Wissenschaftliche Methode

Die wissenschaftliche Methode wird oft als als dargestellt laufender Prozess. Dieses Diagramm repräsentiert eine Variante, und es gibt viele andere.

Das wissenschaftliche Methode ist ein empirisch Erwerbsmethode Wissen das hat die Entwicklung von charakterisiert Wissenschaft seit mindestens das 17. Jahrhundert (mit bemerkenswerten Praktikern in den vergangenen Jahrhunderten). Es geht um vorsichtig Überwachung, streng anwenden Skepsis über das, was beobachtet wird, angesichts dessen Kognitive Annahmen kann verzerren, wie man die interpretiert Überwachung. Es beinhaltet die Formulierung Hypothesen, via Induktionbasierend auf solchen Beobachtungen; Experimental- und messbasierte statistische Tests von Abzüge Aus den Hypothesen gezeichnet; und Verfeinerung (oder Eliminierung) der Hypothesen basierend auf den experimentellen Befunden. Diese sind Prinzipien der wissenschaftlichen Methode, unterschieden sich aus einer definitiven Reihe von Schritten, die für alle wissenschaftlichen Unternehmen anwendbar sind.[1][2][3]

Obwohl die Verfahren von einem variieren Untersuchungsfeld zu einem anderen, das zugrunde liegende Prozess ist häufig von einem Feld zum anderen gleich. Der Prozess in der wissenschaftlichen Methode beinhaltet die Erstellung Vermutungen (hypothetische Erklärungen), die Vorhersagen aus den Hypothesen als logische Konsequenzen abgeben und dann Experimente oder empirische Beobachtungen auf der Grundlage dieser Vorhersagen durchführen.[a][4] Eine Hypothese ist eine Vermutung, die auf dem Wissen beruht, das bei der Suche nach Antworten auf die Frage gesucht wird. Die Hypothese könnte sehr spezifisch sein oder breit sein. Wissenschaftler testen dann Hypothesen, indem sie Experimente oder Studien durchführen. Eine wissenschaftliche Hypothese muss sein falsifizierbar, was impliziert, dass es möglich ist, ein mögliches Ergebnis eines Experiments oder einer Beobachtung zu identifizieren, die mit Vorhersagen aus der Hypothese in Konflikt steht; Andernfalls kann die Hypothese nicht sinnvoll getestet werden.[5]

Der Zweck eines Experiments besteht darin, festzustellen, ob Beobachtungen[EIN][a][b] stimme mit dem zu oder Konflikt mit dem Erwartungen abgeleitet aus einer Hypothese.[6]: Buch I, [6.54] S. 372, 408[b] Experimente können überall von einer Garage bis zu einem abgelegenen Berggipfel bis zu Cern stattfinden Large Hadron Collider. Es gibt jedoch Schwierigkeiten in einer formelhaften Methodenaussage. Obwohl die wissenschaftliche Methode häufig als feste Abfolge von Schritten dargestellt wird, stellt sie eher eine Reihe allgemeiner Prinzipien dar.[7] Nicht alle Schritte finden in jedem statt wissenschaftliche Untersuchung (und in gleichem Maße), und sie sind nicht immer in der gleichen Reihenfolge.[8][9]

Geschichte

Aristoteles (384–322 v. Chr.). "In Bezug auf seine Methode wird Aristoteles aufgrund seiner raffinierten Analyse logischer Implikationen, die im demonstrativen Diskurs enthalten sind, als Erfinder der wissenschaftlichen Methode anerkannt, die weit über die natürliche Logik hinausgeht und denjenigen, die vor ihm philosophiert wurden, nichts schuldet." - Riccardo Pozzo[10]
Ibn al-Haytham (965–1039). Ein Polymath, der von einigen als Vater des modernen wissenschaftlichen Anteils angesehen wird Methodikaufgrund seiner Betonung auf experimentelle Daten und Reproduzierbarkeit seiner Ergebnisse.[11][12][13]
Johannes Kepler (1571–1630). "Kepler zeigt seinen scharfen logischen Sinn bei der Detaillierung des gesamten Prozesses, durch den er schließlich in die wahre Umlaufbahn angekommen ist. Dies ist das größte Stück retroduktiver Argumentation, das jemals durchgeführt wurde." - - C. S. Peirce, c. 1896 über Keplers Argumentation durch erklärende Hypothesen[14]
Galileo Galilei (1564–1642). Entsprechend Albert Einstein, "Alle Kenntnisse der Realität beginnt von Erfahrung und Enden darin. Vorschläge, zu reinig logischen Mitteln, sind in Bezug Physik - in der Tat der modernen Wissenschaft insgesamt. "[15]

Wichtige Debatten in der Geschichte der Wissenschaft betreffen die Skepsis, dass alles sicher bekannt sein kann (wie z. B. Ansichten von Francisco Sancheen), Rationalismus (insbesondere, wie von René Descartes), Induktivismus, Empirismus (Wie argumentiert von durch Francis Baconund dann zu besonderer Bedeutung mit Isaac Newton und seine Anhänger) und Hypothetik-Deduktivismus, was im frühen 19. Jahrhundert in den Vordergrund trat.

Der Begriff "wissenschaftliche Methode" trat im 19. Jahrhundert auf, als eine bedeutende institutionelle Entwicklung der Wissenschaft stattfand und Terminologien klar haben Grenzen Zwischen Wissenschaft und Nichtwissenschaft wie "Wissenschaftler" und "Pseudowissenschaften" erschienen.[16] In den 1830er und 1850er Jahren, zu denen der Baconianismus beliebt war, verwickelten Naturalisten wie William Whewell, John Herschel, John Stuart Mill mit Debatten über "Induktion" und "Fakten" und konzentrierten sich darauf, Wissen zu generieren.[16] Im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert eine Debatte über Realismus vs. Antirealismus wurde als mächtige wissenschaftliche Theorien durchgeführt, die über den Bereich der Beobachtbaren hinausgingen.[17]

Problemlösung über wissenschaftliche Methode

Siehe Abschnitt Notizen § Problemlösung über wissenschaftliche Methode

Der Begriff "wissenschaftliche Methode" wurde im 20. Jahrhundert in die Bevölkerung eingesetzt. Deweys Buch von 1910, Wie wir denken, inspiriert Beliebte Richtlinien,[18] In Wörterbüchern und wissenschaftlichen Lehrbüchern tauchte, obwohl es wenig Konsens über seine Bedeutung gab.[16] Obwohl es bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts Wachstum in den 1960er und 1970er Jahren gab, zahlreiche einflussreiche Wissenschaftsphilosophen wie Thomas Kuhn und Paul Feyerabend hatte die Universalität der "wissenschaftlichen Methode" in Frage gestellt und ersetzte dabei den Begriff der Wissenschaft als homogene und universelle Methode durch die heterogene und lokale Praxis.[16] Im Speziellen, Paul Feyerabend, in der ersten Ausgabe seines Buches von 1975 Gegen Methode, argumentierte dagegen, es gibt universelle Regeln von Wissenschaft;[17] Popper 1963,[19] Gauch 2003,[7] und Schleppto 2010[20] nicht mit der Behauptung von Feyerabend überein; Problemlöserund Forscher sollen während ihrer Untersuchung mit ihren Ressourcen umsichtig sein.[B][c]

Spätere Stanzen sind Physiker Lee Smolin's 2013 Essay "Es gibt keine wissenschaftliche Methode",[26] in dem er sich zwei einsetzt ethische Prinzipien,[e] und Wissenschaftshistoriker Das Kapitel von Daniel Thurs im Buch 2015 Newtons Apfel und andere Mythen über die Wissenschaft, was zu dem Schluss kam, dass die wissenschaftliche Methode ein Mythos oder bestenfalls eine Idealisierung ist.[27] Wie Mythen sind Überzeugungen,[28] Sie unterliegen dem Erzählstürmer Wie Taleb betont.[29] Philosophen Robert Nola und Howard Sankey in ihrem 2007er Buch Theorien der wissenschaftlichen Methode, sagte, dass die Debatten über die wissenschaftliche Methode fortgesetzt werden und argumentierte, dass Feyerabend trotz des Titels von Gegen Methode, akzeptierte bestimmte Methodenregeln und versuchte, diese Regeln mit einer Meta -Methodik zu rechtfertigen.[30] Staddon (2017) argumentiert, es sei ein Fehler, die Regeln ohne algorithmische wissenschaftliche Methode zu verfolgen. In diesem Fall wird "Wissenschaft am besten an Beispielen verstanden".[f] Aber algorithmische Methoden, wie z. DISFORT DER BEHEIGEN THEORY BY Experiment werden seit Alhacen verwendet (1027) Buch der Optik,[b] und Galileo (1638) Zwei neue Wissenschaften,[32] und Der Test[33] Stehen Sie immer noch als wissenschaftliche Methode. Sie widersprechen Feyerabends Haltung.[C][D]

Das allgegenwärtige Element in der wissenschaftlichen Methode ist Empirismus. Dies steht im Gegensatz zu strengen Formen von Rationalismus: Die wissenschaftliche Methode verkörpert die Position, dass die Vernunft allein kein bestimmtes wissenschaftliches Problem lösen kann. Eine starke Formulierung der wissenschaftlichen Methode ist nicht immer mit einer Form von ausgerichtet Empirismus in denen die empirischen Daten in Form von Erfahrung oder anderen abstrahierten Wissensformen vorgebracht werden; in Aktuelle wissenschaftliche Praxisjedoch die Verwendung von Wissenschaftliche Modellierung Das Vertrauen in abstrakte Typologien und Theorien wird normalerweise akzeptiert. Die wissenschaftliche Methode kontert behauptet, dass Offenbarungpolitisch oder religiös Dogma, Appelle an die Tradition, allgemein angehaltene Überzeugungen, gesunden Menschenverstand oder derzeit gehörte Theorien darstellen das einzig mögliche Mittel, um die Wahrheit zu demonstrieren.[36][21][20]

Unterschiedliche frühe Ausdrücke des Empirismus und der wissenschaftlichen Methode können im Laufe der Geschichte gefunden werden, zum Beispiel mit dem Alten Stoiker, Epikurus,[37] Alhazen,[E] Avicenna, Roger Bacon, und William von Ockham. Ab dem 16. Jahrhundert wurden die Experimente von befürwortet von Francis Baconund durchgeführt von Giambattista della Porta,[38] Johannes Kepler,[39][ich] und Galileo Galilei.[j] Es gab eine besondere Entwicklung durch theoretische Werke von Francisco Sancheen,[40] John Locke, George Berkeley, und David Hume.

Eine Seebürme von Amerika nach Europa, die erbracht hat C. S. Peirce die Entfernung zur Klärung seine Ideen,[F] allmählich führt die hypothetisch-deduktives Modell.[41] Das im 20. Jahrhundert formulierte Modell hat seit dem ersten vorgeschlagenen (für eine formellere Diskussion siehe § Elemente der wissenschaftlichen Methode).

Überblick

Die wissenschaftliche Methode ist der Prozess, durch den Wissenschaft durchgeführt wird.[42] Wie in anderen Untersuchungsbereichen kann die Wissenschaft (durch die wissenschaftliche Methode) auf früheren Wissen aufbauen und ein ausgefeilteres Verständnis ihrer Studienthemen im Laufe der Zeit entwickeln.[k][44][45][46][47][48][49] Dieses Modell kann dem zugrunde liegen wissenschaftliche Revolution.[50]

Verfahren

Der Gesamtprozess beinhaltet die Herstellung Vermutungen (Hypothesen), Ableitungen von Vorhersagen von ihnen als logische Konsequenzen und dann Experimente, die auf diesen Vorhersagen basieren, um festzustellen, ob die ursprüngliche Vermutung korrekt war.[4] Es gibt jedoch Schwierigkeiten in einer formelhaften Methodenaussage. Obwohl die wissenschaftliche Methode häufig als feste Abfolge von Schritten dargestellt wird, werden diese Aktionen besser als allgemeine Prinzipien angesehen.[8] Nicht alle Schritte finden in jeder wissenschaftlichen Untersuchung (und in gleichem Maße) statt, und sie werden nicht immer in derselben Reihenfolge durchgeführt. Wie von Wissenschaftler und Philosoph festgestellt William Whewell (1794–1866), "Erfindung, Scharfsinn, [und] Genie"[9] sind bei jedem Schritt erforderlich.

Formulierung einer Frage

Die Frage kann sich auf die Erklärung eines spezifischen beziehen Überwachung,[EIN] Wie in "Warum ist der Himmel blau?" kann aber auch offen sein, wie in "Wie kann ich Entwerfen Sie ein Medikament Um diese bestimmte Krankheit zu heilen? "In diesem Stadium wird häufig Beweise aus früheren Experimenten, persönlichen wissenschaftlichen Beobachtungen oder Behauptungen sowie die Arbeit anderer Wissenschaftler aufgefasst und bewertet. Wenn die Antwort bereits bekannt ist, kann eine andere Frage, die auf den Beweisen aufbaut Aufgrund der Anwendung der wissenschaftlichen Methode auf die Forschung kann die Bestimmung einer guten Frage sehr schwierig sein und das Ergebnis der Untersuchung beeinflussen.[51]

Hypothese

A Hypothese ist eine Vermutung, die auf Kenntnissen basiert, die während der Formulierung der Frage erhalten werden, die ein bestimmtes Verhalten erklären kann. Die Hypothese könnte sehr spezifisch sein; Zum Beispiel Einsteins Äquivalenzprinzip oder Francis Crick's "DNA macht RNA macht Protein", "[l] oder es könnte breit sein; Zum Beispiel "unbekannte Lebensarten wohnen in den unerforschten Tiefen der Ozeane". Sehen § Hypotheseentwicklung

A Statistische Hypothese ist ein Vermutung über eine gegebene Statistische Bevölkerung. Zum Beispiel könnte die Bevölkerung sein Menschen mit einer bestimmten Krankheit. Eine Vermutung könnte sein, dass ein neues Medikament die Krankheit in einigen Menschen in dieser Bevölkerung wie in a heilen wird klinische Studie der Droge.[52] A Nullhypothese Würde vermuten, dass die statistische Hypothese falsch ist; Zum Beispiel, dass das neue Medikament nichts tut und dass jede Heilung in der Bevölkerung durch verursacht wird Chance (a zufällige Variable).

Ein Alternative zur Nullhypothese, sein falsifizierbar, muss sagen, dass ein Behandlungsprogramm mit dem Medikament besser als Zufall. Um die Aussage zu testen Ein Behandlungsprogramm mit dem Medikament besser als ZufallEs wird ein Experiment entworfen, in dem ein Teil der Bevölkerung (Die Kontrollgruppe) ist unbehandelt zu bleiben, während ein weiterer, getrennter Teil der Bevölkerung behandelt werden soll.[53] t-Tests Könnte dann angeben, wie groß die behandelten Gruppen und wie groß die Kontrollgruppen sein sollen, um zu schließen, ob eine Behandlung der Bevölkerung in jeder der Gruppen zu einer Heilung einiger von ihnen geführt hat.[m] Die Gruppen werden wiederum von den Forschern in a untersucht Protokoll.[n]

Starke Schlussfolgerung könnte alternativ mehrere alternative Hypothesen vorschlagen, die in verkörpert werden Randomisierte kontrollierte Studien, Behandlungen a, b, c, ... (sagen wir in a Blind Experiment mit unterschiedlichen Dosierungen oder mit Änderungen des Lebensstils usw.), um nicht vorzustellen Bestätigungsverzerrung zugunsten eines bestimmten Behandlungsverlaufs.[55] Ethische Überlegungen könnten verwendet werden, um die Zahlen in den unbehandelten Gruppen zu minimieren, z. B. fast jede Behandlung in jeder Gruppe, jedoch ohne A, B, C, ... als Kontrollen.[Ö][p]

Vorhersage

Der Vorhersageschritt zieht die logischen Folgen der Hypothese ab bevor das Ergebnis bekannt ist. Diese Vorhersagen sind Erwartungen an die Testergebnisse. Wenn das Ergebnis bereits bekannt ist, ist es ein Beweis, der bereit ist, in der Akzeptanz oder Ablehnung der Hypothese berücksichtigt zu werden. Die Beweise sind auch stärker, wenn das tatsächliche Ergebnis des Vorhersage -Tests noch nicht bekannt ist, da manipulationen des Tests wie möglich ausgeschlossen werden können Rückschaufehler (sehen Postdiction). Im Idealfall muss die Vorhersage auch die Hypothese von wahrscheinlichen Alternativen unterscheiden; Wenn zwei Hypothesen die gleiche Vorhersage machen, ist die Beobachtung der Vorhersage, die korrekt zu sein, kein Beweis für beide über den anderen. (Diese Aussagen über den Verwandten Beweiskraft kann mathematisch mit Verwendung abgeleitet werden Bayes 'Theorem).[q]

Die Folge ist daher zu gleichzeitig oder kurz nach der Aussage der Hypothese, aber bevor das experimentelle Ergebnis bekannt ist.

Ebenso ist das Testprotokoll vor der Ausführung des Tests angegeben. Diese Anforderungen werden zu Vorsichtsmaßnahmen gegen Manipulationen und helfen der Reproduzierbarkeit des Experiments.

Testen

Geeignete Tests[23][22] einer Hypothese vergleichen Sie die erwartete Werte Aus den Tests dieser Hypothese mit den tatsächlichen Ergebnissen dieser Tests. Wissenschaftler (und andere Menschen) können dann sichern oder entwerfen ihre Hypothesen durch geeignetes Durchführen Experimente.

Analyse

Eine Analyse bestimmt aus den Ergebnissen des Experiments die nächsten Maßnahmen. Die erwarteten Werte aus dem Test der alternativen Hypothese werden mit dem verglichen erwartete Werte resultiert aus der Nullhypothese (dh einer Vorhersage von keinem Unterschied in der Status Quo). Der Unterschied zwischen erwartet gegen tatsächliche Zeigt an, welche Hypothese die resultierenden Daten aus dem Experiment besser erklärt. In Fällen, in denen ein Experiment viele Male wiederholt wird, a statistische Analyse so wie ein Chi-Quadrat-Test Ob die Nullhypothese wahr ist, kann erforderlich sein.

Beweise von anderen Wissenschaftlern und aus Erfahrung stehen zur Gründung bei der Gründung bei jede Phase im Prozess. Abhängig von der Komplexität des Experiments kann die Iteration des Prozesses erforderlich sein, um ausreichende Beweise zu sammeln, um die Frage mit Zuversicht zu beantworten oder andere Antworten auf hochspezifische Fragen aufzubauen, um eine einzelne breitere Frage zu beantworten.

Wenn die Beweise die alternative Hypothese verfälscht haben, ist eine neue Hypothese erforderlich; Wenn die Beweise nicht endgültig rechtfertigen, die alternative Hypothese zu verwöhnen, können andere Vorhersagen aus der alternativen Hypothese berücksichtigt werden. Pragmatische Überlegungen, wie die zur Fortsetzung der Anfrage zur Verfügung stehenden Ressourcen, könnten den weiteren Kurs der Untersuchung leiten.[B] Wenn Beweise für eine Hypothese diese Hypothese stark stützen, kann eine weitere Befragung für Einblicke in die umfassendere untersuchte Untersuchung folgen.

DNA -Beispiel

Das Basis Elemente der wissenschaftlichen Methode werden durch das folgende Beispiel (das von 1944 bis 1953 aufgetreten) aus der Entdeckung der Struktur von dargestellt DNA:

  • Frage: Frühere Untersuchung der DNA hatte seine chemische Zusammensetzung (die vier Nukleotide), die Struktur jedes einzelnen Nukleotids und anderer Eigenschaften. Die DNA wurde als Träger genetischer Informationen von der identifiziert Avery -Macleod -McCarty -Experiment 1944,[56] Der Mechanismus, wie genetische Information in DNA gespeichert wurde, war jedoch unklar.[57]
  • Hypothese: Linus Pauling, Francis Crick und James D. Watson Hypothese, dass DNA eine helikale Struktur hatte.[58]
  • Vorhersage: Wenn die DNA eine helikale Struktur hätte, wäre das Röntgenbeugungsmuster x-förmig.[59][60] Diese Vorhersage wurde unter Verwendung der Mathematik der Helix -Transformation bestimmt, die von Cochran, Crick und Vand abgeleitet worden war[61] (und unabhängig von Stokes). Diese Vorhersage war ein mathematisches Konstrukt, das völlig unabhängig vom biologischen Problem vorliegt.
  • Experiment: Rosalind Franklin verwendet reine DNA zur Durchführung Röntgenbeugung produzieren Foto 51. Die Ergebnisse zeigten eine X-Form.
  • Analyse: Als Watson das detaillierte Beugungsmuster sah, erkannte er es sofort als Helix.[24][62][c] Er und Crick produzierten dann ihr Modell und verwendeten diese Informationen zusammen mit den bisher bekannten Informationen über die Zusammensetzung der DNA, insbesondere die Regeln von Chargaffs Basispaarung.[25]

Die Entdeckung wurde zum Ausgangspunkt für viele weitere Studien mit dem genetischen Material, wie dem Feld von Molekulare Genetikund es wurde mit dem ausgezeichnet Nobelpreis 1962. Jeder Schritt des Beispiels wird später im Artikel ausführlicher untersucht.

Andere Komponenten

Die wissenschaftliche Methode enthält auch andere Komponenten, die auch dann erforderlich sind, wenn alle Iterationen der oben genannten Schritte ausgeführt wurden:[32]

Reproduzieren

Wenn ein Experiment nicht sein kann wiederholt Um dieselben Ergebnisse zu erzielen, bedeutet dies, dass die ursprünglichen Ergebnisse möglicherweise fehlerhaft gewesen sein. Infolgedessen ist es üblich, dass ein einzelnes Experiment mehrmals durchgeführt wird, insbesondere wenn unkontrollierte Variablen oder andere Hinweise von vorhanden sind Versuchsfehler. Für signifikante oder überraschende Ergebnisse können andere Wissenschaftler auch versuchen, die Ergebnisse für sich selbst zu replizieren, insbesondere wenn diese Ergebnisse für ihre eigene Arbeit wichtig wären.[63] Die Replikation ist zu einem umstrittenen Problem in der sozialen und biomedizinischen Wissenschaft geworden, in dem Gruppen von Personen behandelt werden. Typischerweise an Versuchsgruppe bekommt die Behandlung wie ein Medikament und die Kontrollgruppe bekommt ein Placebo. John Ioannidis Im Jahr 2005 wies darauf hin, dass die verwendete Methode zu vielen Ergebnissen geführt hat, die nicht repliziert werden können.[64]

Externe Bewertung

Der Prozess von Peer Review beinhaltet die Bewertung des Experiments durch Experten, die normalerweise ihre Meinung anonym abgeben. Einige Zeitschriften fordern, dass der Experimentator Listen möglicher Peer -Rezensenten bereitstellt, insbesondere wenn das Feld hochspezialisiert ist. Die Peer Review zertifiziert nicht die Richtigkeit der Ergebnisse, sondern nur, dass die Experimente selbst festgestellt waren (basierend auf der vom Experimentator gelieferten Beschreibung). Wenn die Arbeit über die Peer-Überprüfung geht, die gelegentlich neue Experimente erfordern, die von den Gutachtern angefordert werden wissenschaftliche Zeitschrift. Das spezifische Journal, das die Ergebnisse veröffentlicht, zeigt die wahrgenommene Qualität der Arbeit an.[r]

Datenaufzeichnung und Freigabe

Wissenschaftler achten in der Regel vorsichtig bei der Aufzeichnung ihrer Daten, eine Anforderung, die von gefördert wird Ludwik Fleck (1896–1961) und andere.[65] Obwohl dies normalerweise nicht erforderlich ist, werden sie möglicherweise angefordert Liefern Sie diese Daten anderen Wissenschaftlern, die ihre ursprünglichen Ergebnisse (oder Teile ihrer ursprünglichen Ergebnisse) replizieren möchten, die sich auf den Austausch von experimentellen Proben erstrecken, die möglicherweise schwer zu erhalten sind.[66] Sehen § Kommunikation und Gemeinschaft.

Instrumentierung

Sehen wissenschaftliche Gemeinschaft, Große Wissenschaft.

Institutionelle Forscher könnten eine erwerben Instrument zu institutionalisieren ihre Tests. Diese Instrumente würden nutzen Beobachtungen der realen Welt, die mit ihrer zustimmen oder vielleicht in Konflikt mit ihren Konflikten zustimmen könnte Vorhersagen abgeleitet von ihren Hypothese. Diese Institutionen reduzieren dadurch die Forschungsfunktion auf Kosten/Nutzen,[67] was als Geld und die Zeit und Aufmerksamkeit der Forscher ausgedrückt wird, um verbraucht zu werden,[67] im Austausch für einen Bericht an ihre Wähler.[68]

Aktuelle große Instrumente wie Cern's Large Hadron Collider (LHC),[69] oder Ligo,[70] oder der Nationale Zündeinrichtung (Nif),[71] oder der Internationale Raumstation (ISS),[72] oder der James Webb Space Telescope (Jwst),[73][74] Die erwarteten Kosten von Milliarden von Dollar und Zeitrahmen, die sich über Jahrzehnte erstrecken. Diese Art von Institutionen wirken sich auf die öffentliche Ordnung auf nationaler oder sogar international Zusatzinfrastruktur.[s][75] Sehen Wahrnehmungskontrolltheorie, §Open-Loop und Feedback mit geschlossenem Loop

Elemente der wissenschaftlichen Methode

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die grundlegende Methode für die wissenschaftliche Untersuchung zu beschreiben. Das wissenschaftliche Gemeinschaft und Philosophen der Wissenschaft Vereinbaren Sie im Allgemeinen die folgende Klassifizierung von Methodenkomponenten. Diese methodischen Elemente und die Organisation von Verfahren sind in der Regel charakteristischer für Versuchswissenschaften als Sozialwissenschaften. Der Zyklus der Formulierung von Hypothesen, das Testen und Analysieren der Ergebnisse und die Formulierung neuer Hypothesen ähnelt jedoch dem nachstehend beschriebenen Zyklus.

Die wissenschaftliche Methode ist ein iterativer, zyklischer Prozess, durch den Informationen kontinuierlich überarbeitet werden.[76][77] Es wird allgemein anerkannt, dass es durch die folgenden Elemente in unterschiedlichen Kombinationen oder Beiträgen Fortschritte im Wissen entwickelt:[45][48]

  • Charakterisierungen (Beobachtungen, Definitionen und Messungen des Untersuchungsfachs)
  • Hypothesen (theoretische, hypothetische Erklärungen von Beobachtungen und Messungen des Subjekts)
  • Vorhersagen (induktives und deduktives Denken aus der Hypothese oder Theorie)
  • Experimente (Tests aller oben genannten)

Jedes Element der wissenschaftlichen Methode unterliegt Peer Review für mögliche Fehler. Diese Aktivitäten beschreiben nicht alles, was Wissenschaftler tun, aber Wenden Sie sich hauptsächlich auf experimentelle Wissenschaften an (z. B. Physik, Chemie, Biologie und Psychologie). Die obigen Elemente werden oft in gelehrt Das Bildungssystem als "die wissenschaftliche Methode".[EIN]

Die wissenschaftliche Methode ist kein einziges Rezept: Es erfordert Intelligenz, Vorstellungskraft und Kreativität.[78] In diesem Sinne ist es keine sinnlose Reihe von Standards und Verfahren, sondern eher ein laufender Zyklusständig nützlichere, genauere und umfassendere Modelle und Methoden. Als Einstein beispielsweise die speziellen und allgemeinen Relativitätstheorien entwickelte, widerlegte er in keiner Weise Newton's oder Rabatt Principia. Im Gegenteil, wenn das astronomisch massive, das Federlicht und das extrem schnelle Einstein-Theorien entfernt werden-alle Phänomene, die Newton nicht hätte beobachten können-, sind Newtons Gleichungen das, was verbleiben. Einsteins Theorien sind Expansionen und Verfeinerungen von Newtons Theorien und erhöhen somit das Vertrauen in Newtons Arbeit.

Ein iteratives,[77] pragmatisch[36] Das Schema der vier obigen Punkte wird manchmal als Richtlinie für den Verfahren angeboten:[79]

  1. Eine Frage definieren
  2. Sammeln Sie Informationen und Ressourcen (beobachten)
  3. Eine erklärende Hypothese bilden
  4. Testen Sie die Hypothese, indem Sie ein Experiment durchführen und Daten in a sammeln reproduzierbar Benehmen
  5. Analysieren Sie die Daten
  6. Interpretieren Sie die Daten und ziehen Sie Schlussfolgerungen, die als Ausgangspunkt für eine neue Hypothese dienen
  7. Ergebnisse veröffentlichen
  8. Wiederholungstest (häufig von anderen Wissenschaftlern durchgeführt)

Der iterative Zyklus, der dieser Schritt-für-Schritt-Methode inhärent ist, geht wieder von Punkt 3 auf 6 auf 3 zurück.

Während dieses Schema eine typische Hypothese-/Testmethode beschreibt,[80] Viele Philosophen, Historiker und Soziologen der Wissenschaft, einschließlich Paul Feyerabend,[t] behaupten, dass solche Beschreibungen der wissenschaftlichen Methode wenig in Bezug auf die Art und Weise in Bezug auf die Art und Weise in Bezug auf die Wissenschaft praktiziert werden.

Charakterisierungen

Die wissenschaftliche Methode hängt von zunehmend ausgefeilten Charakterisierungen der Untersuchungsfächer ab. (Das Themen kann auch genannt werden ungelöste Probleme oder der Unbekannte.))[EIN] Zum Beispiel, Benjamin Franklin richtig vermutet, das Feuer des St. Elmo war elektrisch in NaturAber es hat eine lange Reihe von Experimenten und theoretischen Veränderungen gedauert, um dies zu etablieren. Während Sie die relevanten Eigenschaften der Probanden suchen bedeuten einige Definitionen und Beobachtungen; das Beobachtungen oft vorsichtig fordern Messungen und/oder zählen.

Die systematische, sorgfältige Sammlung von Messungen oder Zahlen relevanter Größen ist häufig der kritische Unterschied zwischen Pseudo-Sciences, wie Alchemie und Wissenschaft, wie Chemie oder Biologie. Wissenschaftliche Messungen werden normalerweise tabellarisch, grafisch oder zugeordnet und statistische Manipulationen wie z. Korrelation und Regression, auf ihnen durchgeführt. Die Messungen können in einer kontrollierten Umgebung wie einem Labor oder in mehr oder weniger unzugänglichen oder unmanipulierbaren Objekten wie Sternen oder menschlichen Populationen durchgeführt werden. Die Messungen erfordern oft spezialisiert wissenschaftliche Instrumente wie zum Beispiel Thermometer, Spektroskope, Partikelbeschleuniger, oder Voltmeterund der Fortschritt eines wissenschaftlichen Bereichs ist normalerweise eng mit ihrer Erfindung und Verbesserung verbunden.

Ich bin nicht gewohnt, nach nur ein oder zwei Beobachtungen etwas mit Sicherheit zu sagen.

Unsicherheit

Messungen in der wissenschaftlichen Arbeit werden in der Regel auch von Schätzungen ihres begleitet Unsicherheit.[67] Die Unsicherheit wird häufig durch wiederholte Messungen der gewünschten Menge geschätzt. Unsicherheiten können auch durch Berücksichtigung der Unsicherheiten der einzelnen verwendeten Größen berechnet werden. Die Anzahl der Dinge, wie die Anzahl der Menschen in einer Nation zu einem bestimmten Zeitpunkt, kann auch aufgrund von Einschränkungen der Datenerfassung eine Unsicherheit haben. Oder Zählungen können eine Stichprobe gewünschter Größen darstellen, mit einer Unsicherheit, die von der verwendeten Stichprobenmethode und der Anzahl der entnommenen Proben abhängt.

Definition

Messungen erfordern die Verwendung von Funktionierende Definitionen von relevanten Mengen. Das heißt, eine wissenschaftliche Menge wird beschrieben oder definiert dadurch, wie sie gemessen wird, im Gegensatz zu einer vage, ungenaueren oder "idealisierten" Definition. Zum Beispiel, elektrischer Strom, gemessen in Ampere, kann operativ in Bezug auf die Masse des Silbers definiert werden, die in einer bestimmten Zeit auf einer Elektrode in einem elektrochemischen Gerät, das ausführlich beschrieben wird, abgelagert wird. Die operative Definition von einer Sache beruht oft auf Vergleiche mit Standards: Die operative Definition von "Masse" beruht letztendlich auf der Verwendung eines Artefakts, wie beispielsweise ein bestimmtes Kilogramm Platin-IRIDium, das in einem Labor in Frankreich aufbewahrt wird.

Die wissenschaftliche Definition eines Begriffs unterscheidet sich manchmal erheblich von seiner Natürliche Sprache Verwendungszweck. Zum Beispiel, Masse und Gewicht Überlappung der Bedeutung im gemeinsamen Diskurs, hat aber unterschiedliche Bedeutungen in Mechanik. Wissenschaftliche Mengen sind oft durch ihre gekennzeichnet Maßeinheiten Dies kann später in Bezug auf konventionelle physische Einheiten bei der Kommunikation der Arbeit beschrieben werden.

Manchmal werden neue Theorien entwickelt, nachdem die Realisierung bestimmter Begriffe bisher nicht ausreichend klar definiert wurden. Zum Beispiel, Albert Einstein's erstes Papier auf Relativität beginnt mit Definition Gleichzeitigkeit und die Mittel zur Bestimmung Länge. Diese Ideen wurden von übersprungen von übersprungen Isaac Newton mit "Ich definiere nicht Zeit, Raum, Ort und Bewegungals allgemein bekannt. "Einsteins Papier zeigt dann, dass sie (nämlich absolute Zeit und Länge unabhängig von der Bewegung) Annäherungen waren. Francis Crick warnt uns davor, dass es bei der Charakterisierung eines Themas jedoch verfrüht sein kann, etwas zu definieren, wenn es schlecht verstärkt bleibt.[83] In Cricks Studium von BewusstseinEr fand es tatsächlich einfacher zu studieren Bewusstsein in dem visuelles System, anstatt zu studieren Freier Wille, zum Beispiel. Sein warnendes Beispiel war das Gen; Das Gen war vor Watson und Cricks wegweisender Entdeckung der Struktur der DNA viel besser bekannt; Es wäre kontraproduktiv gewesen, viel Zeit mit der Definition des Gens vor ihnen zu verbringen.

DNA-Charakterisierungen

Das Geschichte der Entdeckung der Struktur der DNA ist ein klassisches Beispiel für die Elemente der wissenschaftlichen Methode: 1950 war es bekannt, dass das Genetischer Vererbung hatte eine mathematische Beschreibung, beginnend mit den Studien von Gregor Mendelund diese DNA enthielt genetische Informationen (Oswald Avery's transformierendes Prinzip).[56] Der Mechanismus der Speicherung genetischer Informationen (d. H. Gene) in DNA war jedoch unklar. Forscher in Braggs Labor bei Universität von Cambridge gemacht Röntgen Beugung Bilder von verschiedenen Moleküle, beginnen mit Kristalle von Salzund mit komplizierteren Substanzen fortfahren. Unter Verwendung von Hinweisen, die über Jahrzehnte, beginnend mit seiner chemischen Zusammensetzung, montiert, wurde festgestellt, dass es möglich sein sollte, die physikalische Struktur der DNA zu charakterisieren, und die Röntgenbilder würden das Fahrzeug sein.[84] ..2. DNA-Hypothesen

Ein weiteres Beispiel: Präzession des Quecksilbers

Präzession des Perihel- übertrieben im Fall von Quecksilber, aber im Fall von beobachtet S2's Apsidale Präzession um Schütze a*[85]

Das Charakterisierungselement kann eine erweiterte und umfangreiche Untersuchung erfordern, sogar Jahrhunderte. Es dauerte Tausende von Jahren von Messungen, von der Chaldan, indisch, persisch, griechisch, Arabisch, und europäisch Astronomen, um die Bewegung des Planeten vollständig aufzuzeichnen Erde. Newton konnte diese Messungen in die Folgen seines aufnehmen Bewegungsgesetze. Aber die Perihel des Planeten Quecksilber's Orbit zeigt eine Präzession, die durch Newtons Bewegungsgesetze (siehe Diagramm rechts) nicht vollständig erklärt werden kann, wie Leverrier 1859 betonte. Der beobachtete Unterschied für Mercury's Präzession Zwischen Newtonsche Theorie und Beobachtung war eines der Dinge, die auftraten Albert Einstein als möglicher früher Test seiner Theorie von Generelle Relativität. Seine relativistischen Berechnungen stimmten der Beobachtung viel genauer überein als die Newtonsche Theorie. Der Unterschied beträgt ungefähr 43 Bogensekunden pro Jahrhundert.

Hypothesenentwicklung

A Hypothese ist eine vorgeschlagene Erklärung eines Phänomens oder abwechselnd ein begründeter Vorschlag, der auf eine mögliche Korrelation zwischen oder zwischen einer Reihe von Phänomenen hinweist.

Normalerweise haben Hypothesen die Form von a mathematisches Modell. Manchmal, aber nicht immer, können sie auch als formuliert werden Existenzielle Aussagenmit der Begründung, dass ein bestimmter Fall des untersuchten Phänomens einige charakteristische und kausale Erklärungen hat, die die allgemeine Form von haben Universelle Aussagenmit der Angabe, dass jede Instanz des Phänomens ein besonderes Merkmal hat.

Wissenschaftler sind frei, alle Ressourcen zu verwenden, die sie haben - ihre eigene Kreativität, Ideen aus anderen Bereichen, Induktiver Argumentation, Bayes'sche InferenzUnd so weiter - Stellen Sie sich mögliche Erklärungen für ein im untersuchter Phänomen vor. Albert Einstein beobachtete einmal, dass "es keine logische Brücke zwischen Phänomenen und ihren theoretischen Prinzipien gibt".[86][u] Charles Sanders Peirceeine Seite ausleihen von Aristoteles (Vorherige Analytik, 2.25)[88] beschrieben die beginnenden Stufen von Anfrage, angestiftet durch die "Reizung des Zweifels", eine plausible Vermutung zu wagen, als Abduktion.[34]: II, S. 290 Die Geschichte der Wissenschaft ist voller Geschichten von Wissenschaftlern, die einen "Inspirationsblitz" oder eine Vermutung behaupten, die sie dann motivierten, nach Beweisen zu suchen, um ihre Idee zu unterstützen oder zu widerlegen. Michael Polanyi machte solche Kreativität zum Herzstück seiner Diskussion über die Methodik.

William Glen beobachtet das[89]

Der Erfolg einer Hypothese oder ihres Dienstes für die Wissenschaft liegt nicht nur in ihrer wahrgenommenen "Wahrheit" oder der Macht, eine Vorgängeridee zu verdrängen, zu subsumieren oder zu reduzieren, sondern möglicherweise mehr in seiner Fähigkeit, die Forschung zu stimulieren, die beleuchtet werden ... Glatze Vermutungen und Gebiete der Unbestimmtheit.

-William Glen, die Debatten der Massenauslöste

Im Allgemeinen neigen Wissenschaftler dazu, nach Theorien zu suchen, die sind "elegant" oder "schön"Wissenschaftler verwenden diese Begriffe oft, um auf eine Theorie zu verweisen, die den bekannten Fakten folgt, aber dennoch relativ einfach und leicht zu handhaben ist. Ockhams Rasiermesser dient als Faustregel für die Auswahl der wünschenswertesten unter einer Gruppe gleichermaßen erklärender Hypothesen.

Um die zu minimieren Bestätigungsverzerrung die aus der Unterhaltung einer einzelnen Hypothese resultieren, starke Schlussfolgerung betont die Notwendigkeit, mehrere alternative Hypothesen zu unterhalten.[55]

DNA-Hypothesen

Linus Pauling schlug vor, dass DNA a sein könnte dreifach Helix.[90] Diese Hypothese wurde auch von berücksichtigt Francis Crick und James D. Watson aber weggeworfen. Als Watson und Crick von Pauings Hypothese erfuhren, verstanden sie aus vorhandenen Daten, dass Pauling falsch war.[91] Und dieses Pauling würde bald seine Schwierigkeiten mit dieser Struktur zugeben. Das Rennen war also, um die richtige Struktur herauszufinden (außer dass Pauling zu der Zeit, als er sich in einem Rennen befand, nicht erkannte). ..3. DNA-Vorhersagen

Vorhersagen aus der Hypothese

Jede nützliche Hypothese wird ermöglichen Vorhersagen, durch Argumentation einschließlich deduktive Argumentation. Es könnte das Ergebnis eines Experiments in einer Laborumgebung oder die Beobachtung eines Phänomens in der Natur vorhersagen. Die Vorhersage kann auch statistisch sein und nur mit Wahrscheinlichkeiten umgehen.

Es ist wichtig, dass das Ergebnis einer solchen Vorhersage derzeit unbekannt ist. Nur in diesem Fall erhöht ein erfolgreiches Ergebnis die Wahrscheinlichkeit, dass die Hypothese wahr ist. Wenn das Ergebnis bereits bekannt ist, wird es als Konsequenz bezeichnet und hätte bereits berücksichtigt werden müssen, während Formulierung der Hypothese.

Wenn die Vorhersagen nicht durch Beobachtung oder Erfahrung zugänglich sind, ist die Hypothese noch nicht testbar und bleibt daher in einem strengen Sinne in diesem Ausmaß unwissenschaftlich. Eine neue Technologie oder Theorie kann die notwendigen Experimente machbar machen. Während beispielsweise eine Hypothese über die Existenz anderer intelligenter Arten mit wissenschaftlich basierter Spekulation überzeugt sein kann, kann kein bekanntes Experiment diese Hypothese testen. Daher kann die Wissenschaft selbst wenig über die Möglichkeit zu sagen haben. In Zukunft kann eine neue Technik einen experimentellen Test ermöglichen, und die Spekulationen werden dann Teil der akzeptierten Wissenschaft.

DNA-Vorhersagen

James D. Watson, Francis Crickund andere stellten die Hypothese auf, dass DNA eine helikale Struktur hatte. Dies implizierte, dass das Röntgenbeugungsmuster der DNA "x geformt" wäre.[60][59] Diese Vorhersage folgte aus der Arbeit von Cochran, Crick und Vand[61] (und unabhängig von Stokes). Das Cochran-Crick-Vand-Stokes-Theorem lieferte eine mathematische Erklärung für die empirische Beobachtung, dass die Beugung von helikalen Strukturen x-förmige Muster erzeugt.

In ihrem ersten Papier stellten Watson und Crick auch fest, dass die Doppelhelix Struktur, die sie vorgeschlagen haben, lieferte einen einfachen Mechanismus für DNA Replikationmit dem Schreiben: "Es ist nicht unserer Notiz entkommen, dass die spezifische Paarung, die wir postuliert haben, sofort auf einen möglichen Kopiermechanismus für das genetische Material hinweist".[92] ..4. DNA-Experimente

Ein weiteres Beispiel: Allgemeine Relativitätstheorie

Einsteins Theorie von generelle Relativität macht mehrere spezifische Vorhersagen über die beobachtbare Struktur von Freizeit, wie beispielsweise, dass hell beugt in a Schwerkraftfeldund dass die Menge an Biegung genau von der Stärke dieses Gravitationsfeldes abhängt. Arthur Eddington's Beobachtungen während einer Sonnenfinsternis von 1919 unterstützte die allgemeine Relativitätstheorie eher als Newtonianer Gravitation.[93]

Experimente

Sobald Vorhersagen getroffen wurden, können sie nach Experimenten gesucht werden. Wenn die Testergebnisse den Vorhersagen widersprechen, werden die Hypothesen, die sie beinhalteten, in Frage gestellt und weniger haltbar. Manchmal werden die Experimente falsch durchgeführt oder sind im Vergleich zu a nicht sehr gut gestaltet Entscheidendes Experiment. Wenn die experimentellen Ergebnisse die Vorhersagen bestätigen, werden die Hypothesen als wahrscheinlicher als korrekt angesehen, sind jedoch möglicherweise immer noch falsch und werden weiterhin unterliegen weitere Tests. Das Experimentelle Kontrolle ist eine Technik für den Umgang mit Beobachtungsfehlern. Diese Technik verwendet Der Kontrast zwischen mehreren Proben oder Beobachtungen oder Populationen unter unterschiedlichen Bedingungen, um zu sehen, was unterschiedlich ist oder was gleich bleibt. Wir variieren die Bedingungen für die Messakte, um das zu isolieren, was sich geändert hat. Mills Kanonen Kann uns dann helfen, herauszufinden, was der wichtige Faktor ist.[94] Faktorenanalyse ist eine Technik, um den wichtigen Faktor in einem Effekt zu entdecken.

Abhängig von den Vorhersagen können die Experimente unterschiedliche Formen haben. Es könnte ein klassisches Experiment in einem Laborumfeld sein, a Doppelblind studieren oder archäologisch Ausgrabung. Sogar ein Flugzeug ausnehmen aus New York zu Paris ist ein Experiment, das die testet aerodynamisch Hypothesen, die zum Konstruktion der Ebene verwendet werden.

Wissenschaftler übernehmen eine Haltung der Offenheit und Rechenschaftspflicht derjenigen, die experimentieren. Eine detaillierte Aufzeichnung ist unerlässlich, um die experimentellen Ergebnisse aufzuzeichnen und zu berichten, und unterstützt die Wirksamkeit und Integrität des Verfahrens. Sie werden auch bei der Reproduktion der experimentellen Ergebnisse helfen, wahrscheinlich von anderen. Spuren dieses Ansatzes sind in der Arbeit von zu sehen Hipparchus (190–120 v. Chr.) Wenn Sie einen Wert für die Präzession der Erde bestimmen, während kontrollierte Experimente kann in den Werken von gesehen werden Al-Battani (853–929 n. Chr.)[95] und Alhazen (965–1039 CE).[6][v][W][g]

DNA-Experimente

Watson und Crick zeigten einen anfänglichen (und falschen) Vorschlag für die Struktur von DNA an ein Team von King's College LondonRosalind Franklin, Maurice Wilkins, und Raymond Gosling. Franklin entdeckte sofort die Fehler, die den Wassergehalt betrafen. Später sah Watson Franklins detailliert Röntgenbeugungsbilder die eine X-Form zeigten[97] und konnte bestätigen, dass die Struktur helikal war.[24][62] Dieses Modellgebäude von Watson und Crick führte zur richtigen Struktur. ..1. DNA-Charakterisierungen

Bewertung und Verbesserung

Die wissenschaftliche Methode ist iterativ. Zu jeder Zeit ist es möglich, seine zu verfeinern Genauigkeit und Präzisionso dass ein gewisser Betrachtung den Wissenschaftler dazu veranlasst, einen früheren Teil des Prozesses zu wiederholen. Das Versäumnis, eine interessante Hypothese zu entwickeln, kann einen Wissenschaftler dazu bringen, das betrachtete Thema neu zu definieren. Das Versagen einer Hypothese, interessante und überprüfbare Vorhersagen zu erzeugen, kann zur Überprüfung der Hypothese oder der Definition des Subjekts führen. Das Versagen eines Experiments, interessante Ergebnisse zu erzielen, kann dazu führen, dass ein Wissenschaftler die experimentelle Methode, die Hypothese oder die Definition des Subjekts überarbeitet.

Von 1027, Alhazen, basierend auf seinen Messungen der Brechung des Lichts war in der Lage, das abzuleiten Weltraum war weniger dicht als LuftDas heißt: "Der Körper des Himmels ist seltener als der Körper der Luft".[35]

Andere Wissenschaftler können ihre eigene Forschung beginnen und Geben Sie den Prozess ein In jedem Stadium. Sie könnten die Charakterisierung übernehmen und ihre eigene Hypothese formulieren, oder sie könnten die Hypothese übernehmen und ihre eigenen Vorhersagen ableiten. Oft wird das Experiment nicht von der Person durchgeführt, die die Vorhersage gemacht hat, und die Charakterisierung basiert auf Experimenten, die von jemand anderem durchgeführt wurden. Veröffentlichte Ergebnisse von Experimenten können auch als Hypothese dienen, die ihre eigene Reproduzierbarkeit vorhersagt.

DNA-I-Dirigationen

Nach beträchtlichem fruchtlosen Experimentieren, von ihrem Vorgesetzten davon abgehalten zu werden, weiterzumachen, und zahlreiche Fehlstarts,[98][99][100] Watson und Crick konnten die wesentliche Struktur von schließen DNA durch Beton Modellieren der physikalischen Formen des Nukleotide das umfasst es.[25][101][102] Sie wurden von den Bindungslängen geführt, die abgeleitet wurden, Linus Pauling und von Rosalind FranklinRöntgenbeugungsbilder. ..DNA -Beispiel

Bestätigung

Die Wissenschaft ist ein soziales Unternehmen, und wissenschaftliche Arbeiten werden von der wissenschaftlichen Gemeinschaft in der Regel akzeptiert, wenn sie bestätigt wurde. Entscheidend ist, dass experimentelle und theoretische Ergebnisse von anderen innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft reproduziert werden müssen. Forscher haben ihr Leben für diese Vision gegeben; Georg Wilhelm Richmann wurde getötet von Kugelblitz (1753) Beim Versuch, das 1752 Drachenfliegendexperiment von 1752 zu replizieren Benjamin Franklin.[103]

Um vor schlechten Wissenschaft und betrügerischen Daten zu schützen, Forschungsagenturen für staatliche Forschungsgrößen wie die Nationale Wissenschaftsstiftungund wissenschaftliche Zeitschriften, einschließlich Natur und WissenschaftHaben Sie eine Richtlinie, dass Forscher ihre Daten und Methoden archivieren müssen, damit andere Forscher die Daten und Methoden testen und auf der zuvor durchgeführten Forschung aufbauen können. Wissenschaftliche Datenarchivierung kann in mehreren nationalen Archiven in den USA oder in der durchgeführt werden World Data Center.

Wissenschaftliche Untersuchung

Die wissenschaftliche Untersuchung zielt im Allgemeinen ab zu erhalten Wissen in Form von Testbare Erklärungen[23][22] dass Wissenschaftler es verwenden können vorhersagen Die Ergebnisse zukünftiger Experimente. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, ein besseres Verständnis des untersuchten Themas zu erlangen und später dieses Verständnis zu nutzen, um in seine kausalen Mechanismen einzugreifen (z. B. um Krankheiten zu heilen). Je besser eine Erklärung darin besteht, Vorhersagen zu machen, desto nützlicher kann sie häufig sein, und desto wahrscheinlicher wird es weiterhin eine Beweisgruppe erklären als seine Alternativen. Die erfolgreichsten Erklärungen - diejenigen, die in einer Vielzahl von Umständen genaue Vorhersagen erklären und machen - werden häufig genannt Wissenschaftliche Theorien.[EIN]

Die meisten experimentellen Ergebnisse führen nicht zu großen Veränderungen im menschlichen Verständnis. Verbesserungen im theoretischen wissenschaftlichen Verständnis resultieren typischerweise aus einem allmählichen Entwicklungsprozess im Laufe der Zeit, manchmal in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft.[104] Die wissenschaftlichen Modelle unterscheiden sich in dem Ausmaß, in dem sie experimentell getestet wurden und wie lange und ihre Akzeptanz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Im Allgemeinen werden Erklärungen im Laufe der Zeit angenommen, da sich Beweise zu einem bestimmten Thema ansammeln, und die fragliche Erklärung erweist sich als mächtiger als ihre Alternativen, um die Beweise zu erklären. Oft formulieren nachfolgende Forscher die Erklärungen im Laufe der Zeit oder kombinierte Erklärungen, um neue Erklärungen zu erstellen.

Schlepptau sieht die wissenschaftliche Methode in Bezug auf eine Evolutionsalgorithmus angewendet auf Wissenschaft und Technologie.[20] Sehen Ceteris Paribus, und Mutatis mutandis

Eigenschaften der wissenschaftlichen Untersuchung

Wissenschaftliches Wissen ist eng miteinander verbunden mit empirischen Befunde und kann unterhalten werden Fälschung Wenn neue experimentelle Beobachtungen mit dem, was gefunden wird, unvereinbar sind. Das heißt, keine Theorie kann jemals als endgültig angesehen werden, da neue problematische Beweise entdeckt werden könnten. Wenn solche Beweise gefunden werden, kann eine neue Theorie vorgeschlagen werden oder (häufiger), dass Änderungen an der vorherigen Theorie ausreichen, um die neuen Beweise zu erklären. Die Stärke einer Theorie bezieht sich darauf, wie lange sie ohne wesentliche Veränderung ihrer Kernprinzipien bestand (sehen Invariante Erklärungen).

Theorien können auch von anderen Theorien subsumiert werden. Zum Beispiel erklärten Newtons Gesetze Tausende von Jahren wissenschaftlicher Beobachtungen der Planeten Fast perfekt. Diese Gesetze wurden dann jedoch als besondere Fälle einer allgemeineren Theorie festgestellt (Relativität), was sowohl die (zuvor ungeklärten) Ausnahmen von Newtons Gesetzen erklärte als auch vorhergesagte und andere Beobachtungen wie die Ablenkung von vorhergesagt und erklärte hell durch Schwere. Daher können in bestimmten Fällen unabhängige, nicht verbundene, wissenschaftliche Beobachtungen miteinander verbunden werden, einheitlich durch Prinzipien der Erklärungskraft.[105][106]

Da neue Theorien möglicherweise umfassender sein als das, was ihnen vorausging und daher mehr als frühere erklären kann, können Nachfolgertheorien möglicherweise einen höheren Standard erfüllen, indem sie eine größere Anzahl von Beobachtungen erklären als ihre Vorgänger.[105] Zum Beispiel die Theorie von Evolution erklärt die Vielfalt des Lebens auf Erden, wie Arten an ihre Umgebungen und viele andere anpassen Muster in der natürlichen Welt beobachtet;[107][108] Die jüngste Hauptveränderung war die Vereinigung mit Genetik um die zu bilden Moderne evolutionäre Synthese. In nachfolgenden Modifikationen hat es auch Aspekte vieler anderer Bereiche wie z. Biochemie und Molekularbiologie.[20]

Überzeugungen und Vorurteile

GALOP fliegen, wie durch dieses Gemälde gezeigt (Théodore Géricault, 1821) ist gefälscht; siehe unten.
Muybridges Fotos von Das Pferd in Bewegung, 1878, wurden verwendet, um die Frage zu beantworten, ob alle vier Fuß eines galoppierenden Pferdes jemals gleichzeitig vom Boden abseits des Bodens sind. Dies zeigt eine Verwendung von Fotografie als experimentelles Werkzeug in der Wissenschaft.

Die wissenschaftliche Methodik lenkt das oft Hypothesen getestet werden in kontrolliert Bedingungen, wo immer möglich. Dies ist in bestimmten Bereichen häufig möglich, beispielsweise in den biologischen Wissenschaften, und in anderen Bereichen, beispielsweise in der Astronomie, schwieriger.

Die Praxis der experimentellen Kontrolle und der Reproduzierbarkeit kann den Einfluss der potenziell schädlichen Auswirkungen von Umständen und in gewissem Maße persönliche Verzerrung haben. Zum Beispiel können bereits bestehende Überzeugungen die Interpretation von Ergebnissen wie in verändern Bestätigungsverzerrung; das ist ein Heuristik Das führt eine Person mit einem bestimmten Glauben, Dinge als zu verstärken, auch wenn ein anderer Beobachter nicht zustimmen könnte (mit anderen Worten, Menschen neigen dazu, zu beobachten, was sie erwarten, um zu beobachten).[28]

[T] Die Denkklage ist von der Irritation des Zweifels begeistert und hört auf, wenn der Glaube erreicht wird.

-C.S. Peirce, Wie wir unsere Ideen klar machen können[34]1877

Ein historisches Beispiel ist der Glaube, dass die Beine von a galoppieren Das Pferd wird an dem Punkt gespreizt, an dem keiner der Beine des Pferdes den Boden berührt, bis zu diesem Bild von seinen Anhängern in Gemälde enthalten ist. Die ersten Stop-Action-Bilder des Galopps eines Pferdes von Eadweard Muybridge zeigten, dass dies falsch ist und dass die Beine stattdessen zusammen gesammelt werden.[109]

Eine weitere wichtige menschliche Voreingenommenheit, die eine Rolle spielt, ist eine Präferenz für neue, überraschende Aussagen (siehe Appell an Neuheit), was zu einer Suche nach Beweisen führen kann, dass das Neue wahr ist.[110] Schlecht bewohnte Überzeugungen können über eine weniger strenge Heuristik geglaubt und gehandelt werden.[111]

Goldhaber und Nieto veröffentlichten 2010 die Beobachtung, dass die theoretische Struktur eine Robustheit erlangt, die es zunehmend schwieriger macht - wenn auch nie unmöglich - umzukippen ".[106] Wenn eine Erzählung konstruiert wird, werden ihre Elemente leichter zu glauben.[112][29]

Fleck 1979, p. 27 Hinweise "Wörter und Ideen sind ursprünglich phonetische und mentale Äquivalenzen der Erfahrungen, die mit ihnen zusammenfallen Es wurden viele Details und Beziehungen gebildet, es bietet einen dauerhaften Widerstand gegen alles, was ihm widerspricht. " Manchmal haben diese Beziehungen ihre Elemente angenommen a priorioder enthalten einen anderen logischen oder methodischen Fehler im Prozess, der sie letztendlich produzierte. Donald M. Mackay hat diese Elemente in Bezug auf die Grenzen der Genauigkeit der Messung analysiert und sie mit instrumentellen Elementen in einer Messkategorie in Verbindung gebracht.[x]

Modelle der wissenschaftlichen Untersuchung

Klassisches Modell

Das klassische Modell der wissenschaftlichen Untersuchung stammt aus Aristoteles,[113] Wer die Formen der ungefähren und genauen Argumentation unterschieden, legte das dreifache Schema von aus abduktiv, deduktiv, und induktiv Inferenzund behandelte auch die zusammengesetzten Formen wie Argumentation durch Analogie.

Hypothetisch-deduktives Modell

Das hypothetisch-deduktives Modell oder Methode ist eine vorgeschlagene Beschreibung der wissenschaftlichen Methode. Vorhersagen aus der Hypothese sind zentral: Wenn Sie die Hypothese als wahr annehmen, welche Konsequenzen folgen dann?

Wenn eine nachfolgende empirische Untersuchung nicht zeigt, dass diese Konsequenzen oder Vorhersagen der beobachtbaren Welt entsprechen, kann die Hypothese als falsch sein.

Pragmatisches Modell

Im Jahr 1877,[45] Charles Sanders Peirce (1839–1914) charakterisierte Untersuchung im Allgemeinen nicht als das Streben nach Wahrheit an sich aber als der Kampf, sich von irritierenden, hemmenden Zweifel aus Überraschungen, Meinungsverschiedenheiten und dergleichen zu bewegen und a zu erreichen sicherer GlaubeDer Glaube ist der, auf dem man bereit ist, zu handeln. Er rahmte wissenschaftliche Untersuchungen als Teil eines breiteren Spektrums und wie die Untersuchung im Allgemeinen durch tatsächliche Zweifel, nicht nur verbal oder angespornt oder wie im Allgemeinen Hyperbolischer Zweifel, was er als fruchtlos hielt.[y] Er skizzierte vier Methoden zur Begleichung der Meinung, die am wenigsten bis zum erfolgreichsten angeordnet waren:

  1. Die Methode der Hartnäckigkeit (Politik des Einhaltens an den ersten Glauben) - der Komfort und Entschlossenheit bringt, aber dazu führt, entgegengesetzte Informationen und die Ansichten anderer zu ignorieren, als ob die Wahrheit an sich privat und nicht öffentlich wäre. Es verstößt gegen den sozialen Impuls und stockt leicht, da man durchaus bemerkt, wenn die Meinung eines anderen so gut ist wie die eigene erste Meinung. Seine Erfolge können glänzen, aber tendenziell vorübergehend sind.[z]
  2. Die Methode der Autorität - die Meinungsverschiedenheiten überwindet, aber manchmal brutal. Seine Erfolge können majestätisch und langlebig sein, kann aber nicht gründlich genug arbeiten, um Zweifel auf unbestimmte Zeit zu unterdrücken, insbesondere wenn die Menschen von Gegenwart und Vergangenheit von anderen Gesellschaften lernen.
  3. Die Methode der a priori - Das fördert die Konformität weniger brutal, fördert aber die Meinungen als so etwas wie Geschmack, die sich in Gesprächen und Vergleiche von Perspektiven in Bezug auf "was für die Vernunft angenehm" entsteht. Dadurch hängt es von der Mode ab Paradigmen und geht im Laufe der Zeit in Kreise. Es ist intellektueller und respektabler, aber wie die ersten beiden Methoden versehentliche und launische Überzeugungen und bestimmt einige Köpfe, um daran zu zweifeln.
  4. Die wissenschaftliche Methode - die Methode, bei der sich die Untersuchung als sich selbst als als angibt fehlbar und testet sich absichtlich und kritisiert, korrigiert und verbessert sich.

Peirce war der Ansicht, dass langsame, stolpernde Ratiocination in praktischen Angelegenheiten gefährlich minderwertig und traditionell sein kann und dass die wissenschaftliche Methode am besten für die theoretische Forschung geeignet ist.[116] was wiederum nicht von den anderen Methoden und praktischen Zwecken trammeln sollte; Die "erste Regel" der Vernunft ist, dass man, um zu lernen, lernen muss, um zu lernen, und als Konsequenz die Art der Untersuchung nicht blockieren darf.[21] Die wissenschaftliche Methode zeichnet die anderen hervor, indem sie absichtlich auf die sichersten Überzeugungen eintreffen, auf denen die erfolgreichsten Praktiken basieren können. Ausgehend von der Idee, dass Menschen keine Wahrheit suchen an sich Aber stattdessen zeigte Peirce, irritierende, hemmende Zweifel zu unterwerfen, wie sich einige durch den Kampf der Wahrheit aus Gründen der Integrität des Glaubens unterwerfen können die wissenschaftliche Methode.[45][48]

Für Peirce impliziert eine rationale Untersuchung Voraussetzungen über die Wahrheit und die Realität; Die Vernunft bedeutet, als Prinzip der Selbstregulierung des Vernunftsprühers vorauszusagen (und zumindest zu hoffen), dass das Wirkliche entdeckt und unabhängig von unseren Staunen der Meinung ist. In diesem Sinne definierte er die Wahrheit als die Korrespondenz eines Zeichens (insbesondere eines Vorschlags) zu seinem Objekt und pragmatisch nicht als tatsächlicher Konsens einer bestimmten, endlichen Gemeinschaft (so dass die Erforschung der Experten abfragen würde) , aber stattdessen als endgültige Meinung, die alle Ermittler möchten Erreichen Sie früher oder später, aber immer noch unweigerlich, wenn sie die Untersuchung weit genug vorantreiben, auch wenn sie aus verschiedenen Punkten ausgehen.[34] Im Tandem definierte er das Reale als Objekt eines wahren Zeichens (sei dieses Objekt eine Möglichkeit oder Qualität oder eine Aktualität oder eine brutale Tatsache oder eine Notwendigkeit oder Norm oder ein Gesetz), was unabhängig von der Meinung einer endlichen Gemeinschaft und pragmatisch ist , hängt nur von der endgültigen Meinung in einer ausreichenden Untersuchung ab. Das ist ein Ziel, das so weit oder in der Nähe ist, wie die Wahrheit selbst für Sie, mich oder die gegebene endliche Gemeinschaft. Somit läuft seine Untersuchungstheorie auf "die Wissenschaft" hinaus. Diese Vorstellungen der Wahrheit und der Realität beinhalten die Idee einer Gemeinschaft, sowohl ohne eindeutige Grenzen (und damit möglicherweise selbst korrigieren sie, soweit erforderlich) und in der Lage zu sein, eindeutig Wissen zu erhöhen.[117] Als Schlussfolgerung wird "Logik im sozialen Prinzip verwurzelt", da sie von einem Standpunkt abhängt, der in gewissem Sinne unbegrenzt ist.[118]

Peicce legte besondere Aufmerksamkeit auf die Erklärung der Erklärungen und skizzierte die wissenschaftliche Methode als Koordination von drei Arten von Inferenz in einem zielgerichteten Zyklus, der darauf abzielt, Zweifel zu begleichen, wie folgt (in §iii - IV in "einem vernachlässigten Argument"[4] außer wie sonst angegeben):

  1. Entführung (oder Retroduktion). Erraten, Schlussfolgerung zu erklärenden Hypothesen für die Auswahl der besten Versuche. Von der Entführung unterscheidet Peirce Induktion als Abschluss, basierend auf den Tests den Anteil der Wahrheit in der Hypothese. Jede Untersuchung, ob zu Ideen, brutalen Fakten oder Normen und Gesetzen, ergibt sich aus überraschenden Beobachtungen in einem oder mehreren dieser Bereiche (und zum Beispiel in jeder Phase einer bereits im Gange). Alle erklärenden Inhalte der Theorien stammen aus der Entführung, die eine neue oder externe Idee erraten, die auf einfache, wirtschaftliche Weise für ein überraschendes oder kompliziertes Phänomen berücksichtigt wird. Oft vermutet sogar ein gut vorbereiteter Verstand falsch. Aber das modikum des Erfolgs unserer Vermutungen übersteigt weit das des Glücks und scheint aus der Einstellung der Natur durch Instinkte, die entwickelt oder inhärent sind, insofern, als die besten Vermutungen in diesem Sinne optimal plausibel und einfach sind, sagte Peirce von "Facile and Natural Nature ", Wie bei Galileo'S natürliches Licht der Vernunft und so unterschiedlich von "logischer Einfachheit". Die Entführung ist die fruchtbarste, aber am wenigsten sichere Inferenzmethode. Seine allgemeine Begründung ist induktiv: Es gelingt oft genug, und ohne sie gibt es keine Hoffnung, eine ausreichende Beschleunigung der Untersuchung (oft mit mehreren Generationen) in Richtung neuer Wahrheiten zu beschleunigen.[119] Die koordinative Methode führt von der Entführung einer plausiblen Hypothese zur Beurteilung für ihre Testbarkeit[23] und wie sein Prozess die Untersuchung selbst sparen würde.[22] Peirce Anrufe Sein Pragmatismus "Die Logik der Entführung".[120] Seine pragmatische Maxime IS: "Überlegen Sie, welche Effekte, die möglicherweise praktische Lager haben, Sie die Objekte Ihrer Konzeption vorstellen. Dann ist Ihre Vorstellung dieser Effekte die gesamte Konzeption des Objekts".[34] Sein Pragmatismus ist eine Methode, um konzeptionelle Verwirrungen fruchtbar zu reduzieren, indem die Bedeutung jeder Konzeption mit den denkbaren praktischen Auswirkungen der konzipierten Wirkungen seines Objekts gleichgesetzt wird - eine Methode der experimentellen mentalen Reflexion gastfreundlich, um Hypothesen zu bilden und sie zu testen. Es bevorzugt die Effizienz. Die Hypothese, die unsicher ist, muss praktische Auswirkungen haben, die zumindest zu mentalen Tests und in der Wissenschaft führen, um wissenschaftliche Tests zu vermitteln. Eine einfache, aber unwahrscheinliche Vermutung, wenn auch unangebracht, um auf Falschheit zu testen, kann zuerst zum Testen gehören. Eine Vermutung ist an sich testen wert Wenn es eine instinktive Plausibilität oder eine begründete objektive Wahrscheinlichkeit hat Subjektive WahrscheinlichkeitObwohl begründet, kann jedoch irreführend verführerisch sein. Vermutungen können strategisch für die Versuch ausgewählt werden, für ihre Vorsicht (für das Peirce als Beispiel das Spiel von gab Zwanzig Fragen), Breite und Inkomplexität.[121] Man kann hoffen, nur die Zeit zu entdecken, welche Zeit ohnehin durch die ausreichende Erfahrung eines Lernenden enthüllt wird. Daher geht es darum, sie zu beschleunigen. Die Wirtschaft der Forschung erfordert sozusagen den Sprung von Entführung und regiert ihre Kunst.[22]
  2. Abzug. Zwei Phasen:
    1. Erklärung. Unklar vorgelegt, aber deduktiv Analyse der Hypothese, um ihre Teile so klar wie möglich zu machen.
    2. Demonstration: Deduktive Argumentation, Euklidisch in der Prozedur. Explizite Abzug der Konsequenzen der Hypothese als Vorhersagen, für die Induktion zu Test, über Beweise zu finden. Korollarisch oder bei Bedarf theorematisch.
  3. Induktion. Die langfristige Gültigkeit der Induktionsregel ist aus dem Prinzip abgelehnt (Voraussetzung zum Denken im Allgemeinen,[34]) dass das Reale nur das Ziel der endgültigen Meinung ist, zu der eine angemessene Untersuchung führen würde;[122] Alles, was kein solcher Prozess führen würde, wäre nicht real. Die Induktion mit laufenden Tests oder Beobachtungen folgt einer Methode, bei der ausreichend darin bestand, den Fehler unter jedem Vorab -Grad verringert. Drei Phasen:
    1. Einstufung. Unklar vorbereitet, aber induktiv, Klassen von Erfahrung der Erfahrung unter allgemeinen Ideen.
    2. Bewährung: direkte induktive Argumentation. Rohöl (die Aufzählung von Instanzen) oder allmählich (neue Schätzung des Verhältnisses der Wahrheit in der Hypothese nach jedem Test). Die allmähliche Induktion ist qualitativ oder quantitativ; Wenn qualitativ, dann abhängig von Gewichtungen von Qualitäten oder Charakteren;[123] Wenn quantitativ, dann abhängig von Messungen, oder auf Statistiken, oder zu Zählungen.
    3. Sententiale Induktion. "... was durch induktive Argumentation die verschiedenen Probationen einzeln bewertet, dann ihre Kombinationen, dann selbst die Selbsteinschätzung dieser Bewertungen selbst und das endgültige Urteil über das gesamte Ergebnis abgibt."

Invariante Erklärung

Modell von DNA mit David Deutsch, Befürworter von Invariante wissenschaftliche Erklärungen (2009)

In einem 2009 Ted Talk, Deutsch erklärte ein Kriterium für die wissenschaftliche Erklärung, nämlich Invarianten: "Geben Sie eine Erklärung an [öffentlich, damit sie später datiert und verifiziert werden kann], der invariant bleibt [angesichts offensichtlicher Veränderungen, neuen Informationen oder unerwartet Bedingungen]".[124]

"Eine schlechte Erklärung ist leicht zu variieren."[124]: Minute 11:22
"Die Suche nach schweren Erklärungen ist der Ursprung aller Fortschritte"[124]: Minute 15:05
"Dass Die Wahrheit besteht aus schwer zuländischen Behauptungen über die Realität ist die wichtigste Tatsache in der physischen Welt. "[124]: Minute 16:15

Invarianz als grundlegender Aspekt einer wissenschaftlichen Darstellung der Realität war seit langem Teil der Wissenschaftsphilosophie: Zum Beispiel Friedel Weinerts Buch Der Wissenschaftler als Philosoph (2004) bemerkten die Anwesenheit des Themas in vielen Schriften ab rund 1900, wie beispielsweise Werke von Henri Poincaré (1902), Ernst Cassirer (1920), Max geboren (1949 und 1953),, Paul Dirac (1958), Olivier Costa de Beauregard (1966), Eugene Wigner (1967), Lawrence Sklar (1974), Michael Friedman (1983), John D. Norton (1992), Nicholas Maxwell (1993), Alan Cook (1994), Alistair Cameron Crombie (1994), Margaret Morrison (1995), Richard Feynman (1997),, Robert Nozick (2001) und Tim Maudlin (2002).[125]

Kommunikation und Gemeinschaft

Häufig wird die wissenschaftliche Methode nicht nur von einer einzelnen Person, sondern auch von mehreren Personen angewendet, die direkt oder indirekt zusammenarbeiten. Eine solche Zusammenarbeit kann als wichtiges Element von a angesehen werden wissenschaftliche Gemeinschaft. Innerhalb eines solchen Umfelds werden verschiedene Standards der wissenschaftlichen Methodik verwendet.

Peer Review -Bewertung

Wissenschaftliche Zeitschriften verwenden einen Prozess von Peer Review, in denen die Manuskripte von Wissenschaftlern von Herausgebern wissenschaftlicher Zeitschriften eingereicht werden (normalerweise ein bis drei und normalerweise anonym) Mitwissenschaftlern, die mit dem Feld für die Bewertung vertraut sind. In bestimmten Zeitschriften wählt das Journal selbst die Schiedsrichter aus; Während in anderen (insbesondere Zeitschriften, die sehr spezialisiert sind), kann der Manuskriptautor Schiedsrichter empfehlen. Die Schiedsrichter können die Veröffentlichung empfehlen oder nicht empfehlen, oder sie empfehlen möglicherweise die Veröffentlichung mit vorgeschlagenen Änderungen oder manchmal auch die Veröffentlichung in einem anderen Tagebuch. Dieser Standard wird von verschiedenen Zeitschriften in verschiedenen Graden praktiziert und kann dazu führen, dass die Literatur frei von offensichtlichen Fehlern bleibt und die Qualität des Materials im Allgemeinen verbessert, insbesondere in den Zeitschriften, die den strengsten Standard verwenden. Der Peer-Review-Prozess kann Einschränkungen haben, wenn sie Forschungen außerhalb des konventionellen wissenschaftlichen Paradigmas in Betracht ziehen: Probleme von "Groupthink"Kann offene und faire Überlegungen neuer Forschungsergebnisse beeinträchtigen.[126]

Dokumentation und Replikation

Manchmal können Experimentatoren während ihrer Experimente systematische Fehler machen, weichen Standardmethoden und -praktiken ab (Pathologische Wissenschaft) aus verschiedenen Gründen oder in seltenen Fällen absichtlich falsche Ergebnisse melden. Gelegentlich können andere Wissenschaftler versuchen, die Experimente zu wiederholen, um die Ergebnisse zu duplizieren.

Archivierung

Forscher praktizieren manchmal Wissenschaftliche Datenarchivierung, wie in Übereinstimmung mit den Politiken staatlicher Finanzierungsagenturen und wissenschaftlicher Zeitschriften. In diesen Fällen können detaillierte Aufzeichnungen über ihre experimentellen Verfahren, Rohdaten, statistische Analysen und Quellcode erhalten bleiben reproduzieren das Ergebnis. Diese Verfahrensakten können auch bei der Konzeption neuer Experimente zur Prüfung der Hypothese beitragen und können sich für Ingenieure als nützlich erweisen, die die potenziellen praktischen Anwendungen einer Entdeckung untersuchen könnten.

Datenübertragung

Wenn zusätzliche Informationen erforderlich sind, bevor eine Studie reproduziert werden kann, kann der Autor der Studie gebeten werden, sie bereitzustellen. Sie könnten es zur Verfügung stellen oder wenn der Autor sich weigert Daten teilenAn den Journal Editoren, die die Studie veröffentlicht haben, oder an die Institution, die die Forschung finanzierte, können Berufungen eingelegt werden.

Einschränkungen

Da kann ein Wissenschaftler nicht aufzeichnen alles Das fand in einem Experiment statt, Fakten, die für ihre offensichtliche Relevanz ausgewählt wurden. Dies kann unvermeidlich zu Problemen später führen, wenn einige angeblich irrelevante Merkmale in Frage gestellt werden. Zum Beispiel, Heinrich Hertz Die Größe des Raums, mit dem Maxwells Gleichungen getestet wurden, meldete nicht, dass sich später herausstellte, dass die Ergebnisse eine kleine Abweichung berücksichtigt wurden. Das Problem ist, dass Teile der Theorie selbst angenommen werden müssen, um die experimentellen Bedingungen auszuwählen und zu melden. Die Beobachtungen werden daher manchmal als "theoretisches" bezeichnet.

Wissenschaft komplexer Systeme

Die Wissenschaft, die auf komplexe Systeme angewendet wird, können Elemente wie z. Transdisziplinarität, Systemtheorie, Kontrolltheorie, und Wissenschaftliche Modellierung. Das Santa Fe Institute Studien solche Systeme;[75] Murray Gell-Mann verbindet diese Themen mit Nachrichtenübergang.[127][20]

Einige biologische Systeme, wie die Beteiligten an Propriozeption, wurden fruchtbar von modelliert von Techniktechniken.[128][129]

Im Allgemeinen kann es schwierig sein, die wissenschaftliche Methode streng auf verschiedene, miteinander verbundene Systeme und große Datensätze anzuwenden. Insbesondere Praktiken, die innerhalb verwendet werden Große Daten, wie zum Beispiel Prädiktive Analytics, kann als im Widerspruch zur wissenschaftlichen Methode angesehen werden,[130] Da einige der Daten möglicherweise die Parameter entzogen haben, die für eine Erklärung in alternativen Hypothesen materiell sein könnten; Daher würden die gestreiften Daten nur dazu dienen, die Nullhypothese in der Anwendung "Predictive Analytics" zu unterstützen. Fleck 1979, S. 38–50 Notizen "a Die wissenschaftliche Entdeckung bleibt ohne Überlegungen der sozialen Praktiken unvollständig dieser Zustand es ".[131]

Philosophie und Soziologie der Wissenschaft

Analytische Philosophie

Wissenschaftsphilosophie sieht sich an die untermauende Logik der wissenschaftlichen Methode, was sich trennt Wissenschaft aus Nichtwissenschaft, und die Ethik Das ist in der Wissenschaft impliziert. Es gibt grundlegende Annahmen, die von mindestens einem prominenten Wissenschaftler aus der Philosophie abgeleitet wurden.[C][132] Das bildet die Basis der wissenschaftlichen Methode - nämlich dass die Realität objektiv und konsistent ist, dass Menschen die Fähigkeit haben, die Realität genau wahrzunehmen, und dass rationale Erklärungen für Elemente der realen Welt existieren.[132] Diese Annahmen von methodischer Naturalismus bilden eine Basis, auf der die Wissenschaft geerdet werden kann. Logisch positivistisch, Empiriker, Fälschungsdienstund andere Theorien haben diese Annahmen kritisiert und alternative Berichte über die Logik der Wissenschaft gegeben, aber jeder selbst wurde kritisiert.

Thomas Kuhn untersuchte die Geschichte der Wissenschaft in seiner Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionenund stellten fest, dass sich die tatsächliche Methode, die von Wissenschaftlern verwendet wurde, dramatisch von der damals antretenden Methode unterschieden. Seine Beobachtungen der Wissenschaftspraxis sind im Wesentlichen soziologisch und sprechen nicht darüber, wie Wissenschaft in anderen Zeiten und anderen Kulturen praktiziert werden kann oder kann.

Norwood Russell Hanson, Imre Lakatos und Thomas Kuhn haben umfangreiche Arbeiten an der "Theorie beladen" Charakter Beobachtung. Hanson (1958) prägte zuerst den Begriff für die Idee, dass jede Beobachtung abhängt der konzeptionelle Rahmen des Beobachtersmit dem Konzept von Gestalt Um zu zeigen, wie Vorurteile sowohl die Beobachtung als auch die Beschreibung beeinflussen können.[133] Er öffnet Kapitel 1 mit einer Diskussion der Golgi -Körper und ihre anfängliche Ablehnung als Artefakt der Färbungstechnik und als Diskussion über Brahe und Kepler Beobachten Sie die Morgendämmerung und sehen trotz des gleichen physiologischen Phänomens einen "anderen" Sonnenaufgang.[ich][AA] Kuhn[134] und Feyerabend[135] Bestätigen Sie die wegweisende Bedeutung von Hansons Arbeit.

Sagte Kuhn[Schlagen Sie vor, diesen Absatz als unvereinbar mit dem Artikel zu treffen.] Der Wissenschaftler hat im Allgemeinen a Theorie Denken Sie vor dem Entwerfen und Unternehmen Experimente empirische Beobachtungen machen und dass der "Weg von der Theorie zur Messung fast nie rückwärts gereist werden kann". Für Kuhn bedeutet dies, dass die getestete Theorie von der bestimmt wird Art der Theorie selbst, das Kuhn dazu veranlasste, dass "nach einem Beruf, sobald es übernommen wurde ... keine Theorie von quantitativen Tests, die es noch nicht bestanden hat", als prüfbar anerkannt ist “(enthüllte Kuhns rationalistische Denkstil).[136]

Postmodernismus und Wissenschaftskriege

Paul Feyerabend In ähnlicher Weise untersuchte die Geschichte der Wissenschaft und wurde dazu geführt, dass die Wissenschaft wirklich ein methodischer Prozess ist. In seinem Buch Gegen Methode Er argumentiert, dass der wissenschaftliche Fortschritt ist nicht Das Ergebnis der Bewerbung jede bestimmte Methode. Im Wesentlichen sagt er, dass man für eine bestimmte Methode oder Norm der Wissenschaft eine historische Episode finden kann, in der sie zum Fortschritt der Wissenschaft beigetragen hat. Wenn die Gläubigen der wissenschaftlichen Methode eine einzelne allgemein gültige Regel ausdrücken möchten, schlägt Feyerabend vor, dass es sein sollte.alles geht'.[137] Dies ist jedoch unwirtschaftlich.[B] Kritikpunkte wie Feyerabends führten zur starkes Programm, eine radikale Herangehensweise an die Soziologie der Wissenschaft.

Das Postmodernist Kritik der Wissenschaft war selbst Gegenstand intensiver Kontroverse. Diese fortlaufende Debatte, bekannt als die Wissenschaftskriege, ist das Ergebnis widersprüchlicher Werte und Annahmen zwischen dem Postmodernisten und Realist Lager. Während die Postmodernisten behaupten, dass wissenschaftliches Wissen einfach ein weiterer Diskurs ist (beachten Sie, dass dieser Begriff in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung hat) und keine repräsentative für eine Form der grundlegenden Wahrheit. Realisten In der wissenschaftlichen Gemeinschaft behaupten, dass wissenschaftliches Wissen reale und grundlegende Wahrheiten über die Realität offenbart. Viele Bücher wurden von Wissenschaftlern verfasst, die dieses Problem annehmen und die Behauptungen der Postmoderne in Frage stellen, während sie die Wissenschaft als legitime Methode zur Herstellung der Wahrheit verteidigen.[138]

Anthropologie und Soziologie

Im Anthropologie und Soziologie, folgt dem Feldforschung in einem akademischen wissenschaftlichen Labor von Latour und Wolle, Karin Knorr Cetina hat eine vergleichende Studie von zwei wissenschaftlichen Bereichen durchgeführt (nämlich Hochenergie Physik und Molekularbiologie) zu dem Schluss, dass die epistemischen Praktiken und Argumentationen in beiden wissenschaftlichen Gemeinschaften unterschiedlich genug sind, um das Konzept von "einzuführen"epistemische Kulturen"Im Gegensatz zu der Idee, dass eine sogenannte" wissenschaftliche Methode "einzigartig und ein einheitliches Konzept ist.[139] Vergleich von „epistemischen Kulturen“ mit Fleck 1935, Gedankenkollektive, (Denkkollektiven): Entstehung und Entwickung Einer WISSENCHaftLichen Tatsache: Einfǖhrung in Die Lehre von Denkstil und Denkkollektiv[140] Fleck 1979, p. xxvii erkennt das Fakten haben Lebenszeiten, florieren erst nach Inkubationsperioden. Seine ausgewählte Frage zur Untersuchung (1934) war "Wie dann diese empirische Tatsache entstanden ist Und in was besteht es? ".[141] Sondern durch Fleck 1979, S. 27, Die Gedankenkollektive in den jeweiligen Bereichen müssen sich für gemeinsame spezialisierte Terminologie einsetzen, ihre Ergebnisse veröffentlichen und Weitere Interkommunikate mit ihren Kollegen, die die gemeinsame Terminologie nutzen, um Fortschritte zu erzielen.[142]

Sehen: Kognitive Revolution, Psychologie und Neurowissenschaften

Beziehung zur Mathematik

Die Wissenschaft ist der Prozess des Sammelns, Vergleichs und Bewertung vorgeschlagener Modelle gegen Observable. Ein Modell kann eine Simulation, eine mathematische oder chemische Formel oder eine Reihe vorgeschlagener Schritte sein. Die Wissenschaft ist wie Mathematik, dass Forscher in beiden Disziplinen versuchen, zu unterscheiden, was ist bekannt von was ist Unbekannt in jeder Phase der Entdeckung. Modelle müssen sowohl in Naturwissenschaften als auch in Mathematik intern konsistent sein und sollten auch sein falsifizierbar (in der Lage zu sein). In der Mathematik muss noch nicht eine Erklärung nachgewiesen werden. In einer solchen Phase würde diese Aussage a genannt Vermutung. Aber wenn eine Erklärung einen mathematischen Beweis erreicht hat, erhält diese Aussage eine Art Unsterblichkeit, die von Mathematikern hoch geschätzt wird und für die einige Mathematiker ihr Leben widmen.[143]

Mathematische Arbeit und wissenschaftliche Arbeit können sich gegenseitig inspirieren.[33] Zum Beispiel das technische Konzept von Zeit entstand in Wissenschaftund Zeitlosigkeit war ein Markenzeichen eines mathematischen Themas. Aber heute die Poincaré -Vermutung wurde mit der Zeit als mathematisches Konzept nachgewiesen, in dem Objekte fließen können (siehe Ricci Fluss).

Trotzdem bleibt die Verbindung zwischen Mathematik und Realität (und so die Wissenschaft in dem Maße, in dem sie die Realität beschreibt) dunkel. Eugene WignerPapier, Papier, Die unangemessene Wirksamkeit der Mathematik in den Naturwissenschaften, ist ein sehr bekannter Bericht über das Problem eines mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Physikers. Tatsächlich einige Beobachter (einschließlich einiger bekannter Mathematiker wie Gregory Chaitinund andere wie Lakoff und Núñez) haben vorgeschlagen, dass die Mathematik das Ergebnis von Praktikern-Voreingenommenheit und menschlicher Einschränkung (einschließlich kultureller) ist, ähnlich wie die postmoderne Sicht der Wissenschaft.

George Pólyaarbeitet an Probleme lösen,[144] die Konstruktion von Mathematik Beweise, und Heuristik[145][146] Zeigen Sie, dass sich die mathematische Methode und die wissenschaftliche Methode im Detail unterscheiden, während sie sich jedoch bei der Verwendung iterativer oder rekursiver Schritte gegenseitig ähneln.

Mathematische Methode Wissenschaftliche Methode
1 Verständnis Charakterisierung aus Erfahrung und Beobachtung
2 Analyse Hypothese: eine vorgeschlagene Erklärung
3 Synthese Abzug: Vorhersage aus der Hypothese
4 Rezension/Erweitern Test und Experiment

In Pólyas Ansicht, Verständnis beinhaltet die Wiederholung unbekannter Definitionen in Ihre eigenen Worte, greifen auf geometrische Figuren zurück und befragen, was wir wissen und nicht bereits wissen. Analyse, was Pólya nimmt Pappus,[147] beinhaltet freie und heuristische Konstruktion plausibler Argumente, rückwärts vom Ziel rückwärts arbeitenund einen Plan zur Erstellung des Beweises; Synthese ist der strenge Euklidisch Ausstellung von Schritt-für-Schritt-Details[148] des Beweises; Rezension beinhaltet die Überprüfung und Überprüfung des Ergebnisses und des Weges, der dazu führte.

Aufbau auf Pólyas Arbeit, Imre Lakatos argumentierte, dass Mathematiker tatsächlich Widerspruch, Kritik und Revision als Grundsätze zur Verbesserung ihrer Arbeit verwenden.[149][AB] In gleicher Weise für die Wissenschaft, wo die Wahrheit gesucht wird, aber Sicherheit nicht gefunden wird, in Beweise und Widerlegungen, was Lakatos zu etablieren versuchte, dass kein Satz von Informelle Mathematik ist endgültig oder perfekt. Dies bedeutet, dass wir nicht glauben sollten, dass ein Satz letztendlich wahr ist, nur dass nein Gegenbeispiel wurde noch gefunden. Sobald ein Gegenbeispiel, d. H. Eine vom Theorem widersprüchliche Entität/Nicht erklärt wird, wird der Satz anpassen und möglicherweise den Bereich seiner Gültigkeit erweitert. Dies ist eine kontinuierliche Art und Weise, wie sich unser Wissen durch die Logik und den Prozess von Beweisen und Widerlegungen ansammelt. (Wenn jedoch Axiome für einen Zweig der Mathematik angegeben sind, schafft dies ein logisches System - Gaugenstein 1921 Tractatus logico-philosophicus 5.13; Lakatos behauptete, Beweise aus einem solchen System seien tautologisch, d.h. intern logisch wahr, durch Formen neu schreiben, wie von Poincaré gezeigt, der die Technik der Transformation tautologisch wahrer Formen demonstrierte (nämlich die Euler charakteristisch) in oder aus Formen von Homologie,[150] oder abstrakter, von Homologische Algebra.[151])[152][AB]

Lakatos schlug einen Bericht über mathematisches Wissen vor, das auf Polyas Idee von Polya basiert Heuristik. Im Beweise und WiderlegungenLakatos gaben mehrere Grundregeln für die Suche nach Beweisen und Gegenbeispielen für Vermutungen. Er fand das mathematisch 'Gedankenexperimente'sind ein gültiger Weg, um mathematische Vermutungen und Beweise zu entdecken.[154]

Gauß, als er gefragt wurde, wie er zu ihm kam TheoremeEinmal antwortete "Durchmäs Planmässisiges Tattonieren" (durch Systematisches tastbares Experimentieren).[155]

Beziehung zu Statistiken

Wenn die wissenschaftliche Methode Statistiken als zentraler Bestandteil ihres Arsenals verwendet, gibt es mathematische und praktische Probleme, die sich schädlich auf die Zuverlässigkeit der Ausgabe wissenschaftlicher Methoden auswirken können. Dies wird in einem populären wissenschaftlichen Papier von 2005 beschrieben "Warum die meisten veröffentlichten Forschungsergebnisse falsch sind" von 2005 durch John Ioannidis, was als grundlegend für das Gebiet von angesehen wird Metasz.[156] Viel Forschung in der Metaskenwesen versucht, einen schlechten Gebrauch von Statistiken zu identifizieren und deren Verwendung zu verbessern.[AC][m] Sehen Vorregistrierung (Wissenschaft) #rationale

Die besonderen Punkte sind statistisch ("Je kleiner die in einem wissenschaftlichen Gebiet durchgeführten Studien, desto weniger wahrscheinlich sind die Forschungsergebnisse wahr" und "desto größer die Flexibilität bei Entwürfen, Definitionen, Ergebnissen und analytischen Modi in einem wissenschaftlichen Bereich, Je weniger wahrscheinlich die Forschungsergebnisse wahr sein sollen. Mit mehr wissenschaftlichen Teams) sind die Forschungsergebnisse, je weniger wahrscheinlich die Forschungsergebnisse wahr sein. In Bereichen mit sehr niedriger Wahrscheinlichkeit vor und nach der Studie für echte Befunde. " Aber jedoch: "Dennoch werden die meisten neuen Entdeckungen weiterhin aus der hypothesengenerierenden Forschung mit niedrigen oder sehr niedrigen Vorstuddungen vor dem Studium zurückzuführen sein", was bedeutet, dass * neue * Entdeckungen aus der Forschung stammen, die zu Beginn dieser Forschung niedrig oder sehr waren Niedrige Chancen (eine geringe oder sehr geringe Wahrscheinlichkeit) des Erfolgs. Wenn die wissenschaftliche Methode verwendet wird, um die Grenzen des Wissens zu erweitern, werden die Forschung in Bereiche, die außerhalb des Mainstreams liegen, die neuesten Entdeckungen liefern. Sehen: Erwarteter Wert von Beispielinformationen, Falsche positive und falsche Negative, Teststatistik, und Fehler vom Typ I und Typ II

Rolle des Zufalls in der Entdeckung

Irgendwo zwischen 33% und 50% aller wissenschaftliche Entdeckungen werden geschätzt gewesen über etwas stolpern, anstatt es zu suchen. Dies mag erklären, warum Wissenschaftler so oft ausdrücken, dass sie Glück hatten.[157] Louis Pasteur wird dem berühmten Sprichwort zugeschrieben, dass "Glück dem vorbereiteten Geist begünstigt", aber einige Psychologen haben begonnen, zu studieren, was es bedeutet, im wissenschaftlichen Kontext „auf Glück“ vorbereitet zu sein. Untersuchungen zeigen, dass Wissenschaftlern verschiedene Heuristiken beigebracht wird, die dazu neigen, Zufall und Unerwartete zu nutzen.[157][158] Das ist was Nassim Nicholas Taleb nennt "Anti-Fragilität"; Während einige Untersuchungssysteme angesichts von zerbrechlich sind menschlicher Fehler, menschliche Voreingenommenheit und Zufälligkeit, die wissenschaftliche Methode ist mehr als resistent oder hart-sie profitiert in vielerlei Hinsicht tatsächlich von einer solchen Zufälligkeit (sie ist anti-fragil). Taleb glaubt, dass je mehr anti-fragiles System ist, desto mehr wird es in der realen Welt gedeihen.[49]

Der Psychologe Kevin Dunbar sagt, der Entdeckungsprozess beginnt oft damit, dass Forscher in ihren Experimenten Fehler finden. Diese unerwarteten Ergebnisse führen Forscher dazu, zu beheben, was sie denken ist ein Fehler in ihrer Methode. Schließlich entscheidet der Forscher, dass der Fehler zu anhaltend und systematisch ist, um ein Zufall zu sein. Die hoch kontrollierten, vorsichtigen und merkwürdigen Aspekte der wissenschaftlichen Methode sind somit für die Identifizierung solcher anhaltenden systematischen Fehler gut geeignet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Forscher beginnen, an theoretische Erklärungen für den Fehler zu denken und häufig die Hilfe von Kollegen in verschiedenen Bereichen des Fachwissens zu suchen.[157][158]

Siehe auch

Probleme und Probleme

Geschichte, Philosophie, Soziologie

Anmerkungen

  1. ^ a b Siehe zum Beispiel, Galileo Galilei 1638. Seine Gedankenexperimente widerlegen Aristoteles 'Physik fallender Körper.
  2. ^ a b c Buch der Optik (zirka 1027) Nach anatomischer Untersuchung des menschlichen Auges und einer umfassenden Untersuchung der menschlichen visuellen Wahrnehmung charakterisiert Alhacen das erste Postulat von Euclid's Optics als "überflüssig und nutzlos" (Buch I, [6.54] - dort umkippt Euclids, Ptolemäus und Galen's Emissionstheorie des Sehvermögens unter Verwendung von Logik und Abzug aus dem Experiment. Er zeigte, dass Euclids erstes Postulat der Optik nur hypothetisch war, und erklärt seine Experimente nicht.) und abzüglich dieses Licht muss das Auge betreten, damit wir sehen können. Er beschreibt das Camera Obscura Im Rahmen dieser Untersuchung.
  3. ^ a b Das Ziel verschiebt sich: Nach der Beobachtung des Röntgenbeugungsmusters von DNA,[24] und wie die Zeit von entscheidender Bedeutung war,[22] Watson und Crick erkennen, dass der schnellste Weg, die Struktur der DNA zu entdecken, nicht durch mathematische Analyse war,[21] sondern durch physische Modelle bauen.[25]
  4. ^ So wieder echo Popper 1963, p. viii
  5. ^ Smolin vertritt ethische Prinzipien: 1) "Wir stimmen zu, die Wahrheit zu sagen, und wir erklären uns damit einverstanden, durch rationale Argumentation aus öffentlichen Beweisen regiert zu werden". 2) ... "Wenn die Beweise nicht ausreichen, um aus rationalem Argument zu entscheiden, ob ein Standpunkt der richtigen Sichtweise oder ein anderer Standpunkt richtig ist, stimmen wir zu, den Wettbewerb und die Diversifizierung zu fördern" ...[d]
  6. ^ Staddon, John (2017) Wissenschaftliche Methode: Wie Wissenschaft funktioniert, nicht funktioniert oder vorgibt zu arbeiten Taylor und Francis.[31]
  7. ^ a b Buch der Optik Buch sieben, Kapitel zwei [2.1] S. 220: - Licht fährt durch transparente Körper wie Luft, Wasser, Glas, transparente Steine ​​in geraden Linien. "In der Tat ist dies durch Experimentiermittel zu beobachten".[96]
  8. ^ Die vollständige Titelübersetzung stammt von Voelkel 2001, p. 60.
  9. ^ a b Kepler wurde zu diesem Experiment gefahren, nachdem er die teilweise Sonnenfinsternis in Graz am 10. Juli 1600 beobachtet hatte. Er verwendete Tycho Brahes Beobachtungsmethode, das das Bild der Sonne auf einem Stück Papier durch eine Lochblende -Blende projizieren sollte, anstatt zu schauen direkt bei der Sonne. Er war mit Brahes Schlussfolgerung nicht einverstanden, dass die gesamten Sonnenfinsternisse unmöglich waren, weil es historische Berichte über Gesamtfinsternisse gab. Stattdessen leitete er, dass die Größe der Apertur die Schärfe des projizierten Bildes steuert (je größer die Blende, desto genauer das Bild - diese Tatsache ist jetzt für das optische Systemdesign von grundlegender Bedeutung). Voelkel 2001, p. 61 stellt fest, dass Keplers 1604 -Experimente den ersten richtigen Bericht über Seh- und Auge erbrachten, weil er feststellte, dass er nicht genau über astronomische Beobachtungen schreiben konnte, indem er das Auge ignorierte. Smith 2004, p. 192 erzählt, wie Kepler die Wasserkugeln von Giambattista della Portas verwendete Glaskugel (die die Netzhaut des Auges darstellt). Dies führte die Untersuchung des optischen Zuges durch Kepler durch, da er seinen Antrag auf Astronomie erfüllte.
  10. ^ ... ein experimenteller Ansatz wurde von Galileo 1638 mit der Veröffentlichung von befürwortet Zwei neue Wissenschaften.[32]
  11. ^ Zum Beispiel das Konzept von Fälschung (erstmals vorgeschlagen im Jahr 1934) formalisiert den Versuch zu widerlegen Hypothesen[43] anstatt sie zu beweisen (was eine Bestätigungsverzerrung einführen würde).
  12. ^ Diese Phrasierung wird auf Marshall Nirenberg.
  13. ^ a b In Bezug auf den Missbrauch von T-Tests[54]
  14. ^ Sehen Protokoll für klinische Studien. Das heißt, die Untersuchung der Mitglieder jeder Gruppe soll einheitlich sein, und die Schritte der Prüfung sollen vordefiniert werden (bevor die Daten genommen werden), systematisch und nicht ad hoc.
  15. ^ Sehen Placebo-kontrollierte Studie
  16. ^ Sehen Faktorielles Experiment#Vorteile von faktoriellen Experimenten
  17. ^ Hinweis: Für eine Diskussion mehrerer Hypothesen siehe Bayes'sche Inferenz#informell
  18. ^ Im Zwei neue WissenschaftenEs gibt drei 'Rezensenten': Simplicio, Sagredo und Salviati, die als Folie, Antagonist und Protagonist dienen. Galileo spricht nur kurz für sich. Beachten Sie jedoch, dass Einsteins 1905 Papiere vor ihrer Veröffentlichung nicht von Experten überprüft wurden.
  19. ^ Die Maschinerie des Geistes kann nur das Wissen verändern, aber niemals entstehen, es sei denn, er wird mit Fakten der Beobachtung gefüttert. -C.S. Peirce[34]
  20. ^ "Keine Meinung, wie absurd und unglaublich, kann sich vorstellen, was von einigen der Philosophen nicht aufrechterhalten wurde." - Descartes[81]
  21. ^ "Ein Sprung ist in alle Denken involviert" - John Dewey[87]
  22. ^ "Und dieses [Experiment mit a Camera Obscura] kann jederzeit ausprobiert werden ". Buch I [6.86] S.379
  23. ^ Buch der Optik Buch II [3.52] zu [3.66] Zusammenfassung S.444 für Alhazens Experimente zur Farbe; S. 343—394 für seine physiologischen Experimente auf dem Auge
  24. ^ Die wissenschaftliche Methode erfordert Testen und Validierung A posteriori Bevor Ideen akzeptiert werden.[67]
  25. ^ "Was man im geringsten Zweifel nicht tut, sollte man nicht zweifeln, aber ein Mann sollte sich selbst ausbilden, um zu zweifeln", sagte Peirce in einer kurzen intellektuellen Autobiographie.[114] Peirce war der Ansicht, dass tatsächliche, echte Zweifel extern, normalerweise überrascht, aber auch, dass es gesucht und kultiviert werden soll, "nur, dass es das gewichtige und edle Metall selbst und kein Fälschungs- und Papierersatz ist".[115]
  26. ^ Aber sehen Wissenschaftliche Methode und Religion.
  27. ^ Beachten Sie, dass Brahe und Kepler zwei verschiedene Beobachter sind, Intersubjektivität Validiert Hanson.
  28. ^ a b Stillwells Rezension (S. 381) von Poincarés Bemühungen um die Euler charakteristisch stellt fest, dass es brauchte fünf Iterationen für Poincaré, um die zu erreichen Poincaré Homology Sphäre.[153]
  29. ^ Zum Beispiel siehe Missbrauch von P-Werten.

Anmerkungen: Problemlösung über wissenschaftliche Methode

  1. ^ a b c d e In dem Forschungsbasierte Ausbildung Paradigma, das Stadium der "Charakterisierung, Beobachtung, Definition, ..." wird kurz unter der Rubrik einer Frage zusammengefasst. Die Frage könnte irgendwann so einfach sein wie die 5WS, oder Ist diese Antwort wahr?, oder Wer könnte das noch wissen?, oder Kann ich sie fragen?, und so weiter. Die Fragen der Inquirer -Spirale, bis das Ziel erreicht ist.
  2. ^ a b c Peirce 1899 Erste Regel der Logik (F.R.L)[21] Absatz 1.136: Aus der ersten Regel der Logik wünschen wir uns, wenn wir uns wirklich das Ziel der Untersuchung wünschen, unsere Ressourcen nicht zu verschwenden[22][23]
  3. ^ a b Erkenne eine Idee nie nicht.... - C. S. Peirce[34]
  4. ^ Vor dreiundzwanzig hundert Jahren schlug Aristoteles vor, dass a Vakuum existierte in der Natur nicht; dreizehnhundert Jahre später, Alhazen widerlegte die Hypothese von Aristotelesmit Experimenten auf Brechungsomit die Existenz von Weltraum.[35]
  5. ^ Alhazen argumentierte, wie wichtig es ist, Fragen zu bilden und sie anschließend zu testen: "Wie wandelt sich Licht durch transparente Körper? Licht wandert nur durch transparente Körper in geraden Linien ... wir haben dies in unserem ausführlich erklärt Buch der Optik.[g] Aber erwähnen wir nun etwas, um dies überzeugend zu beweisen: Die Tatsache, dass Licht in geraden Linien eintreibt füllt die Luft.[13]
    • Er demonstrierte seine Vermutung, dass "Licht nur durch transparente Körper in geraden Linien fließt", indem er einen geraden Stock oder einen straffenden Faden neben dem Lichtstrahl platzierte Sambursky 1974, p. 136 um zu beweisen, dass Licht in einer geraden Linie fährt.
    • David Hockney zitiert Alhazen mehrmals als wahrscheinliche Quelle für die Porträttechnik mit der Camera Obscura, was Hockney mit Hilfe eines optischen Vorschlags wiederentdeckt hat Charles M. Falco. Kitab al-Manazir, das ist Alhazens Buch der Optikzu dieser Zeit bezeichnet Opticae Thesaurus, Alhazen Arabis, wurde bereits 1270 aus Arabisch ins lateinische Verwendung übersetzt. Hockney zitiert Friedrich Risners 1572 Basle Edition von Opticae Thesaurus. Hockney zitiert Alhazen als erste klare Beschreibung der Kamera Obscura.[36]
  6. ^ Sich von dem Problem zu distanzieren ist eine Technik zur Lösung von Problemen[34]

Verweise

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  7. ^ a b Gauch 2003, p. 3: "Die wissenschaftliche Methode" wird oft als feste Folge von Schritten falsch dargestellt, anstatt als "ein sehr variabler und kreativer Prozess" zu sehen (AAAS 2000: 18). Die Behauptung ist hier, dass die Wissenschaft hat, dass die Wissenschaft hat, dass die Wissenschaft hat Allgemeine Prinzipien, die gemeistert werden müssen, um die Produktivität zu steigern und die Perspektive zu verbessern, nicht dass diese Prinzipien eine einfache und automatisierte Folge von Schritten bieten, die sie folgen müssen. "
  8. ^ a b Gauch 2003, p. 3.
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  13. ^ a b Alhazen, Abhandlung am Licht (U "Abhandlung über das Licht", J. Baarmann (Herausgeber und Übersetzer von Arabisch bis Deutsch, 1882) Zeitschrift der Deutschen Morgenländer Vol 36 Wie zitiert in Sambursky 1974, p. 136.
  14. ^ Peirce, C.S.,, Gesammelte Papiere v. 1, Absatz 74.
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  18. ^ Cowles 2020, p. 264
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  20. ^ a b c d e TOW, David Hunter (11. September 2010). Die Zukunft des Lebens: Eine einheitliche Evolutionstheorie. Future of Life -Serie. Future of Life Media (veröffentlicht 2010). p. 262. Abgerufen 2016-12-11. Bei weiterer Untersuchung trägt die wissenschaftliche Methode jedoch eine auffällige Ähnlichkeit mit dem größeren Evolutionsprozess selbst. [...] von großer Bedeutung ist der evolutionäre Algorithmus, der eine vereinfachte Teilmenge des Prozesses der natürlichen Evolution verwendet, um die Lösung für Probleme zu finden, die durch herkömmliche Analysemethoden zu komplex sind, um sie zu lösen. Im Wesentlichen handelt es sich um einen Prozess der beschleunigten und strengen Versuchs- und Fehlerprozess, die auf dem Vorwissen aufbauen, um eine vorhandene Hypothese zu verfeinern oder sie insgesamt zu verwerfen, um ein besseres Modell zu finden. [...] Der evolutionäre Algorithmus ist eine Technik, die aus der Entwicklung der Wissensverarbeitung abgeleitet ist, die im Kontext von Wissenschaft und Technologie angewendet wird, selbst ein Ergebnis der Evolution. Die wissenschaftliche Methode entwickelt sich durch adaptive Belohnung, Versuch und Irrtum und Anwendung der Methode auf sich selbst weiter.
  21. ^ a b c d Peirce, Charles S. (1899). "F.R.L. [Erste Regel der Logik]". Gesammelte Papiere. v. 1. Absätze 135–140. Archiviert von das Original Am 2012-01-06. Abgerufen 2012-01-06. ... Um zu lernen, muss man lernen ...
  22. ^ a b c d e f Peirce, Charles S. (1902), Carnegie -Anwendung, siehe MS L75.329330, von Entwurf d von Memoir 27: "Folglich ist es einfach zu entdecken, ein Ereignis zu beschleunigen, das früher oder später auftreten würde, wenn wir uns nicht beunruhigt hätten, die Entdeckung zu machen. Folglich ist die Kunst der Entdeckung nur eine Frage der Wirtschaft. In Bezug auf Logik ist die führende Lehre in Bezug auf die Kunst der Entdeckung. Folglich ist das Verhalten der Entführung, die hauptsächlich eine Frage der Heuretik ist und die erste Frage der Heuretik ist, von wirtschaftlichen Überlegungen bestimmt werden. "
  23. ^ a b c d Peirce, Charles S., Carnegie Application (L75, 1902), Neue Elemente der Mathematik v. 4, S. 37–38: "Denn es ist nicht ausreichend, dass eine Hypothese eine berechtigte Hypothese sein sollte. Jede Hypothese, die die Fakten erklärt durch Experiment getestet. "
  24. ^ a b c McElheny 2004, p. 52: Freitag, 30. Januar 1953. Tea Time-Franklin konfrontiert Watson und seine Zeitung-"Natürlich ist es [Pauings Pre-Print] falsch. DNA ist keine Helix." Watson besucht dann jedoch Wilkins 'Büro, sieht Foto 51und erkennt sofort das Beugungsmuster einer helikalen Struktur. Es blieben jedoch zusätzliche Fragen, die zusätzliche Iterationen ihrer Forschung erfordern. Zum Beispiel die Anzahl der Stränge im Rückgrat der Helix (Crick vermutete 2 Stränge, warnte Watson jedoch, dies kritischer zu untersuchen), die Position der Basispaare (innerhalb des Rückgrats oder außerhalb des Rückgrats) usw. Ein Schlüsselpunkt Wäre sie festgestellt, dass der schnellste Weg, um ein Ergebnis zu erzielen, nicht darin bestand, eine mathematische Analyse fortzusetzen, sondern ein physikalisches Modell aufzubauen. Später am Abend-Watson fordert Wilkins auf, sofort mit dem Modellaufbau zu beginnen. Aber Wilkins ist einverstanden, dies erst nach Franklins Abreise zu tun.
  25. ^ a b c McElheny 2004, S. 57–59: Samstag, 28. Februar 1953-Watson fand den erklärten Basismechanismus Die Regeln von Chargaff mit seinen Pappmodellen.
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  31. ^ "Staddon, John (September 2020) Was ist mit der Geschichte der Wissenschaft passiert?" (PDF).
  32. ^ a b c Galileo Galilei 1638.
  33. ^ a b "Philosophie [d. H. Physik] ist in diesem Großbuch geschrieben - ich meine das Universum -, das ständig offen für unseren Blick steht, aber es kann nur verstanden werden, wenn man nicht zuerst lernt, die Sprache zu verstehen und die Charaktere zu interpretieren, in denen sie geschrieben wird. Es ist in der Sprache der Mathematik geschrieben, und seine Charaktere sind Dreiecke, Kreise und andere geometrische Figuren, ohne die es menschlich unmöglich ist, ein einzelnes Wort davon zu verstehen; ohne diese wandert man in einem dunklen Labyrinth herum. " - Galileo Galilei, Il Saggiatore (Der Test, 1623), wie übersetzt von übersetzt Stillman Drake (1957), Entdeckungen und Meinungen von Galileo S. 237–238, wie zitiert von Di Francia 1981, p. 10.
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