A tudományos módszer a jelenségek vizsgálatának, az új ismeretek megszerzésének, a hibák és tévedések kijavításának és az elméletek tesztelésének módjaira utal.
Az Oxford English Dictionary szerint a tudományos módszer: “a természettudományokat a 17. század óta jellemző módszer vagy eljárás, amely szisztematikus megfigyelésből, mérésből és kísérletből, valamint hipotézisek megfogalmazásából, teszteléséből és módosításából áll.”
A tudós empirikus és mérhető bizonyítékokat gyűjt, és szilárd érvelést használ. Az új ismereteket gyakran ki kell igazítani, vagy be kell illeszteni a korábbi ismeretekbe.”
Kritérium
A tudományos vizsgálati módszert egy “kritériumnak” nevezett kérdés különbözteti meg. Ez egy válasz arra a kérdésre: van-e mód arra, hogy megállapítsuk, hogy egy fogalom vagy elmélet tudomány-e, szemben valamilyen másfajta ismerettel vagy hittel? Számos elképzelés született arra vonatkozóan, hogyan kellene ezt megfogalmazni. A logikai pozitivisták úgy gondolták, hogy egy elmélet akkor tudományos, ha ellenőrizhető; Karl Popper azonban úgy vélte, hogy ez tévedés. Szerinte egy elmélet csak akkor tudományos, ha valamilyen módon megcáfolható. Másrészt Paul Feyerabend úgy gondolta, hogy nincs kritérium. Számára “anything goes”, vagyis ami működik, az működik.
A tudósok megpróbálják hagyni, hogy a valóság önmagáért beszéljen. Támogatnak egy elméletet, ha annak előrejelzései beigazolódnak, és megkérdőjelezik, ha előrejelzései hamisnak bizonyulnak. A tudományos kutatók hipotéziseket kínálnak fel a jelenségek magyarázataként, és kísérleteket terveznek e hipotézisek tesztelésére. Mivel a nagy elméleteket nem lehet közvetlenül tesztelni, ezt az elméletből levezetett jóslatok tesztelésével teszik. Ezeknek a lépéseknek megismételhetőnek kell lenniük, hogy megóvjanak az egyes kísérletezők tévedéseitől vagy félreértéseitől.
A tudományos kutatás célja általában a lehető legnagyobb objektivitás. Az eredmények elfogult értelmezésének csökkentése érdekében a tudósok közzéteszik munkájukat, és így megosztják az adatokat és a módszereket más tudósokkal.
Fázisok
A tudományt és a nem tudományos dolgokat (például az áltudományt) gyakran aszerint különböztetik meg, hogy alkalmazzák-e a tudományos módszert. Az egyik első ember, aki megalkotta a tudományos módszer lépéseinek vázlatát, John Stuart Mill volt.
Nincs egyetlen tudományos módszer, de általában több lépésben szokták leírni:
- Találj ki egy kérdést a világról. Minden tudományos munka azzal kezdődik, hogy van egy kérdés, amit fel kell tenni, vagy egy probléma, amit meg kell oldani.” I, 9. o Néha éppen a megfelelő kérdés felvetése a legnehezebb egy tudós számára. A kérdésnek egy kísérlet segítségével megválaszolhatónak kell lennie.
- Állítsunk fel egy hipotézist – egy lehetséges választ a kérdésre. A hipotézis a tudományban olyan szó, amelynek jelentése: “Egy megalapozott feltételezés arról, hogy valami hogyan működik”. Lehetővé kell tenni, hogy be lehessen bizonyítani, hogy helyes vagy helytelen. Például egy olyan állítás, mint “A kék szín jobb szín, mint a zöld” nem tudományos hipotézis. Nem lehet bizonyítani, hogy helyes vagy helytelen. “Több ember szereti a kék színt, mint a zöldet” viszont tudományos hipotézis lehet, mert sok embert meg lehet kérdezni arról, hogy jobban szeretik-e a kéket, mint a zöldet, és így vagy úgy, de választ kaphatunk.
- Tervezz meg egy kísérletet. Ha a hipotézis valóban tudományos, akkor meg kell tudni tervezni egy kísérletet a tesztelésére. A kísérletnek képesnek kell lennie arra, hogy megmondja a tudósnak, ha a hipotézis téves; nem biztos, hogy megmondja neki, ha a hipotézis helyes. A fenti példában egy kísérlet során sok embert megkérdezhetnénk arról, hogy melyek a kedvenc színeik. Egy kísérlet elkészítése azonban nagyon nehéz lehet. Mi van akkor, ha a legfontosabb kérdés, amit az embereknek fel kell tenni, nem az, hogy milyen színeket szeretnek, hanem az, hogy milyen színeket utálnak? Hány embert kell megkérdezni? Van-e olyan módja a kérdésfeltevésnek, amely nem várt módon változtathatja meg az eredményt? Ezek mind olyan típusú kérdések, amelyeket a tudósoknak fel kell tenniük, mielőtt kísérletet készítenének és végrehajtanák azt. A tudósok általában egyszerre csak egy dolgot akarnak tesztelni. Ennek érdekében igyekeznek a kísérlet minden részét mindenre ugyanolyanná tenni, kivéve azt a dolgot, amit tesztelni akarnak.
- Kísérletezzünk és gyűjtsük össze az adatokat. Itt a tudós megpróbálja lefuttatni az általa korábban megtervezett kísérletet. Néha a tudósnak a kísérlet közben új ötletei támadnak. Néha nehéz eldönteni, hogy mikor ér végleg véget egy kísérlet. Néha a kísérletezés nagyon nehéz lesz. Egyes tudósok életük nagy részét azzal töltik, hogy megtanulják, hogyan kell jó kísérleteket végezni.
- Miért-kérdések. A magyarázatok válaszok a miért-kérdésekre. II, p3
- Vonj le következtetéseket a kísérletből. Néha az eredményeket nem könnyű megérteni. Néha maguk a kísérletek is új kérdéseket vetnek fel. Néha egy kísérlet eredményei sokféle dolgot jelenthetnek. Mindezeket alaposan át kell gondolni.
- Közölni kell másokkal. A tudomány egyik kulcseleme a kísérletek eredményeinek megosztása, hogy aztán más tudósok maguk is felhasználhassák a tudást, és az egész tudomány profitálhasson belőle. Általában a tudósok nem bíznak meg egy új állításban, hacsak más tudósok nem nézték át előbb, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy valódi tudománynak tűnik-e. Ezt nevezik szakértői értékelésnek (“szakértő” itt azt jelenti, hogy “más tudósok”). Azokat a munkákat, amelyek átmennek a szakértői értékelésen, tudományos folyóiratban publikálják.
Bár listaként van leírva, ez valójában egy körforgás: egy tudós többször is végigmehet rajta, mielőtt elégedett lenne a válasszal.
Nem minden tudós alkalmazza a fenti “tudományos módszert” a mindennapi munkája során. Néha a tényleges tudományos munka egyáltalán nem hasonlít a fentiekre. De összességében úgy gondolják, hogy ez egy jó módszer arra, hogy megbízható dolgokat tudjunk meg a világról, és ez a tudósok által leginkább használt gondolkodási modell a tudományos ismeretekről.
Példa: cukor oldódása vízben
Tegyük fel, hogy meg akarjuk találni a hőmérséklet hatását arra, ahogyan a cukor feloldódik egy pohár vízben. Az alábbiakban ezt a tudományos módszert lépésről lépésre követve tehetjük meg.
Cél
A cukor gyorsabban oldódik forró vagy hideg vízben? Befolyásolja-e a hőmérséklet, hogy milyen gyorsan oldódik a cukor? Ezt a kérdést érdemes lenne feltennünk.
Kísérlet megtervezése
Egy egyszerű kísérlet az lenne, ha cukrot oldanánk fel különböző hőmérsékletű vízben, és nyomon követnénk, mennyi idő alatt oldódik fel a cukor. Ezzel azt az elképzelést tesztelnénk, hogy az oldódás sebessége az oldószer kinetikus energiájának függvényében változik.
Meg akarunk győződni arról, hogy minden kísérletben pontosan ugyanannyi vizet és pontosan ugyanannyi cukrot használunk. Azért tesszük ezt, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a hőmérséklet önmagában okozza a hatást. Előfordulhat például, hogy a cukor és a víz aránya is befolyásolja az oldódás sebességét. Hogy különösen óvatosak legyünk, úgy is lefuttathatjuk a kísérletet, hogy a víz hőmérséklete ne változzon a kísérlet során.
Ezt nevezzük “egy változó izolálásának”. Ez azt jelenti, hogy a lehetséges hatást gyakorló tényezők közül csak egyet változtatunk meg a kísérletben.
Kísérlet lefuttatása
Három kísérletben végezzük el a kísérletet, amelyek pontosan ugyanolyanok, kivéve a víz hőmérsékletét.
- Pontosan 25 gramm cukrot teszünk pontosan 1 liter majdnem jéghideg vízbe. Nem keverjük meg. Megállapítjuk, hogy 30 percbe telik, mire az összes cukor feloldódik.
- Teszünk pontosan 25 gramm cukrot pontosan 1 liter szobahőmérsékletű (20 °C) vízbe. Nem keverjük meg. Megállapítjuk, hogy 15 percbe telik, mire az összes cukor feloldódik.
- Teszünk pontosan 25 gramm cukrot pontosan 1 liter meleg vízbe (50 °C). Nem keverjük meg. Megfigyeljük, hogy 4 percbe telik, mire az összes cukor feloldódik.
Következtetések levonása
Az eredmények áttekintését megkönnyíti, ha táblázatot készítünk róluk, amelyben felsoroljuk, mi minden változott minden egyes alkalommal, amikor a kísérletet lefuttattuk. A miénk így nézhetne ki:
| hőmérséklet | oldási idő |
|---|---|
| 1 °C | 30 perc |
| 20 °C | 15 perc |
| 50 °C | 4 perc |
Ha a kísérlet minden más része azonos volt (nem használtunk egyik alkalommal több cukrot, mint a másik alkalommal, nem kevertük meg egyik alkalommal sem a másikat stb.), akkor ez nagyon jó bizonyíték lenne arra, hogy a hő befolyásolja a cukor gyors feloldódását.
Azt azonban nem tudhatjuk biztosan, hogy nem befolyásolja-e valami más is. Rejtett ok lehet például az, hogy a cukor gyorsabban oldódik, ahányszor több cukrot oldunk fel ugyanabba az edénybe. Ez valószínűleg nem igaz, de ha így lenne, akkor az eredmény pontosan ugyanaz lehetne: három próbálkozás, és az utolsó lenne a leggyorsabb. Jelenleg nincs okunk azt hinni, hogy ez igaz, de talán érdemes megjegyezni, mint egy másik lehetséges választ.”
Történeti vonatkozások
A tudományos módszer elemeit már a természet néhány korai tanulmányozója is kidolgozta.”
- “Jó elvnek tartjuk, hogy a jelenségeket a lehető legegyszerűbb hipotézissel magyarázzuk meg. Ptolemaiosz (Kr. u. 85-165). Ez egy korai példája annak, amit Occam borotvájának nevezünk.
- Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) és Roger Bacon (1214-1294) is tett némi előrelépést a tudományos módszer kidolgozásában.
- Az igazság kiderítésének fő módjaként azonban csak a 17. században fogadták el a kísérleti módszert. Ezt Nyugat-Európában olyan férfiak tették, mint Galilei, Kepler, Hooke, Boyle, Halley és Newton. Ugyanakkor feltalálták a mikroszkópot és a távcsövet (mindkettőt Hollandiában), és megalakult a Királyi Társaság. Mind a műszerek, mind a társaságok nagyban segítették a tudományt.
Kapcsolódó oldalak
- Hamisíthatóság
- Tudományfilozófia
- Vak kísérlet
Képek gyerekeknek
-
Ibn al-Haytham (Alhazen), 965-1039 Irak. Polihisztor, akit egyesek a modern tudományos módszertan atyjának tartanak, mivel nagy hangsúlyt fektetett a kísérleti adatokra és az eredmények reprodukálhatóságára.
-
Johannes Kepler (1571-1630). “Kepler éles logikai érzékéről tesz tanúbizonyságot, amikor részletezi az egész folyamatot, amelynek során végül eljutott a valódi pályához. Ez a retroduktív érvelés valaha elvégzett legnagyszerűbb darabja.” – C. S. Peirce, 1896 körül, Kepler magyarázó hipotéziseken keresztül történő érveléséről
-
Aristotelész, Kr. e. 384 – Kr. e. 322. “Ami a módszerét illeti, Arisztotelészt a tudományos módszer feltalálójaként ismerik el, mert a szemléltető beszédben foglalt logikai implikációk kifinomult elemzésével messze túlmutat a természetes logikán, és semmit sem köszönhet az előtte filozófálóknak.” – Riccardo Pozzo
-
Morris Kline szerint “a modern tudomány a jelenlegi virágzó állapotát egy új tudományos módszernek köszönheti, amelyet szinte teljes egészében Galileo Galilei (1564-1642) alakított ki”. Dudley Shapere visszafogottabban ítéli meg Galilei hozzájárulását.
-
A repülő galoppot meghamisították; lásd az alábbi képet
-
Muybridge A ló mozgásban című, 1878-ban készült fotóit arra a kérdésre használták fel, hogy egy galoppozó ló mind a négy lába egyszerre emelkedik-e el a földtől. Ez a fényképezés tudományos felhasználását mutatja be.
-
..2. A fényképezésnek a tudományban való felhasználását. DNS-hipotézisek
-
A perihélium (eltúlzott)
-
..1. DNS-jellemzők
-
…DNS Példa
.