Vědecké modelování

Vědecká metoda je soubor technik pro zkoumání jevů, získávání nových poznatků nebo opravování a integrování předchozích poznatků. Je založena na shromažďování pozorovatelných, empirických a měřitelných důkazů podléhajících specifickým principům uvažování. Vědecká metoda spočívá ve sběru dat prostřednictvím pozorování a experimentování a ve formulaci a testování hypotéz.

I když se postupy v jednotlivých oblastech výzkumu liší, identifikovatelné rysy odlišují vědecké bádání od jiných metodik poznání. Vědečtí badatelé navrhují hypotézy jako vysvětlení jevů a navrhují experimentální studie, které tyto hypotézy otestují. Tyto kroky musí být opakovatelné, aby bylo možné spolehlivě předpovědět jakékoli budoucí výsledky. Teorie, které zahrnují širší oblasti bádání, mohou spojovat mnoho hypotéz v ucelenou strukturu. To zase může pomoci vytvořit nové hypotézy nebo umístit skupiny hypotéz do souvislostí.

Mezi další aspekty sdílené různými oblastmi bádání patří přesvědčení, že proces musí být objektivní, aby se omezila zkreslená interpretace výsledků. Dalším základním očekáváním je zdokumentovat, archivovat a sdílet všechna data a metodiku tak, aby byly k dispozici pro pečlivé zkoumání ostatními vědci, čímž se ostatním výzkumníkům umožní ověřit výsledky pokusem o jejich reprodukci. Tato praxe, nazývaná úplné zpřístupnění, také umožňuje stanovit statistická měřítka spolehlivosti těchto dat.

Úvod do vědecké metody

Ibn al-Hajtám 965-1039 Basra

Od Ibn al-Hajtáma (Alhacen, 965-1039, průkopník vědecké metody) až do současnosti se klade důraz na hledání pravdy:

„Pravda se hledá pro své vlastní dobro. A ti, kteří se zabývají hledáním čehokoli pro své vlastní dobro, se nezajímají o jiné věci. Nalezení pravdy je obtížné a cesta k ní je drsná…“

„Jak světlo cestuje průhlednými těly? Světlo cestuje průhlednými těly pouze v přímkách… Vysvětlili jsme to vyčerpávajícím způsobem v naší Optické knize. Zmiňme však nyní něco, co to přesvědčivě dokazuje: skutečnost, že světlo cestuje v přímkách, je jasně patrná ve světlech, která vstupují do temných místností otvory… vstupující světlo bude jasně pozorovatelné v prachu, který naplňuje vzduch.“

Alhacen (1000): světlo cestuje v přímkách

Domněnku, že „Světlo putuje průhlednými tělesy pouze v přímkách“, Alhacen potvrdil až po letech úsilí. Jeho ukázkou domněnky bylo umístit rovnou tyč nebo napjatou nit vedle světelného paprsku, aby dokázal, že světlo putuje v přímce.

Vědeckou metodu tak někteří praktikují již nejméně tisíc let. Ve formulačním vyjádření metody se však vyskytují obtíže.
Jak poznamenal William Whewell (1794-1866) ve svých Dějinách induktivní vědy (1837) a ve Filosofii induktivní vědy (1840), „vynalézavost, prozíravost, genialita“ jsou vyžadovány při každém kroku vědecké metody.
Nestačí založit vědeckou metodu pouze na zkušenosti; ve vědecké metodě je zapotřebí více kroků, od naší zkušenosti až po naši představivost, tam a zpět.

Ve dvacátém století byl formulován hypoteticko-deduktivní model pro vědeckou metodu (pro formálnější diskusi viz níže):

Tento model je základem vědecké revoluce. Před tisíci lety Alhacen demonstroval důležitost kroků 1 a 4. Galileo (1638) také ukázal důležitost kroku 4 (také nazývaného Experiment) ve dvou nových vědách. Jedna možná posloupnost v tomto modelu by byla 1, 2, 3, 4. Pokud výsledek 4 platí a 3 ještě není vyvrácen, můžete pokračovat s 3, 4, 1 a tak dále; ale pokud výsledek 4 ukáže, že 3 je nepravdivé, budete se muset vrátit ke 2 a pokusit se vymyslet novou 2, odvodit novou 3, hledat 4 a tak dále. Všimněte si, že 2 nikdy nemůže být prokázáno vědeckou metodou jako absolutně pravdivé; pouze 2 může být prokázáno vědeckou metodou jako absolutně nepravdivé. (To je to, co měl na mysli Einstein, když řekl „Žádné množství experimentů nemůže nikdy dokázat, že jsem měl pravdu; jediný experiment může dokázat, že jsem se mýlil.“)

Ve dvacátém století Ludwik Fleck (1896-1961) a další zjistili, že musíme své zkušenosti zvažovat pečlivěji, protože naše zkušenosti mohou být neobjektivní a že musíme být při popisu svých zkušeností přesnější. Tyto úvahy jsou rozebrány níže.

Zobrazení létajícího koně: vyvráceno; viz níže

Víra nemusí být pravdivá (i když víra může být pravdivá, i když její původ byl mýtus).

Needhamova Science and Civilisation in China (Věda a civilizace v Číně) používá obraz „létajícího koně“ jako příklad pozorování: v něm jsou koňské nohy zobrazeny jako roztažené, když stop-akční snímek od Eadwearda Muybridge ukazuje něco jiného. Všimněte si, že v okamžiku, kdy se žádné kopyto nedotýká země, jsou koňské nohy spojeny dohromady a nejsou roztaženy.

Studie cválajícího koně Eadwearda Muybridge

Dřívější malby zachycují nesprávné pozorování létajícího koně. To dokládá varování Ludwika Flecka, že vidíme to, co očekáváme, že budeme pozorovat, dokud se neukáže opak; naše přesvědčení ovlivní naše pozorování (a tedy i naše následné činy). Opakované použití vědecké metody nám však může pomoci vyřešit naše problémy tím, že odhalí ty části našeho přesvědčení, které jsou falešné. Vědecká obec bude mít stejné zájmy, což jí umožní pomoci řešit problémy společně.

Prvky vědecké metody

Existuje mnoho způsobů, jak nastínit základní metodu sdílenou všemi oblastmi vědeckého bádání. Následující příklady jsou typickými klasifikacemi nejdůležitějších složek metody, na kterých panuje široká shoda ve vědecké obci i mezi filozofy vědy. Existují však neshody ohledně některých aspektů.

Následující soubor metodických prvků a organizace postupů bývá příznačnější pro přírodní vědy a experimentální psychologii než pro společenské vědy. V sociálních vědách mohou být matematické a statistické metody ověřování a testování hypotéz méně přísné. Nicméně cyklus hypotéz, ověřování a formulování nových hypotéz bude připomínat níže popsaný cyklus.

Základními prvky vědecké metody jsou iterace, rekurze, prokládání a řazení následujících položek:

Každý prvek vědecké metody je podroben vzájemnému hodnocení kvůli možným chybám. Tyto činnosti nepopisují vše, co vědci dělají (viz níže), ale týkají se převážně experimentálních věd (např. fyziky, chemie). Výše uvedené prvky jsou často vyučovány ve vzdělávacím systému.

Vědecká metoda není recept: vyžaduje inteligenci, fantazii a tvořivost. Je to také nepřetržitý cyklus, neustále vyvíjející užitečnější, přesnější a komplexnější modely a metody. Když například Einstein vyvinul Speciální a Obecnou teorii relativity, nijak Newtonovu Principii nevyvrátil ani nevyloučil. Naopak, pokud se z Einsteinových teorií vyjmou astronomicky velké, mizivě malé a extrémně rychlé jevy – všechny jevy, které Newton nemohl pozorovat – Newtonovy rovnice zůstávají. Einsteinovy teorie jsou rozšířením a zpřesněním Newtonových teorií a pozorování, která zvyšují naši důvěru v ně, také zvyšují naši důvěru v Newtonovy aproximace k nim.

Linearizované, pragmatické schéma čtyř výše uvedených bodů je někdy nabízeno jako vodítko pro postup:[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text]

iterační cyklus, který je vlastní této metodice krok za krokem, se vrací z bodu 3 do bodu 6 zpět do bodu 3.

I když toto schéma nastiňuje typickou hypotézu/testovací metodu, je třeba také poznamenat, že řada filozofů, historiků a sociologů vědy (možná nejvíce Paul Feyerabend) tvrdí, že takové popisy vědecké metody mají jen malý vztah ke způsobům, jakými je věda skutečně praktikována.

„Provozní“ model kombinuje koncepty zpracování ve stylu továrny, provozní definice a utility:

Základními prvky vědecké metody jsou operace, pozorování, modely a užitná funkce pro hodnocení modelů.[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text]

Projekt Klíčové kameny vědy, sponzorovaný časopisem Science, vybral řadu vědeckých článků z tohoto časopisu a opatřil je poznámkami, které ilustrují, jak různé části každého článku ztělesňují vědeckou metodu. Zde je komentovaný příklad této vědecké metody s názvem Mikrobiální geny v lidském genomu: Laterální přenos nebo genetická ztráta?.

Vědecká metoda závisí na stále sofistikovanějších charakterizacích zkoumaných subjektů. (Témata lze také nazývat nevyřešenými problémy nebo neznámými). Například Benjamin Franklin správně charakterizoval oheň svatého Elma jako elektrický, ale k tomu bylo zapotřebí dlouhé řady experimentů a teorií. Při hledání relevantních vlastností zkoumaných subjektů může tato pečlivá úvaha zahrnovat i některé definice a pozorování; pozorování často vyžadují pečlivé měření a/nebo počítání.

Systematický a pečlivý sběr měření nebo počtů relevantních veličin je často kritickým rozdílem mezi pseudovědami, jako je alchymie, a vědou, jako je chemie nebo biologie. Provedená vědecká měření se obvykle zaznamenávají do tabulek, grafují nebo mapují a na nich se provádějí statistické manipulace, jako je korelace a regrese. Měření mohou být prováděna v kontrolovaném prostředí, například v laboratoři, nebo na více či méně nepřístupných nebo nemanipulovatelných objektech, jako jsou hvězdy nebo lidská populace. Měření často vyžadují specializované vědecké přístroje, jako jsou teploměry, spektroskopy nebo voltmetry, a pokrok vědeckého oboru je obvykle úzce svázán s jejich vynálezem a vývojem.

Doporučujeme:  Kohortová analýza

Měření ve vědecké práci jsou také obvykle doprovázena odhady jejich nejistoty. Nejistota je často odhadována opakovaným měřením požadované veličiny. Nejistoty mohou být také vypočteny s ohledem na nejistoty jednotlivých podkladových veličin, které jsou použity. Počty věcí, jako je počet lidí v národě v určitém čase, mohou mít také nejistotu kvůli omezením použité metody. Počty mohou představovat pouze vzorek požadovaných veličin s nejistotou, která závisí na použité metodě odběru a počtu odebraných vzorků.

Měření vyžadují použití operativních definic relevantních veličin. To znamená, že vědecká veličina je popsána nebo definována tím, jak je měřena, na rozdíl od nějaké vágnější, nepřesné nebo „idealizované“ definice. Například elektrický proud, měřený v ampérech, může být operativně definován jako hmotnost stříbra uloženého v určitém čase na elektrodě v elektrochemickém zařízení, které je popsáno poměrně podrobně. Operativní definice věci se často opírá o srovnání se standardy: operativní definice „hmotnosti“ nakonec spoléhá na použití artefaktu, jako je určitý kilogram platiny-iridia uchovávaného v laboratoři ve Francii.

Vědecká definice pojmu se někdy podstatně liší od jeho užívání v přirozeném jazyce. Například hmotnost a hmotnost se ve významu v běžném diskurzu překrývají, ale v mechanice mají odlišné významy. Vědecké veličiny jsou často charakterizovány svými měrnými jednotkami, které mohou být později popsány pomocí konvenčních fyzikálních jednotek při sdělování práce.

Nové teorie někdy vznikají, když si uvědomíme, že určité pojmy nebyly předtím dostatečně jasně definovány. Například první práce Alberta Einsteina o relativitě začíná definováním simultánnosti a prostředků pro určení délky. Tyto myšlenky přeskočil Isaac Newton s větou: „Já nedefinuji čas, prostor, místo a pohyb, jako dobře známé všem.“ Einsteinova práce pak ukazuje, že ony (viz. absolutní čas a délka nezávislé na pohybu) byly aproximacemi. Francis Crick nás upozorňuje, že při charakterizaci subjektu však může být předčasné definovat něco, když to zůstává špatně pochopeno. Při Crickově studiu vědomí zjistil, že je jednodušší studovat vědomí ve vizuálním systému, než například studovat svobodnou vůli. Jeho varovným příkladem byl gen; gen byl mnohem hůře pochopen před průkopnickým objevem struktury DNA Watsonem a Crickem; bylo by kontraproduktivní věnovat mnoho času definici genu, před nimi.

Precese perihélia (přehnané)

Hypotéza je naznačené vysvětlení jevu nebo střídavě odůvodněný návrh naznačující možnou korelaci mezi souborem jevů nebo mezi nimi.

Běžně mají hypotézy podobu matematického modelu. Někdy, ale ne vždy, mohou být také formulovány jako existenciální tvrzení, uvádějící, že nějaký konkrétní případ zkoumaného jevu má nějaká charakteristická a kauzální vysvětlení, která mají obecnou podobu univerzálních tvrzení, uvádějící, že každý případ jevu má určitou charakteristickou vlastnost.

William Glen podotýká, že

Obecně mají vědci tendenci hledat teorie, které jsou „elegantní“ nebo „krásné“. Na rozdíl od obvyklého anglického používání těchto termínů zde odkazují na teorii v souladu se známými fakty, která je nicméně poměrně jednoduchá a snadno ovladatelná. Occamova břitva slouží jako orientační pravidlo pro tato určení.

Předpovědi z hypotézy

Jakákoli užitečná hypotéza umožní predikci, a to pomocí uvažování včetně deduktivního uvažování. Může predikovat výsledek experimentu v laboratorním prostředí nebo pozorování jevu v přírodě. Predikce může být také statistická a hovoří pouze o pravděpodobnostech.

Je nezbytné, aby výsledek byl v současné době neznámý. Pouze v tomto případě eventualita zvyšuje pravděpodobnost, že hypotéza je pravdivá. Pokud je výsledek již známý, nazývá se to důsledek a měl být již zvážen při formulování hypotézy.

Nejsou-li předpovědi přístupné pozorováním nebo zkušenostmi, není hypotéza pro metodu zatím užitečná a musí počkat na další, kteří by mohli přijít později, a možná znovu oživit její argumentační linii. Například nová technologie nebo teorie by mohla učinit potřebné experimenty proveditelnými.

Einsteinova předpověď (1907): Světlo se ohýbá v gravitačním poli

Kontrola je velmi důležitá.

Jakmile jsou předpovědi vytvořeny, mohou být testovány experimenty. Pokud výsledky testů odporují předpovědím, pak jsou hypotézy zpochybněny a mohou být hledána vysvětlení. Někdy jsou experimenty prováděny nesprávně a jsou chybné. Pokud výsledky potvrdí předpovědi, pak jsou hypotézy považovány za pravděpodobně správné, ale stále mohou být chybné a jsou předmětem dalšího testování.

V závislosti na předpovědích mohou mít experimenty různé tvary. Může to být klasický experiment v laboratorním prostředí, dvojitě zaslepená studie nebo archeologické vykopávky. I let letadlem z New Yorku do Paříže je experiment, který testuje aerodynamické hypotézy použité při konstrukci letadla.

Vědci předpokládají přístup otevřenosti a odpovědnosti na straně těch, kteří provádějí experiment. Podrobné vedení záznamů je nezbytné, aby pomohlo při zaznamenávání a podávání zpráv o experimentálních výsledcích a poskytovalo důkazy o účinnosti a celistvosti postupu. Pomůžou také při reprodukci experimentálních výsledků. Stopy této tradice lze vidět v díle Hipparcha (190-120 př. n. l.), při určování hodnoty pro precesi Země, zatímco kontrolované experimenty lze vidět v dílech muslimských vědců jako Geber (721-815 n. l.), al-Battani (853-929) a Alhacen (965-1039).

Vědecký proces je iterativní. V každé fázi je možné, že nějaká úvaha povede vědce k opakování dřívější části procesu. Pokud se nepodaří vytvořit zajímavou hypotézu, může to vést vědce k tomu, aby znovu definoval předmět, který zvažuje. Pokud se nepodaří vytvořit zajímavou a ověřitelnou předpověď, může to vést k přehodnocení hypotézy nebo definice předmětu. Pokud se nepodaří dosáhnout zajímavých výsledků, může to vést vědce k přehodnocení experimentální metody, hypotézy nebo definice předmětu.

Jiní vědci mohou zahájit vlastní výzkum a vstoupit do procesu v jakékoli fázi. Mohou přijmout charakterizaci a formulovat vlastní hypotézu, nebo mohou přijmout hypotézu a vyvodit vlastní předpovědi. Experiment často neprovádí osoba, která předpovědi provedla a charakterizace je založena na experimentech, které provedl někdo jiný. Publikované výsledky experimentů mohou také sloužit jako hypotéza předpovídající vlastní reprodukovatelnost.

Věda je společenský podnik a vědecká práce bývá komunitou přijímána, když je potvrzena. Zásadní je, že experimentální a teoretické výsledky musí být reprodukovány ostatními v rámci vědecké komunity. Výzkumníci za tuto vizi položili své životy; Georg Wilhelm Richmann byl zabit bleskem (1753), když se pokoušel napodobit experiment Benjamina Franklina s pouštěním draků z roku 1752.

Kvůli ochraně před špatnou vědou a podvodnými daty mají vládní agentury pro udělování výzkumných grantů jako NSF a vědecké časopisy jako Nature a Science politiku, že výzkumníci musí archivovat svá data a metody, aby k nim měli přístup další výzkumníci, otestovat data a metody a stavět na výzkumu, který probíhal dříve. Archivaci vědeckých dat lze provádět v řadě národních archivů v USA nebo ve Světovém datovém centru.

Modely 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.

Charles Peirce (1839-1914) považoval vědecké bádání za druh rodového bádání, které definoval jako jakýkoli prostředek upevnění víry, tedy jakýkoli prostředek, jak dospět k ustálenému názoru na danou záležitost. Poznamenal, že bádání obecně začíná stavem nejistoty a směřuje ke stavu jistoty, který je dostatečný alespoň k tomu, aby bádání prozatím ukončil.

Peirce charakterizoval vědeckou metodu z hlediska použití dedukce a věnoval zvláštní pozornost generování vysvětlení. Jako otázku předpokladů uvažování definoval pravdu jako korespondenci znaku (zejména tvrzení) s jeho objektem a pragmaticky ne jako nějaký skutečný konsenzus nějaké konečné komunity (tj. takové, že dotazovat by znamenalo jít se zeptat odborníků na odpovědi), ale místo toho jako ten ideální konečný názor, ke kterému by všechny rozumné vědecké inteligence dospěly, dříve či později, ale stále nevyhnutelně, pokud by posunuly zkoumání dostatečně daleko.V tandemu definoval skutečnost jako pravdivý znakový objekt (ať už je tento objekt možností nebo kvalitou, nebo aktualitou nebo hrubou skutečností, nebo nutností nebo normou nebo zákonem), což je to, čím je nezávisle na názoru jakékoli konečné komunity a pragmaticky je závislý pouze na ideálním konečném názoru. To je názor tak vzdálený nebo blízký jako pravda sama pro vás nebo pro mě nebo jakoukoli konečnou komunitu myslí. Jeho teorie bádání se tedy scvrkává na „dělat vědu“. Vědeckou metodu charakterizoval následovně:

Doporučujeme:  Dominantní gen

1. Únos (nebo retrodukce). Generace vysvětlující hypotézy. Od únosu Peirce rozlišuje indukci jako odvozování, na základě testů, podílu pravdy v hypotéze. Každé pátrání, ať už po idejích, hrubých faktech, nebo normách a zákonech, vzniká jako výsledek překvapivých pozorování v dané říši nebo říších a hloubání nad jevem ve všech jeho aspektech ve snaze vyřešit zázrak. Veškerého vysvětlujícího obsahu teorií se dosáhne pomocí únosu, nejbezpečnějšího ze způsobů vyvozování. Indukce jako proces je pro tuto práci příliš pomalá, takže ekonomie výzkumu vyžaduje únos, jehož špetka úspěchu závisí na tom, že člověk je nějak naladěn na přírodu, na dispozicích naučených a, některé z nich, pravděpodobně vrozených. Únos má obecné ospravedlnění induktivně v tom, že funguje dost často a že nic jiného nefunguje, alespoň ne dost rychle, když věda je už správně dosti pomalá, práce neomezeně mnoha generací. Peirce nazývá svůj pragmatismus „logikou únosu“. Jeho Pragmatický Maxim zní: „Zvažte, jaké efekty, které by případně mohly mít praktické zaměření, si představujete, že objekty vašeho pojetí budou mít. Pak je vaše pojetí těchto efektů celé vaše pojetí objektu“. Jeho pragmatismus je metoda třídění pojmových zmatků tím, že porovnává význam jakéhokoli pojmu s myslitelnými praktickými důsledky toho, co tento pojem zobrazuje. Je to metoda experimentální mentální reflexe, která dospěje k pojetí ve smyslu myslitelných potvrzujících a diskonfirmatorních okolností – metoda příznivá pro vytváření vysvětlujících hypotéz a vedoucí k využívání a zdokonalování verifikace k testování pravdivosti domnělého poznání. Vzhledem k závislosti únosu na mentálních procesech, které nejsou nutně vědomé a záměrné, ale v každém případě naladěné na přírodu, a vzhledem k tomu, že únos je veden potřebou šetřit vyšetřovací proces, měly by být jeho vysvětlující hypotézy optimálně jednoduché ve smyslu „přirozené“ (pro kterou Peirce cituje Galilea a kterou Peirce odlišuje od „logicky prosté“). Vzhledem k nejistotě únosu by měl mít důsledky s myslitelným praktickým působením vedoucím alespoň k mentálním testům a ve vědě se propůjčit vědeckému testování.

Mnoho poddruhů aplikované logiky a informatiky, abychom jmenovali alespoň umělou inteligenci, strojové učení, teorii výpočetního učení, inferentiální statistiku a reprezentaci znalostí, se zabývá stanovením výpočetních, logických a statistických rámců pro různé typy inferencí, které jsou součástí vědeckého bádání, zejména tvorbou hypotéz, logickou dedukcí a empirickým testováním. Některé z těchto aplikací čerpají z měřítek složitosti z teorie algoritmické informace, aby se řídilo vytváření předpovědí z předchozích distribucí zkušeností, například viz míra složitosti nazývaná rychlost, ze které lze odvodit výpočetní strategii pro optimální induktivní uvažování.

Filosofie a sociologie vědy

Filozofie vědy má sice omezený přímý dopad na každodenní vědeckou praxi, ale hraje zásadní roli při ospravedlňování a obhajobě vědeckého přístupu. Filozofie vědy se zabývá základní logikou vědecké metody, tím, co odděluje vědu od nevědomosti, a etikou, která je ve vědě obsažena.

Ocitáme se ve světě, který není přímo pochopitelný. Zjišťujeme, že se někdy neshodneme s ostatními, pokud jde o fakta o věcech, které vidíme ve světě kolem sebe, a zjišťujeme, že ve světě existují věci, které jsou v rozporu s naším současným chápáním. Vědecká metoda se pokouší poskytnout způsob, jak můžeme dosáhnout shody a porozumění. „Dokonalá“ vědecká metoda by mohla fungovat tak, že racionální aplikace metody by vždy vedla ke shodě a porozumění; dokonalá metoda by byla pravděpodobně algoritmická, a tak by nenechala žádný prostor pro racionální činitele, aby se neshodli. Jako u všech filozofických témat, hledání nebylo ani přímočaré, ani jednoduché. Logický pozitivista, empirik, falzifikátor a další teorie tvrdily, že poskytují definitivní popis logiky vědy, ale každá byla zase kritizována.

Thomas Samuel Kuhn zkoumal historii vědy ve své knize Struktura vědeckých revolucí a zjistil, že skutečná metoda používaná vědci se dramaticky liší od tehdy uznávané metody.

Imre Lakatos a Thomas Kuhn udělali rozsáhlou práci na „teorii zatížené“ charakteru pozorování. Kuhn (1961) řekl, že vědec má obecně teorii na mysli před navrhováním a prováděním experimentů tak, aby prováděl empirická pozorování, a že „cesta od teorie k měření nemůže být téměř nikdy putována zpět“. To znamená, že způsob, jakým je teorie testována, je diktován povahou samotné teorie, což vedlo Kuhna (1961, str. 166) k argumentu, že „jakmile byla jednou přijata povoláním … žádná teorie není uznána jako ověřitelná žádnými kvantitativními testy, kterými již neprošla“.

Paul Feyerabend podobně zkoumal historii vědy a byl veden k tomu, aby popřel, že věda je skutečně metodologický proces. Ve své knize Against Method tvrdí, že vědecký pokrok není výsledkem použití žádné konkrétní metody. V podstatě říká, že „všechno jde“, čímž měl na mysli, že pro jakoukoli specifickou metodiku nebo normu vědy byla úspěšná věda udělána v rozporu s ní.
Kritiky jako jeho vedly k silnému programu, radikálnímu přístupu k sociologii vědy.

Ve své knize z roku 1958, Personal Knowledge, chemik a filozof Michael Polanyi (1891-1976) kritizoval obecný názor, že vědecká metoda je čistě objektivní a generuje objektivní poznání. Polanyi tento názor hodnotil jako nepochopení vědecké metody a povahy vědeckého bádání, obecně. Tvrdil, že vědci se řídí a musí řídit osobními vášněmi při hodnocení faktů a při určování, které vědecké otázky zkoumat. Dospěl k závěru, že struktura svobody je nezbytná pro pokrok vědy – že svoboda věnovat se vědě ve vlastním zájmu je předpokladem pro tvorbu poznání prostřednictvím vzájemného hodnocení a vědecké metody.

Postmodernistická kritika vědy byla sama o sobě předmětem intenzivní kontroverze a vášnivého dialogu. Tato probíhající debata, známá jako vědecké války, je výsledkem protichůdných hodnot a předpokladů, které zastávají postmodernistické a realistické tábory. Zatímco postmodernisté tvrdí, že vědecké poznání je prostě jen další diskurz a nepředstavuje žádnou formu základní pravdy, realisté ve vědecké komunitě tvrdí, že vědecké poznání odhaluje skutečné a základní pravdy o realitě. Mnoho knih bylo napsáno vědci, kteří se zabývají tímto problémem a zpochybňují tvrzení postmodernistů, zatímco obhajují vědu jako legitimní metodu odvozování pravdy.

Komunikace, komunita, kultura

Vědeckou metodu často nevyužívá jedna osoba, ale několik osob, které přímo nebo nepřímo spolupracují. Takovou spolupráci lze považovat za jeden z určujících prvků vědecké obce. Byly vyvinuty různé techniky, které mají zajistit integritu vědecké metody v takovém prostředí.

Vědecké časopisy používají proces vzájemného hodnocení, ve kterém jsou vědecké rukopisy předkládány redaktory vědeckých časopisů (obvykle jednomu až třem) kolegům (obvykle anonymním) vědcům obeznámeným s daným oborem k hodnocení. Referenti mohou nebo nemusí doporučit publikaci, publikaci s navrženými úpravami nebo někdy publikaci v jiném časopise. To slouží k tomu, aby vědecká literatura byla oproštěna od nevědecké nebo potrhlé práce, pomáhá to omezovat zjevné chyby a obecně jinak zlepšuje kvalitu vědecké literatury. Práce oznámená v populárním tisku před tím, než projde tímto procesem, je obecně odsuzována. Někdy vzájemné hodnocení brání oběhu neortodoxní práce, zejména pokud podkopává etablování v daném oboru, a jindy může být příliš tolerantní. Dalšími nevýhodami jsou bratříčkování a protekcionářství. Proces peer review není vždy úspěšný, ale byl velmi široce přijat vědeckou komunitou.

Dokumentace a replikace

Někdy se experimentátoři při svých experimentech dopouštějí systematických chyb, z různých důvodů se nevědomky odklánějí od vědecké metody (patologické vědy) nebo ve vzácných případech záměrně falšují své výsledky. V důsledku toho je běžnou praxí, že se jiní vědci pokoušejí experimenty opakovat, aby výsledky duplikovali, a tím hypotézu dále potvrdili.

Pokud jsou před reprodukcí studie nutné doplňující informace, očekává se, že je autor studie neprodleně poskytne – i když za ně může být účtován malý poplatek. Pokud autor odmítne údaje sdílet, lze se odvolat na redaktory časopisů, kteří studii zveřejnili, nebo na instituci, která výzkum financovala.

Všimněte si, že není možné, aby vědec zaznamenával vše, co se v experimentu odehrálo. Musí vybrat fakta, která považuje za relevantní pro experiment, a podat o nich zprávu. To může později nevyhnutelně vést k problémům, pokud je zpochybňována nějaká údajně irelevantní vlastnost. Například Heinrich Hertz neoznámil velikost místnosti, která byla použita k testování Maxwellových rovnic, což se později ukázalo jako důvod malé odchylky ve výsledcích. Problém je v tom, že je třeba předpokládat části samotné teorie, aby bylo možné vybrat a podat zprávu o experimentálních podmínkách. Pozorování jsou proto někdy popisována jako ‚teorie-obtěžkaná‘.

Doporučujeme:  Kampo

Primární omezení současné západní vědy jsou:

Ne vždy tomu tak bylo: za starých časů financování „gentleman scientist“ (a v menší míře publikace) byly mnohem slabší mantinely.

Obě tato omezení nepřímo přinášejí vědeckou metodu — práce, která příliš zjevně porušuje omezení, bude obtížné publikovat a získat finanční prostředky. Časopisy nevyžadují, aby předložené práce odpovídaly něčemu konkrétnějšímu než „správné vědecké praxi“, a to je většinou vynucováno odborným posudkem. Originalita, důležitost a zájem jsou důležitější – viz například autorské směrnice pro Nature.

Kritiky (viz Kritická teorie) těchto omezení jsou takové, že jsou ve své definici tak mlhavé (např. „správná vědecká praxe“) a otevřené ideologické, nebo dokonce politické manipulaci, kromě důsledné praxe vědecké metody, že často slouží spíše k cenzuře, než k propagaci vědeckých objevů.[Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] Zjevná cenzura odmítáním publikovat myšlenky nepopulární u mainstreamových vědců (nepopulární z ideologických důvodů a/nebo proto, že se zdají být v rozporu s dlouho zastávanými vědeckými teoriemi) zkalila všeobecné vnímání vědců jako neutrálních nebo hledačů pravdy a často očernila všeobecné vnímání vědy jako celku.

Vědecká metoda ve starověkých civilizacích

Pythagoras – řecký matematik a filozof, který žil v 6. st. př. n. l. byl obeznámen s Upanišady a naučil se svou základní geometrii ze Sulva súter v Budhayaně v roce 800 př. n. l. Slavná Pythagorova věta je vlastně přepracováním výsledku již známého a zaznamenaného dřívějšími indickými matematiky. Později měl Herodotus (otec řeckých dějin) napsat, že Indové byli největším národem té doby. Megasthenové – kteří ve 4. st. př. n. l. hodně cestovali po Indii, také zanechali rozsáhlé záznamy, které malují Indii ve velmi příznivém světle (pro toto období).

Intelektuální kontakty mezi starověkým Řeckem a Indií nebyly zanedbatelné. Do 6. století našeho letopočtu, s pomocí starořeckých a indických textů a vlastní vynalézavostí, učinili indičtí astronomové významné objevy o pohybu planet. Indický astronom – Aryabhata, se stal prvním, kdo popsal Zemi jako kouli, která se otáčí kolem své vlastní osy. Dále postuloval, že to byla Země, která se otáčela kolem Slunce a správně popsal, jak docházelo k zatmění Slunce a Měsíce.

Protože astronomie vyžadovala extrémně složité matematické rovnice, staří Indové také učinili významný pokrok v matematice . Diferenciální rovnice – základem moderního kalkulu byl se vší pravděpodobností indický vynález (něco podstatného při modelování planetárních pohybů). Indičtí matematici byli také první, kdo vymyslel koncept abstraktních nekonečných čísel – čísel, která mohou být reprezentována pouze prostřednictvím abstraktních matematických formulací, jako je nekonečná řada – geometrická nebo aritmetická. Zdálo se, že jsou také obeznámeni s polynomiálními rovnicemi (opět zásadní v pokročilé astronomii) a byli vynálezci moderní číselné soustavy (označované jako arabská číselná soustava v Evropě).

Použití desítkové soustavy a konceptu nuly bylo nezbytné pro usnadnění velkého astronomického výpočtu a umožnilo takovým matematikům ze 7. století, jako byl Brahmagupta, odhadnout obvod Země na asi 23 000 mil – (ne příliš daleko od současného výpočtu). To také umožnilo indickým astronomům poskytnout poměrně přesné délky důležitých míst v Indii.

V tomto období rozkvetla věda o Ájurvédě – (starověký indický systém léčení). Lékaři se věnovali pitvám mrtvol, praktikovali chirurgii, vypracovali populární nutriční příručky a sepsali kódy pro lékařské postupy a péči o pacienty a jejich diagnózu. Byly studovány a dokumentovány chemické procesy spojené s odumíráním textilií a extrakcí kovů. Bylo objeveno použití mořidel (při barvení) a katalyzátorů (při extrakci/čištění kovů).

Viz také historie vědy a techniky v Číně.

Vývoj vědecké metody je neoddělitelný od historie vědy samotné. Starověké egyptské dokumenty, například rané papyry, popisují metody lékařské diagnostiky. Ve starověké řecké kultuře byla popsána metoda empirismu. První experimentální vědeckou metodu vyvinuli muslimští vědci, kteří zavedli použití experimentování a kvantifikace k rozlišení mezi konkurenčními vědeckými teoriemi zasazenými do obecně empirické orientace, což se objevilo s Alhacenovými optickými experimenty v jeho knize Optika (1021). Moderní vědecká metoda vykrystalizovala nejpozději v 17. a 18. století. Ve svém díle Novum Organum (1620) – odkaz na Aristotelův Organon – Francis Bacon nastínil nový systém logiky, aby vylepšil starý filozofický proces sylogismu. V roce 1637 pak René Descartes založil rámec pro hlavní principy vědecké metody ve svém pojednání Diskuse o metodě. Alhacenovy, Baconovy a Descartovy spisy jsou považovány za kritické v historickém vývoji moderní vědecké metody.

Na konci 19. století Charles Sanders Peirce navrhl schéma, které by se ukázalo jako značně vlivné ve vývoji současné vědecké metody obecně. Peirce urychlil pokrok na několika frontách. Za prvé, mluvení v širších souvislostech v knize „How to Make Our Ideas Clear“ (1878), Peirce nastínil objektivně ověřitelnou metodu testování pravdivosti domnělých poznatků způsobem, který přesahuje pouhé základní alternativy, se zaměřením na dedukci i indukci. Umístil tak indukci a dedukci do spíše komplementárního než konkurenčního kontextu (ten byl hlavním trendem přinejmenším od dob Davida Huma, který psal v polovině až do konce 18. století). Za druhé, a s přímějším významem pro moderní metodu, Peirce předložil základní schéma pro hypotézu/testování, které dodnes převládá. Extrakcí teorie bádání z jejích surovin v klasické logice, ji zdokonalil paralelně s raným vývojem symbolické logiky, aby se zabýval tehdejšími současnými problémy ve vědeckém uvažování. Peirce zkoumal a formuloval tři základní způsoby uvažování, které, jak bylo popsáno výše v tomto článku, hrají roli v dnešním bádání, procesy, které jsou v současné době známé jako únosné, deduktivní a induktivní dedukce. Za třetí, hrál hlavní roli v pokroku symbolické logiky samotné – skutečně to byla jeho primární specializace.

Karl Popper popřel existenci důkazů a vědecké metody. Popper zastává názor, že existuje pouze jedna univerzální metoda, negativní metoda pokusu a omylu. Zahrnuje nejen všechny produkty lidské mysli, včetně vědy, matematiky, filozofie, umění a tak dále, ale také vývoj života.

Vztah k matematice

Věda je proces shromažďování, porovnávání a vyhodnocování navržených modelů proti pozorovatelným. Model může být simulace, matematický nebo chemický vzorec nebo soubor navržených kroků. Věda je jako matematika v tom, že výzkumníci v obou oborech mohou jasně odlišit to, co je známo, od toho, co je v každé fázi objevování neznámé. Modely, jak ve vědě, tak v matematice, musí být vnitřně konzistentní a také by měly být falzifikovatelné (schopné vyvrátit). V matematice nemusí být tvrzení ještě prokázáno; v takové fázi by se toto tvrzení nazývalo domněnkou. Ale když tvrzení dosáhne matematického důkazu, získává takové tvrzení jakousi nesmrtelnost, která je matematiky vysoce ceněna a pro kterou někteří matematici obětují svůj život.

Matematická práce a vědecká práce se mohou navzájem inspirovat. Například pojem času vznikl ve vědě a nadčasovost byla charakteristickým znakem matematického tématu. Ale dnes je Poincarého domněnka v procesu dokazování, používá čas jako matematický pojem, ve kterém mohou proudit objekty (viz Ricciho tok).

Práce George Pólya na řešení problémů, konstrukce matematických důkazů a heuristiky ukazují, že matematická metoda a vědecká metoda se liší v detailech, zatímco se podobají v používání iterativních nebo rekurzivních kroků.

Podle Pólyova názoru porozumění zahrnuje přepracování neznámých definic vlastními slovy, uchylování se ke geometrickým číslům a zpochybňování toho, co víme a nevíme už teď; analýza, kterou Pólya přebírá od Pappuse, zahrnuje volnou a heuristickou konstrukci hodnověrných argumentů, práci zpět od cíle a vymýšlení plánu pro konstrukci důkazu; syntéza je přísná euklidovská interpretace detailů o důkazu krok za krokem; recenze zahrnuje přehodnocení a opětovné přezkoumání výsledku a cesty k němu.

„Podle většiny historiků byl al-Hajtám průkopníkem moderní vědecké metody. Svou knihou změnil význam pojmu optika a zavedl experimenty jako normu důkazu v oboru. Jeho výzkumy nejsou založeny na abstraktních teoriích, ale na experimentálních důkazech a jeho experimenty byly systematické a opakovatelné.“

Synopse souvisejících témat

Logika, matematika, metodologie

Historie, filozofie, sociologie