» » » » » Etape specifice în cercetarea științifică

Etape specifice în cercetarea științifică

Dezvoltarea ipotezelor

O ipoteză este o explicație sugerată a unui fenomen sau, alternativ, o propunere motivată care sugerează o posibilă corelație între sau printre un set de fenomene.

În mod normal, ipotezele au forma unui model matematic. Uneori, dar nu întotdeauna, ele pot fi formulate și ca afirmații existențiale, afirmând că o anumită instanță a fenomenului studiat are unele explicații caracteristice și cauzale, care au forma generală de afirmații universale, afirmând că fiecare instanță a fenomenului are o caracteristică particulară.

Oamenii de știință sunt liberi să folosească resursele pe care le au – creativitatea proprie, ideile din alte domenii, raționamentul inductiv, inferența Bayesiană și așa mai departe – pentru a-și imagina posibilele explicații pentru un fenomen studiat. Charles Sanders Peirce, împrumutând o pagină de la Aristotel (Prior Analytics, 2,25), a descris etapele incipiente ale anchetei, instigat de „iritarea îndoielii” pentru a risca o presupunere plauzibilă, ca raționament abductiv. Istoria științei este plină de povestiri ale oamenilor de știință care susțin un „moment de inspirație” sau o bănuială, care i-a motivat apoi să caute dovezi care să susțină sau să respingă ideea. Michael Polanyi a făcut din o astfel de creativitate piesa centrală a discuției sale despre metodologie.

William Glen observă că

”succesul unei ipoteze sau al serviciului său pentru știință nu se rezumă doar la „adevărul” său perceput sau la puterea de a înlătura, submina sau reduce o idee precedentă, ci poate mai mult în capacitatea sa de a stimula cercetarea care va lumina … chestiuni exterioare și zone vagi.”

În general, oamenii de știință tind să caute teorii care sunt „elegante” sau „frumoase”. Spre deosebire de utilizarea obișnuită a acestor termeni, ei se referă aici la o teorie în conformitate cu faptele cunoscute, care este totuși relativ simplă și ușor de manevrat. Briciul lui Occam servește ca regulă generală pentru alegerea celei mai de dorite dintre un grup de ipoteze la fel de explicative.

Pentru a minimiza prejudecata de confirmare care rezultă din utilizarea unei singure ipoteze, inferența puternică subliniază necesitatea de a folosi mai multe ipoteze alternative.

Ipoteza ADN

Linus Pauling a propus ca ADN-ul să fie un triplu helix. Această ipoteză a fost de asemenea considerată de Francis Crick și de James D. Watson, dar a fost refuzată. Când Watson și Crick au aflat de ipoteza lui Pauling, ei au înțeles din datele existente că Pauling a greșit și că Pauling va recunoaște în curând dificultățile sale cu această structură. Așadar, cursa a urmat în descoperirea structurii corecte (cu excepția faptului că Pauling nu și-a dat seama că era într-o cursă).

Predicții din ipoteze

Orice ipoteză utilă va permite predicții, prin raționamente, inclusiv raționamente deductive. Ar putea prezice rezultatul unui experiment într-un cadru de laborator sau observarea unui fenomen în natură. Predicția poate fi, de asemenea, statistică și să aibă de-a face numai cu probabilități.

Este esențial ca rezultatele testării unei astfel de predicții să nu fie cunoscute în prezent. Numai în acest caz, succesul rezultatului crește probabilitatea ca ipoteza să fie adevărată. Dacă rezultatul este deja cunoscut, se numește o consecință și ar fi trebuit deja luat în considerare în formularea ipotezei.

Dacă predicțiile nu sunt accesibile prin observație sau experiență, ipoteza nu este încă testabilă și, astfel, va rămâne în acea măsură neștiințifică într-un sens strict. O nouă tehnologie sau teorie ar putea face experimentele necesare fezabile. De exemplu, în timp ce o ipoteză privind existența altor specii inteligente poate fi convingătoare cu speculații bazate pe știință, nu există niciun experiment cunoscut care să poată testa această ipoteză. Prin urmare, știința în sine nu are prea multe de spus despre această posibilitate. În viitor, o nouă tehnică poate permite un test experimental, iar speculațiile ar deveni parte a științei acceptate.

Predicții ADN

James D. Watson, Francis Crick și alții au emis ipoteza că ADN-ul ar avea o structură elicoidală. Acest lucru a implicat faptul că modelul de difracție al razelor X al ADN ar fi „în formă de x”. Această predicție a urmat după lucrările lui Cochran, Crick și Vand (și independent de Stokes). Teorema Cochran-Crick-Vand-Stokes a furnizat o explicație matematică pentru observația empirică conform căreia difracția de la structurile elicoidale produce modele tip x.

În prima lor lucrare, Watson și Crick au remarcat, de asemenea, că structura dublu helix pe care au propus-o oferă un mecanism simplu pentru replicarea ADN-ului, scriind: „Nu ne-a scăpat observația că perechea specifică pe care am presupus-o imediat sugerează un posibil mecanism de copiere pentru materialul genetic”

Un alt exemplu: relativitatea generală

Lentile gravitaționale (Predicția lui Einstein (1907): Lumina se curbează într-un câmp gravitațional)

Teoria relativității generale a lui Einstein face câteva previziuni specifice despre structura observabilă a spațiu-timpului, cum ar fi lumina care se curbează într-un câmp gravitațional, iar valoarea curburii depinde în mod precis de puterea acelui câmp gravitațional. Observațiile lui Arthur Eddington făcute în timpul unei eclipse solare din 1919 au susținut relativitatea generală mai degrabă decât gravitația newtoniană.

Experimente

Odată ce au fost făcute predicțiile, ele pot fi căutate prin experimente. Dacă rezultatele testelor contravin predicțiilor, ipotezele care le implică sunt contestate și devin mai puțin susceptibile. Uneori, experimentele sunt efectuate incorect sau nu sunt foarte bine concepute, comparativ cu un experiment crucial. Dacă rezultatele experimentale confirmă previziunile, atunci ipotezele sunt considerate mai susceptibile de a fi corecte, dar ar putea să fie în continuare greșite și să continue să facă obiectul unor teste suplimentare. Verificarea experimentală este o tehnică pentru a face față erorilor de observație. Această tehnică folosește contrastul dintre mai multe eșantioane (sau observații) în condiții diferite pentru a vedea ce variază sau ce rămâne același. Se variază condițiile pentru fiecare măsurătoare, pentru a ajuta la izolarea celor care s-au schimbat. Canoanele lui Mill ne pot ajuta să ne dăm seama care este factorul important. Analiza factorilor este o tehnică pentru a descoperi factorul important într-un efect.

În funcție de predicții, experimentele pot avea forme diferite. Ar putea fi un experiment clasic într-un cadru de laborator, un studiu dublu-orb sau o săpătură arheologică. Chiar luând un avion de la New York la Paris este un experiment care testează ipotezele aerodinamice folosite pentru construirea avionului.

Oamenii de știință își asumă o atitudine de deschidere și responsabilitate în efectuarea unui experiment. Înregistrarea detaliată a înregistrărilor este esențială pentru a ajuta la înregistrarea și raportarea rezultatelor experimentale și a susține eficacitatea și integritatea procedurii. Ele vor ajuta, de asemenea, la reproducerea rezultatelor experimentale, probabil de către alții. O astfel de abordare la un nivel mai mic poate fi văzută în opera lui Hipparchus (190-120 î.Hr.), când se determină o valoare pentru precesiunea Pământului, în timp ce experimentele controlate pot fi văzute în lucrările lui Jābir ibn Hayyān (721-815 CE), al-Battani (853-929) și Alhazen (965-1039).

Experimente ADN

Watson și Crick au arătat o propunere inițială (și incorectă) pentru structura ADN-ului unei echipe de la Kings College – Rosalind Franklin, Maurice Wilkins și Raymond Gosling. Franklin a observat imediat defectele care se refereau la conținutul de apă. Ulterior, Watson a văzut imaginile detaliate ale difracției cu raze X ale lui Franklin, care au arătat o formă X și au reușit să confirme că structura era elicoidală. Acest lucru a făcut să se revină la construirea modelului Watson și a lui Crick și a dus la structura corectă.

Evaluare și îmbunătățire

Metoda științifică este iterativă. În orice etapă, este posibil să se perfecționeze precizia și acuratețea acesteia, astfel încât o anumită considerație va determina pe omul de știință să repete o parte anterioară a procesului. Eșecul dezvoltării unei ipoteze interesante poate determina un om de știință să redefinească subiectul în discuție. Eșecul unei ipoteze de a produce predicții interesante și verificabile poate duce la o reconsiderare a ipotezei sau a definirii subiectului. Eșecul unui experiment în a produce rezultate interesante poate determina un om de știință să reconsidere metoda experimentală, ipoteza sau definiția subiectului.

Alți oameni de știință își pot începe propriile cercetări și pot intra în proces în orice etapă. Ei ar putea adopta caracterizarea și își vor formula propria ipoteză, sau ar putea adopta ipoteza existentă și își vor deduce propriile predicții. Deseori, experimentul nu se face de către persoana care a făcut predicția, iar caracterizarea se bazează pe experimente realizate de altcineva. Rezultatele publicate ale experimentelor pot servi, de asemenea, drept o ipoteză care prevede propria lor reproductibilitate.

Iterații ADN

După experimentări considerabile, fără a fi descurajați de superiorul lor și de numeroasele începuturi false, Watson și Crick au reușit să deducă structura esențială a ADN-ului prin modelarea concretă a formelor fizice ale nucleotidelor care îl compun. Ei au fost ghidați de lungimile de legătură care au fost deduse de Linus Pauling și de imaginile de difracție ale raze X ale lui Rosalind Franklin.

Confirmarea

Știința este o întreprindere socială, iar activitatea științifică tinde să fie acceptată de comunitatea științifică atunci când aceasta este confirmată. În mod esențial, rezultatele experimentale și teoretice trebuie să fie reproduse de alții în cadrul comunității științifice. Cercetătorii și-au dat viața pentru această viziune; Georg Wilhelm Richmann a fost ucis de fulgerul biliar (1753) când a încercat să reproducă experimentul cu zmeul din 1752 al lui Benjamin Franklin.

Pentru a proteja împotriva științelor rele și a datelor frauduloase, agențiile guvernamentale care acordă cercetări, cum ar fi Fundația pentru Științe Naționale din SUA și revistele științifice, inclusiv Nature și Science, au o politică prin care cercetătorii trebuie să își arhiveze datele și metodele astfel încât alți cercetători să poată testa datele și să se bazeze pe cercetarea care a aut loc înainte. Arhivarea datelor științifice se poate realiza la mai multe arhive naționale din S.U.A. sau din World Data Center.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *