Znanstvena metoda ima četiri koraka :
- Promatranje i opis pojave ili skupine pojava.
- Formuliranje hipoteza da se objasni pojava. U fizici, hipoteza je često oblik uzročnog mehanizma ili matematičkog odnosa.
- Upotrebom hipoteze predvidjeti postojanje drugih pojava, ili predvidjeti kvantitativne rezultate za nova opažanja.
- Izvesti nekoliko eksperimentalnih ispitivanja predviđanja neovisnih eksperimentatora s pravilno izvođenim pokusima.
Ako se eksperimentima potvrdi hipoteza može se smatrati teorijom ili zakonom prirode. Ukoliko pokusi ne potvrde hipotezu, ona mora biti odbijena ili se mora mijenjati. Uvijek postoji mogućnost da će nova promatranja ili novi eksperimenti doći u sukob s dugogodišnjom teorijom.
Kako radi znanstvena metoda
Eksperimentalna ispitivanja mogu potvrditi ili opovrgnuti hipoteze. Znanstvena metoda zahtijeva da se hipoteza odbaci ili se mora mijenjati ako su njezina predviđanja jasno i opetovano nespojiva s eksperimentalnim ispitivanjima. Bez obzira koliko elegantna teorija bila, njezina predviđanja moraju biti u skladu s eksperimentalnim rezultatima, ako se vjeruje da je to valjan opis prirode. U fizici, kao i u svakoj znanosti u kojoj se koriste eksperimenti, eksperimentalna provjera hipotetskih predviđanja je apsolutno potrebna. Eksperiment može testirati teoriju izravno (na primjer, praćenje novih čestica) ili kao test mogu biti posljedice izvedene iz teorije pomoću matematike i logike.
Nužnost eksperimenta također implicira da teorija mora biti provjerljiva. Teorije koje se ne mogu provjeriti jer na primjer nemaju vidljive posljedice (kao što je čestica koja ima neuočljive karakteristike), ne mogu se kvalificirati kao znanstvene teorije. Ako se utvrdi da su predviđanja dugogodišnje teorije u raskoraku s novim eksperimentalnim rezultatima, teorija mora biti odbačena kao opis stvarnosti, ali može i dalje biti primjenjiva u ograničenom rasponu mjerljivih parametara. Na primjer, zakoni klasične mehanike (Newtonovi zakoni) vrijede samo kada su brzine mnogo manje od brzine svjetlosti (u algebarskom obliku, kad v / c 10-8 m). Opis koji vrijedi na svim skalama dužina je dan jednadžbama kvantne mehanike. Poznate su teorije koje su odbačene na temelju eksperimentalnih dokaza. Primjerice u astronomiji, teorija po kojoj je Zemlja u središtu sunčevog sustava je odbačena i pravilno zamijenjena s Kopernikovim sustavom, u kojem je Sunce središte niza koncentričnih, kružnih planetarnih orbita.
Kasnije, ova je teorija izmijenjena, jer je mjerenjem gibanja planeta utvrđeno da su u skladu s eliptičnim a ne kružnim orbitama, koje su i teorijski potvrđene iz zakona klasične mehanike. Pogreške u pokusima imaju nekoliko izvora. Prvo, tu je pogreška koja ima izvor u instrumentu mjerenja. Budući da ovaj tip pogreške ima jednaku vjerojatnost da proizvode višu ili nižu brojčanu vrijednost od “prave” vrijednosti, ona se zove slučajna pogreška. Drugo, tu je ne-slučajna ili sustavna pogreška, obzirom da mjerenja pokazuju pristranost rezultata u jednom smjeru. Nema mjerenja, te stoga niti eksperimenta, koji može dati savršeno precizan rezultat. Međutim, u znanosti imamo standardne načine procjene točnosti rezultata, a u nekim slučajevima može se utjecati na smanjenje pogreške mjerenja. Stoga je važno da se utvrdi točnost pojedinog mjerenja, a kada se navode kvantitativni rezultati, moraju se citirati pogreške mjerenja. Mjerenje bez citiranih pogreška su besmislena i stoga usporedbe između eksperimenta i teorije moraju se napraviti u kontekstu eksperimentalne pogreške. Znanstvenici moraju pitati, koliko je standardnih devijacija u rezultatu teorijskog predviđanja? Jesu li svi izvori sustavnih i slučajnih pogrešaka ispravno procijenjeni?
Najčešće pogreške u znanstvenoj metodi
Znanstvena metoda je pokušaj minimiziranja utjecaja znanstvenika na pristranost ishoda eksperimenta. To sprječava, prilikom testiranja hipoteze ili teorije, da znanstvenik daje sklonost za jedan ishod ili neki drugi, a što je važno prilikom preferiranja pristranosti na neke rezultate ili pristranost interpretaciji. Najveća temeljna pogreška je da se koristi pogrešna hipoteza za objašnjenje fenomena, bez izvođenja eksperimentalnih ispitivanja.
Sljedeća uobičajena pogreška je da se ignoriraju ili isključe podaci koji ne podupiru hipotezu. U idealnom slučaju, eksperimentator je otvoren za mogućnost da je hipoteza točna ili netočna. Ponekad znanstvenik može imati čvrsto uvjerenje da je hipoteza istinita (ili lažna), ili je pod utjecajem unutarnjih ili vanjskih pritisaka da dobije određeni rezultat. U tom slučaju postoji psihološka tendencija pronaći “nešto što nije u redu” u rezultatima koji ne podržavaju znanstvenika očekivanja, kao što su sustavni učinci ili se rezultati pažljivo ne provjeravaju. Pouka je da se svi podaci moraju obraditi na isti način.
Sljedeća uobičajena pogreška proizlazi iz neuspjeha da se utvrde kvantitativno sustavne pogreške (i sve pogreške). Postoje mnogi primjeri otkrića koje su propustili eksperimentatori čiji podaci su ukazali na novi fenomen, jer su objašnjene kao sustavne greške. Isto tako, postoje mnogi primjeri navodnog “novog otkrića” za koje se kasnije pokazalo da imaju izvor u sustavnim pogreškama koje “pronalazači” nisu uključili u analizu. U području gdje postoji aktivna eksperimentiranja i otvorena komunikacija među članovima znanstvene zajednice, predrasude pojedinaca ili skupina može se poništiti, jer eksperimentalna ispitivanja mogu ponoviti drugi znanstvenici koji nemaju iste predrasude. Osim toga, različite vrste eksperimentalnih postava imaju različite izvore sustavnih pogrešaka.
Tijekom razdoblja kada se ispitivanja vrše različitim eksperimentima (obično nekoliko godina), razvija se konsenzus u zajednici o tome koji su eksperimentalni rezultati izdržali test vremena.
Hipoteze, modeli, teorije i zakoni
U fizici i drugim znanstvenim disciplinama, riječi “hipoteza”, “model”, “teorija” i “zakon” imaju različite konotacije u odnosu na fazu prihvaćanja ili znanja o grupi fenomena. Hipoteza je iskaz o ograničenom uzroka i posljedicama u određenim situacijama, to se odnosi i na stanje našeg znanja prije nego je izvršen eksperimentalni rad, a možda čak i prije predviđanja nove pojave. Jedan primjer iz svakodnevnog života. Pretpostavimo da otkrijete da se vaš automobil neće pokrenuti. Možda ćete reći: “Moj auto se ne pokreće jer je akumulator slab”. Ovo je prva hipoteza. Zatim provjerite je li rade svjetla, ili možda motor čini određeni zvuk kada okrenete ključ za paljenje. U stvari možete provjeriti napon preko polova baterije. Ako otkrijete da je akumulator u redu, tada pokušate slijedeću hipotezu (“starter je slomljen”, “u stvari to nije moj auto”) Riječ model je rezervirana za situaciju kada se zna da hipoteza ima barem ograničenu valjanost. Često se navodi primjer za to je Bohrov model atoma, u kojem, po analogiji sa Sunčevim sustavom, elektroni opisuju kružna gibanja oko jezgre.
Ovo nije točan opis onoga kako atom “izgleda”, ali model uspije u matematičkom predstavljaju energije točno opisati kvantna stanja elektrona u najjednostavnijem slučaju, atomu vodika. Drugi primjer je Hook-ov zakon (koji bi trebao biti nazvan Hook-ov princip, ili Hook-ov model), koji kaže da je sila tijela pričvršćena na oprugu proporcionalna iznosu koliko se opruga produžila. Znamo da ovo načelo vrijedi samo za mala istezanja. “Zakon” ne uspijeva kada se opruga produžila izvan njene granice elastičnosti (te se može i slomiti). To načelo dovodi do predviđanja jednostavnog harmonijskog gibanja, a kao model ponašanja opruge, je svestran u vrlo širokom rasponu primjena. Znanstvena teorija ili zakon predstavlja hipotezu ili skupinu srodnih hipoteza, koja je potvrđena kroz ponovljena eksperimentalna ispitivanja.
Teorije u fizici često su formulirane u smislu nekoliko pojmova i jednadžbi, koji su identificirane sa “zakonima prirode”, sugerirajući njihovu univerzalnu primjenjivost. Prihvaćena znanstvena teorija i zakon postaje dio našeg razumijevanja svemira i osnova za istraživanje manje razumljivih područja znanja. Teoriju nije lako odbaciti; za nova otkrića najprije se pretpostavlja da se uklapaju u postojeći teorijski okvir. U slučaju kada se novi fenomen, nakon ponovljenih eksperimentalna ispitivanja, ne može smjestiti u postojeću teoriju tada znanstvenici ozbiljno počinju postavljati pitanje teorije i pokušaju je promijeniti. Na taj način provjerene teorije, i valjanost koju im pridajemo da predstavljaju stvarnost u fizičkom svijetu, u suprotnosti je s jednostavnim korištenjem izraza “To je samo teorija” za njihovo odbacivanje. Na primjer, malo je vjerojatno da će osoba koraknuti s visokih zgrada na pretpostavci da neće pasti, jer “Gravitacija je samo teorija.” Postoje okolnosti u kojima znanstvena metoda nije primjenjiva?
Znanstvena metoda je potrebna u razvoju znanstvene spoznaje, ali je također korisna u svakodnevnom rješavanju problema. Što učiniti kada telefon ne radi? Je li problem u slušalici, ožičavanju unutar kuće, vanjskom spajanju, ili u radu telefonske centrale? Problem možete rješavati znanstvenim razmišljanjem, i rezultat može proturječiti početno očekivanje. Kao i svaki dobar znanstvenik, možete postaviti raspon pitanja o situacijama (izvan znanosti) gdje se sve znanstvena metoda može primijeniti. Iz onoga što je navedeno gore, može se tvrditi da znanstvena metoda najbolje radi u situacijama u kojima se može izolirati fenomen od interesa, kada se mogu odstraniti vanjski čimbenici, i gdje se ponovljeno može testirati sustav kada je izoliran i kada ga možemo kontrolirano mijenjati. Tu su, naravno, okolnosti kada se ne može izolirati pojave ili kada se ne može ponoviti mjerenja iznova i iznova.
U takvim slučajevima rezultati mogu ovisiti u dijelu o povijesti situacije. Ovo se često događa u društvenim odnosima među ljudima. Na primjer, kada odvjetnik argumentira na sudu, on ili ona ne može probati druge pristupe ponavljanjem suđenja iznova i iznova ispred iste porote. U novom suđenju, sastav porote će biti drugačiji. Čak i na istom sudbenom procesu na novom ročištu za novi skup argumenata ne može se očekivati da su porotnici zaboravili ono što su čuli.
Zaključak
Znanstvena metoda zamršeno je povezana sa spoznajom, proces ljudske znatiželje koja prožima moderno doba na mnogim razinama. Dok se metoda čini jednostavnom i logičnom u opisu, možda nema složenijeg pitanje nego što je ono kako smo došli do spoznaje prirode. Kao zaključak mora se naglasiti da znanstvena metoda razlikuje znanost od drugih oblika objašnjenja na temelju potrebe sustavnog eksperimentiranja. Također mora se istaknuti kriterije i praksu koje su razvili znanstvenici kako bi se smanjio utjecaj pojedinca ili društvene predrasude o spoznajama prirode.
Tekst je prenesen s portala Cudaprirode.com.
