科学的方法
的科学的方法是所有领域的科学家试图解释世界现象的过程。这就是科学的运作方式——通过实验。一般来说,科学方法指的是一组步骤,通过这些步骤,科学家可以形成一个猜想(假设),来解释为什么某样东西是这样运作的,然后测试他们的假设。这是一个经验过程;它使用真实世界的数据来证明这个假设。没有确切的 进行科学实验的步骤数,甚至有些精确 实验的数量,但一般的过程包括进行观察,形成假设,根据假设形成预测,然后进行实验测试。科学方法不仅限于物理或生物科学,还包括社会科学、数学、计算和其他可以用实验来证明信念的领域。
我们可以观察到,只要火被扑灭,它就会熄灭。例如,用毯子盖住的小火就被扑灭了。我们可以假设,这是因为火需要空气中的一些气体来形成并保持火焰。我们可以用a真空来验证这一理论。
我们可以预测,在真空之外,火是可以点燃的,但在真空内部,没有空气,火是不会点燃的。如果我们要测试这一理论,也许在有多种形式的火种/燃料(木材、纸张、汽油等)和多种点火方式的多个真空中,我们会注意到火永远不会被点燃。
如果我们愿意,我们可以进一步完善我们的假设,表明只有在有足够的数量时,火才能点燃氧气在空中。我们也会在真空室中进行测试,抽出所有的空气,然后加入不同的气体。我们会注意到火只有在有氧气或氧的情况下才会燃烧氧化剂.
有可能最初形成了其他不正确的假设——比如窒息减少了火灾的表面积,可以尝试制造不同大小的火灾——并被证明是不正确的。此外,值得注意的是,这一组实验不足以将这个假设转化为定理。更多的实验和发现是必要的。
科学方法也指科学存在的事实正在进行的.在某些情况下,科学家继续收集数据来证明和推翻旧的理论。或者在其他情况下,科学家对宇宙的行为方式有假设,但无法收集足够的数据来证明他们的假设。例如,直到最近在LIGO科学家无法确认当两个黑洞尽管他们相信(并在2016年2月得到证实)碰撞的黑洞产生了引力波.
科学方法的步骤
科学方法通常以一组步骤的形式呈现,但步骤的数量或类型并不总是相同的。然而,科学哲学家普遍认为,任何科学方法的表述都应遵循以下四个步骤:
- 观察有时被称为描述、定义或测量,实验者首先见证了宇宙的某些方面,例如,一个苹果掉下来。这些观察形成了一个问题,比如“为什么物体会落到地球上?”
- 假设-然后科学家们提出了一个理论来解释为什么会发生这种情况,例如,地球的质量吸引了苹果从空中掉到地上。
- 预测-利用假设,科学家计算出他们认为在给定的实验中会产生什么可测量的数据点,例如一个苹果在高度 米应落在地上 秒,或者说速度应该是 M /s在它撞击地面之前。
- 实验—运行测试以确定预测是否正确。
因为我认为重复这些步骤也很重要。如果一个预测被证明是不正确的,那么就进行其他的预测和测试。也许甚至可以提出一个新的假设。即使假设和预测是正确的,也需要进行额外的预测和测试来最好地支持任何理论。
虽然这个过程可以用不同的方式来解释或分类,但科学方法的所有公式都有经验观察、可检验的假设和验证数据来证明或反驳该假设。重要的是,实验者寻找实验结果最不可能最不可能的结果和实验巧合.在其他几乎无法解释结果的情况下,产生极不可能的预测的假设更有可能是正确的。贝叶斯定理可以用来显示在某些证据的情况下,哪些预测或多或少不太可能,即哪些被证实的预测比其他预测“更强”。例如,进化论已经得到了一致性的支持DNA在现象上有显著不同的物种之间。尽管地球上的植物和动物种类繁多,但我们的DNA大部分是相同的,只有20种氨基酸是所有已知生命体的组成部分。如果没有某种共同的起源,在经过数百万年,甚至数十亿年的外部操纵之后,迥然不同的生命形式拥有相同的组成部分是极不可能的。
可证伪性以及为什么“理论”并不意味着“不真实”
“理论”一词会让人对某些科学原理的真实性产生困惑。在科学方法下,科学家们甚至使用“理论”一词来描述已经被现代科学严格证明的关键原理(如万有引力)。这是因为科学界认为假设是很重要的可证伪.可证伪性指的是理论已经在实验中得到了验证,而它们本可能失败,但却没有。例如,当科学家把一个原理称为理论时爱因斯坦的相对论他们实际上指的是一个经过科学方法验证的假设,也就是说,这个假设已经被测试并证明是正确的。
例如,科学家有时会提到进化作为“进化论”,这促成了现代科学进化论是错误的信念。实际上,“进化论”指的是充分的研究、测试和经验证据,它们都一致地证明进化论是正确的。
这并不是说理论以后不能被推翻。科学方法的部分优点在于,没有任何理论被认为是牢不可破的规律。有些理论在创立之初的实验中似乎是正确的,但随着新的实验方法的进行,它们就被证明是错误的。例如,爱因斯坦自己相信宇宙是静态的,不会增长或收缩。这一理论后来被证明是错误的,并被一种宇宙正在膨胀的理论所取代膨胀宇宙的弗里德曼-勒梅特模型爱因斯坦自己也接受了这一点),但它的膨胀速度正在放缓。反过来,这也被证明是错误的。宇宙膨胀的速度正在加快。[1]一般来说,理论会随着时间的推移而被修正,它们在某些条件下被证明是正确的,或部分正确,一个理论的强度也可能与它在没有修改的情况下经得起检验的时间有关。
避免偏见
同行评审:
在现代科学中,实验者展示他们的发现和方法,供同行、其他有才华的科学家和实验者审阅。这是在作品发表之前完成的,但发表本身也被认为是一种邀请同行评议的方式。通过广泛地分享和传播工作,尽可能多的其他人可以审查工作并在需要时提出批评。
再现性:
与同行评议相关的概念是,实验结果应该是可以复制的。如果一个科学家做了一些实验,其他人就应该能够自己做同样的实验并得到同样的结果。可重复的实验强化了理论。
双盲测试:
主要用于医疗,心理,行为经济测试,双盲测试指的是有一个测试组和一个对照组,进行实验时,进行实验的人不知道哪个是哪个。例如,在测试一种新药的疗效时,一家制药公司可能会让一名医生给三分之一的测试人群使用新药,给另外三分之一的测试人群使用现有的已知药物,给剩下的三分之一的测试人群使用安慰剂,即一种不是药物但看起来像药物的东西,但护士不知道哪种药物是哪种药物。然后,从业者将在仍然失明的情况下跟踪整个测试人群的进展,收集关于每个测试对象的数据。
双盲研究是为了避免操纵数据的偏见,比如控制安慰剂效应,给病人一种他们认为可以治愈的药物有原因地可以减轻症状这种积极的因果效应即使在服用不应该对患者产生任何影响的药物时也会发生,比如糖丸或水,只要患者相信他们得到了治愈。双盲研究也有助于防止观察偏差,药物的管理者可能期望接受新药的人群比其他人表现更好,因此许多人无意中对他们的进展进行了比其他测试组更好的评价。
一家制药公司有一种新药,他们想测试以确定其疗效。他们假设这种药对治疗一种疾病非常有效。以下哪项实验/结果最能反映科学方法的原则?哪个是最科学的?
A)他们从10万名患者中选出100名患者服用这种药物,另外100名患者服用安慰剂,他们严格控制这些患者的饮食,限制其他药物,其中77名受试者报告说他们的幸福感显著提高。
B)他们发现了一个偏远的岛屿,岛上的土著居民基因与其他人群不同,那里有200名患者患有这种疾病。他们给岛上的100名患者服用了这种药物,给100名患者服用了安慰剂。他们严格控制这些患者的饮食,限制其他药物,并发现84名测试患者的红细胞和白细胞计数高于对照组,疾病死亡率低于非岛屿人群。
C)他们从10万名患者中选出100名患者,给100名患者服用药物,给100名患者服用安慰剂,严格控制这些患者的饮食,限制其他药物,发现只有5名测试患者的红细胞和白细胞计数高于对照组,健康状况没有其他变化。
D)他们从10万名患者中选出100名患者,给他们服用药物,给100名患者服用安慰剂,让这两名患者以他们想要的任何方式服用和用药,结果发现,68名测试患者的红细胞和白细胞计数高于对照组,恢复速度更快。
科学史与哲学“,
科学方法的理论随着时间的推移而发展,现代历史学家指出亚里士多德许多人认为托马斯·库恩的开创性著作《科学革命的结构》对目前的方法概念产生了关键影响。
亚里士多德将推理分为三种类型:
- 诱导的-也被称为猜测,溯因推理假设最有可能的推断是正确的。虽然这并不严谨,但一个消息灵通的人很可能会做出很好的猜测,许多重要的科学理论都是首先从猜测中发展起来的。
- 演绎演绎推理使用前提来得出结论。最著名的例子之一是“人皆有一死”。苏格拉底是一个人。因此,苏格拉底是凡人。”
- 归纳归纳推理是科学家们首选的推理方法,可以被认为是科学方法的早期版本。也就是说,归纳推理使用经验观察来进行推断,并在这些推断中解释概率。通过归纳法得出的理论被认为或多或少是正确的,或强或弱。
的科学哲学是指科学方法背后的逻辑和思维。它质疑是什么让一些东西在科学上有效。例如,科学方法假定现实是客观的,对人类能观察到的所有现象都有解释。
托马斯·库恩的书是科学哲学的基础,也是社会学家和历史学家看待科学的方式。在这本书中,他普及了“范式转移”一词,并促进了对科学发现的历史理解,而不是理解的线性积累,而是一系列“改变”人类理解的科学革命。此外,范式转换打开了整个领域(例如量子力学,行为经济学或遗传学)用新的方法来理解宇宙。此外,科学家认为正确的东西并不纯粹是客观的,而是基于科学界的共识。
参考文献
- Nobelprize.org。2011年诺贝尔物理学奖索尔·珀尔马特,布莱恩·p·施密特,亚当·g·里斯.检索2016年10月24日,从http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/