Методы научного познания и основной метод науки

Основной метод науки — это процесс, в котором ученые, коллективно и с течением времени, прилагают все усилия для создания точного, надежного, последовательного и не произвольного представления мира.

Понимая, что личные или культурные убеждения влияют на восприятие и интерпретацию природных явлений, методы научного познания в общем, и основной метод науки в частности стремятся за счет использования стандартных процедур и критериев свести к минимуму эти воздействия при разработке теории.

Как известный ученый сказал однажды, «умные люди, как умные юристы могут придумать очень хорошие объяснения для ошибочной точки зрения»

Таким образом, методы научного познания и основной метод науки пытаются свести к минимуму влияние пристрастности или предубеждения при разработке теории и тестировании исследований.

Основной метод науки имеет несколько шагов

1. Наблюдение и описание явления или группы явлений.
2. Формулирование гипотезы для объяснения явлений. В науке гипотеза часто принимает форму механизма причинно-следственных или математических отношений.
3. Использование гипотезы предсказывает существование других явлений или количественно предсказывает результаты новых наблюдений.
4. Проведение экспериментальных испытаний и прогнозов с сопоставлением и правильно выполненными экспериментами.

Если эксперименты подтверждают гипотезу, то она может рассматриваться как теория или закон природы. Если эксперименты не подтверждают гипотезу, то она должна быть отклонена или изменена. Метод науки часто является прогностической силой — возможность получить больше из теории и гипотезы без тестирования и эксперимента.

В науке часто говорит, что теория без опыта может никогда не быть доказана, только опровергнута.

Всегда существует возможность, что новое наблюдение или новый эксперимент будет конфликтовать с давней теорией.

Проверка гипотез

Экспериментальные испытания могут привести к подтверждению гипотезы, либо отклонению гипотезы. Метод науки требует исключать или изменить, если прогнозы четко и неоднократно несовместимы с экспериментальными тестами гипотезы. Кроме того, независимо от теории, прогнозы должны совпасть с экспериментальными результатами, если считается, что это допустимое описание природы.

В физике, химии, как и в каждой экспериментальной науке «эксперимент является высшим» и экспериментальная проверка гипотетических прогнозов является абсолютно необходимой. Исследования в ряде научных дисциплин, включая экономику, политические науки, геологии, палеонтологию, экологию, метеорологию, астрономию могут опираться только на квази-эксперименты. Эксперименты могут проверить теорию непосредственно (например, наблюдение новой частицы) или могут проверить последствия, производные от теории с помощью математики и логики. Необходимость эксперимента подразумевает, что теория должна быть проверяемой.

Теория, которая не может быть проверена, поскольку, например, не наблюдаются последствия (например, образуются ненаблюдаемые частицы), не квалифицируется как метод науки.

Если предсказания давней системы идей не соответствует новым экспериментальным результатам и теория может не описывать реальность, то она по-прежнему может применяться в ограниченном диапазоне поддающихся измерению параметров.

Например, законы классической механики (законы Ньютона) действительны только при скорости гораздо меньшей, чем скорость света (то есть, в алгебраической форме, когда v/c << 1, v –скорость объекта, c – скорость света).

Большая часть человеческого опыта, законы классической механики широко, правильно и эффективно применяются в широком диапазоне технологических и научных проблем. Тем не менее, в природе мы уже наблюдаем области, в которых отношение v/c соизмеримо. Движения объектов в этой области, а также движение в «классических» областях науки точно описаны через уравнения теории относительности Эйнштейна. Считается, что из-за невозможности экспериментальных испытаний, релятивистская теория обеспечивает более общее и поэтому более точное описание принципов нашей Вселенной, чем классическая теория. Кроме того релятивистские уравнения сокращают до классических уравнений предел v/c << 1.

Аналогичным образом, классическая физика действительна только на расстояниях, гораздо больше, чем атомные размеры (x >> 10^-8 м). Описание, которое является допустимым на всех уровнях длины, дается отдельно для уравнений квантовой механики.

Есть много теорий, которые отменены после экспериментальных доказательств. В области астрономии изменено описание планетных орбит системы Коперника, в которой Солнце было помещено в центр концентрического, кругового движения планетных орбит. Позже это было изменено, так как движение планет было признано эллиптическим, не круглым. Орбиты и еще позже планетарное движение было установлено из законов Ньютона.

Ошибка в экспериментах

Во-первых есть ошибка, встроенная в инструменты измерения. Такой тип ошибки называется случайная ошибка.

Во-вторых существует случайные или систематические ошибки, из-за факторов, которые смещают результат в одном направлении.

Измерения и эксперимент, могут быть абсолютно точными. В то же время в науке есть стандартные способы оценки, которые сокращают количество ошибок.

Таким образом, важно определить точность конкретного измерения и указание количественных результатов с погрешностью измерения. Измерение без цитируемой ошибки не имеет смысла. В контексте экспериментальных ошибок проводится сравнение между теорией и экспериментом. Должным образом оцениваются все источники систематических и случайных ошибок.

Ошибки в применении научного метода

Метод научного познания и основной метод науки пытаются свести к минимуму влияние мнения ученого на результат эксперимента. То есть, при тестировании ученый может иметь предпочтение одного результата и важно, чтобы это предпочтение не исказило результаты или их интерпретировало.

Наиболее фундаментальная ошибка — это ошибка гипотезы для объяснения явления, без проведения экспериментальных тестов. Иногда «здравый смысл» и «логика» искушают поверить в результат без теста. Есть множество примеров, начиная от греческих философов до сегодняшнего дня, что тесты нужны.

Еще одна распространенная ошибка заключается в том, чтобы игнорировать или исключать данные, которые не поддерживают гипотезу. В идеале экспериментатор открыт для того что гипотеза является правильной или неправильной. Иногда ученый может иметь твердое убеждение, что гипотеза подтверждается или нет, но чувствует внутреннее или внешнее давление, чтобы получить конкретный результат. В этом случае может быть психологическая тенденция, чтобы найти «что-то неправильное», такие как систематические данные, которые не поддерживают ожидания ученого, в то время как данные, которые соответствуют этим ожиданиям не могут быть проверены тщательно.

Еще одна распространенная ошибка возникает из-за неспособности оценить количественно систематические ошибки. Есть много примеров открытий, которые были пропущены экспериментаторами, чьи данные содержали новое явление, но это не объяснено по причине систематического фона. И наоборот есть много примеров предполагаемых «новых открытий», которые позже оказались из-за систематических ошибок непригодными как открытие.

За период, охватывающий целый ряд экспериментальных испытаний достигается консенсус в сообществе, особенно когда результаты выдерживают испытание временем.

Гипотезы, модели, научная теория и законы

В методах научного познания слова «гипотеза», «модель», «теория» и «закон» имеют разную коннотацию по отношению к стадиям принятия знаний о явлениях.

Гипотеза

Гипотеза — ограниченное заявление относительно причины и следствия в конкретных ситуациях. Это относится к состоянию знаний до экспериментальной работы и возможно даже до предсказания новых явлений.

Пример из повседневной жизни, предположим автомобиль не запускается. Можно сказать «автомобиль не запускается потому, что аккумулятор разряжен». Это первая гипотеза. Затем можно проверить светят ли фары или проворачивается ли стартером двигатель. Фактически можно проверить напряжение на клеммах аккумулятора. Если обнаруживается, что аккумулятор заряжен, может возникнуть еще одна гипотеза — «стартер не работает» и так далее.

Модель в методах познания

Слово модель в методах познания предназначено для ситуаций, когда известно, что гипотеза имеет хотя бы ограниченную действительность. Часто цитируется, что примером этого является модель атома, по аналогии с солнечной системой, когда электроны двигаются в круговой орбите вокруг ядра.

Научная теория

Научная теория представляет связанные с ней гипотезы, которые подтверждаются посредством повторных экспериментальных тестов.

Научная теория часто сформулирована с точки зрения нескольких концепций и уравнений, которые коррелируют с «законами природы», предлагая их универсальную применимость.

Принятые научные теории и законы становятся частью нашего понимания Вселенной и основой для изучения менее хорошо понятных областей знаний.

Научная теория отвергается сложно, существуют принципы науки. Сначала предполагается, что новые открытия вписываются в существующие теоретические основы. Когда после неоднократных экспериментальных испытаний новое явление не подтверждается, ученые только тогда серьезно рассматривают снова вопрос теории и пытаются изменить её. Действительность которая соответствует научной теории, как представляющая реальность физического мира подразумевает по выражению что «это только теория». Конечно, изменения в научной мысли и теории иногда совершают революцию во взгляде на мир.

Ключевым фактором для перемен является научный метод и его акцент на эксперимент.

Закон в науке

Примером является закон Гука: деформация, возникающая в упругом теле пропорциональна приложенной к этому телу силе. Известно, что этот закон действует только для небольшого количества растяжения. «Закон» завершается неудачей, когда происходит растяжение за пределами предела упругости — тело разрывается. Этот принцип, однако, приводит к прогнозированию простого гармонического движения и, как закон универсален в чрезвычайно широком спектре применения.

Когда научный метод познания не применяется?

Хотя научный метод познания необходим в развитии знаний и в решении повседневных проблем, но существуют обстоятельства, когда научный метод не применим.

Научный метод познания работает лучше всего в ситуациях, где одно может изолировать явление интереса путем ликвидации или учета внешних факторов.

Есть обстоятельства, когда одно не может изолировать другое явление или когда не может повториться измерение снова и снова. В таких случаях результаты могут зависеть отчасти от истории ситуации. Это часто происходит в социальных взаимодействиях между людьми. Например, когда адвокат делает аргументы в суде — он или она не могут использовать другие подходы, повторяя суду снова и снова свои утверждения.

Заключение

Научный метод тесно связан с наукой, процессом человеческого расследования, которое пронизывает современную эпоху на многих уровнях. Хотя метод науки выглядит простым и логичным в описании, нет более сложного вопроса, чем знать всё.

Основной метод науки отличается от других форм объяснения из-за его требований систематических экспериментов. Основной критерий: уменьшить влияние индивидуальных или социальных предубеждений на научные данные.

Дальнейшие исследования метода науки и другие аспекты научной практики будут рассматриваться вечно.