Metoda științifică este un ansamblu de tehnici pentru investigarea fenomenelor, dobândirea de noi cunoștințe sau corectarea și integrarea cunoștințelor anterioare. Pentru a fi numită științifică, o metodă de cercetare se bazează în mod obișnuit pe dovezi empirice sau măsurabile supuse unor principii specifice de raționament. Oxford Dictionaries Online definește metoda științifică ca fiind „o metodă sau o procedură care a caracterizat știința naturală încă din secolul al XVII-lea, constând în observarea, măsurarea și experimentarea sistematică, formularea, testarea și modificarea ipotezelor”. Experimentele sunt o procedură concepută pentru a testa ipotezele. Experimentele reprezintă un instrument important al metodei științifice.
Metoda este un proces continuu care începe cu observații despre lumea naturală. Oamenii sunt în mod natural curioși, așa că adesea vin cu întrebări despre lucrurile pe care le văd sau le aud, și adesea dezvoltă idei sau ipoteze despre de ce lucruri sunt așa cum sunt. Cele mai bune ipoteze conduc la previziuni care pot fi testate în diferite moduri. Cele mai puternice teste ale ipotezelor provin din experimente controlate cu grijă, care adună date empirice. În funcție de cât de bine se potrivesc testele cu predicțiile, ipoteza inițială poate necesita rafinarea, modificarea, extinderea sau chiar respingerea. Dacă o ipoteză particulară devine foarte bine susținută, se poate dezvolta o teorie generală.
Deși procedurile variază de la un domeniu de cercetare la altul, ele sunt adesea identice de la unul la altul. Procesul metodei științifice implică realizarea de presupuneri (ipoteze), derivarea predicțiilor de la acestea ca consecințe logice și apoi efectuarea de experimente sau observații empirice bazate pe aceste predicții. O ipoteză este o presupunere, bazată pe cunoștințele obținute în timp ce se caută răspunsuri la întrebare. Ipoteza ar putea fi foarte specifică sau ar putea fi largă. Oamenii de știință testează apoi ipoteze prin efectuarea de experimente sau studii. O ipoteză științifică trebuie să fie falsificabilă, ceea ce înseamnă că este posibil să se identifice un posibil rezultat al unui experiment sau al unei observări care intră în conflict cu predicțiile deduse din ipoteză; în caz contrar, ipoteza nu poate fi testată în mod semnificativ.
Scopul unui experiment este de a determina dacă observațiile sunt de acord sau sunt în conflict cu predicțiile derivate dintr-o ipoteză. Experimentele pot avea loc oriunde dintr-un garaj la Large Hadron Collider de la CERN. Cu toate acestea, există dificultăți într-o declarație de formulare a metodei. Deși metoda științifică este adesea prezentată ca o secvență fixă de pași, ea reprezintă mai degrabă un set de principii generale. Nu toate etapele au loc în fiecare anchetă științifică (și nu în același grad) și nu sunt întotdeauna în aceeași ordine. Unii filozofi și oameni de știință au susținut că nu există o metodă științifică; acestea includ fizicianul Lee Smolin și filozoful Paul Feyerabend (în Împotriva metodei).
Prezentare generală
Exemplul ADN de mai jos este un rezumat al acestei metode
(Ibn al-Haytham (Alhazen), 965-1039, Irak. Un polimat considerat de unii ca fiind tatăl unei metodologii științifice moderne, datorită accentului pus pe datele experimentale și reproductibilitatea rezultatelor sale.)
(Johannes Kepler (1571-1630). „La Kepler se vede simțul său logic în detalierea întregului proces prin care a ajuns în cele din urmă pe orbita adevărată. Aceasta este cea mai mare piesă a raționamentului revoluționar realizat vreodată” – C. S. Peirce, c. 1896, asupra raționamentului lui Kepler prin ipoteze explicative)
(Galileo Galilei (1564-1642). Potrivit lui Albert Einstein, „Toată cunoașterea realității pornește de la experiență și se termină în ea. Propunerile obținute prin mijloace pur logice sunt complet goale în ceea ce privește realitatea. Deoarece Galileo a văzut acest lucru și mai ales pentru că el a transformat-o în lumea științifică, este tatăl fizicii moderne – într-adevăr, al științei moderne.”)
Metoda științifică este procesul prin care se dezvoltă știința. Ca și în alte domenii de cercetare, știința (prin metoda științifică) se poate baza pe cunoștințele anterioare și poate dezvolta o înțelegere mai sofisticată a temelor sale de studiu de-a lungul timpului. Acest model poate fi considerat ca subminând revoluția științifică. Cu o mie de ani în urmă, Alhazen a susținut importanța formării de întrebări și testarea ulterioară a acestora, o abordare susținută de Galileo în 1638, cu publicarea a Două științe noi. Metoda actuală se bazează pe un model ipotetico-deductiv formulat în secolul XX, deși a suferit o revizuire semnificativă de la prima propunere.
Procesul
Procesul global presupune realizarea de presupuneri (ipoteze), derivarea predicțiilor din acestea ca și consecințe logice și apoi efectuarea de experimente pe baza acestor predicții pentru a determina dacă presupunerea inițială era corectă. Cu toate acestea, există dificultăți într-o declarație de formulare a metodei. Deși metoda științifică este adesea prezentată ca o secvență fixă de pași, aceste acțiuni sunt mai bine considerate ca fiind principii generale. Nu toate etapele au loc în fiecare anchetă științifică (și nici în același grad) și nu se fac întotdeauna în aceeași ordine. Așa cum a remarcat omul de știință și filosof William Whewell (1794-1866), „invenția, sagacitatea, [și] geniul” sunt necesare la fiecare pas.
Formularea unei întrebări
Întrebarea se poate referi la explicația unei observații specifice, ca și în „De ce este albastru cerul?” dar poate fi, de asemenea, deschisă, ca în „Cum pot proiecta un medicament pentru a vindeca această boală particulară?” Această etapă implică adesea găsirea și evaluarea dovezilor din experimentele anterioare, observațiile sau afirmațiile științifice personale, precum și munca altor oameni de știință. Dacă răspunsul este deja cunoscut, poate fi pusă o altă întrebare care se bazează pe dovezi. Atunci când se aplică metoda științifică pentru cercetare, determinarea unei întrebări bune poate fi foarte dificilă și va afecta rezultatul investigației.
Ipoteza
O ipoteză este o presupunere, bazată pe cunoștințele obținute în formularea întrebării, care poate explica orice comportament dat. Ipoteza ar putea fi foarte specifică; de exemplu, principiul de echivalență al lui Einstein sau „ADN-ul lui Francis Crick face ca ARN-ul să producă proteine” sau ar putea fi larg; de exemplu, specii necunoscute de viață locuiesc în adâncurile neexplorate ale oceanelor. O ipoteză statistică este o presupunere privind o anumită populație statistică. De exemplu, populația ar putea fi oameni cu o anumită boală. Conjectura ar putea fi că un nou medicament va vindeca boala la unii dintre acești oameni. Condițiile asociate frecvent cu ipotezele statistice sunt ipoteza nulă și ipoteza alternativă. O ipoteză nulă este conjenctura că ipoteza statistică este falsă; de exemplu, că noul medicament nu face nimic și că orice vindecare este cauzată de șansă. Cercetătorii doresc în mod normal să demonstreze că ipoteza nulă este falsă. Ipoteza alternativă este rezultatul dorit, că medicamentul are mai mult decât o șansă. Un punct final: o ipoteză științifică trebuie să fie falsificabilă, ceea ce înseamnă că să se poată identifica un posibil rezultat al unui experiment care intră în conflict cu predicțiile deduse din ipoteză; în caz contrar, nu poate fi testat în mod semnificativ.
Predicția
Acest pas implică determinarea consecințelor logice ale ipotezei. Una sau mai multe predicții sunt apoi selectate pentru teste suplimentare. Cu cât este mai puțin probabil ca o predicție să fie corectă pur și simplu prin coincidență, atunci cu atât mai convingător ar fi dacă predicția ar fi îndeplinită; dovezile sunt, de asemenea, mai puternice dacă răspunsul la predicție nu este deja cunoscut, datorită efectelor prejudecății din spate. În mod ideal, predicția trebuie să distingă ipoteza de alternativele posibile; dacă două ipoteze fac aceeași predicție, observarea că predicția este corectă nu este o dovadă a fiecăruia dintre ele. (Aceste afirmații despre puterea relativă a probelor pot fi derivate matematic din teorema lui Bayes).
Testarea
Aceasta este o investigație a faptului dacă lumea reală se comportă așa cum este prezis de ipoteză. Oamenii de știință (și alți oameni) testează ipotezele prin efectuarea de experimente. Scopul unui experiment este de a determina dacă observațiile lumii reale sunt de acord cu sau sunt în conflict cu predicțiile derivate dintr-o ipoteză. Dacă sunt de acord, încrederea în ipoteză crește; în caz contrar, scade. Acordul nu garantează că ipoteza este adevărată; experimentele viitoare pot dezvălui probleme. Karl Popper i-a sfătuit pe oamenii de știință să încerce să falsifice ipotezele, adică să caute și să testeze acele experimente care par foarte discutabile. Numărul mare de confirmări de succes nu este convingător dacă acestea provin din experimente care evită riscul. Experimentele ar trebui concepute astfel încât să reducă la minimum erorile posibile, în special prin utilizarea unor controale științifice adecvate. De exemplu, testele tratamentelor medicale se desfășoară frecvent ca teste dublu-orb. Personalul de testare, care ar putea dezvălui involuntar subiecților testați care sunt probele cu medicamente de testare dorite și care sunt placebo, nu știe să deosebească probele. Astfel de sugestii pot prejudicia răspunsurile subiecților de test. În plus, eșecul unui experiment nu înseamnă neapărat că ipoteza este falsă. Experimentele depind întotdeauna de mai multe ipoteze, de exemplu, că echipamentul de testare funcționează corect și că o defecțiune poate fi o eroare a uneia dintre ipotezele auxiliare (vezi teza Duhem-Quine.) Experimentele pot fi conduse într-un laborator de facultate, pe o masă de bucătărie, la Large Hadron Collider de la CERN, pe fundul unui ocean, pe Marte (utilizând unul dintre roveri). Astronomii fac experimente, căutând planete în jurul stelelor îndepărtate. În cele din urmă, majoritatea experimentelor individuale abordează subiecte foarte specifice din motive de caracter practic. Ca rezultat, dovezile despre subiecți mai largi sunt de obicei acumulate treptat.
Analiza
Aceasta implică determinarea rezultatelor experimentului și decizii privind acțiunile următoare. Predicțiile ipotezei sunt comparate cu cele din ipoteza nulă, pentru a determina care este mai în măsură să explice datele. În cazurile în care un experiment este repetat de mai multe ori, poate fi necesară o analiză statistică, cum ar fi un test chi-pătrat. Dacă dovezile au falsificat ipoteza, este necesară o nouă ipoteză; dacă experimentul susține ipoteza, dar dovezile nu sunt suficient de puternice pentru încrederea mare, alte predicții din ipoteză trebuie testate. Odată ce o ipoteză este susținută puternic de dovezi, se poate pune o nouă întrebare pentru a oferi o perspectivă mai aprofundată asupra aceluiași subiect. Dovezile altor oameni de știință și experiența sunt adesea încorporate în orice etapă a procesului. În funcție de complexitatea experimentului, pot fi necesare numeroase iterații pentru a strânge probe suficiente pentru a răspunde la o întrebare cu încredere sau pentru a construi mai multe răspunsuri la întrebări foarte specifice pentru a răspunde la o întrebare mai amplă.
Exemplu ADN-ului
Elementele de bază ale metodei științifice sunt ilustrate prin următorul exemplu din descoperirea structurii ADN-ului:
- Întrebare: Ancheta anterioară a ADN-ului a determinat compoziția sa chimică (cele patru nucleotide), structura fiecărei nucleotide individuale și alte proprietăți. Acesta a fost identificat ca purtător de informații genetice prin experimentul Avery-MacLeod-McCarty în 1944, dar mecanismul modului în care informațiile genetice au fost stocate în ADN-ul a fost neclar.
- Ipoteza: Linus Pauling, Francis Crick și James D. Watson au emis ipoteza că ADN-ul are o structură elicoidală.
- Predicție: Dacă ADN ar avea o structură elicoidală, modelul său de difracție cu raze X ar avea forma X. Această predicție a fost determinată utilizând matematica transformării helix, care a fost derivată de la Cochran, Crick și Vand (și independent de Stokes). Această predicție era o construcție matematică, complet independentă de problema biologică la îndemână.
- Experiment: Rosalind Franklin a cristalizat ADN pur și a efectuat difracția cu raze X pentru a produce fotografia. Rezultatele au arătat o formă X.
- Analiza: Când Watson a văzut modelul detaliat de difracție, a recunoscut-o imediat ca pe o spirală. El și Crick au produs apoi modelul, folosind aceste informații împreună cu informațiile cunoscute anterior despre compoziția ADN-ului și despre interacțiunile moleculare cum ar fi legăturile de hidrogen.
Descoperirea a devenit punctul de plecare pentru numeroase studii care implică materialul genetic, cum ar fi domeniul geneticii moleculare, și a fost distins cu premiul Nobel în 1962.
Alte componente
Metoda științifică include și alte componente necesare chiar și atunci când toate iterațiile etapelor de mai sus au fost finalizate:
Replicarea
Dacă un experiment nu poate fi repetat pentru a produce aceleași rezultate, aceasta implică faptul că rezultatele inițiale ar fi putut fi eronate. Ca rezultat, este comun ca un singur experiment să fie efectuat de mai multe ori, mai ales atunci când există variabile necontrolate sau alte indicații de eroare experimentală. Pentru rezultate semnificative sau surprinzătoare, alți oameni de știință pot încerca, de asemenea, să reproducă rezultatele pentru ei înșiși, mai ales dacă aceste rezultate ar fi importante pentru propria lor activitate.
Examinarea externă
Procesul de evaluare presupune evaluarea experimentului de către experți, care își exprimă opiniile în mod anonim. Unele reviste solicită celui care experimentează să furnizeze liste cu posibilii evaluatori inter pares, mai ales dacă domeniul este foarte specializat. Evaluarea colegială nu certifică corectitudinea rezultatelor, ci doar că, în opinia recenzentului, experimentele în sine au fost sigure (pe baza descrierii furnizate de experimentator). Dacă lucrările trec de peer review, care uneori poate necesita noi experimente cerute de recenzori, aceasta va fi publicată într-un jurnal științific revizuit. Jurnalul specific care publică rezultatele arată calitatea percepută a lucrării.
Înregistrarea și partajarea datelor
Oamenii de știință, de obicei, sunt atenți la înregistrarea datelor, o cerință promulgată de Ludwik Fleck (1896-1961) și alții. Deși nu sunt necesare în mod obișnuit, aceștia ar putea fi rugați să furnizeze aceste date unor alți oameni de știință care doresc să reproducă rezultatele inițiale (sau părți ale rezultatelor inițiale), extindându-se la partajarea oricărei probe experimentale care ar putea fi dificil de obținut.
Lasă un răspuns