Modeller för vetenskaplig undersökning

Modeller för vetenskapliga undersökningar har två funktioner: dels att ge en beskrivande redogörelse för hur vetenskaplig undersökning utförs i praktiken, och dels att ge en förklarande redogörelse för varför vetenskaplig undersökning lyckas lika bra som den tycks göra med att komma fram till genuin kunskap. . Filosofen Wesley C. Salmon beskrev vetenskaplig undersökning:

Sökandet efter vetenskaplig kunskap slutar långt tillbaka i antiken. Vid någon tidpunkt i det förflutna, åtminstone vid Aristoteles tid, insåg filosofer att en grundläggande distinktion borde göras mellan två typer av vetenskaplig kunskap – ungefär kunskap om att och kunskap varför . Det är en sak att veta att varje planet med jämna mellanrum ändrar riktningen för sin rörelse i förhållande till bakgrunden av fixstjärnor; det är en helt annan sak att veta varför . Kunskaper av den förra typen är beskrivande; kunskap av den senare typen är förklarande. Det är förklaringskunskap som ger vetenskaplig förståelse för världen. (Salmon, 2006, sid. 3)

Enligt National Research Council (USA) : "Vetenskapliga undersökningar hänvisar till de olika sätt på vilka forskare studerar den naturliga världen och föreslår förklaringar baserat på de bevis som härrör från deras arbete."

Redovisningar av vetenskaplig undersökning

Klassisk modell

Den klassiska modellen för vetenskaplig undersökning härrör från Aristoteles , som särskiljde formerna för ungefärligt och exakt resonemang, satte upp det trefaldiga schemat för abduktiv , deduktiv och induktiv slutledning, och behandlade också de sammansatta formerna som resonemang genom analogi . ^{[ citat behövs ]}

Pragmatisk modell

Logisk empiri

Wesley Salmon (1989) började sin historiska undersökning av vetenskaplig förklaring med vad han kallade den mottagna uppfattningen , som den mottogs från Hempel och Oppenheim under åren som började med deras Studies in the Logic of Explanation (1948) och kulminerade i Hempels Aspects of Scientific Förklaring (1965). Salmon sammanfattade sin analys av dessa utvecklingar med hjälp av följande tabell.

I denna klassificering är en deduktiv-nomologisk (DN) förklaring av en händelse en giltig deduktion vars slutsats säger att resultatet som ska förklaras faktiskt inträffade. Det deduktiva argumentet kallas för en förklaring , dess premisser kallas för förklaringarna ( L: förklarar ) och slutsatsen kallas för förklaringen ( L: ska förklaras ). Beroende på ett antal ytterligare kvalifikationer kan en förklaring rangordnas på en skala från potentiell till sann .

Alla förklaringar inom vetenskapen är dock inte av DN-typ. En induktiv-statistisk (IS) förklaring förklarar en händelse genom att subsumera den under statistiska lagar, snarare än kategoriska eller universella lagar, och subsumtionssättet är i sig induktivt istället för deduktivt. DN-typen kan ses som ett begränsande fall av den mer allmänna IS-typen, där det inblandade måttet på säkerhet är fullständigt, eller sannolikhet 1, i det förra fallet, medan det är mindre än fullständigt, sannolikhet < 1, i det senare fallet.

I detta synsätt kan DN-resonemangssättet, förutom att det används för att förklara särskilda händelser, också användas för att förklara allmänna regelbundenheter, helt enkelt genom att härleda dem från ännu mer allmänna lagar.

Slutligen förklarar den deduktiv-statistiska (DS) typen av förklaring, korrekt betraktad som en underklass av DN-typen, statistiska regelbundenheter genom avledning från mer omfattande statistiska lagar. (Salmon 1989, s. 8–9).

Sådan var den mottagna synen på vetenskaplig förklaring ur logisk empirisynpunkt , att Salmon säger att "höll makten" under det tredje kvartalet av förra seklet (Salmon, s. 10).

Val av teori

Under historiens gång har en teori avlöst en annan, och vissa har föreslagit ytterligare arbete medan andra har verkat nöjda bara för att förklara fenomenet. Orsakerna till att en teori har ersatt en annan är inte alltid uppenbara eller enkla. Vetenskapsfilosofin inkluderar frågan: Vilka kriterier uppfyller en "bra" teori ? Denna fråga har en lång historia, och många vetenskapsmän, såväl som filosofer, har övervägt det. Målet är att kunna välja en teori som att föredra framför en annan utan att införa kognitiv bias . Flera ofta föreslagna kriterier sammanfattades av Colyvan. En bra teori:

innehåller få godtyckliga element (enkelhet/sparsamhet);
håller med och förklarar alla befintliga observationer (unifierande/ förklarande kraft ) och gör detaljerade förutsägelser om framtida observationer som kan motbevisa eller förfalska teorin om de inte bekräftas;
är fruktbart, där Colyvans tonvikt inte bara ligger på förutsägelse och förfalskning, utan också på en teoris framträdande karaktär när det gäller att föreslå framtida arbete;
är elegant (formell elegans; inga ad hoc- ändringar).

Stephen Hawking stödde punkterna 1, 2 och 4, men nämnde inte fruktbarhet. Å andra sidan betonar Kuhn vikten av seminalitet.

Målet här är att göra valet mellan teorier mindre godtyckligt. Icke desto mindre innehåller dessa kriterier subjektiva element och är heuristik snarare än en del av vetenskaplig metod . Kriterier som dessa avgör inte heller nödvändigtvis mellan alternativa teorier. Citerar fågel:

"De [sådana kriterier] kan inte avgöra vetenskapliga val. För det första, vilka egenskaper hos en teori som uppfyller dessa kriterier kan vara diskutabel (t.ex. rör enkelhet en teoris ontologiska åtaganden eller dess matematiska form?). För det andra är dessa kriterier oprecisa, och så det finns utrymme för oenighet om i vilken grad de håller. För det tredje kan det finnas oenighet om hur de ska vägas i förhållande till varandra, särskilt när de konflikter."

— Alexander Bird, Metodologisk inkommensurabilitet

Det kan också diskuteras om befintliga vetenskapliga teorier uppfyller alla dessa kriterier, vilket kan representera mål som ännu inte uppnåtts. Till exempel, förklaringskraft över alla existerande observationer (kriterium 3) tillgodoses av ingen teori för tillfället.

Oavsett vad som kan vara de slutliga målen för vissa vetenskapsmän, beror vetenskapen, som den utövas för närvarande, på flera överlappande beskrivningar av världen, som var och en har en domän av tillämplighet. I vissa fall är denna domän mycket stor, men i andra ganska liten.

— EB Davies, Epistemologisk pluralism, sid. 4

Önskemålen om en "bra" teori har diskuterats i århundraden, kanske till och med tidigare än Occams rakkniv , som ofta tas som ett attribut för en bra teori. Occams rakhyvel kan falla under rubriken "elegans", den första punkten på listan, men en för nitisk ansökan varnades av Albert Einstein : "Allt ska göras så enkelt som möjligt, men inte enklare." Det kan diskuteras att sparsamhet och elegans "typiskt drar åt olika håll". Falsifierbarhetsposten på listan är relaterad till det kriterium som Popper föreslår för att avgränsa en vetenskaplig teori från en teori som astrologi: båda "förklarar" observationer, men den vetenskapliga teorin tar risken att göra förutsägelser som avgör om det är rätt eller fel:

"Det måste vara möjligt för ett empiriskt vetenskapligt system att vederläggas av erfarenhet."

"De bland oss som är ovilliga att utsätta sina idéer för risken att vederlägga deltar inte i vetenskapens spel."

— Karl Popper, Den vetenskapliga upptäcktens logik, sid. 18 och sid. 280

Thomas Kuhn hävdade att förändringar i forskarnas syn på verkligheten inte bara innehåller subjektiva element, utan är resultatet av gruppdynamik, "revolutioner" i vetenskaplig praktik som resulterar i paradigmskiften . Som ett exempel föreslog Kuhn att den heliocentriska " kopernikanska revolutionen " ersatte Ptolemaios geocentriska åsikter inte på grund av empiriska misslyckanden, utan på grund av ett nytt "paradigm" som utövade kontroll över vad forskare ansåg vara det mer fruktbara sättet att nå sina mål. .

Aspekter av vetenskaplig undersökning

Avdrag och induktion

Deduktivt resonemang och induktivt resonemang är ganska olika i sina tillvägagångssätt.

Avdrag

Deduktivt resonemang är resonemanget om bevis, eller logisk implikation . Det är den logik som används i matematik och andra axiomatiska system som formell logik. I ett deduktivt system kommer det att finnas axiom (postulat) som inte är bevisade. De kan faktiskt inte bevisas utan cirkularitet. Det kommer också att finnas primitiva termer som inte är definierade, eftersom de inte kan definieras utan cirkuläritet. Till exempel kan man definiera en linje som en uppsättning punkter, men att sedan definiera en punkt som skärningspunkten mellan två linjer skulle vara cirkulär. På grund av dessa intressanta egenskaper hos formella system hänvisade Bertrand Russell humoristiskt till matematik som "fältet där vi inte vet vad vi pratar om, och inte heller om det vi säger är sant eller inte". Alla satser och följder bevisas genom att utforska implikationerna av axiomaten och andra satser som tidigare har utvecklats. Nya termer definieras med de primitiva termerna och andra härledda definitioner baserade på dessa primitiva termer.

I ett deduktivt system kan man korrekt använda termen "bevis", som att tillämpa på ett teorem. Att säga att en sats är bevisad betyder att det är omöjligt för axiomen att vara sanna och satsen att vara falsk. Till exempel kan vi göra en enkel syllogism som följande:

Arches National Park ligger i delstaten Utah .
Jag står i Arches National Park.
Därför står jag i delstaten Utah.

Observera att det inte är möjligt (förutsatt att alla triviala kvalificeringskriterier tillhandahålls) att vara i Arches och inte vara i Utah. Däremot kan man vara i Utah medan man inte är i Arches National Park. Implikationen fungerar bara i en riktning. Påståenden (1) och (2) tillsammans innebär påstående (3). Påstående (3) antyder inget om påståenden (1) eller (2). Lägg märke till att vi inte har bevisat påstående (3), men vi har visat att påståenden (1) och (2) tillsammans innebär påstående (3). Inom matematiken är det bevisade inte sanningen i en viss sats, utan att systemets axiom antyder satsen. Det är med andra ord omöjligt för axiomen att vara sanna och satsen att vara falsk. Styrkan med deduktiva system är att de är säkra på sina resultat. Svagheten är att de är abstrakta konstruktioner som tyvärr är ett steg bort från den fysiska världen. De är dock mycket användbara, eftersom matematik har gett stora insikter i naturvetenskap genom att tillhandahålla användbara modeller av naturfenomen. Ett resultat är utvecklingen av produkter och processer som gynnar mänskligheten.

Induktion

Induktiv generalisering

Att lära sig om den fysiska världen involverar ofta användningen av induktiva resonemang. Det är användbart i företag som vetenskap och brottsplatsdetektivarbete. Man gör en uppsättning specifika observationer och försöker göra en allmän princip baserad på dessa observationer, som kommer att peka på vissa andra observationer som naturligt skulle vara resultatet av antingen en upprepning av experimentet eller från att göra fler observationer från en något annorlunda uppsättning omständigheter. Om de förutsagda observationerna stämmer kan man vara på rätt väg. Den allmänna principen har dock inte bevisats. Principen innebär att vissa observationer bör följa, men positiva observationer innebär inte principen. Det är mycket möjligt att någon annan princip också kan förklara de kända observationerna, och kan bli bättre med framtida experiment. Implikationen flyter bara åt ett håll, som i den syllogism som används i diskussionen om deduktion. Därför är det aldrig korrekt att säga att en vetenskaplig princip eller hypotes/teori har "bevisats" i den rigorösa betydelsen av bevis som används i deduktiva system.

Ett klassiskt exempel på detta är studiet av gravitation. Newton bildade en lag för gravitation som säger att gravitationskraften är direkt proportionell mot produkten av de två massorna och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. I över 170 år verkade alla observationer validera hans ekvation. Teleskop blev dock så småningom tillräckligt kraftfulla för att se en liten avvikelse i Merkurius omloppsbana. Forskare försökte allt man kunde tänka sig för att förklara avvikelsen, men de kunde inte göra det med hjälp av de föremål som skulle bära på Merkurius omloppsbana. Så småningom utvecklade Einstein sin allmänna relativitetsteori och den förklarade Merkurius omloppsbana och alla andra kända observationer som handlar om gravitation. Under den långa tidsperiod då forskare gjorde observationer som verkade validera Newtons teori, bevisade de faktiskt inte att hans teori var sann. Det måste dock ha verkat vid den tiden som de gjorde det. Det krävdes bara ett motexempel (Mercurius bana) för att bevisa att det var något fel på hans teori.

Detta är typiskt för induktivt resonemang. Alla observationer som verkar validera teorin, bevisar inte dess sanning. Men ett motexempel kan bevisa att det är falskt. Det betyder att deduktiv logik används vid utvärdering av en teori. Med andra ord, om A antyder B, så antyder inte B inte A. Einsteins teori om allmän relativitet har stötts av många observationer med de bästa vetenskapliga instrumenten och experimenten. Men hans teori har nu samma status som Newtons teori om gravitation innan han såg problemen i Merkurius omloppsbana. Det är mycket trovärdigt och validerat med allt vi vet, men det är inte bevisat. Det är bara det bästa vi har vid denna tidpunkt.

Ett annat exempel på korrekta vetenskapliga resonemang visas i det aktuella sökandet efter Higgs-bosonen . Forskare på Compact Muon-solenoidexperimentet vid Large Hadron Collider har genomfört experiment som ger data som tyder på förekomsten av Higgs-bosonen. Men eftersom de inser att resultaten möjligen kan förklaras som en bakgrundsfluktuation och inte Higgs-bosonen, är de försiktiga och väntar på ytterligare data från framtida experiment. Sa Guido Tonelli:

"Vi kan inte utesluta närvaron av standardmodellen Higgs mellan 115 och 127 GeV på grund av ett blygsamt överskott av händelser i denna massregion som uppträder, ganska konsekvent, i fem oberoende kanaler [...] Från och med idag är det vi ser konsekvent antingen med en bakgrundsfluktuation eller med närvaron av boson."

Ett sätt att beskriva vetenskaplig metod skulle då innehålla dessa steg som ett minimum:

Gör en uppsättning observationer angående fenomenet som studeras.
Gör en hypotes som kan förklara observationerna. (Detta kan innebära induktiva och/eller abduktiva resonemang .)
Identifiera implikationer och resultat som måste följa, om hypotesen ska vara sann.
Utför andra experiment eller observationer för att se om något av de förutsagda resultaten misslyckas.
Om några förutsagda utfall misslyckas, är hypotesen bevisad falsk eftersom om A antyder B, då inte B antyder inte A (genom deduktion). Det är då nödvändigt att ändra hypotesen och gå tillbaka till steg 3. Om de förutsagda utfallen bekräftas är hypotesen inte bevisad utan kan snarare sägas stämma överens med kända data.

När en hypotes har överlevt ett tillräckligt antal tester kan den befordras till en vetenskaplig teori . En teori är en hypotes som har överlevt många tester och som verkar stämma överens med andra etablerade vetenskapliga teorier. Eftersom en teori är en främjad hypotes, är den av samma "logiska" art och delar samma logiska begränsningar. Precis som en hypotes inte kan bevisas utan kan motbevisas, gäller det samma för en teori. Det är en gradskillnad, inte snäll.

Argument från analogi

Argument från analogi är en annan typ av induktivt resonemang. Genom att argumentera utifrån analogi drar man slutsatsen att eftersom två saker är lika i flera avseenden, kommer de sannolikt att vara lika i ett annat avseende. Detta är naturligtvis ett antagande. Det är naturligt att försöka hitta likheter mellan två fenomen och undra vad man kan lära sig av dessa likheter. Att märka att två saker delar attribut i flera avseenden innebär dock inga likheter i andra avseenden. Det är möjligt att observatören redan har lagt märke till alla attribut som delas och alla andra attribut kommer att vara distinkta. Argument från analogi är en opålitlig metod för resonemang som kan leda till felaktiga slutsatser, och därmed inte kan användas för att fastställa vetenskapliga fakta.

Se även

Vidare läsning

An Introduction to Logic and Scientific Method (1934) av Ernest Nagel och Morris Raphael Cohen
Dictionary of Philosophy (1942) av Dagobert D. Runes
Understanding Scientific Progress: Aim-Oriented Empiricism , 2017, Paragon House, St. Paul av Nicholas Maxwell

externa länkar

Precession av Merkurius perihelion