Επιστημονική μέθοδος

Αυτό που διακρίνει μια επιστημονική μέθοδο έρευνας είναι ένα ερώτημα γνωστό ως "κριτήριο". Πρόκειται για μια απάντηση στο ερώτημα: υπάρχει τρόπος να πούμε αν μια έννοια ή θεωρία είναι επιστημονική, σε αντίθεση με κάποιο άλλο είδος γνώσης ή πίστης; Υπήρξαν πολλές ιδέες σχετικά με το πώς θα πρέπει να εκφράζεται. Οι λογικοί θετικιστές θεωρούσαν ότι μια θεωρία ήταν επιστημονική αν μπορούσε να επαληθευτεί- αλλά ο Καρλ Πόπερ πίστευε ότι αυτό ήταν λάθος. Πίστευε ότι μια θεωρία δεν ήταν επιστημονική αν δεν υπήρχε κάποιος τρόπος να αντικρουστεί. Από την άλλη πλευρά, ο Paul Feyerabend πίστευε ότι δεν υπήρχε κανένα κριτήριο. Γι' αυτόν, "όλα επιτρέπονται", ή ό,τι λειτουργεί, λειτουργεί.

Οι επιστήμονες προσπαθούν να αφήσουν την πραγματικότητα να μιλήσει από μόνη της. Υποστηρίζουν μια θεωρία όταν οι προβλέψεις της επιβεβαιώνονται και την αμφισβητούν όταν οι προβλέψεις της αποδεικνύονται λανθασμένες. Οι επιστημονικοί ερευνητές προσφέρουν υποθέσεις ως εξηγήσεις των φαινομένων και σχεδιάζουν πειράματα για να ελέγξουν αυτές τις υποθέσεις. Δεδομένου ότι οι μεγάλες θεωρίες δεν μπορούν να δοκιμαστούν άμεσα, αυτό γίνεται με τον έλεγχο των προβλέψεων που προκύπτουν από τη θεωρία. Τα βήματα αυτά πρέπει να είναι επαναλήψιμα, ώστε να προφυλάσσονται από λάθη ή συγχύσεις από οποιονδήποτε συγκεκριμένο πειραματιστή.

Η επιστημονική έρευνα έχει γενικά ως στόχο να είναι όσο το δυνατόν πιο αντικειμενική. Για να μειώσουν τις μεροληπτικές ερμηνείες των αποτελεσμάτων, οι επιστήμονες δημοσιεύουν τις εργασίες τους και έτσι μοιράζονται τα δεδομένα και τις μεθόδους με άλλους επιστήμονες.

Η επιστήμη και τα πράγματα που δεν είναι επιστήμη (όπως η ψευδοεπιστήμη) συχνά διακρίνονται από το αν χρησιμοποιούν την επιστημονική μέθοδο. Ένας από τους πρώτους που δημιούργησε ένα περίγραμμα των βημάτων της επιστημονικής μεθόδου ήταν ο John Stuart Mill.

Δεν υπάρχει μία επιστημονική μέθοδος. Ορισμένοι τομείς της επιστήμης βασίζονται σε μαθηματικά μοντέλα, όπως η φυσική και η επιστήμη του κλίματος. Άλλα πεδία, όπως πολλά πεδία των κοινωνικών επιστημών, έχουν πρόχειρες θεωρίες και βασίζονται περισσότερο στα πρότυπα που προκύπτουν από τα δεδομένα τους. Ορισμένες φορές οι επιστήμονες επικεντρώνονται στον έλεγχο και την επιβεβαίωση υποθέσεων, αλλά η ανοιχτή διερεύνηση είναι επίσης σημαντική. Ορισμένα επιστημονικά πεδία χρησιμοποιούν εργαστηριακά πειράματα. Άλλα συλλέγουν παρατηρήσεις από καταστάσεις του πραγματικού κόσμου. Πολλοί τομείς της επιστήμης είναι ποσοτικοί, δίνοντας έμφαση στα αριθμητικά δεδομένα και τη μαθηματική ανάλυση. Αλλά ορισμένοι τομείς, ιδίως στις κοινωνικές επιστήμες, χρησιμοποιούν ποιοτικές μεθόδους, όπως συνεντεύξεις ή λεπτομερείς παρατηρήσεις της συμπεριφοράς ανθρώπων ή ζώων. Η υπερβολική εστίαση σε ένα είδος μεθόδου μπορεί να μας οδηγήσει στο να αγνοήσουμε τη γνώση που παράγεται με τη χρήση άλλων μεθόδων.

Ορισμένα εγχειρίδια επικεντρώνονται σε μια ενιαία, τυποποιημένη "επιστημονική μέθοδο". Αυτή η ιδέα μιας ενιαίας επιστημονικής μεθόδου βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε πειραματικές, δοκιμαστικές, ποσοτικές περιοχές της επιστήμης. Δεν εφαρμόζεται πολύ καλά σε άλλους τομείς της επιστήμης. Συχνά γράφεται ως ένας αριθμός βημάτων:

1. Κάντε μια ερώτηση για τον κόσμο. Όλες οι επιστημονικές εργασίες ξεκινούν με μια ερώτηση ή ένα πρόβλημα προς επίλυση.^{I, p9} Μερικές φορές το να σκεφτεί κάποιος τη σωστή ερώτηση είναι το πιο δύσκολο κομμάτι για έναν επιστήμονα. Το ερώτημα θα πρέπει να μπορεί να απαντηθεί μέσω ενός πειράματος.
2. Δημιουργήστε μια υπόθεση - μια πιθανή απάντηση στην ερώτηση. Η υπόθεση στην επιστήμη είναι μια λέξη που σημαίνει "Μια τεκμηριωμένη εικασία για το πώς λειτουργεί κάτι". Θα πρέπει να είναι δυνατόν να αποδειχθεί ότι είναι σωστή ή λανθασμένη. Για παράδειγμα, μια δήλωση όπως "Το μπλε είναι καλύτερο χρώμα από το πράσινο" δεν αποτελεί επιστημονική υπόθεση. Δεν μπορεί να αποδειχθεί σωστή ή λανθασμένη. "Σε περισσότερους ανθρώπους αρέσει το μπλε χρώμα από το πράσινο" θα μπορούσε να είναι μια επιστημονική υπόθεση, όμως, επειδή θα μπορούσε κανείς να ρωτήσει πολλούς ανθρώπους αν τους αρέσει περισσότερο το μπλε από το πράσινο και να καταλήξει σε μια απάντηση προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση.
3. Σχεδιάστε ένα πείραμα. Εάν η υπόθεση είναι πραγματικά επιστημονική, θα πρέπει να είναι δυνατόν να σχεδιαστεί ένα πείραμα για τον έλεγχό της. Ένα πείραμα θα πρέπει να είναι σε θέση να πει στον επιστήμονα αν η υπόθεση είναι λανθασμένη- μπορεί να μην του πει αν η υπόθεση είναι σωστή. Στο παραπάνω παράδειγμα, ένα πείραμα θα μπορούσε να περιλαμβάνει την ερώτηση πολλών ανθρώπων για το ποια είναι τα αγαπημένα τους χρώματα. Η πραγματοποίηση ενός πειράματος μπορεί να είναι πολύ δύσκολη όμως. Τι γίνεται αν η βασική ερώτηση που πρέπει να τεθεί στους ανθρώπους δεν είναι ποια χρώματα τους αρέσουν, αλλά ποια χρώματα μισούν; Πόσους ανθρώπους πρέπει να ρωτήσετε; Υπάρχουν τρόποι υποβολής της ερώτησης που θα μπορούσαν να αλλάξουν το αποτέλεσμα με τρόπους που δεν ήταν αναμενόμενοι; Αυτά είναι όλα τα είδη των ερωτήσεων που πρέπει να θέτουν οι επιστήμονες, πριν κάνουν ένα πείραμα και το εφαρμόσουν. Συνήθως οι επιστήμονες θέλουν να δοκιμάζουν μόνο ένα πράγμα κάθε φορά. Για να το κάνουν αυτό, προσπαθούν να κάνουν κάθε μέρος ενός πειράματος ίδιο για όλους, εκτός από το πράγμα που θέλουν να δοκιμάσουν.
4. Πειραματιστείτε και συλλέξτε τα δεδομένα. Εδώ ο επιστήμονας προσπαθεί να εκτελέσει το πείραμα που έχει σχεδιάσει προηγουμένως. Μερικές φορές ο επιστήμονας παίρνει νέες ιδέες καθώς το πείραμα συνεχίζεται. Μερικές φορές είναι δύσκολο να γνωρίζει κανείς πότε ένα πείραμα τελειώνει οριστικά. Μερικές φορές το πείραμα θα είναι πολύ δύσκολο. Ορισμένοι επιστήμονες περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους μαθαίνοντας πώς να κάνουν καλά πειράματα.
5. Γιατί-ερωτήσεις. Οι εξηγήσεις είναι απαντήσεις σε ερωτήματα γιατί. ^{II, σελ. 3}
6. Εξαγωγή συμπερασμάτων από το πείραμα. Μερικές φορές τα αποτελέσματα δεν είναι εύκολα κατανοητά. Μερικές φορές τα ίδια τα πειράματα ανοίγουν νέα ερωτήματα. Μερικές φορές τα αποτελέσματα ενός πειράματος μπορεί να σημαίνουν πολλά διαφορετικά πράγματα. Όλα αυτά πρέπει να μελετηθούν προσεκτικά.
7. Κοινοποιήστε τα σε άλλους. Ένα βασικό στοιχείο της επιστήμης είναι η κοινοποίηση των αποτελεσμάτων των πειραμάτων, έτσι ώστε άλλοι επιστήμονες να μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν οι ίδιοι τη γνώση και να επωφεληθεί όλη η επιστήμη. Συνήθως οι επιστήμονες δεν εμπιστεύονται έναν νέο ισχυρισμό αν δεν τον έχουν εξετάσει πρώτα άλλοι επιστήμονες για να βεβαιωθούν ότι ακούγεται σαν πραγματική επιστήμη. Αυτό ονομάζεται αξιολόγηση από ομότιμους ("ομότιμοι" εδώ σημαίνει "άλλοι επιστήμονες"). Οι εργασίες που περνούν την αξιολόγηση από ομότιμους δημοσιεύονται σε επιστημονικά περιοδικά.

Παρόλο που είναι γραμμένο ως λίστα, οι επιστήμονες μπορεί να πηγαινοέρχονται μεταξύ των διαφόρων βημάτων αρκετές φορές πριν ικανοποιηθούν με την απάντηση.

Δεν χρησιμοποιούν όλοι οι επιστήμονες την παραπάνω "επιστημονική μέθοδο" στην καθημερινή τους εργασία. Μερικές φορές η πραγματική εργασία της επιστήμης δεν μοιάζει καθόλου με τα παραπάνω.

Ας υποθέσουμε ότι πρόκειται να διαπιστώσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας στον τρόπο με τον οποίο διαλύεται η ζάχαρη σε ένα ποτήρι νερό. Παρακάτω παρουσιάζεται ένας τρόπος για να το κάνουμε αυτό, ακολουθώντας βήμα προς βήμα την επιστημονική μέθοδο.

Στόχος

Η ζάχαρη διαλύεται πιο γρήγορα σε ζεστό ή σε κρύο νερό; Επηρεάζει η θερμοκρασία το πόσο γρήγορα διαλύεται η ζάχαρη; Αυτό είναι ένα ερώτημα που θα θέλαμε να θέσουμε.

Σχεδιασμός του πειράματος

Ένα απλό πείραμα θα ήταν να διαλύσετε ζάχαρη σε νερό διαφορετικών θερμοκρασιών και να παρακολουθείτε πόσος χρόνος χρειάζεται για να διαλυθεί η ζάχαρη. Αυτό θα ήταν μια δοκιμή της ιδέας ότι ο ρυθμός διάλυσης ποικίλλει ανάλογα με την κινητική ενέργεια του διαλύτη.

Θέλουμε να βεβαιωθούμε ότι χρησιμοποιούμε ακριβώς την ίδια ποσότητα νερού σε κάθε δοκιμή και ακριβώς την ίδια ποσότητα ζάχαρης. Αυτό το κάνουμε για να βεβαιωθούμε ότι η θερμοκρασία από μόνη της προκαλεί το αποτέλεσμα. Μπορεί, για παράδειγμα, η αναλογία της ζάχαρης προς το νερό να είναι επίσης παράγοντας που επηρεάζει το ρυθμό διάλυσης. Για να είμαστε ιδιαίτερα προσεκτικοί, θα μπορούσαμε επίσης να εκτελέσουμε το πείραμα έτσι ώστε η θερμοκρασία του νερού να μην αλλάξει κατά τη διάρκεια του πειράματος.

Αυτό ονομάζεται "απομόνωση μιας μεταβλητής". Αυτό σημαίνει ότι, από τους παράγοντες που μπορεί να έχουν επίδραση, μόνο ένας μεταβάλλεται στο πείραμα.

Εκτέλεση του πειράματος

Θα κάνουμε το πείραμα σε τρεις δοκιμές, οι οποίες είναι ακριβώς οι ίδιες, εκτός από τη θερμοκρασία του νερού.

1. Βάζουμε ακριβώς 25 γραμμάρια ζάχαρης σε ακριβώς 1 λίτρο νερού σχεδόν παγωμένου σαν πάγος. Δεν ανακατεύουμε. Παρατηρούμε ότι χρειάζονται 30 λεπτά για να διαλυθεί όλη η ζάχαρη.
2. Βάζουμε ακριβώς 25 γραμμάρια ζάχαρης σε ακριβώς 1 λίτρο νερού σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C). Δεν ανακατεύουμε. Παρατηρούμε ότι χρειάζονται 15 λεπτά για να διαλυθεί όλη η ζάχαρη.
3. Βάζουμε ακριβώς 25 γραμμάρια ζάχαρης σε ακριβώς 1 λίτρο ζεστού νερού (50 °C). Δεν ανακατεύουμε. Παρατηρούμε ότι χρειάζονται 4 λεπτά για να διαλυθεί όλη η ζάχαρη.

Εξαγωγή συμπερασμάτων

Ένας τρόπος που διευκολύνει την προβολή των αποτελεσμάτων είναι να φτιάξουμε έναν πίνακα με τα αποτελέσματα, στον οποίο θα αναγράφονται όλα τα πράγματα που άλλαζαν κάθε φορά που εκτελούσαμε το πείραμα. Ο δικός μας μπορεί να μοιάζει ως εξής:

Αν κάθε άλλο μέρος του πειράματος ήταν το ίδιο (δεν χρησιμοποιήσαμε περισσότερη ζάχαρη τη μία φορά από την άλλη, δεν ανακατέψαμε τη μία ή την άλλη φορά κ.λπ.), τότε αυτό θα ήταν μια πολύ καλή απόδειξη ότι η θερμότητα επηρεάζει το πόσο γρήγορα διαλύεται η ζάχαρη.

Ωστόσο, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι δεν υπάρχει κάτι άλλο που το επηρεάζει. Ένα παράδειγμα κρυφής αιτίας θα μπορούσε να είναι ότι η ζάχαρη διαλύεται γρηγορότερα κάθε φορά που διαλύεται περισσότερη ζάχαρη στο ίδιο δοχείο. Αυτό μάλλον δεν ισχύει, αλλά αν ίσχυε, θα μπορούσε να κάνει τα αποτελέσματα να είναι ακριβώς τα ίδια: τρεις δοκιμές, και η τελευταία θα ήταν η ταχύτερη. Δεν έχουμε κανένα λόγο να πιστεύουμε ότι αυτό είναι αλήθεια αυτή τη στιγμή, αλλά ίσως θα θέλαμε να το σημειώσουμε ως μια άλλη πιθανή απάντηση.

Η κρίση αναπαραγωγής (ή κρίση αναπαραγωγιμότητας) αναφέρεται σε μια κρίση στην επιστήμη. Πολύ συχνά το αποτέλεσμα ενός επιστημονικού πειράματος είναι δύσκολο ή αδύνατο να αναπαραχθεί αργότερα, είτε από ανεξάρτητους ερευνητές είτε από τους ίδιους τους αρχικούς ερευνητές. Αν και η κρίση έχει μακροχρόνιες ρίζες, η φράση επινοήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 2010 στο πλαίσιο της αυξανόμενης συνειδητοποίησης του προβλήματος.

Δεδομένου ότι η αναπαραγωγιμότητα των πειραμάτων αποτελεί ουσιώδες μέρος της επιστημονικής μεθόδου, η αδυναμία αναπαραγωγής των μελετών έχει δυνητικά σοβαρές συνέπειες.

Η κρίση της αναπαραγωγής έχει συζητηθεί ιδιαίτερα ευρέως στον τομέα της ψυχολογίας (και ιδίως της κοινωνικής ψυχολογίας) και της ιατρικής, όπου έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για την εκ νέου διερεύνηση κλασικών αποτελεσμάτων και για την προσπάθεια να προσδιοριστεί τόσο η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων όσο και, αν είναι άκυρα, οι λόγοι της αποτυχίας της αναπαραγωγής.

Οι πρόσφατες συζητήσεις έκαναν το πρόβλημα αυτό ευρύτερα γνωστό.

Στοιχεία της επιστημονικής μεθόδου επεξεργάστηκαν κάποιοι πρώτοι μελετητές της φύσης.

• "Θεωρούμε καλή αρχή να εξηγούμε τα φαινόμενα με την απλούστερη δυνατή υπόθεση". Πτολεμαίος (85-165 μ.Χ.). Αυτό είναι ένα πρώιμο παράδειγμα αυτού που αποκαλούμε ξυράφι του Όκαμ.
• Ο Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), ο Robert Grosseteste (1175-1253) και ο Roger Bacon (1214-1294) σημείωσαν κάποια πρόοδο στην ανάπτυξη της επιστημονικής μεθόδου.
• Οι επιστήμονες τον 17ο αιώνα άρχισαν να συμφωνούν ότι η πειραματική μέθοδος είναι ο κύριος τρόπος για να βρεθεί η αλήθεια. Αυτό έγινε στη δυτική Ευρώπη από άνδρες όπως ο Γαλιλαίος, ο Κέπλερ, ο Χουκ, ο Μπόιλ, ο Χάλεϊ και ο Νεύτωνας. Παράλληλα, εφευρέθηκαν το μικροσκόπιο και το τηλεσκόπιο (στην Ολλανδία) και ιδρύθηκε η Βασιλική Εταιρεία. Τα όργανα, οι κοινωνίες και οι εκδόσεις βοήθησαν σημαντικά την επιστήμη.

• Διαψευσιμότητα
• Ιστορία της επιστήμης
• Φιλοσοφία της επιστήμης
• Τυφλό πείραμα