Как ученые узнают новое о мире?
Краткое содержание:
- Ученые используют формализм, называемый научным методом, чтобы по-новому взглянуть на то, как устроен мир.
- Научный метод состоит из постановки вопроса, формулирования гипотезы, ее проверки и переоценки на основе результатов проверки.
- Научные гипотезы никогда не могут быть доказаны, но всегда могут быть опровергнуты.
- Если гипотеза была тщательно проверена, она становится научной теорией, которую потенциально можно применить к практическим проблемам.
Мы живем во времена, когда информации так много, как никогда раньше в истории человечества. С помощью быстрого онлайн-поиска мы можем найти ответы почти на все вопросы; от «Какая погода будет завтра?» до «Сколько лет нашей планете?». Однако, если мы приближаемся к переднему краю наших коллективных знаний, ответы становится все труднее найти и часто требуют значительно больше усилий, чем консультации с нашими телефонами.
В этой статье мы собираемся исследовать, как ученые продолжают получать новое представление о том, как устроен окружающий мир, и почему такое понимание может придавать нам силу.
В большинстве научных дисциплин новое знание достигается путем следования формализму, известному как научный метод. Он существует в различных формах, но может быть разделен на четыре основные части: (1) характеристика проблемы и формулировка исследовательского вопроса, (2) построение гипотезы и вывод предсказаний, (3) экспериментальная проверка этих предсказания и (4) переоценка гипотезы в свете экспериментальных результатов [1].
Чтобы проиллюстрировать этот довольно абстрактный формализм, мы можем представить себе следующий сценарий: Мы хотели бы приготовить тост на завтрак. Однако мы замечаем, что наш тостер не работает, и стремимся выяснить причину этого. Поэтому мы формулируем наш исследовательский вопрос: «Почему тостер не работает?» и строим гипотезу «Тостер сломался». Отсюда мы можем сделать вывод о том, что тостер не должен работать, когда мы подключаем его к другой розетке, что легко проверить экспериментально. Использование тостера из другой розетки может привести к одному из двух результатов, от которых будет зависеть, как мы будем переоценивать нашу гипотезу. Если теперь тостер работает, нам придется изменить нашу гипотезу на «Первая розетка была сломана», а если тостер по-прежнему не работает, мы можем считать это доказательством того, что наша гипотеза верна [2]. Чтобы действовать по-настоящему научно, мы попытаемся воспроизвести наши выводы, продолжив тестирование тостера на ряде других торговых точек, попросим других ученых воспроизвести наши результаты и попросим экспертов оценить каждый аспект наших рассуждений в процессе, называемом коллегиальным.
Важно отметить, что даже если нам удастся выполнить все три вышеуказанных шага, мы не сможем доказать, что тостер сломан; мы можем легко представить сценарии, когда тостер не работает от разных розеток, но и не ломается, например, отключение электричества. На самом деле, научный метод никогда не предоставляет доказательства гипотезы, а вместо этого предлагает способ ее проверки и потенциального опровержения [1].
Если конкретная гипотеза выдерживает обширную проверку научным сообществом, она становится общепринятой теорией. Это означает, что, хотя это все еще может быть опровергнуто в любое время новыми доказательствами, оно считается «истинным» в практическом смысле, и новая работа основана на нем. Такие теории — это то, что ищут ученые, поскольку они являются строительными блоками нашего понимания мира. Многие из них можно даже использовать для предсказания реальных или гипотетических событий, например, что произойдет, если мы дадим пациенту определенное лекарство или напечатаем определенную схему на кремниевом чипе. Такие предсказания можно формализовать следующим образом: (а) мы знаем или можем представить набор наблюдений, и (б) мы знаем применимую теорию. Из этих двух компонентов мы можем предсказать, что следует (c). Известным примером этого может быть: (а) Сократ — человек, (б) все люди умирают, и, следовательно, (в) Сократ умрет. Однако в действительности такие прогнозы часто бывают не детерминированными, а вероятностными, например: (а) у больного кашель, (б) конкретное лекарство излечивает кашель в 70% случаев, и, следовательно, (в) больной вылечится. с вероятностью 70%. Этот формализм — хотя и в более сложных формах — обычно используется в таких дисциплинах, как инженерия или медицина, и в значительной степени способствовал их успеху [1, 3].
Узнать что-то действительно новое о мире сложно. Чтобы избежать ошибочных или недостаточных теорий, ученые постоянно наблюдают, выдвигают гипотезы, проверяют и переоценивают. Таким образом, мы расширяем горизонты наших знаний как человечества, что в конечном итоге означает, что мы можем найти лучшие ответы на большее количество вопросов сегодня по сравнению со вчерашним, когда мы достаем наши телефоны.
Референс:
- Poser H. Wissenschaftstheorie. 2nd ed. Stuttgart: Phillip Reclam jun. GmbH&Co. KG; 2012. https://www.reclam.de/detail/978-3-15-018995-5/Poser__Hans/Wissenschaftstheorie. Accessed January 24, 2022.
- OpenStaxCNX. Biology.; 2020. http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@14.1.
- Hempel CG, Oppenheim P. Studies in the Logic of Explanation. https://doi.org/101086/286983. 2015;15(2):135-175. doi:10.1086/286983