Il metodo scientifico si riferisce ai modi per indagare i fenomeni, ottenere nuove conoscenze, correggere errori e sbagli e testare teorie.
L’Oxford English Dictionary dice che il metodo scientifico è: “un metodo o una procedura che ha caratterizzato la scienza naturale dal XVII secolo, che consiste nell’osservazione sistematica, nella misurazione e nell’esperimento, e nella formulazione, verifica e modifica delle ipotesi”.
Uno scienziato raccoglie prove empiriche e misurabili, e usa un ragionamento solido. La nuova conoscenza ha spesso bisogno di aggiustamenti, o adattamenti, alla conoscenza precedente.
Criterio
Quello che distingue un metodo scientifico di indagine è una domanda conosciuta come “il criterio”. È una risposta alla domanda: c’è un modo per dire se un concetto o una teoria è scienza, rispetto a qualche altro tipo di conoscenza o credenza? Ci sono state molte idee su come dovrebbe essere espresso. I positivisti logici pensavano che una teoria fosse scientifica se poteva essere verificata; ma Karl Popper pensava che questo fosse un errore. Pensava che una teoria non fosse scientifica a meno che non ci fosse un modo per confutarla. D’altra parte, Paul Feyerabend pensava che non ci fosse alcun criterio. Per lui, “tutto va bene”, o qualsiasi cosa funziona, funziona.
Gli scienziati cercano di lasciare che la realtà parli da sola. Sostengono una teoria quando le sue previsioni sono confermate, e la contestano quando le sue previsioni si rivelano false. I ricercatori scientifici offrono ipotesi come spiegazione dei fenomeni e progettano esperimenti per testare queste ipotesi. Poiché le grandi teorie non possono essere testate direttamente, lo si fa testando le previsioni derivate dalla teoria. Questi passi devono essere ripetibili, per evitare errori o confusioni da parte di un particolare sperimentatore.
L’indagine scientifica è generalmente intesa ad essere il più obiettiva possibile. Per ridurre le interpretazioni distorte dei risultati, gli scienziati pubblicano il loro lavoro, e quindi condividono dati e metodi con altri scienziati.
Fasi
La scienza e le cose che non sono scienza (come la pseudoscienza) sono spesso distinte dall’uso o meno del metodo scientifico. Una delle prime persone a creare uno schema dei passi del metodo scientifico fu John Stuart Mill.
Non esiste un unico metodo scientifico, ma in generale è solitamente scritto come una serie di passi:
- Presentare una domanda sul mondo. Tutto il lavoro scientifico inizia con una domanda da porre o un problema da risolvere.I, p9 A volte la domanda giusta è la parte più difficile per uno scienziato. La domanda dovrebbe avere una risposta per mezzo di un esperimento.
- Creare un’ipotesi – una possibile risposta alla domanda. Un’ipotesi nella scienza è una parola che significa “Un’ipotesi educata su come funziona qualcosa”. Dovrebbe essere possibile dimostrarla giusta o sbagliata. Per esempio, un’affermazione come “Il blu è un colore migliore del verde” non è un’ipotesi scientifica. Non può essere dimostrata giusta o sbagliata. “A più persone piace il colore blu che il verde” potrebbe essere un’ipotesi scientifica, però, perché si potrebbe chiedere a molte persone se il blu piace più del verde e ottenere una risposta in un modo o nell’altro.
- Progettare un esperimento. Se l’ipotesi è veramente scientifica, dovrebbe essere possibile progettare un esperimento per testarla. Un esperimento dovrebbe essere in grado di dire allo scienziato se l’ipotesi è sbagliata; potrebbe non dirgli se l’ipotesi è giusta. Nell’esempio di cui sopra, un esperimento potrebbe comportare il chiedere a molte persone quali sono i loro colori preferiti. Fare un esperimento può essere però molto difficile. E se la domanda chiave da porre alle persone non fosse quali colori piacciono, ma quali colori odiano? Quante persone devono essere interrogate? Ci sono modi di porre la domanda che potrebbero cambiare il risultato in modi che non ci si aspettava? Questi sono tutti i tipi di domande che gli scienziati devono porsi, prima di fare un esperimento e farlo. Di solito gli scienziati vogliono testare solo una cosa alla volta. Per fare questo, cercano di rendere ogni parte di un esperimento uguale per tutti, tranne che per la cosa che vogliono testare.
- Sperimentare e raccogliere i dati. Qui lo scienziato cerca di eseguire l’esperimento che ha progettato in precedenza. A volte lo scienziato ha nuove idee mentre l’esperimento va avanti. A volte è difficile sapere quando un esperimento è finalmente finito. A volte sperimentare è molto difficile. Alcuni scienziati passano la maggior parte della loro vita ad imparare come fare buoni esperimenti.
- Domande sul perché. Le spiegazioni sono risposte alle domande sul perché.II, p3
- Trarre conclusioni dall’esperimento. A volte i risultati non sono facili da capire. A volte gli esperimenti stessi aprono nuove domande. A volte i risultati di un esperimento possono significare molte cose diverse. Tutte queste cose devono essere pensate attentamente.
- Comunicarle agli altri. Un elemento chiave della scienza è la condivisione dei risultati degli esperimenti, in modo che altri scienziati possano poi utilizzare la conoscenza e tutta la scienza ne possa beneficiare. Di solito gli scienziati non si fidano di una nuova affermazione a meno che altri scienziati non l’abbiano prima esaminata per assicurarsi che sembri vera scienza. Questo è chiamato peer review (“peer” qui significa “altri scienziati”). Il lavoro che supera la revisione tra pari viene pubblicato in una rivista scientifica.
Anche se scritto come una lista, questo è in realtà un ciclo: uno scienziato può girarci intorno un certo numero di volte prima di essere soddisfatto della risposta.
Non tutti gli scienziati usano il suddetto “metodo scientifico” nel loro lavoro quotidiano. A volte il lavoro effettivo della scienza non assomiglia affatto a quanto sopra. Ma nel complesso si pensa che sia un buon metodo per scoprire cose sul mondo che siano affidabili, ed è il modello per pensare alla conoscenza scientifica più usato dagli scienziati.
Esempio: sciogliere lo zucchero in acqua
Diciamo che vogliamo scoprire l’effetto della temperatura sul modo in cui lo zucchero si scioglie in un bicchiere d’acqua. Ecco un modo per farlo, seguendo il metodo scientifico passo dopo passo.
Aim
Lo zucchero si scioglie più velocemente in acqua calda o in acqua fredda? La temperatura influenza la velocità con cui lo zucchero si scioglie? Questa è una domanda che potremmo voler fare.
Pianificazione dell’esperimento
Un semplice esperimento sarebbe quello di sciogliere lo zucchero in acqua a diverse temperature e tenere traccia di quanto tempo impiega lo zucchero a dissolversi. Questo sarebbe un test dell’idea che il tasso di dissoluzione varia a seconda dell’energia cinetica del solvente.
Vogliamo assicurarci di usare la stessa quantità di acqua in ogni prova, e la stessa quantità di zucchero. Lo facciamo per assicurarci che sia solo la temperatura a causare l’effetto. Potrebbe essere, per esempio, che il rapporto tra zucchero e acqua sia anche un fattore nella velocità di dissoluzione. Per essere più attenti, potremmo anche eseguire l’esperimento in modo che la temperatura dell’acqua non cambi durante l’esperimento.
Questo si chiama “isolare una variabile”. Ciò significa che, dei fattori che potrebbero avere un effetto, solo uno viene cambiato nell’esperimento.
Eseguire l’esperimento
Faremo l’esperimento in tre prove, che sono esattamente le stesse, tranne che per la temperatura dell’acqua.
- Mettiamo esattamente 25 grammi di zucchero in esattamente 1 litro di acqua fredda quasi come il ghiaccio. Non mescoliamo. Notiamo che ci vogliono 30 minuti prima che tutto lo zucchero sia sciolto.
- Mettiamo esattamente 25 grammi di zucchero in esattamente 1 litro di acqua a temperatura ambiente (20 °C). Non mescoliamo. Notiamo che ci vogliono 15 minuti prima che tutto lo zucchero sia sciolto.
- Mettiamo esattamente 25 grammi di zucchero in esattamente 1 litro di acqua calda (50 °C). Non mescoliamo. Notiamo che ci vogliono 4 minuti prima che tutto lo zucchero sia sciolto.
Trarre conclusioni
Un modo che rende facile vedere i risultati è quello di farne una tabella, elencando tutte le cose che sono cambiate ogni volta che abbiamo fatto l’esperimento. La nostra potrebbe assomigliare a questa:
| Temperatura | Tempo di dissolvimento |
|---|---|
| 1 °C | 30 min |
| 20 °C | 15 min |
| 50 °C | 4 min |
Se ogni altra parte dell’esperimento fosse la stessa (non abbiamo usato più zucchero una volta rispetto all’altra, non abbiamo mescolato una volta o l’altra, ecc.), allora questa sarebbe un’ottima prova che il calore influisce sulla velocità di dissoluzione dello zucchero.
Non possiamo sapere con certezza, però, che non ci sia qualcos’altro che influisce. Un esempio di causa nascosta potrebbe essere che lo zucchero si scioglie più velocemente ogni volta che si scioglie più zucchero nella stessa pentola. Questo probabilmente non è vero, ma se lo fosse, potrebbe rendere i risultati esattamente uguali: tre prove, e l’ultima sarebbe la più veloce. Non abbiamo motivo di pensare che questo sia vero in questo momento, ma potremmo volerlo notare come un’altra possibile risposta.
Aspetti storici
Elementi di metodo scientifico furono elaborati da alcuni primi studenti della natura.
- “Consideriamo un buon principio spiegare i fenomeni con l’ipotesi più semplice possibile.” Tolomeo (85-165 d.C.). Questo è un primo esempio di ciò che chiamiamo rasoio di Occam.
- Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) e Roger Bacon (1214-1294), tutti fecero qualche progresso nello sviluppo del metodo scientifico.
- Tuttavia, non fu fino al XVII secolo che il metodo sperimentale fu considerato il modo principale per trovare la verità. Questo fu fatto in Europa occidentale da uomini come Galileo, Keplero, Hooke, Boyle, Halley e Newton. Allo stesso tempo, furono inventati il microscopio e il telescopio (entrambi in Olanda), e fu formata la Royal Society. Sia gli strumenti che le società aiutarono molto la scienza.
Pagine correlate
- Falsificabilità
- Filosofia della scienza
- Esperimento cieco
Immagini per bambini
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Ibn al-Haytham (Alhazen), 965-1039 Iraq. Un polymath, considerato da alcuni come il padre della moderna metodologia scientifica, a causa della sua enfasi sui dati sperimentali e la riproducibilità dei suoi risultati.
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Johannes Kepler (1571-1630). “Keplero mostra il suo acuto senso logico nel dettagliare l’intero processo attraverso il quale è finalmente arrivato alla vera orbita. Questo è il più grande pezzo di ragionamento retroduttivo mai eseguito”. – C. S. Peirce, 1896 circa, sul ragionamento di Keplero attraverso ipotesi esplicative
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Aristotele, 384 a.C. – 322 a.C. “Per quanto riguarda il suo metodo, Aristotele è riconosciuto come l’inventore del metodo scientifico per la sua raffinata analisi delle implicazioni logiche contenute nel discorso dimostrativo, che va ben oltre la logica naturale e non deve nulla a chi ha filosofato prima di lui.” – Riccardo Pozzo
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Secondo Morris Kline, “La scienza moderna deve il suo attuale stato fiorente a un nuovo metodo scientifico che fu modellato quasi interamente da Galileo Galilei” (1564-1642). Dudley Shapere ha una visione più misurata del contributo di Galileo.
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Galoppo volante falsificato; vedi immagine sotto
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Le fotografie di Muybridge di The Horse in Motion, 1878, furono usate per rispondere alla domanda se tutte e quattro le zampe di un cavallo al galoppo siano mai staccate da terra nello stesso momento. Questo dimostra un uso della fotografia nella scienza.
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