Metode științifice - Caracterizarea

Există modalități diferite de a descrie metoda de bază utilizată pentru cercetarea științifică. Comunitatea științifică și filozofii științei, în general, sunt de acord cu următoarea clasificare a componentelor metodei. Aceste elemente metodologice și organizarea procedurilor tind să fie mai caracteristice științelor naturale decât științelor sociale. Cu toate acestea, ciclul de formulare a ipotezelor, testarea și analizarea rezultatelor și formularea de noi ipoteze se va asemăna cu ciclul descris mai jos.

Metoda științifică este un proces iterativ, ciclic prin care informațiile sunt revizuite în permanență. Este general recunoscută dezvoltarea progreselor în cunoaștere prin următoarele elemente, în combinații sau contribuții variate:

Caracterizări (observații, definiții și măsurători ale subiectului anchetei)
Ipoteze (explicații teoretice, ipotetice, ale observațiilor și măsurătorilor subiectului)
Predicții (raționamentul inductiv și deductiv din ipoteză sau teorie)
Experimente (teste ale tuturor celor de mai sus)

Fiecare element al metodei științifice face obiectul unei evaluări inter pares pentru eventualele greșeli. Aceste activități nu descriu tot ceea ce fac oamenii de știință, ele se aplică în principal științelor experimentale (de exemplu, fizică, chimie și biologie). Elementele de mai sus sunt adesea predate în sistemul educațional ca „metoda științifică”.

Metoda științifică nu este o singură rețetă: necesită inteligență, imaginație și creativitate. În acest sens, nu este un set de standarde și proceduri fără rațiune care trebuie urmate, ci este un ciclu în curs de desfășurare, dezvoltând în mod constant modele și metode mai utile, mai exacte și mai cuprinzătoare. De exemplu, atunci când Einstein a dezvoltat teoriile specială și generală ale relativității, el nu a contrazis sau respins în niciun fel Principia lui Newton. Dimpotrivă, în cazul dimensiunilor astronomice mari, elementele minuscule și extrem de rapide sunt îndepărtate din teoriile lui Einstein – toate fenomenele pe care Newton nu le-ar fi putut observa – și rămân ecuațiile lui Newton. Teoriile lui Einstein sunt extensii și perfecționări ale teoriilor lui Newton și, astfel, sporesc încrederea în opera lui Newton.

O schemă liniarizată, pragmatică a celor patru puncte de mai sus este oferită uneori ca îndrumare pentru a lucra:

Definiți o întrebare
Colectați informații și resurse (observați)
Formați o ipoteză explicativă
Testați ipoteza efectuând un experiment și colectând datele într-o manieră reproductibilă
Analizați datele
Interpretați datele și trageți concluzii care servesc drept punct de plecare pentru noi ipoteze
Publicați rezultatele
Retestați (deseori rtetestarea e făcută de alți oameni de știință)

Ciclul iterativ inerent acestei metode pas cu pas merge din nou de la punctul 3 la 6 și înapoi la 3.

Deși această schemă prezintă o metodă tipică de creare de ipoteze/testare, ar trebui de asemenea remarcat faptul că un număr de filozofi, istorici și sociologi ai științei, inclusiv Paul Feyerabend, susțin că astfel de descrieri ale metodei științifice nu au nicio legătură cu căile prin care se practică știința.

Caracterizări

Metoda științifică depinde de caracterizările din ce în ce mai sofisticate ale subiecților investigației. (Subiecții pot fi, de asemenea, numiți probleme nesoluționate sau necunoscute.) De exemplu, Benjamin Franklin a presupus, în mod corect, că focul Sfântului Elmo era de natură electrică, dar a făcut o lungă serie de experimente și schimbări teoretice pentru a stabili acest lucru. În timp ce caută proprietățile pertinente ale subiecților, gândirea atentă poate implica și câteva definiții și observații; observațiile necesită deseori măsurători atente și/sau numărare.

Colectarea sistematică și atentă a măsurătorilor sau numărului de cantități relevante este adesea diferența critică dintre pseudo-științe, cum ar fi alchimia, și științe, cum ar fi chimia sau biologia. Măsurătorile științifice sunt, de obicei, tabele, grafice sau cartografiere, și manipulări statistice, cum ar fi corelația și regresia, efectuate pe ele. Măsurătorile ar putea fi realizate într-un cadru controlat, cum ar fi un laborator, sau făcute pe obiecte mai mult sau mai puțin inaccesibile sau care nu pot fi manipulate, cum ar fi stelele sau populațiile umane. Măsurătorile necesită adesea instrumente științifice specializate, cum ar fi termometre, spectroscoape, acceleratoare de particule sau voltmetre, iar progresul unui domeniu științific este, de obicei, legat în mod intim de invenția și îmbunătățirea lor.

”Nu sunt obișnuit să spun ceva cu certitudine după numai una sau două observații.”
– Andreas Vesalius, (1546)

Incertitudine

De asemenea, măsurătorile în activitatea științifică sunt însoțite de estimări ale incertitudinii acestora. Incertitudinea este adesea estimată prin efectuarea unor măsurători repetate ale cantității dorite. Incertitudinile pot fi calculate, de asemenea, luând în considerare incertitudinile fiecărei cantități de bază utilizată. Numărul de lucruri, cum ar fi numărul de persoane dintr-o națiune la un anumit moment, poate avea, de asemenea, o incertitudine din cauza limitărilor privind colectarea datelor. Sau numărarea poate reprezenta o probă de cantități dorite, cu o incertitudine care depinde de metoda de eșantionare utilizată și de numărul de probe prelevate.

Definire

Măsurătorile necesită utilizarea definițiilor operaționale ale cantităților relevante. Adică, o cantitate științifică este descrisă sau definită prin modul în care este măsurată, spre deosebire de o definiție mai vagă, inexactă sau „idealizată”. De exemplu, curentul electric, măsurat în amperi, poate fi definit în funcție de masa argintului depus într-un anumit moment pe un electrod într-un dispozitiv electrochimic care este descris în detaliu. Definiția operațională a unui lucru se bazează adesea pe comparații cu standardele: definiția operațională a „masei” se bazează în cele din urmă pe utilizarea unui artefact, cum ar fi un anumit kilogram de platină-iridiu ținut într-un laborator din Franța.

Definirea științifică a unui termen uneori diferă substanțial de utilizarea limbajului său natural. De exemplu, suprapunerea masei și greutății în sensul discursului comun, dar care au înțelesuri distincte în mecanică. Cantitățile științifice sunt deseori caracterizate de unitățile lor de măsură care pot fi descrise ulterior în termeni de unități fizice convenționale atunci când se comunică lucrarea.

Noile teorii sunt uneori dezvoltate după realizarea că unii termeni nu au fost definiți suficient de clar în prealabil. De exemplu, prima lucrare a lui Albert Einstein despre relativitate începe prin definirea simultaneității și a mijloacelor pentru determinarea lungimii. Aceste idei au fost omise de Isaac Newton care a afirmat că „Nu definim timp, spațiu, loc și mișcare, ca fiind binecunoscute tuturor”. Lucrarea lui Einstein demonstrează apoi că acestea (adică timpul absolut și lungimea absolută independent de mișcare) erau aproximări. Francis Crick ne avertizează că atunci când caracterizăm un subiect, este totuși prematur să definim ceva atunci când acesta rămâne insuficient înțeles. În studiul conștiinței al lui Crick, el a găsit mai degrabă mai ușor să studieze conștientizarea în sistemul vizual decât să studieze voința liberă, de exemplu. Exemplul său de atenționare a fost gena; gena a fost mult mai puțin înțeleasă înainte de descoperirea de pionierat a structurii ADN-ului de Watson și Crick; ar fi fost contraproductiv să petrecem mult timp asupra definiției genei, înaintea acestora.

Caracterizări ale ADN

Istoria descoperirii structurii ADN este un exemplu clasic al elementelor metodei științifice: în 1950 se știa că moștenirea genetică are o descriere matematică, pornind de la studiile lui Gregor Mendel, și că ADN-ul conținea informații genetice ( Principiul transformării lui Oswald Avery). Dar mecanismul de stocare a informațiilor genetice (adică a genelor) în ADN a fost neclar. Cercetătorii din laboratorul lui Bragg de la Universitatea Cambridge au realizat imagini de difracție cu raze X ale diferitelor molecule, începând cu cristale de sare și trecând la substanțe mai complicate. Folosind indicii asamblate de-a lungul deceniilor, începând cu compoziția sa chimică, s-a determinat că ar trebui să fie posibilă caracterizarea structurii fizice a ADN-ului, iar imaginile cu raze X ar fi vehiculul.

Un alt exemplu: precesiunea lui Mercur

(Precesiunea periheliului (exagerată))

Elementul de caracterizare poate necesita un studiu extensiv și amplu, chiar și secole. A fost nevoie de mii de ani de măsurători, de la astronomii caldeeni, indieni, persani, greci, arabi și europeni, pentru a înregistra pe deplin mișcarea planetei Pământ. Newton a reușit să includă măsurătorile în consecințele legilor sale de mișcare. Dar periheliul orbitei planetei Mercur prezintă o precesie care nu poate fi explicată pe deplin de legile mișcării lui Newton, așa cum a subliniat Leverrier în 1859. Diferența observată pentru precesiunea lui Mercur între teoria newtoniană și observație a fost una dintre lucrurile care au făcut posibilă testarea timpurie a teoriei lui Albert Einstein a relativității generale. Calculele sale relativiste corespundeau mult mai bine observării decât teoria newtoniană. Diferența este de aproximativ 43 arc-secunde pe secol.