Vědecká metoda

To, co odlišuje vědeckou metodu zkoumání, je otázka známá jako "kritérium". Je to odpověď na otázku: Existuje způsob, jak určit, zda je určitý pojem nebo teorie vědou, na rozdíl od jiného druhu poznání nebo přesvědčení? Existuje mnoho nápadů, jak by mělo být vyjádřeno. Logičtí pozitivisté se domnívali, že teorie je vědecká, pokud ji lze ověřit; Karl Popper to však považoval za chybu. Domníval se, že teorie není vědecká, pokud neexistuje nějaký způsob, jak ji vyvrátit. Na druhé straně Paul Feyerabend se domníval, že žádné kritérium neexistuje. Pro něj platilo, že "anything goes", neboli cokoli funguje, funguje.

Vědci se snaží nechat realitu mluvit za sebe. Podporují teorii, když se její předpovědi potvrdí, a zpochybňují ji, když se její předpovědi ukáží jako nepravdivé. Vědci nabízejí hypotézy jako vysvětlení jevů a navrhují experimenty k ověření těchto hypotéz. Protože velké teorie nelze testovat přímo, děje se tak testováním předpovědí odvozených z teorie. Tyto kroky musí být opakovatelné, aby se zabránilo omylu nebo záměně konkrétního experimentátora.

Vědecké zkoumání má být obecně co nejobjektivnější. Aby vědci omezili zkreslené interpretace výsledků, publikují svou práci, a sdílejí tak data a metody s ostatními vědci.

Věda a věci, které nejsou vědou (např. pseudověda), se často rozlišují podle toho, zda používají vědeckou metodu. Jedním z prvních lidí, kteří vytvořili přehled kroků vědecké metody, byl John Stuart Mill.

Neexistuje jediná vědecká metoda. Některé vědní obory jsou založeny na matematických modelech, například fyzika a klimatologie. Jiné obory, jako například mnohé společenské vědy, mají hrubé teorie a spoléhají se spíše na zákonitosti, které vyplývají z jejich dat. Někdy se vědci zaměřují na testování a potvrzování hypotéz, ale důležité je i otevřené zkoumání. Některé vědní obory používají laboratorní experimenty. Jiné shromažďují pozorování z reálných situací. Mnoho vědních oblastí je kvantitativních, kladou důraz na číselné údaje a matematickou analýzu. Některé oblasti, zejména společenské vědy, však využívají kvalitativní metody, jako jsou rozhovory nebo podrobná pozorování chování lidí či zvířat. Přílišné zaměření na jeden druh metody může vést k tomu, že budeme ignorovat poznatky získané pomocí jiných metod.

Některé učebnice se zaměřují na jedinou standardní "vědeckou metodu". Tato představa jednotné vědecké metody je z velké části založena na experimentálních, kvantitativních oblastech vědy, kde se testují hypotézy. Na ostatní oblasti vědy se příliš nevztahuje. Často se o ní píše jako o řadě kroků:

1. Položte otázku o světě. Každá vědecká práce začíná tím, že si položíte otázku nebo vyřešíte problém.^{I, p9} Někdy je pro vědce nejtěžší právě vymyslet správnou otázku. Na otázku by mělo být možné odpovědět pomocí experimentu.
2. Vytvořte hypotézu - jednu z možných odpovědí na otázku. Hypotéza je ve vědě slovo, které znamená "kvalifikovaný odhad, jak něco funguje". Mělo by být možné dokázat její správnost nebo nesprávnost. Například tvrzení typu "Modrá barva je lepší než zelená" není vědeckou hypotézou. Nelze dokázat, zda je správné, nebo ne. "Více lidí má rádo modrou barvu než zelenou" by však vědeckou hypotézou být mohlo, protože by bylo možné se zeptat mnoha lidí, zda mají rádi modrou barvu více než zelenou, a dojít k odpovědi tak či onak.
3. Navrhněte experiment. Pokud je hypotéza skutečně vědecká, mělo by být možné navrhnout experiment k jejímu ověření. Experiment by měl být schopen vědci říci, zda je hypotéza chybná; nemusí mu říci, zda je hypotéza správná. Ve výše uvedeném příkladu by experiment mohl zahrnovat dotazování mnoha lidí, jaké jsou jejich oblíbené barvy. Provedení experimentu však může být velmi obtížné. Co když klíčovou otázkou, kterou je třeba lidem položit, není, jaké barvy mají rádi, ale jaké barvy nesnášejí? Kolika lidí je třeba se zeptat? Existují způsoby položení otázky, které by mohly změnit výsledek způsobem, který se neočekával? To jsou všechno typy otázek, které si vědci musí klást, než udělají experiment a provedou ho. Obvykle chtějí vědci testovat vždy jen jednu věc. Aby toho dosáhli, snaží se, aby každá část experimentu byla pro všechny stejná, kromě věci, kterou chtějí testovat.
4. Experimentujte a sbírejte data. Zde se vědec pokusí provést experiment, který předtím navrhl. Někdy vědec v průběhu experimentu dostane nové nápady. Někdy je těžké poznat, kdy experiment konečně skončí. Někdy bude experimentování velmi obtížné. Někteří vědci stráví většinu svého života tím, že se učí, jak dělat dobré experimenty.
5. Otázky proč. Vysvětlení jsou odpovědi na otázky proč. ^{II, str. 3}
6. Vyvodit závěry z experimentu. Někdy není snadné porozumět výsledkům. Někdy experimenty samy o sobě otevírají nové otázky. Někdy mohou výsledky experimentu znamenat mnoho různých věcí. O tom všem je třeba pečlivě přemýšlet.
7. Sdělte je ostatním. Klíčovým prvkem vědy je sdílení výsledků experimentů, aby ostatní vědci mohli poznatky sami využít a celá věda z nich měla prospěch. Obvykle vědci nedůvěřují novému tvrzení, pokud si ho ostatní vědci nejprve neprohlédli, aby se ujistili, že zní jako skutečná věda. Tomu se říká peer review ("peer" zde znamená "ostatní vědci"). Práce, která projde vzájemným hodnocením, je publikována ve vědeckém časopise.

Přestože je napsán jako seznam, vědci mohou několikrát přecházet mezi jednotlivými kroky, než budou s odpovědí spokojeni.

Ne všichni vědci používají výše uvedenou "vědeckou metodu" při své každodenní práci. Někdy se skutečná vědecká práce výše uvedenému vůbec nepodobá.

Řekněme, že budeme zjišťovat, jaký vliv má teplota na rozpouštění cukru ve sklenici vody. Níže je uveden jeden ze způsobů, jak to provést podle vědecké metody krok za krokem.

Cíl

Rozpouští se cukr rychleji v horké nebo studené vodě? Má teplota vliv na rychlost rozpouštění cukru? Tuto otázku bychom si mohli položit.

Plánování experimentu

Jedním z jednoduchých pokusů je rozpustit cukr ve vodě o různých teplotách a sledovat, za jak dlouho se cukr rozpustí. Tím by se ověřila myšlenka, že rychlost rozpouštění se mění v závislosti na kinetické energii rozpouštědla.

Chceme se ujistit, že v každém pokusu použijeme přesně stejné množství vody a přesně stejné množství cukru. Děláme to proto, abychom se ujistili, že efekt způsobuje pouze teplota. Může se například stát, že na rychlost rozpouštění bude mít vliv i poměr cukru a vody. Abychom byli mimořádně opatrní, můžeme také pokus provést tak, aby se teplota vody během pokusu neměnila.

Tomuto postupu se říká "izolace proměnné". To znamená, že z faktorů, které mohou mít vliv, se v experimentu mění pouze jeden.

Provedení experimentu

Pokus provedeme ve třech pokusech, které jsou až na teplotu vody naprosto stejné.

1. Do přesně 1 litru vody studené téměř jako led dáme přesně 25 gramů cukru. Nemícháme. Zjistíme, že trvá 30 minut, než se všechen cukr rozpustí.
2. Do přesně 1 litru vody o pokojové teplotě (20 °C) dáme přesně 25 gramů cukru. Nemícháme. Zjistíme, že trvá 15 minut, než se všechen cukr rozpustí.
3. Do 1 litru teplé vody (50 °C) dáme přesně 25 gramů cukru. Nemícháme. Zjistíme, že trvá 4 minuty, než se všechen cukr rozpustí.

Vyvozování závěrů

Jedním ze způsobů, který usnadňuje přehled o výsledcích, je vytvořit jejich tabulku, v níž budou uvedeny všechny věci, které se při každém provedení experimentu změnily. Naše by mohla vypadat takto:

Pokud by všechny ostatní části pokusu byly stejné (nepoužili bychom jednou více cukru než podruhé, nemíchali bychom jednou nebo podruhé atd.), pak by to byl velmi dobrý důkaz, že teplo ovlivňuje rychlost rozpouštění cukru.

Nemůžeme však s jistotou vědět, zda ji neovlivňuje něco jiného. Příkladem skryté příčiny může být to, že se cukr rozpouští rychleji pokaždé, když se do stejného hrnce rozpustí více cukru. Pravděpodobně to není pravda, ale kdyby tomu tak bylo, mohlo by to způsobit, že výsledky by byly naprosto stejné: tři pokusy a ten poslední by byl nejrychlejší. V tuto chvíli nemáme důvod si myslet, že je to pravda, ale mohli bychom si to poznamenat jako další možnou odpověď.

Krize replikace (nebo krize replikovatelnosti) se týká krize ve vědě. Velmi často se stává, že výsledek vědeckého experimentu je obtížné nebo nemožné později zopakovat, a to buď nezávislými výzkumníky, nebo samotnými původními výzkumníky. Ačkoli má tato krize dlouholeté kořeny, fráze vznikla na počátku roku 2010 jako součást rostoucího povědomí o tomto problému.

Vzhledem k tomu, že reprodukovatelnost experimentů je podstatnou součástí vědecké metody, může mít nemožnost replikovat studie závažné důsledky.

O krizi replikace se hojně diskutuje zejména v oblasti psychologie (a zejména sociální psychologie) a v medicíně, kde se objevuje řada snah o opětovné zkoumání klasických výsledků a o určení platnosti výsledků, a pokud jsou neplatné, tak i příčin neúspěchu replikace.

Nedávné diskuse tento problém lépe osvětlily.

Prvky vědecké metody vypracovali někteří první studenti přírody.

• "Považujeme za dobrou zásadu vysvětlovat jevy co nejjednodušší hypotézou." Ptolemaios (85-165 n. l.). Toto je raný příklad toho, čemu říkáme Occamova břitva.
• Ibn al-Hajtham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) a Roger Bacon (1214-1294), všichni dosáhli určitého pokroku v rozvoji vědecké metody.
• Vědci se v 17. století začali shodovat na tom, že experimentální metoda je hlavní cestou k nalezení pravdy. V západní Evropě se o to zasloužili muži jako Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley a Newton. Ve stejné době byl vynalezen mikroskop a dalekohled (v Holandsku) a vznikla Královská společnost. Přístroje, společnosti a vydavatelství, to vše vědě velmi pomohlo.

• Falzifikovatelnost
• Dějiny vědy
• Filozofie vědy
• Slepý experiment