과학적 조사의 모델

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과학적 조사의 모델은 두 가지 기능을 가지고 있다: 첫째, 과학적 연구가 실제로 어떻게 수행되는지에 대한 서술적 설명을 제공하는 것과 둘째, 과학적 연구가 왜 성공하는지에 대한 설명적 설명을 제공하는 것. 그리고 그것이 진정한 지식을 얻는 데 있어 보이는 것 처럼 보인다.

과학 지식의 탐구는 먼 옛날로 거슬러 올라간다. 과거의 어느 시점에서는 적어도 아리스토텔레스 시대에 이르러서는 철학자들은 두 종류의 과학 지식, 즉 강건한 지식, 그 이유와 지식 사이에 근본적인 구분이 그려져야 한다고 인식했다. 각 행성이 고정된 별의 배경에 대해 주기적으로 그 움직임의 방향을 역전시킨다는 것을 아는 것은 한 가지다; 그 이유를 아는 것은 전혀 다른 문제다. 전자의 지식은 서술형이고 후자의 지식은 설명형이다. 세계에 대한 과학적 이해를 제공하는 것은 설명적 지식이다.^[1] (Salmon, 2006, 페이지 3)

과학탐구는 과학자들이 자연세계를 연구하고 그들의 연구에서 도출된 증거를 바탕으로 설명을 제안하는 다양한 방식을 말한다.^[2]

과학탐구계정서

클래식 모델

이 구간은 확장이 필요하다. 추가하면 도움이 된다. (2008년 6월)

과학탐구의 고전적 모델은 근사적이고 정확한 추론의 형식을 구분하고, 유괴적, 연역적, 귀납적 추론의 세 가지 방법을 제시하고, 또한 유추에 의해 추리와 같은 복합적 형태를 취급한 아리스토텔레스로부터 유래한다.^{[citation needed]}

실용적 모델

이 구간은 확장이 필요하다. 더하면 도와줄 수 있어. (2018년 2월)

논리 경험주의

웨슬리 연어(1989)는 자신이 받은 견해라고 부르는 것으로 과학적 설명에 대한 역사적 조사를 시작했는데, 그 견해는 그들의 설명논리에 관한 연구(1948년)를 시작으로 그 해에 헴펠과 오펜하임으로부터 받아들여졌고, 헴펠의 과학적 설명에 관한 측면(1965)에서 절정을 이루었다.^[1] Salmon은 다음 표를 이용하여 이러한 발전에 대한 그의 분석을 요약했다.

이 분류에서 발생에 대한 연역-명론적(D-N) 설명은 설명해야 할 결과가 실제로 발생한다는 결론을 내리는 유효한 추론이다. 연역적 논거는 설명이라고 하고, 그 전제는 설명(L: 설명)이라고 하며, 결론은 설명(L: 설명)이라고 한다. 추가 자격 요건에 따라 설명은 잠재력에서 진실까지 척도로 순위가 매겨질 수 있다.

그러나 과학의 모든 설명이 D-N형은 아니다. 귀납적 통계적(I-S) 설명은 발생을 범주적 또는 보편적 법칙이 아닌 통계적 법률로 요약함으로써 설명하며, 발생의 모드는 연역적 방법 대신 귀납적 방법이다. D-N 유형은 보다 일반적인 I-S 유형, 즉 전자의 경우 완전성을 수반하는 확실성의 측정치, 또는 확률 1의 제한적인 사례로 볼 수 있지만 후자의 경우 완전하지 않은 확률 < 1>으로 볼 수 있다.

이러한 관점에서, D-N 추론 모드는 특정한 발생을 설명하는 데 사용될 뿐만 아니라, 여전히 더 일반적인 법률에서 추론하는 것만으로 일반적인 규칙성을 설명하는 데 사용될 수 있다.

마지막으로, D-N 유형의 하위 분류로 적절히 간주되는 연역통계(D-S) 유형의 설명은 보다 포괄적인 통계법으로부터의 차감에 의한 통계적 규칙성을 설명한다(Salmon 1989, 페이지 8–9).^[1]

이는 논리 경험론의 관점에서 과학적인 해명에 대한 받아들여진 견해였으며, 연어는 지난 세기 3/4분기 동안 "흔들림"이라고 말한다(샐몬, 페이지 10).^[1]

이론의 선택

역사 과정 동안, 한 이론이 다른 이론의 뒤를 이었고, 어떤 이론은 더 많은 연구를 제안했고, 다른 이론들은 단지 현상을 설명하는 것에 만족하는 것처럼 보였다. 한 이론이 다른 이론을 대체한 이유는 항상 명백하거나 단순하지는 않다. 과학철학은 다음과 같은 질문을 포함한다. 어떤 기준이 '좋은' 이론으로 충족되는가. 이 문제는 오랜 역사를 가지고 있으며, 철학자들뿐만 아니라 많은 과학자들도 이를 고려했다. 그 목적은 인지적 편견을 도입하지 않고 한 이론을 다른 이론보다 선호되는 것으로 선택할 수 있는 것이다.^[3] Colyvan은 종종 제안된 몇 가지 기준을 요약했다.^[4] 좋은 이론:

1. 임의 요소(추정/파시모니) 포함 안 함
2. 모든 기존 관측치(통일적/결정적 힘)에 동의하고 설명하며, 이론이 배제되지 않을 경우 반증하거나 왜곡할 수 있는 미래 관측에 대한 상세한 예측을 한다.
3. Colyvan이 강조하는 것은 예측과 거짓뿐만 아니라 미래 연구를 제안할 때 이론의 정석에도 있다.
4. 우아하다(고전적인 우아함, 특별한 개조 없음).

스티븐 호킹은 1, 2, 4번 아이템을 지원했지만 결실성은 언급하지 않았다.^[5] 반면 쿤은 반성의 중요성을 강조한다.^[6]

여기서의 목표는 이론들 사이의 선택을 덜 자의적으로 만드는 것이다. 그럼에도 불구하고, 이러한 기준은 주관적인 요소를 포함하고 있으며, 과학적 방법의 일부라기보다는 휴리스틱스다.^[7] 또한 이와 같은 기준이 반드시 대안 이론 사이에서 결정되는 것은 아니다. 버드 인용:^[8]

"그들은 과학적인 선택을 결정할 수 없다. 첫째, 이러한 기준을 충족하는 이론의 특징은 논쟁적일 수 있다(예: 단순성은 이론의 존재론적 약속이나 그 수학적 형태와 관련이 있는가). 둘째로, 이러한 기준은 부정확하며, 따라서 그들이 가지고 있는 정도에 대해 의견 불일치의 여지가 있다. 셋째, 특히 서로 충돌할 때 어떻게 서로 상대적인 가중치를 부여해야 하는지에 대해 이견이 있을 수 있다."

— Alexander Bird, Methodological incommensurability

또한 기존의 과학 이론들이 아직 달성되지 않은 목표를 대표할 수 있는 이 모든 기준을 충족시키는지에 대해서도 논쟁의 여지가 있다. 예를 들어, 현존하는 모든 관측(기준 3)에 대한 설명력은 현재 어떤 이론으로도 만족하지 않는다.^[9]

어떤 과학자들의 궁극적인 목표가 될 수 있든 간에, 과학은 현재 행해지고 있는 것처럼, 각각 적용가능성의 영역을 가지고 있는 세계에 대한 다중 중복 서술에 달려 있다. 어떤 경우에는 이 영역이 매우 크지만, 다른 경우에는 꽤 작다.^[10]

— E.B. Davies, Epistemological pluralism, p. 4

"좋은" 이론의 필요성은 수세기 동안 논의되어 왔으며,^[11] 종종 좋은 이론의 속성으로 받아들여지는 오캄의 면도기보다 훨씬 더 일찍 거슬러 올라간다. 오컴의 면도기는 목록의 첫 번째 항목인 "Elegance"의 제목에 속할 수도 있지만, 너무 열성적인 애플리케이션은 알버트 아인슈타인에 의해 "모든 것은 가능한 한 단순하게 만들어져야 하지만, 더 단순하게 만들어서는 안 된다"^[12]는 주의를 받았다. "일반적으로 다른 방향으로 끌어당긴다"^[13]는 식의 어설픈 표현과 우아함이 논쟁의 여지가 있다. 리스트의 위변성 항목은 점성술과 같은 이론으로부터 과학적 이론을 구분하는 포퍼에 의해 제안된 기준과 관련이 있다: 두 가지 모두 관찰을 "설명"하지만, 과학 이론은 그것이 옳고 그름을 결정하는 예측을 하는 위험을 무릅쓴다.^[14][15]

경험적 과학시스템이 경험에 의해 반박되는 것은 가능해야 한다"고 말했다.

"우리들 가운데 자기 생각을 반박의 위험에 노출시키려 하지 않는 사람들은 과학의 게임에 참여하지 않는다."

— Karl Popper, The logic of scientific discovery, p. 18 and p. 280

토마스 쿤은 과학자들의 현실관 변화에는 주관적인 요소뿐만 아니라 집단 역학, 즉 패러다임의 변화를 초래하는 과학적 실천에서의 "반발"이 포함되어 있다고 주장했다.^[16] 예를 들어, 쿤은 태양 중심적 "코페르니쿠스 혁명"이 프톨레마이오스의 지질학적 관점을 대체한 것은 경험적 실패 때문이 아니라, 과학자들이 그들의 목표를 추구하기 위한 보다 생산적인 방법이라고 느끼는 것에 대한 통제력을 발휘한 새로운 "패러다임" 때문이라고 제안했다.

과학탐구의 측면

공제 및 유도

연역논리와 귀납논리는 접근방식이 상당히 다르다.

공제

연역논리는 증거의 추론, 즉 논리적 함축이다. 수학이나 형식논리와 같은 다른 자명체계에 쓰이는 논리다. 연역제에서는 입증되지 않은 공리(공론)가 있을 것이다. 사실, 그것들은 순환성이 없이는 증명될 수 없다. 원형성 없이는 정의할 수 없기 때문에 정의되지 않은 원시 용어들도 있을 것이다. 예를 들어 선을 점 집합으로 정의할 수 있지만, 두 선의 교차점이 원형이므로 점을 정의할 수 있다. 이러한 형식 시스템의 흥미로운 특성 때문에, 베르트랑 러셀은 유머러스하게 수학을 "우리가 무슨 이야기를 하고 있는지, 우리가 말하는 것이 사실인지 아닌지를 알 수 없는 분야"라고 언급했다. 모든 이론과 코롤러리는 이전에 개발된 공리학 및 기타 이론의 함축성을 탐구함으로써 증명된다. 새로운 용어는 원시 용어와 그러한 원시 용어에 기초한 다른 파생된 정의를 사용하여 정의된다.

연역제도에서는 정리정돈에 적용하는 것처럼 '증거'라는 용어를 올바르게 사용할 수 있다. 정리가 증명되었다고 하는 것은 공리가 참이고 정리가 거짓이라는 것은 불가능하다는 것을 의미한다. 예를 들어 다음과 같은 간단한 삼단논법을 할 수 있다.

1. 아치 국립공원은 유타 주 내에 있다.
2. 나는 아치스 국립공원에 서 있다.
3. 그러므로 나는 유타 주에 서 있다.

(모든 사소한 자격 기준이 제공된다고 가정할 때) 아치에 있을 수 없고 유타에 있을 수 없다는 점에 유의하십시오. 그러나 아치스 국립공원은 아니지만 유타에 있을 수 있다. 그 암시는 오직 한 방향으로만 작용한다. 함께 찍은 문장 (1)과 (2)는 문장 (3)을 암시한다. 문 (3)은 (1) 또는 (2) 문장에 대해 어떠한 의미도 없다. 우리가 입증된 진술 (3)은 없지만, (1)과 (2)가 함께 진술 (3)을 암시한다는 것을 보여주었다. 수학에서 입증된 것은 특정 정리의 진리가 아니라 계통의 공리가 정리를 암시한다는 것이다. 즉 공리가 참이고 정리가 거짓인 것은 불가능하다. 연역제의 강점은 결과를 확신한다는 것이다. 단점은, 불행하게도 물리적 세계로부터 한 발짝 떨어져 있는 추상적인 구조라는 것이다. 그러나 수학이 자연현상의 유용한 모델을 제공함으로써 자연과학에 대한 큰 통찰력을 제공했기 때문에 그것들은 매우 유용하다. 한 가지 결과는 인류에게 이익이 되는 제품과 과정의 개발이다.

유도

물리적 세계에 대해 배우려면 귀납적 논리를 사용해야 한다. 이것이 이론구축의 논리다. 그것은 과학과 범죄 현장 탐정이 일하는 것처럼 널리 다른 사업에서 유용하다. 사람은 일련의 관찰을 하고, 자신이 보는 것을 설명하려고 한다. 관찰자는 자신이 관찰한 것을 설명하기 위한 시도로 가설을 형성한다. 이 가설은 영향을 미칠 것이며, 이는 실험의 반복이나 약간 다른 상황 집합에서 더 많은 관찰을 하는 것에서 자연적으로 발생할 수 있는 특정한 다른 관찰을 가리킬 것이다. 예측된 관찰이 사실이라면, 사람들은 그들이 올바른 궤도에 오를지도 모른다는 흥분감을 느낀다. 그러나 이 가설은 입증되지 않았다. 가설은 특정 관측치가 따라야 한다는 것을 암시하지만, 양의 관측치가 가설을 암시하는 것은 아니다. 그들은 그것을 더 믿을 수 있게 만들 뿐이다. 일부 다른 가설도 알려진 관측치를 설명할 수 있고, 향후 실험에서 더 잘 할 수 있을 것이다. 그 함축적 의미는 추론에 대한 논의에서 사용된 삼단논법에서와 같이 오직 한 방향으로만 흐른다. 따라서 과학적 원리나 가설/이론이 증명되었다고 말하는 것은 결코 옳지 않다.(적어도 연역적 시스템에 사용되는 엄격한 증거의 의미에서는 그렇지 않다.)

이것의 전형적인 예는 중력에 대한 연구다. 뉴턴은 중력의 힘이 두 중량의 산물에 정비례하고, 그 사이의 거리의 제곱에 반비례한다는 내용의 중력 법칙을 만들었다. 170년 이상 동안, 모든 관찰은 그의 방정식을 증명하는 것처럼 보였다. 그러나 망원경은 결국 수성의 궤도에 약간의 차이가 있을 정도로 강력해졌다. 과학자들은 그 불일치를 설명하기 위해 상상할 수 있는 모든 것을 시도했지만, 그들은 수성의 궤도에 있을 물체를 사용해 그렇게 할 수 없었다. 결국, 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 발전시켰고 그것은 수성의 궤도와 중력을 다루는 알려진 다른 모든 관측들을 설명했다. 과학자들이 뉴턴의 이론을 검증하는 듯한 관찰을 하는 긴 시간 동안, 사실, 뉴턴의 이론이 사실이라는 것을 증명하지 못했다. 하지만, 그들이 그렇게 한 것은 분명 그 당시로 보였을 것이다. 그의 이론에 뭔가 잘못된 것이 있다는 것을 증명하는 데는 오직 하나의 cercrexample(Mercury의 궤도)만 필요했다.

이것은 전형적인 귀납 논리학이다. 이론의 타당성을 입증하는 것처럼 보이는 모든 관찰은 그 진리를 증명하지 못한다. 그러나 한 가지 반례는 그것이 거짓임을 증명할 수 있다. 그것은 연역논리가 이론의 평가에 이용된다는 것을 의미한다. 즉, A가 B를 의미한다면 B가 아닌 것은 A를 의미하지 않는다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 최고의 과학 기기와 실험을 이용한 많은 관찰에 의해 뒷받침되어 왔다. 그러나 그의 이론은 이제 수성의 궤도에 있는 문제들을 보기 전에 뉴턴의 중력 이론과 같은 지위를 갖게 되었다. 그것은 우리가 알고 있는 모든 것으로 매우 신뢰할 수 있고 검증되었지만 증명되지는 않았다. 그것은 지금 이 시점에서 우리가 가진 것 중 최고일 뿐이다.

정확한 과학적 추론의 또 다른 예는 힉스 보손에 대한 현재의 탐색에서 보여진다. 거대 하드론 충돌기의 콤팩트 뮤온 솔레노이드 실험에 관한 과학자들은 힉스 보손의 존재를 암시하는 데이터를 산출하는 실험을 했다. 그러나 그 결과가 힉스 보슨이 아닌 배경의 변동으로 설명될 수 있다는 것을 깨닫고, 그들은 조심스럽고 앞으로의 실험으로부터 더 많은 데이터를 기다리고 있다. 귀도 토넬리가 말했다.

"115~127 GeV 사이의 표준 모델 힉스의 존재를 배제할 수 없다. 이 질량 영역은 5개의 독립적 채널에서 상당히 일관적으로 나타난다[...] 오늘날까지 우리가 보는 것은 배경 변동이나 보손의 존재와 일치한다."

그런 다음 과학적인 방법에 대한 간략한 개요에는 최소한 다음과 같은 단계가 포함될 것이다.

1. 연구 중인 현상에 대해 일련의 관찰을 한다.
2. 관측치를 설명할 수 있는 가설을 형성하십시오. (귀납적 단계)
3. 가설이 사실이라면 반드시 따라야 할 함축적 의미와 결과를 파악한다.
4. 다른 실험이나 관찰을 수행하여 예측 결과 중 하나라도 실패하는지 확인하십시오.
5. 예측 결과가 실패하면 가설은 거짓으로 입증된다. A가 B를 의미하면 B가 아닌 것이 A를 의미하기 때문이다. (고려 논리학) 그런 다음 가설을 바꾸고 다시 3단계로 돌아가는 것이 필요하다. 예측 결과가 확인되면 가설은 입증되지 않고 오히려 알려진 데이터와 일치한다고 말할 수 있다.

가설이 충분한 수의 시험에서 살아남았을 때, 그것은 과학 이론으로 승격될 수 있다. 이론은 많은 시험에서 살아남은 가설이며 다른 확립된 과학 이론과 일치하는 것처럼 보인다. 이론은 촉진된 가설이기 때문에 동일한 '논리적' 종이며 동일한 논리적 한계를 공유한다. 가설은 증명될 수 없지만 반증될 수 있듯이, 이론도 마찬가지다. 그것은 정도의 차이지, 친절하지 않다.

유추에 의한 주장은 또 다른 형태의 귀납적 추론이다. 비유로 따지자면 두 가지가 여러 면에서 비슷하기 때문에 다른 측면에서도 비슷할 가능성이 높다고 한다. 이것은 물론 가정이다. 두 현상 사이의 유사점을 찾으려고 시도하고 그 유사점으로부터 무엇을 배울 수 있는지 궁금해 하는 것은 당연하다. 그러나 두 가지가 여러 가지 측면에서 속성을 공유한다는 것을 알아채는 것은 다른 측면에서의 어떤 유사성을 의미하지는 않는다. 관찰자는 이미 공유되는 모든 속성과 다른 속성이 구별된다는 것을 알아차렸을 가능성이 있다. 유추에 의한 주장은 잘못된 결론으로 이어질 수 있는 신뢰할 수 없는 추론 방법이며, 따라서 과학적 사실의 성립에 이용될 수 없다.

참고 항목

• 연역-공칭학
• 설명각서 및 설명서
• 하이포테미코공법
• 연구
• 과학적 방법

참조

추가 읽기

• 어니스트 나겔과 모리스 라파엘 코헨의 논리학과 과학적 방법론(1934) 소개
• 다고베르트 D의 철학사전(1942) 룬
• 과학 진행 상황 이해: 목표 지향적 경험주의, 2017년 니콜라스 맥스웰의 성 바오로 성 바오로 성당

외부 링크

수성과 일반 상대성 궤도에 관한 흥미로운 설명에 대해서는 다음과 같은 링크가 유용하다.

• 수성의 침출물 처리
• 일반 상대성 이론과 실험의 대립