Научният метод

Как използваме научния метод за проверка на хипотези.

Въведение

Изследванията в биологията обикновено започват с наблюдения - т.е. с нещо, което привлича вниманието на биолога. Например биологът, който изследва рака, може да забележи, че определен вид рак не може да се лекува с химиотерапия и се замисля защо това е така. Морският биолог, който вижда, че кораловите рифове на мястото, което изследва, избледняват, може да се опита да разбере защо.

Как биолозите контролират извършването на тези наблюдения? Как можеш ти да контролираш собствените си наблюдения върху природата? В тази статия ще разгледаме научния метод, логически подход за разрешаване на проблеми, използван от биолози и много други учени.

Научният метод

В основата на биологията и на други науки лежи един подход за разрешаване на проблеми, наречен научен метод. Научният метод има пет основни стъпки плюс една стъпка за обратна връзка:

Извършване на наблюдение.
Задаване на въпрос.
Формиране на хипотеза или на обяснение, което може да се провери чрез опити.
Изготвяне на предположение въз основа на хипотезата.
Изпитване на предположението.
Повторение: използване на резултатите за изготвяне на нови хипотези или предположения.

Научният метод се използва във всички науки, в това число химия, физика, геология и психология. Учените в тези области задават различни въпроси и извършват различни изпитвания. Те обаче използват един и същи подход, за да намерят отговорите, които са логични и подкрепени от доказателства.

Пример за научен метод: филийките не могат да се изпекат

Нека си представим как работи научният метод като приложим неговите стъпки към практически проблем от ежедневието.

1. Извършване на наблюдение.

Да си представим, че имаш две филийки хляб, които слагаш в тостера и натискаш бутона. Те обаче не се изпичат.

2. Задаване на въпрос.

Защо филийките ми не се изпекоха?

3. Формиране на хипотеза.

Хипотезата е възможен отговор на въпроса - такъв, който по някакъв начин може да се провери. Например нашата хипотеза в случая може да бъде, че тостерът не работи, защото електрическият контакт е повреден.

Не е задължително тази хипотеза да бъде правилното обяснение. Тя е възможно обяснение, което може да проверим, за да видим дали е правилно или трябва да направим нова хипотеза.

Хипотезата трябва да може да подлежи на изпитване и опровергаване, за да се счита за валидна. Например хипотезата: "Раждането на Венера на Ботичели е красива картина" не е добра хипотеза, тъй като няма експеримент, чрез който това твърдение да може да се изпита и да бъде опровергано.

За сравнение: "Хората смятат картината Раждането на Венера от Ботичели за красива" подлежи на опровержение, тъй като можете да извършите експеримент, при който да попитате много хора от различни слоеве на обществото дали намират картината за красива. Обърнете внимание, че начинът, по който формулираме хипотезата, може да има голямо влияние върху нейната валидност.

Този въпрос възниква често, особено във връзка с неща като теорията за еволюцията на Дарвин. Теорията е различна от хипотезата, макар че определено са свързани. Хипотезата е възможен отговор на относително тесен и специфичен въпрос. Теорията, от друга страна, се отнася към по-широк въпрос и се поддържа от голям обем данни от различни източници

^{1, 2}

Например "Тостерът не работи, понеже електрическият контакт е повреден" е хипотеза, а "Електроуредите имат нужда от източник на електричество, за да работят", е по-скоро теория.

4. Изготвяне на предположения.

Предположението е резултат, който очакваме да видим, ако хипотезата е правилна. В този случай можем да предположим, че ако електрическият контакт е повреден, включването на тостера в друг контакт може да реши проблема.

5. Изпитване на предположенията.

За да изпитаме хипотезата, трябва да извършим наблюдение или да направим експеримент, свързан с предположението. Например в този случай ще включим тостера в друг контакт, за да видим дали работи.

Ако тостерът работи, хипотезата се потвърждава - най-вероятно е правилна.
Ако тостерът не работи, хипотезата не се потвърждава - най-вероятно не е правилна.

Резултатите от изследването може или да подкрепят, или да опровергаят хипотезата. Резултатите, които подкрепят хипотезата, не доказват категорично, че тя е правилна, а само, че вероятно е правилна. От друга страна, ако резултатите опровергават хипотезата, тя най-вероятно е неправилна. Освен ако не е имало пропуск в изпитването - една вероятност, която винаги трябва да имаме предвид - опровержителните резултати означават, че можем да отхвърлим хипотезата и да потърсим нова.

Защо не можем да докажем дадена хипотеза със сигурност? И можем ли реално да оборим хипотеза?

Ключовата разлика тук е между логически възможното и практически невъзможното. От логическа гледна точка, е невъзможно да докажем хипотеза, но е възможно да я опровергаем. От практическа гледна точка е предизвикателство да докажем или оборим хипотеза отвъд всяко съмнение.

Логическа възможност

Например да предположим, че имаме хипотеза, според която всички ябълки са червени, и изпитаме тази хипотеза върху десет ябълки, за да видим цвета им. Ако всичките десет ябълки са червени, нашата хипотеза е подкрепена, но не е доказана: ако разгледаме още ябълки, някои от тях може да се окажат зелени. От друга страна, ако една от нашите десет ябълки е зелена, в един свят на съвършена информация и никакви грешки ще сме оборили хипотезата.

Практическа възможност

От практическа гледна точка "в реалния живот" си остава невъзможно да се докаже хипотеза, понеже доказването на хипотеза не е дори логически възможно. Въпреки това в реалния живот също така е трудно да се обори хипотеза отвъд въображаеми съмнения.

Например да предположим, че разглеждаме нашите ябълки от ситуацията по-горе и установим, че една от тях е зелена. Ако зелената ябълка е истинска, хипотезата не може да е правилна. Възможно е обаче ябълката да не е наистина зелена по начина, който ни интересува, а да сме я класифицирали като такава поради грешка или неправилно предположение. Например зелената ябълка може да е декоративна и да е боядисана в зелено от някого. Или това може да е червена ябълка, покрита със зелена плесен, която ѝ придава зелен цвят на пръв поглед.

Изграждане на съвкупност от доказателства

Донякъде не можем никога категорично да оборим хипотезата, че всички ябълки в реалния свят са червени, защото не можем да изключим малката вероятност от някаква грешка, неправилно предположение или странно съвпадение.

Но нека предположим, че внимателно сме разгледали всички алтернативни обяснения, за които можем да се сетим - боядисани ябълки, мухлясали ябълки и т.н. - и не откриваме основание за никое от тях. Освен това, може да повторим експеримента си като разгледаме много по-голям брой ябълки и открием достатъчно на брой зелени ябълки. Също така, хората от съседните стопанства казват, че често виждат зелени ябълки.

В този случай, макар нашата хипотеза, че всички ябълки са червени, да не може да бъде оборена отвъд всички възможни съмнения, тя получава солидно опровержение, което не може лесно да се обори. С други думи, никой няма да я сметне за правилна, няма да извърши експерименти и няма да основе предположения на нея.

Благодарности: Примерът за тестване на хипотеза с ябълка е взаимстван от KA Guardian Andrew M., който го използва като обяснение в раздела с коментари на тази статия. Искрени благодарности на Андрю М. и на други читатели за тяхната смислена дискусия върху хипотезите, доказателствата и оборването им, които доведоха до преразглеждане и разширяване на този раздел.

6. Повторение.

Последната стъпка от научния метод е извеждане на заключения от нашите резултати и използването им като насока в следващите ни стъпки.

Ако хипотезата е била подкрепена, може да направим допълнителни изпитвания, за да я потвърдим, или да я преразгледаме, за да сме по-конкретни. Например може да проверим защо контактът е повреден.
Ако хипотезата не е била подкрепена, ще ни трябва нова. Например следващата хипотеза може да е, че в тостера има скъсан проводник.

В повечето случаи научният метод е повтарящ се процес. С други думи, това е по-скоро цикъл, отколкото праволинеен процес. Резултатът от един неуспешен опит дава обратна връзка, която подобрява следващия цикъл зададени въпроси.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.