu un corp mai general extins de dovezi.
În mod ideal, experimentele efectuate ar trebui să fie descrise în totalitate, astfel încât oricine să le poată reproduce, și mulți oameni de știință ar trebui să verifice independent fiecare ipoteză. Rezultatele care pot fi obținute din experimentele efectuate de către mai mulți oameni de ştiinţă sunt denumite reproductibile și sunt date de greutatea mult mai mare în evaluarea ipotezelor decât rezultatele non-reproductibile.
Oamenii de ştiinţă trebuie să proiecteze cu atenție experimentele. De exemplu, în cazul în care măsurătorile sunt dificil de făcut, sau sunt supuse unui observator subiectiv, trebuie să fie atenţi pentru a evita denaturarea rezultatelor de dorințele experimentatorului. Când experimentele se fac pe sisteme complexe, trebuie atenţie pentru a izola efectul testat de alte cauze posibile ale efectul scontat (aceasta rezultă într-un experiment controlat). La testarea unui medicament, de exemplu, este important să se testeze atent, astfel ca efectul presupus al medicamentului să fie produs numai de medicament in sine, și nu prin efectul placebo sau de întâmplare. Medicii procedează astfel cu ajutorul a ceea ce se numește un studiu dublu-orb: două grupuri de pacienţi sunt comparate, dintre care unul primește medicamentul, și unul primeste un placebo. Niciun pacient din fiecare grup nu știe dacă acestea sunt sau nu medicamente reale, chiar și medicii sau alte categorii de personal care interacționează cu pacienții nu știu dacă pacientului i se administrează medicamentul de testat sau un medicament fals (de multe ori pastile de zahar), astfel încât cunoștințele lor nu pot influența pacienţii în niciun fel.
Evaluarea
Falsificaționismul susține că orice ipoteză, indiferent de cât de respectată este, trebuie să fie eliminată odată ce aceasta este contrazisă de noi dovezi de încredere. Aceasta este, desigur, o simplificare, deoarece oamenii de ştiinţă individuali țin în mod inevitabil la teoria lor de suflet mult timp după ce au fost găsite dovezi contrare. Acest lucru nu este întotdeauna un lucru rău. Orice teorie poate fi făcută să corespundă faptelor, pur și simplu prin câteva ajustări – numite „ipoteza auxiliară” – în așa fel încât să se pună în corespondență cu observațiile acceptate. Alegerea momentului când se respinge o teorie și este acceptată o alta este în mod inevitabil la latitudinea savantului individual, mai degrabă decât o regulă metodică.
Prin urmare, toate cunoștințele științifice sunt întotdeauna într-o stare dinamică, întrucât în orice moment dovezi noi ar putea apărea, care să contrazică ipoteze mai vechi. Un exemplu clasic este explicația luminii. Paradigma particulei lui Isaac Newton a fost răsturnat de teoria undei de lumină, care a explicat difracția, și care a fost considerată a fi de necontestat pentru multe decade. Paradigma undei, la rândul său a fost respinsă prin descoperirea efectului fotoelectric. Teoria actuală susține că fotonii („particulele” de lumină) sunt atât unde cât şi particule, au fost efectuate experimente care demonstrează că lumina are ambele tipuri de proprietăți.
Experimentele care resping o ipoteză ar trebui să fie efectuate de către mai mulți oameni de știință pentru a se proteja împotriva subiectivismului, greșelilor, neînțelegerii, și fraudei. Revistele ştiinţifice folosesc un proces de peer review, în care oamenii de știință prezintă rezultatele lor unui grup de oameni de ştiinţă colegi (care pot sau nu pot să știe identitatea autorului) pentru evaluare. Oamenii de ştiinţă sunt pe bună dreptate suspicioşi asupra rezultatelor care nu trec prin acest proces, de exemplu experimentele de fuziune la rece ale lui Fleischmann şi Pons nu au fost niciodată revizuite de experţi şi au fost anunțate direct în presă, înainte ca orice alt om de știință să fi încercat să reproducă rezultatele sau să evalueze eforturile lor. Ele nu au fost reproduse în altă parte încă, iar comunicatul de presă a fost considerat, de către cei mai mulți fizicieni nucleari, ca fiind foarte probabil greșit.
Alte aspecte ale metodelor ştiinţifice
Nu există instrucţiuni definitive pentru producerea de noi ipoteze. Istoria științei este plină de povești cu oameni de ştiinţă care au avut un moment de inspirație sau o bănuială, pe care apoi le-au motivat căutând dovezi care să susțină sau să infirme ideea lor. Michael Polanyi a făcut din această creativitate piesa centrală a metodologiei sale.
Anecdota cu mărul care cade pe capul lui Isaac Newton inspirâmdu-i teoria sa privind greutatea, este un exemplu foarte popular (nu există dovezi că mărul a căzut pe capul lui, tot Newton a spus a fost că ideile i-au fost inspirate „de căderea unui măr.”). Povestea lui Kekule despre inspirația pentru ipoteza lui privind structurii de inelară a benzenului (în timp ce visa şerpi care îşi muşcau propriile cozi) este mai bine atestată.
Oamenii de știință tind să caute teorii „elegante” sau „frumoase”. În sensul pe care îl acordă ei acestor cuvinte, „eleganţa” (sau „frumuseţea”) se referă la capacitatea unei teorii de a explica perfect toate faptele cunoscute cât mai simplu posibil, sau într- un mod compatibil cu briciul lui Occam.
Modelul lui Ptolemeu al universului a sugerat că Pământul este centrul unui univers curat, perfect, și toate mișcările într -un asemenea univers trebuie să fie circulare. Modelul a explicat mișcarea retrogradă aparentă a planetelor, prin introducerea epiciclurilor. Modelul Nicolaus Copernicus a plasat Soarele în centrul mișcării planetelor, dar, de asemenea, presupune că planetele se mişcă în cercuri perfecte. De asemenea, ea a constatat că este necesar să se folosească epiciclurile, și a fost la fel de complexă dar mai puțin precisă decât modelul heliocentric. Ameliorarea în acuratețea modelului depinde nu numai de dezvoltarea matematică a orbitelor eliptice, dar şi de o schimbare conceptuală în modul în care mișcarea a fost înțeleasă. Tycho Brahe a făcut observații exacte fără precedent, dar nu a respins modelul geocentric. A fost nevoie de Kepler peste 20 de ani pentru a formula ecuații care explică observațiile lui Tycho Brahe în ctermeni heliocentrici.
Sistemul lumii al lui Isaac Newton a unificat legile lui Kepler și studiile de acceleraţie mecanică ale lui Galileo, care au re-integrat știința modernă într-un model al lumii comprehensibil.
Aderarea perseverentă la o anumită metoda poate fi contraproductivă.
Istoria este plină de exemple de teorii exacte ignorate de către ceilalţi oameni de ştiinţă, și de teorii inexacte propagate în mod nejustificat.
Adesea, teoria mai puțin exactă ajunge în cele din urmă să fie acceptată.
Dar asta este o altă poveste…
Lasă un răspuns