Научный метод: гипотезы, модели, теории и законы

The Scientific Method Blue

Научный метод – это шаги, которым следуют ученые для разработки точного, проверенного и последовательного видения мира. Он также является способом минимизации влияния культурного и личного багажа исследователя на его работу. Научный метод – это стремление сделать восприятие человеком природы и природных явлений максимально нейтральным и объективным. Он сводит к минимуму предубеждения и пристрастное отношение ученого к результатам эксперимента, гипотезе или теории.

Научный метод может быть разделён на четыре этапа:

  1. Наблюдение и описание феномена (или группы феноменов).
  2. Формулирование гипотезы, объясняющей феномен. В физике это часто означает создание математической связи или причинного механизма.
  3. Использование гипотезы для попытки предсказать другие феномены или спрогнозировать результаты других наблюдений.
  4. Тестирование достоверности этих прогнозов посредством независимых экспериментов.

Если результаты экспериментов подтверждают верность гипотезы, она может стать теорией и даже законом природы. Однако если гипотеза не подтверждается, её придётся изменить или отвергнуть. Основное преимущество научного метода заключается в его доказательной силе: проверенная теория может применяться к широкому кругу явлений. При этом даже самая проверенная из них с появлением новых, не подтверждающих теорию результатов наблюдений и экспериментов, может быть признана ошибочной. Теория не может быть полностью доказана, однако она может быть полностью опровергнута.

Тестирование гипотез

Тестирование гипотезы может привести к одному из двух результатов: её подтверждению или опровержению, которое означает необходимость изменить гипотезу или полностью от неё отказаться. Это должно произойти, если результаты четко указывают на то, что гипотеза является неверной. Неважно, насколько изящной или подтверждённой является теория: если однажды она была опровергнута, считать законом природы её нельзя. Экспериментирование — это главное правило научного метода, и, если эксперимент показывает, что гипотеза неверна, он опровергает все эксперименты, которые подтвердили её в прошлом. Иногда эксперименты тестируют теорию напрямую, иногда – посредством логики и математики. Любая научная теория предполагает возможность её проверки. Если проверить теорию невозможно, она не считается научной.

Опровергнутая теория всё ещё может применяться в других областях, однако истинным законом природы она считаться не будет. Например, законы Ньютона были опровергнуты при скорости, превышающей скорость света, однако они и сегодня применимы к механике, имеющей дело с более низкими скоростями. Другие теории, считавшиеся верными на протяжении многих лет и даже столетий и опровергнутые благодаря результатам более новых наблюдений, включают идею о том, что Земля является центром Солнечной системы или о том, что орбита планет, вращающихся вокруг Солнца, представляет собой идеальный круг, а не подтверждённую позднее эллиптическую форму.

Разумеется, для опровержения гипотезы или теории не всегда бывает достаточно результатов единственного эксперимента. Это связано с ошибками, допущенными в ходе его проведения. Поэтому для подтверждения или опровержения идеи проводится несколько независимых экспериментов. Причиной ошибок могут быть неисправные приборы, неверное считывание измерений и других данных, а также предвзятость исследователя. Большинство измерений содержат некоторую долю погрешности. Ученые стремятся к максимальному сокращению этой доли, при этом оценивается и вычисляется всё, что может стать причиной ошибок в тесте.

Ошибки, часто допускаемые при использовании научного метода.

К сожалению, научный метод не всегда применяется правильно. Ошибки совершаются, и некоторые из них совершаются довольно часто. Так как все ученые обладают свойственными человеческой природе предрассудками и предвзятость, быть по-настоящему объективным в некоторых случаях бывает непросто. При определении результатов важно сохранять максимальную непредвзятость, однако это не всегда возможно.
Другой распространённой ошибкой является восприятие чего-либо как истинного: некое положение кажется логичным и не нуждающимся в проверке. Ученые должны помнить о необходимости проверять всё. Лишь после тщательной проверки положение может быть названа твёрдой теорией.

Исследователи должны быть готовы проверить все данные, включая и те, что опровергают гипотезу. Некоторые ученые настолько твердо верят в правильность выдвинутой ими гипотезы, что пытаются объяснить опровергающие её данные. Вместо того, чтобы пересмотреть гипотезу, они пытаются найти объяснение того, почему эти данные или результаты эксперимента неверны. Все данные должны подвергаться одинаковому анализу, даже если они противоречат гипотезе.

Ещё одна распространённая ошибка – это упущение необходимости оценивать все ошибки, которые могли возникнуть при тестировании. Некоторые противоречащие гипотезе данные объясняются как попадающие в диапазон погрешности, однако на самом деле они являются систематической ошибкой, не учтённой исследователями.

Гипотезы, модели, теории и законы

Многие люди неверно считают слова «теория» и «гипотеза» взаимозаменяемыми. Однако в научном сообществе эти термины обладают строгими определениями.

Гипотеза. Гипотеза – это наблюдение, как правило обладающее причинно-следственной логикой. Это базовая, ещё не проверенная идея, которая что-либо объясняет. Для проверки её правильности необходимо провести различные эксперименты.

Модель. Гипотеза становится моделью после прохождения определённой проверки, доказывающей её обоснованность. Некоторые модели считаются действительными только в определенных случаях, например, когда значение находится в определенном диапазоне. Модель также можно назвать законом.

Научная теория. Неоднократно протестированная и подтверждённая модель становится научной теорией. Теорию тестируют различные независимые исследователи в различных частях света, при этом она подтверждается результатами разнообразных экспериментов. Разумеется, теория может быть опровергнута, однако это происходит лишь после тщательной проверки новой, противоречащей теории гипотезы.

Заключение

В течение многих лет научный метод использовался для создания гипотез, их тестирования и трансформации в полноценные научные теории. На первый взгляд метод может показаться простым, однако на самом деле он представляет собой один из самых сложных способов тестирования и оценки наблюдения или идеи. От других типов объяснения научный метод отличается своей попыткой устранить предвзятость и использовать только систематический эксперимент. Однако, как и любой другой способ, он допускает совершение ошибок, включающих предвзятое отношение и механическую погрешность. Как и проверяемые им теории, научный метод однажды может быть пересмотрен.

Опубликовано в Статьи