Model vědeckého bádání má dvě funkce, zaprvé poskytovat popisný popis toho, jak je vědecké bádání prováděno v praxi, zadruhé poskytovat vysvětlující popis toho, proč vědecké bádání uspěje stejně dobře, jak se zdá, při dosahování skutečných poznatků o jeho předmětech.
Pátrání po vědeckých poznatcích sahá daleko do starověku. Někdy v minulosti, přinejmenším v době Aristotela, filozofové poznali, že by se mělo zásadně rozlišovat mezi dvěma druhy vědeckých poznatků – zhruba mezi poznatky tamtěmi a poznatky proč. Jedna věc je vědět, že každá planeta periodicky obrací směr svého pohybu s ohledem na pozadí pevných hvězd; vědět proč je něco zcela jiného. Poznatky prvního typu jsou popisné; poznatky druhého typu jsou vysvětlující. Jsou to vysvětlující poznatky, které poskytují vědecké porozumění světu. (Losos, 1990)
Účty vědeckého bádání
Klasický model vědeckého bádání je odvozen od Aristotela, který rozlišoval formy přibližného a exaktního uvažování, stanovil trojnásobné schéma únosného, deduktivního a induktivního usuzování a také zacházel se složenými formami jako je uvažování analogicky.
Wesley Salmon (1990) zahájil svůj historický průzkum vědeckého vysvětlení tím, co nazval přijatým názorem, jak jej obdrželi od Hempela a Oppenheima v letech začínajících jejich „studiemi logiky vysvětlování“ (1948) a vrcholících Hempelovou „Aspekty vědeckého vysvětlování“ (1965). Salmon shrnul svou analýzu tohoto vývoje pomocí následující tabulky.
V této klasifikaci je deduktivně-nomologické (D-N) vysvětlení události platnou dedukcí, jejíž závěr uvádí, že k výsledku, který má být vysvětlen, skutečně došlo. Deduktivní argument se nazývá vysvětlení, jeho předpoklady se nazývají vysvětlení (L: vysvětlení) a závěr se nazývá vysvětlení (L: má být vysvětleno). V závislosti na řadě dodatečných kvalifikací může být vysvětlení seřazeno na stupnici od potenciálního k pravdivému.
Ne všechna vysvětlení ve vědě jsou však typu D-N. Induktivně-statistické (I-S) vysvětlení vysvětluje událost tak, že ji zahrnuje podle statistických zákonů, nikoli podle kategorických nebo univerzálních zákonů, a způsob subsumpce je sám o sobě induktivní místo deduktivní. Typ D-N lze považovat za omezující případ obecnějšího typu I-S, přičemž míra jistoty je v prvním případě úplná, nebo pravděpodobnost 1, zatímco v druhém případě je menší než úplná, pravděpodobnost < 1.
V průběhu dějin jedna teorie vystřídala druhou a některé navrhovaly další práci, zatímco jiné se zdály být spokojené jen s vysvětlením jevů. Důvody, proč jedna teorie nahradila jinou, nejsou vždy zřejmé nebo jednoduché. Filozofie vědy zahrnuje otázku: Jaká kritéria splňuje ‚dobrá‘ teorie. Tato otázka má dlouhou historii a mnoho vědců i filozofů se jí zabývalo. Cílem je být schopen vybrat si jednu teorii jako vhodnější pro jinou bez zavádění kognitivních zkreslení. Několik často navrhovaných kritérií shrnul Colyvan. Dobrá teorie:
Stephen Hawking podporuje položky 1-4, ale nezmiňuje plodnost. Na druhou stranu Kuhn zdůrazňuje důležitost seminality.
Cílem zde je učinit volbu mezi teoriemi méně svévolnou. Nicméně tato kritéria obsahují subjektivní prvky a jsou spíše heuristikou než součástí vědecké metody. Také kritéria jako tato nemusí nutně rozhodovat mezi alternativními teoriemi. Citace Ptáka:
„Oni [taková kritéria] nemohou určovat vědeckou volbu. Za prvé, které rysy teorie těmto kritériím vyhovují, mohou být sporné (např. týká se jednoduchost ontologických závazků teorie nebo její matematické formy?). Za druhé, tato kritéria jsou nepřesná, a proto existuje prostor pro neshodu ohledně míry, do jaké se drží. Za třetí, může existovat neshoda ohledně toho, jak mají být vzájemně váženy, zejména pokud jsou v rozporu.“
Je také diskutabilní, zda existující vědecké teorie splňují všechna tato kritéria, a mohou představovat dosud nedosažené cíle, soubor „novoročních předsevzetí“, chcete-li. Například bod 3: vysvětlující moc nad všemi existujícími pozorováními, není v tuto chvíli uspokojen žádnou teorií.
Ať už jsou konečné cíle některých vědců jakékoliv, věda, jak je v současnosti praktikována, závisí na vícenásobných překrývajících se popisech světa, z nichž každý má svou oblast použitelnosti. V některých případech je tato oblast velmi rozsáhlá, ale v jiných poměrně malá.
O desideratě „dobré“ teorie se diskutuje po staletí, sahá snad ještě dříve než Occamova břitva, která je často brána jako atribut dobré teorie. Occamova břitva by mohla spadat pod hlavičku „elegance“, první položka seznamu, ale příliš horlivá aplikace byla varována Einsteinem: „Všechno by mělo být co nejjednodušší, ale ne jednodušší.“ Je diskutabilní, že parsimonie a elegance „typicky táhnou různými směry“. Položka falzifikovatelnosti na seznamu souvisí s kritériem navrženým Popperem jako vymezení vědecké teorie od teorie jako je astrologie: obě „vysvětlují“ pozorování, ale vědecká teorie na sebe bere riziko vytváření předpovědí, které rozhodují, zda je správná nebo špatná:
„Musí být možné, aby empirický vědecký systém byl vyvrácen zkušenostmi.“
„Ti z nás, kteří nejsou ochotni vystavit své myšlenky nebezpečí vyvrácení, se neúčastní hry na vědu.“
Thomas Kuhn tvrdil, že změny v názorech vědců na realitu neobsahují pouze subjektivní prvky, ale vyplývají ze skupinové dynamiky, „revolucí“ ve vědecké praxi a změn v „paradigmatech“. Kuhn jako příklad uvedl, že Koperníkova „revoluce“ zaměřená na Slunce nahradila Ptolemaiovy názory zaměřené na Zemi ne kvůli empirickým selháním, ale kvůli novému „paradigmatu“, které uplatňovalo kontrolu nad tím, co vědci považovali za plodnější způsob, jak sledovat své cíle (Colyvanův požadavek „plodnosti“).
Podle tohoto názoru lze způsob uvažování D-N kromě toho, že slouží k vysvětlení konkrétních událostí, využít i k vysvětlení obecných zákonitostí, a to jednoduše tak, že je vyvodíme ze stále obecnějších zákonů.
Konečně vysvětlení deduktivně-statistického (D-S) typu, řádně považovaného za podtřídu typu D-N, vysvětluje statistické zákonitosti dedukcí z obsáhlejších statistických zákonů. (Salmon 1990, s. 8-9).
Takový byl přijatý názor vědeckého vysvětlení z hlediska logického empirismu, že Salmon říká, že „vládl“ během třetí čtvrtiny minulého století (Salmon, str. 10).
Aspekty vědeckého bádání
Deduktivní uvažování a induktivní uvažování se ve svých přístupech dost liší.
Deduktivní uvažování je uvažování důkazu nebo logického důsledku. Je to uvažování používané v matematice a jiných systémech založených na axiomech. V deduktivním systému budou existovat axiomy (postuláty), které nejsou prokázány. Ve skutečnosti nemohou být prokázány bez kruhovitosti. Budou také existovat primitivní pojmy, které nejsou definovány. Nemohou být definovány bez kruhovitosti. Například lze definovat přímku jako množinu bodů, ale pak definovat bod jako průsečík dvou přímek by bylo kruhové. Kvůli těmto zajímavým vlastnostem deduktivních systémů Bertrand Russell humorně označil matematiku za „obor, kde nevíme, o čem mluvíme, ani zda to, co říkáme, je či není pravda“. Všechny věty a důsledky jsou prokázány zkoumáním důsledků axiomů a dalších vět, které byly dříve vyvinuty. Nové pojmy jsou definovány pomocí primitivních pojmů a dalších odvozených definic založených na těchto primitivních pojmech.
V deduktivním systému lze správně použít termín důkaz, který se vztahuje na novou větu. Říct, že věta je prokázána, znamená, že je nemožné, aby axiomy byly pravdivé a věta byla nepravdivá. (Předpokládáme zákon vyloučeného středu, který je základem západního myšlení) Například bychom mohli udělat jednoduchý sylogismus, jako je následující:
(1) Národní park Arches leží zcela ve státě Utah.
(2) Stojím v Národním parku Arches.
(3) Proto stojím ve státě Utah.
Všimněte si, že není možné (za předpokladu, že jsou dodána všechna triviální kvalifikační kritéria) být v Arches a nebýt v Utahu. Nicméně, člověk může být v Utahu, zatímco není v Národním parku Arches. Důsledek funguje pouze v jednom směru. Prohlášení (1) a (2) dohromady znamenají prohlášení (3). Prohlášení (3) nic nenaznačuje o prohlášeních (1) nebo (2). Všimněte si, že jsme neprokázali prohlášení (3), ale ukázali jsme, že prohlášení (1) a (2) dohromady znamenají prohlášení (3). V matematice není prokázáno, že je pravdivá konkrétní věta, ale že axiomy soustavy znamenají větu. Jinými slovy, je nemožné, aby axiomy byly pravdivé a věta nepravdivá. Silnou stránkou deduktivních systémů je, že jsou si svými výsledky jisté. Slabinou je, že jsou abstraktními konstrukty, které jsou, bohužel, o krok vzdáleny fyzickému světu. Jsou však velmi užitečné, protože matematika poskytla skvělý vhled do přírodních věd tím, že poskytla užitečné modely přírodních jevů. Jedním z výsledků je vývoj produktů a procesů, které prospívají lidstvu.
Fyzický svět vyžaduje použití induktivní logiky. Induktivní logika je logika budování teorie. Je užitečná v tak široce odlišných podnicích, jako je věda a detektivní práce na místě činu. Člověk provede soubor pozorování a snaží se vysvětlit, co vidí. Pozorovatel může zformovat teorii ve snaze vysvětlit, co pozoroval. Teorie bude mít důsledky, které ukáží na určitá další pozorování, která by přirozeně vyplynula buď z opakování experimentu, nebo z provedení dalších pozorování z trochu jiné množiny okolností. Pokud předpovídaná pozorování platí, člověk cítí vzrušení, že mohou být na správné cestě. Teorie však nebyla prokázána. Teorie naznačuje, že určitá pozorování by měla následovat, ale všechna udržující pozorování ve světě teorii neimplikují. Jen ji činí uvěřitelnější. Je docela možné, že nějaká jiná teorie by mohla také vysvětlit známá pozorování a mohla by si vést lépe s budoucími experimenty. Důsledek plyne pouze jedním směrem, jako v sylogismu použitém v diskusi o dedukci. Proto není nikdy správné tvrdit, že vědecký princip nebo teorie byla prokázána. (Alespoň ne v železném smyslu důkazu používaném v deduktivních systémech)
Klasickým příkladem toho je gravitační zákon. Newton vytvořil gravitační zákon, který uvádí, že gravitační síla je přímo úměrná součinu obou hmotností a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi. Po mnoho let se zdálo, že všechna pozorování potvrzují jeho rovnici. Nicméně dalekohledy se nakonec staly dostatečně výkonnými, aby viděly mírný rozpor v oběžné dráze Merkuru. Vědci se snažili vysvětlit rozpor vším, co si jen lze představit, ale nemohli tak učinit pomocí objektů, které by se nacházely na oběžné dráze Merkuru. Nakonec Einstein vyvinul svou teorii obecné relativity a ta vysvětlila oběžnou dráhu Merkuru a všechna další známá pozorování zabývající se gravitací. Během dlouhého období, kdy vědci prováděli pozorování, která se zdála potvrzovat Newtonovu teorii, ve skutečnosti neprokázali, že jeho teorie je pravdivá. Nicméně, v té době se muselo zdát, že ano. Stačil jediný protipříklad (oběžná dráha Merkuru), aby se prokázalo, že na jeho teorii je něco špatně. To je typické pro induktivní logiku. Všechna pozorování, která se zdají potvrzovat teorii, nedokazují, že je pravdivá. Ale jeden protipříklad může dokázat, že je nepravdivá. Einsteinova teorie obecné relativity byla podpořena mnoha pozorováními za použití nejlepších vědeckých přístrojů a dobře konstruovaných experimentů. Nicméně jeho teorie má nyní stejný status jako Newtonova teorie gravitace před tím, než spatřila problémy na oběžné dráze Merkuru. Je vysoce důvěryhodná a potvrzená vším, co víme, ale není prokázána. Je to jen to nejlepší, co v tomto okamžiku máme.
Argumenty z analogie jsou jedním typem induktivního uvažování. Při argumentaci z analogie se vyvozuje, že jelikož jsou dvě věci v několika ohledech stejné, budou pravděpodobně podobné i v jiném ohledu. To je samozřejmě předpoklad. Je přirozené pokusit se najít podobnosti mezi dvěma jevy a zajímat se, co se z těchto podobností dá vyvodit. Nicméně všimnout si, že dvě věci sdílejí atributy v několika ohledech, neznamená žádnou podobnost v jiných ohledech. Je možné, že pozorovatel si již všiml všech atributů, které jsou sdílené, a všechny ostatní atributy budou odlišné. Argument z analogie je nejistá metoda uvažování a může vést k chybným závěrům. Použít tento typ uvažování ke zjištění vědeckých faktů by bylo chybné.
Viz: Internetová encyklopedie filozofie
také
International Society for Complexity, Information and Design (Encyclopedia of Science and Philosophy)