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과학적 방법

Scientific method
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과학적 방법은 적어도 17세기부터 과학의 발전을 특징짓는 지식을 획득하기 위한 경험적 방법입니다. (이전 세기의 주목할 만한 실천가는 과학적 방법의 역사를 참조하십시오.)

과학적 방법에는 엄격한 회의주의와 결합된 세심한 관찰이 수반되는데, 왜냐하면 인지적 가정이 관찰의 해석을 왜곡시킬 수 있기 때문입니다. 과학적 탐구는 귀납적 추론을 통해 가설을 세우고, 실험과 통계 분석을 통해 시험하며, 그 결과를 토대로 가설을 조정하거나 폐기하는 것을 포함합니다.

위에서 언급한 것은 모든 과학 기업에 적용 가능한 결정적인 일련의 단계인 과학적 방법의 원칙입니다.[1][2][3]

절차는 각 분야의 탐구에 따라 다르지만 기본 프로세스는 동일한 경우가 많습니다. 과학적 방법의 과정은 추측(가설 설명)을 하고, 논리적 결과로서 가설로부터 예측을 도출한 다음, 그 예측에 기초하여 실험이나 경험적 관찰을 수행하는 것을 포함합니다.[a][4] 가설은 질문에 대한 답을 찾는 동안 얻은 지식에 기초한 추측입니다. 가설은 매우 구체적이거나 광범위할 수 있습니다. 그런 다음 과학자들은 실험이나 연구를 수행하여 가설을 테스트합니다. 과학적 가설은 반증 가능해야 하며, 이는 가설에서 추론된 예측과 상충되는 실험이나 관찰의 가능한 결과를 식별할 수 있음을 의미합니다. 그렇지 않으면 가설을 의미 있게 검증할 수 없습니다.[5]

실험의 목적은 관측치가[A][a][b] 가설과 일치하는지 또는 일치하지 않는지 여부를 확인하는 것입니다.[6][b]

과학적 방법은 종종 고정된 단계 순서로 제시되지만, 그것은 오히려 일반적인 원리의 집합을 나타냅니다.[7] 모든 단계가 모든 과학적 탐구에서 발생하는 것은 아니며(같은 정도로 발생하지도 않으며) 항상 같은 순서가 아닙니다.[8][9]

역사

주 기사: 과학적 방법의 역사
참고 항목: 과학적 방법의 연표

과학사에서 중요한 논쟁은 무엇이든 확실하게 알 수 있다는 회의주의, 합리주의(특히 르네 데카르트가 주장한 바와 같이), 귀납주의, 경험주의(프란시스 베이컨이 주장한 바와 같이 로버트 훅,[10][11] 아이작 뉴턴 및 그의 추종자들과 함께 특히 두각을 나타냄)에 관한 것입니다. 그리고 19세기 초에 등장한 가설적 deduct주의.

과학의 중요한 제도적 발전의 결과로 19세기에 "과학적 방법"이라는 용어가 등장하고 "과학자", "사이비과학"과 같은 과학과 비과학 사이의 명확한 경계를 설정하는 용어가 등장했습니다.[12] 바코니아주의가 유행하던 1830년대와 1850년대에 걸쳐 윌리엄 휴웰, 존 허셜, 존 스튜어트 밀과 같은 자연주의자들은 "유인"과 "사실"에 대한 논쟁에 참여했고 지식을 생성하는 방법에 집중했습니다.[12] 19세기 말과 20세기 초, 강력한 과학 이론이 관측 가능 영역을 넘어 확장되면서 현실주의 대 반현실주의 논쟁이 진행되었습니다.[13]

과학적 방법을 통한 문제해결

참고 항목: § Notes: 과학적 방법을 통한 문제해결

"과학적 방법"이라는 용어는 20세기에 대중적으로 사용되기 시작했습니다. 듀이의 1910년 저서 "우리는 어떻게 생각하는가"는 대중적 지침서에 영감을 주어 [14]사전과 과학 교과서에 등장했지만, 그 의미에 대한 합의는 거의 없었습니다.[12] 비록 20세기 중반까지 성장이 있었지만, 1960년대와 1970년대까지 토마스 쿤과 폴 파이어아벤드와 같은 수많은 영향력 있는 과학 철학자들은 "과학적 방법"의 보편성에 의문을 제기했고, 그렇게 함으로써 과학이 동질적이고 보편적인 방법이라는 개념을 이질적이고 지역적인 관행이라는 개념으로 대체했습니다.[12] 특히, 폴 파이어아벤드는 1975년 그의 책 Against Method의 첫 번째 판에서 과학의 보편적인 규칙이 존재하지 않는다고 주장했습니다;[13] 포퍼 1963,[15][7] 가우치 2003[16], 토우 2010은 파이어아벤드의 주장에 동의하지 않습니다; 문제 해결사, 그리고 연구자들은 그들의 연구 동안 그들의 자원에 신중해야 합니다.[B][c]

후대의 입장으로는 물리학자 리 스몰린이 2013년에 쓴 에세이 '과학적 방법은 없다'[23][e]와 과학사가 대니얼 목요일이 2015년에 쓴 '뉴턴의 사과와 과학에 관한 다른 신화'의 장에서 과학적 방법이 신화이거나 기껏해야 이상화라고 결론 내린 내용 등이 있습니다.[24] 신화는 신념이기 [25]때문에 탈렙이 지적한 바와 같이 서사적 오류의 대상이 됩니다.[26] 철학자 Robert Nola와 Howard Sankey는 그들의 2007년 책 과학적 방법론에서 과학적 방법에 대한 논쟁이 계속되고 있다고 말했고, Feyerabend는 Against Method라는 제목에도 불구하고 특정 방법 규칙을 받아들이고 메타 방법론으로 그 규칙을 정당화하려고 시도했다고 주장했습니다.[27] Staddon(2017)은 알고리즘 과학적 방법이 없는 상황에서 규칙을 따르려고 하는 것은 실수라고 주장하며, 이 경우 "과학은 예를 통해 가장 잘 이해된다.[f] 그러나 알하센([b]1027년)의 광학서, 갈릴레오(1638년)의 두 신과학 이후 실험에 의한 기존 이론의 증명과 같은 알고리즘적 방법들이 사용되어 왔으며,[29] 어세이어는[30] 여전히 과학적 방법으로 남아 있습니다. 그들은 파이어아벤드의 입장을 반박합니다.

과학적 방법의 유비쿼터스 요소는 경험주의입니다. 이것은 엄격한 형태의 이성주의와 반대되는 것으로, 과학적 방법은 이성만으로는 특정한 과학적 문제를 해결할 수 없다는 입장을 구현합니다. 과학적 방법의 강력한 공식화는 경험적 데이터가 경험이나 다른 추상적인 형태의 지식의 형태로 제시되는 경험주의의 형태와 항상 일치하는 것은 아니지만, 현재의 과학적 관행에서는 과학적 모델링의 사용과 추상적 유형론 및 이론에 대한 의존이 일반적으로 받아들여지고 있습니다. 이 과학적 방법은 폭로, 정치적 또는 종교적 도그마, 전통, 일반적으로 가지고 있는 믿음, 상식 또는 현재 가지고 있는 이론이 진실을 증명하는 유일한 가능한 수단이라고 주장합니다.[34][17][16]

예를 들어 고대 스토아학파, 에피쿠로스,[35] 알하젠,[E] 아비세나, 알비루니,[37][38] 로저 베이컨, 오크햄의 윌리엄과 같은 경험주의와 과학적 방법의 다른 초기 표현들을 역사를 통해 찾을 수 있습니다. 16세기부터 실험은 프란시스 베이컨(Francis Bacon)에 의해 주창되었고, Giambattista della Porta,[39] Johannes Kepler,[40][i] Galileo Galilei에 의해 수행되었습니다.[j] 프란시스코 샌체스,[41] 존 로크, 조지 버클리, 데이비드 흄의 이론적인 연구들에 의해 특별한 발전이 있었습니다.

미국에서 유럽으로 가는 해상 항해는 C를 제공했습니다. S. 피어스는 자신의 아이디어를 명확히 하기 위해 거리를 좁혀 점차 [F]가설적 추론 모델을 만듭니다.[42] 20세기에 공식화된 이 모델은 처음 제안된 이후 상당한 수정을 거쳤습니다(보다 공식적인 논의는 과학적 방법의 § 요소 참조).

개요

과학적 방법은 과학이 수행되는 과정입니다.[43] 다른 탐구 영역에서와 마찬가지로, 과학은 (과학적 방법을 통해) 이전의 지식을 기반으로 할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 과학의 연구 주제에 대한 이해를 통일할 수 있습니다.[k] 이 모델은 과학 혁명의 기초가 된다고 볼 수 있습니다.[45]

전체적인 과정은 추론(가설)을 만들고, 논리적 결과로서 예측을 도출한 다음, 그 예측에 기초하여 실험을 수행하여 원래의 추론이 올바른지 여부를 결정하는 것을 포함합니다.[4] 그러나 방법에 대한 공식적인 설명에는 어려움이 있습니다. 과학적 방법은 종종 고정된 단계 순서로 제시되지만, 이러한 행동은 일반적인 원칙으로 더 잘 간주됩니다.[8] 모든 단계가 모든 과학적 탐구에서 발생하는 것은 아니며(같은 정도로 발생하지도 않으며) 항상 같은 순서로 수행되는 것은 아닙니다. 과학자이자 철학자인 William Whewell (1794–1866)이 언급한 바와 같이, 모든 단계에는 "발명, 현명함, 그리고 [9]천재성"이 요구됩니다.

과학적 탐구의 요인

과학적 탐구에 사용되는 기본적인 방법을 설명하는 다양한 방법이 있습니다. 과학계와 과학 철학자들은 일반적으로 다음과 같은 방법 구성 요소의 분류에 동의합니다. 이러한 방법론적 요소와 절차의 체계는 사회과학보다 실험과학의 특징적인 성격을 띠게 됩니다. 그럼에도 불구하고, 가설을 수립하고, 그 결과를 시험 분석하고, 새로운 가설을 수립하는 주기는 아래에서 설명하는 주기와 유사할 것입니다.과학적 방법은 정보가 지속적으로 수정되는 반복적이고 순환적인 과정입니다.[46][47] 일반적으로 다음과 같은 요소를 통해 다양한 조합이나 기여를 통해 지식의 진보를 발전시키는 것으로 알려져 있습니다.[48][49]

  • 특성화(조회대상에 대한 관찰, 정의, 측정)
  • 가설(피험자의 관찰 및 측정에 대한 이론적, 가설적 설명)
  • 예측(가설 또는 이론으로부터 귀납적 및 연역적 추론)
  • 실험(위의 모든 테스트)

과학적 방법의 각 요소는 발생 가능한 실수에 대한 동료 검토의 대상이 됩니다. 이러한 활동은 과학자들이 하는 모든 것을 설명하는 것이 아니라 주로 실험 과학(예: 물리학, 화학, 생물학 및 심리학)에 적용됩니다. 위의 요소들은 흔히 '과학적 방법'으로 교육체제에서 가르치고 있습니다.[A]

과학적인 방법은 하나의 조리법이 아닙니다: 그것은 지능, 상상력, 그리고 창의력을 필요로 합니다.[50] 이러한 의미에서, 그것은 따라야 할 무분별한 표준과 절차가 아니라 지속적인 주기이며, 보다 유용하고 정확하며 포괄적인 모델과 방법을 끊임없이 개발합니다. 예를 들어 아인슈타인이 특수상대성이론과 일반상대성이론을 개발했을 때 뉴턴의 원리를 반박하거나 무시하지 않았습니다. 반대로, 만약 천문학적으로 거대한 것, 깃털 빛, 그리고 극도로 빠른 것들이 아인슈타인의 이론들에서 제거된다면, 뉴턴은 관찰할 수 없었던 모든 현상들이 뉴턴의 방정식으로 남게 될 것입니다. 아인슈타인의 이론은 뉴턴 이론의 확장과 개선이며, 따라서 뉴턴의 연구에 대한 신뢰를 높일 수 있습니다.

위의 네 가지 사항에 대한 [47]반복적이고 실용적인[34] 계획이 진행 지침으로 제공되는 경우가 있습니다.[51]

  1. 질문 정의
  2. 정보 및 리소스 수집(관찰)
  3. 설명 가설 형성
  4. 실험을 수행하고 재현 가능한 방법으로 데이터를 수집하여 가설을 검정합니다.
  5. 데이터 분석
  6. 데이터를 해석하여 새로운 가설의 출발점이 되는 결론 도출
  7. 결과 게시
  8. 재검사(다른 과학자들이 자주 하는 검사)

이 단계별 방법에 내재된 반복주기는 3번 지점에서 6번 지점까지 갔다가 다시 3번 지점으로 되돌아갑니다.

이 스키마는 전형적인 가설/검정 방법을 설명하지만,[52][l] Paul Feyerabend를 포함한 많은 철학자, 역사가, 그리고 과학의 사회학자들은 과학적 방법에 대한 설명이 실제로 과학이 실행되는 방법과 거의 관련이 없다고 주장합니다.

과학적 방법의 요소들

과학적 방법의 기본적인 요소는 DNA의 구조를 발견한 것으로부터 다음과 같은 예(1944년부터 1953년까지 발생)에 의해 설명됩니다.

특성화

DNA label 1950년 그레고르 멘델의 연구를 시작으로 유전자 유전이 수학적 기술을 가지고 있다는 것과 DNA에 유전 정보가 포함되어 있다는 것(오스왈드 에이버리의 변형 원리)이 알려졌습니다.[54] 그러나 유전정보(즉, 유전자)를 DNA에 저장하는 메커니즘은 불분명했습니다. 캠브리지 대학의 브래그 연구소의 연구원들은 소금의 결정에서부터 시작하여 더 복잡한 물질로 진행하는 다양한 분자들의 X선 회절 사진들을 만들었습니다. 화학적 구성을 시작으로 수십 년에 걸쳐 공들여 조립한 단서를 사용하여 DNA의 물리적 구조를 특징짓는 것이 가능해야 하며, X선 이미지가 매개체가 될 것이라고 판단했습니다.[55]

과학적 방법은 조사 대상의 점점 더 정교한 특성에 달려 있습니다. (그 주제는 미해결 문제 또는 미지의 문제라고도 할 수 있습니다.)[A] 예를 들어, 벤자민 프랭클린은 정확하게 세인트루이스를 추측했습니다. 엘모의 불은 본질적으로 전기적인 것이었지만, 이를 확립하기 위해서는 오랜 일련의 실험과 이론적 변화가 필요했습니다. 피험자의 관련 속성을 찾는 동안 신중한 사고는 또한 몇 가지 정의와 관찰을 수반할 수 있습니다. 관찰은 종종 신중한 측정 및/또는 계산을 요구합니다.

질문은 "하늘이 왜 파랗을까?"와 [A]같이 특정한 관찰에 대한 설명을 언급할 수 있지만, "어떻게 하면 이 특정한 질병을 치료할 수 있는 약을 설계할 수 있을까?"와 같이 개방적일 수도 있습니다. 이 단계는 종종 이전의 실험, 개인적인 과학적 관찰이나 주장, 그리고 다른 과학자들의 연구로부터 증거를 찾고 평가하는 것을 포함합니다. 만약 답이 이미 알려진 경우, 증거에 기초한 다른 질문이 제기될 수 있습니다. 과학적 방법을 연구에 적용할 때, 좋은 질문을 결정하는 것은 매우 어려울 수 있고 조사 결과에 영향을 미칠 것입니다.[56]

관련된 양의 측정 또는 수를 체계적으로 신중하게 수집하는 것은 연금술과 같은 유사 과학과 화학 또는 생물학과 같은 과학 사이의 결정적인 차이입니다. 과학적 측정은 일반적으로 표로 작성되거나 그래프로 작성되거나 매핑되며 상관 관계 및 회귀 분석과 같은 통계적 조작이 수행됩니다. 측정은 실험실과 같이 통제된 환경에서 수행되거나 접근할 수 없거나 조작할 수 없는 물체(예: 별이나 인간 집단)에서 수행될 수 있습니다. 측정에는 종종 온도계, 분광기, 입자 가속기 또는 전압계와 같은 전문적인 과학 기기가 필요하며, 과학 분야의 발전은 일반적으로 그들의 발명 및 개선과 밀접하게 관련되어 있습니다.

근일점 세차 – 수성의 경우 과장되었지만 궁수자리 A*[57] 주변에서 S2의 근일점 세차의 경우 관찰됨

특성화 요소는 수세기에 걸쳐 확장되고 광범위한 연구가 필요할 수 있습니다. 칼데아인, 인도인, 페르시아인, 그리스인, 아랍인, 그리고 유럽의 천문학자들로부터 행성 지구의 움직임을 완전히 기록하는 데 수천 년의 측정이 걸렸습니다. 뉴턴은 그 측정값을 그의 운동 법칙의 결과에 포함시킬 수 있었습니다. 그러나 수성 궤도의 근일점은 1859년 레버리어가 지적한 것처럼 뉴턴의 운동 법칙으로는 충분히 설명할 수 없는 세차 운동을 나타냅니다(오른쪽 그림 참조). 뉴턴 이론과 관측 사이의 수성의 세차에 대한 관찰된 차이는 알베르트 아인슈타인에게 그의 일반 상대성 이론의 가능한 초기 시험으로 일어난 일들 중 하나였습니다. 그의 상대론적 계산은 뉴턴 이론보다 관찰과 훨씬 더 밀접하게 일치했습니다. 그 차이는 세기당 약 43 아크 초입니다.

한두 번의 관찰만으로 확신을 가지고 어떤 말을 하는 것은 익숙하지 않습니다.

— Andreas Vesalius, (1546)[58]

불확실성

과학적 작업의 측정에는 일반적으로 불확실성에 대한 추정치가 수반됩니다.[59] 불확실성은 종종 원하는 양을 반복적으로 측정하여 추정됩니다. 불확실성은 사용되는 개별 기본 수량의 불확실성을 고려하여 계산할 수도 있습니다. 데이터 수집의 한계로 인해 특정 시간에 한 국가의 인구 수와 같은 것들의 수 또한 불확실성을 가질 수 있습니다. 또는 카운트는 사용된 표본 추출 방법과 추출된 표본 수에 따라 불확실성이 있는 원하는 양의 표본을 나타낼 수 있습니다.

정의.

용어의 과학적 정의는 때때로 자연어 사용과 크게 다릅니다. 예를 들어 질량과 무게는 공통 담론에서는 의미가 겹치지만 역학에서는 뚜렷한 의미를 갖습니다. 과학적 양은 종종 측정 단위로 특징지어지는데, 이는 나중에 작업을 전달할 때 기존의 물리적 단위로 설명될 수 있습니다.

특정 용어가 이전에 충분히 명확하게 정의되지 않았다는 것을 깨닫고 새로운 이론이 개발되기도 합니다. 예를 들어, 상대성 이론에 관한 알버트 아인슈타인의 첫 번째 논문은 동시성과 길이를 결정하는 수단을 정의하는 것으로 시작합니다. 아이작 뉴턴은 "나는 시간, 공간, 장소, 운동을 모두에게 잘 알려진 것으로 정의하지 않습니다."라고 이 아이디어를 생략했습니다. 아인슈타인의 논문은 그들(즉, 운동과 무관한 절대적인 시간과 길이)이 근사치였음을 보여줍니다. 프란시스 크릭은 그러나 어떤 대상을 특성화할 때 그것이 아직 잘 이해되지 않은 채로 남아있을 때 그것을 정의하는 것은 시기상조일 수 있다고 우리에게 경고합니다.[60] 크릭의 의식에 대한 연구에서 그는 예를 들어 자유의지를 연구하는 것보다 시각 시스템에서 인식을 연구하는 것이 더 쉽다는 것을 실제로 발견했습니다. 그의 조심스러운 예는 유전자였습니다; 왓슨과 크릭의 DNA 구조에 대한 선구적인 발견 이전에 유전자는 훨씬 더 잘 이해되지 않았습니다; 그들보다 먼저, 유전자의 정의에 많은 시간을 소비하는 것은 역효과를 낳았을 것입니다.

가설개발

주 기사: 가설형성

DNA label 리누스 폴링은 DNA가 3중 나선일 수도 있다고 제안했습니다.[61][62] 이 가설은 프란시스 크릭과 제임스 D에 의해서도 고려되었습니다. 왓슨이지만 버려졌습니다. 왓슨과 크릭이 폴링의 가설을 알았을 때, 그들은 기존의 데이터로부터 폴링이 틀렸다는 것을 이해했고,[63] 폴링이 그 구조에 대한 그의 어려움을 곧 인정할 것이라는 것을 이해했습니다.

가설은 현상에 대한 제안된 설명 또는 현상 집합 간 또는 현상 집합 간의 가능한 상관 관계를 제안하는 추론된 제안입니다.

일반적으로 가설은 수학적 모델의 형태를 갖습니다. 때로는 항상은 아니지만 존재론적 진술로 공식화될 수도 있으며, 연구 중인 현상의 일부 특정 사례는 일반적인 형태의 보편적 진술을 가진 일부 특성과 인과적 설명을 가지고 있으며, 모든 현상의 모든 사례는 특정 특성을 가지고 있다고 말합니다.

과학자들은 연구 중인 현상에 대한 가능한 설명을 상상하기 위해 자신의 창의성, 다른 분야의 아이디어, 귀납적 추론, 베이지안 추론 등 자신이 가진 모든 자원을 자유롭게 사용할 수 있습니다. 알버트 아인슈타인은 "현상과 그 이론적 원리 사이에는 논리적인 다리가 없다"[64][m]고 말한 적이 있습니다. 찰스 샌더스 피어스(Charles [66]Sanders Peirce)는 아리스토텔레스(Prior Analytics, 2.25)의 한 페이지를 빌려 그럴듯한 추측을 감행하기 위해 "의심의 자극"에 의해 유발된 초기 탐구 단계를 납북 추론이라고 설명했습니다.[31]: II, p.290 과학의 역사는 "영감의 섬광", 즉 예감을 주장하는 과학자들의 이야기로 가득 차 있고, 이는 과학자들이 그들의 생각을 지지하거나 반박할 증거를 찾도록 동기를 부여했습니다. 마이클 폴라니(Michael Polanyi)는 이러한 창의성을 그의 방법론 논의의 중심으로 만들었습니다.

William Glen은 다음과 같이 관찰합니다[67].

가설의 성공 또는 과학에 대한 그것의 봉사는 단순히 인식된 "진실", 즉 이전의 생각을 대체, 보완 또는 축소하는 힘에 있는 것이 아니라 아마도 대머리 가정과 모호함의 영역을 밝힐 연구를 자극하는 능력에 더 달려 있습니다.

— William Glen, The Mass-Extinction Debates

일반적으로, 과학자들은 "우아하다"거나 "아름다운" 이론을 찾는 경향이 있습니다. 과학자들은 종종 알려진 사실을 따르고 있지만 그럼에도 불구하고 비교적 간단하고 다루기 쉬운 이론을 언급하기 위해 이러한 용어를 사용합니다. Occam's Razor는 동일하게 설명되는 가설 그룹 중에서 가장 바람직한 것을 선택하는 경험 법칙의 역할을 합니다.

하나의 가설을 만족시킴으로써 발생하는 확인 편향을 최소화하기 위해, 강력한 추론은 여러 개의 대안 가설을 만족시킬 필요가 있음을 강조합니다.[68]

가설로부터의 예측

자세한 정보: 예측 § 사이언스

DNA label 제임스 D. 왓슨(Watson), 프란시스 크릭(Francis Crick) 등은 DNA가 나선형 구조를 가지고 있다는 가설을 세웠습니다. 이것은 DNA의 X선 회절 패턴이 'x자 모양'일 것임을 암시했습니다.[69][70] 이 예측은 코크란, 크릭, 밴드[71](그리고 스톡스에 의해 독립적으로)의 연구에서 이어졌습니다. 코크란-크릭-반드-스토크스 정리는 나선 구조로부터의 회절이 x자 모양의 패턴을 생성한다는 경험적 관찰에 대한 수학적 설명을 제공했습니다. 왓슨과 크릭은 첫 논문에서 그들이 제안한 이중나선 구조가 DNA 복제를 위한 간단한 메커니즘을 제공한다는 점에 주목하며 "우리가 가정한 특정 쌍이 유전 물질에 대한 가능한 복제 메커니즘을 즉시 제안한다는 것은 우리의 주목을 벗어나지 못했습니다."[72]라고 썼습니다.

모든 유용한 가설은 연역적 추론을 포함한 추론을 통해 예측을 가능하게 할 것입니다.[n] 그것은 실험실 환경에서의 실험의 결과 또는 자연에서의 현상의 관찰을 예측할 수 있습니다. 예측도 통계적이고 확률만 다룰 수 있습니다.

그러한 예측을 테스트한 결과를 현재 알 수 없는 것이 필수적입니다. 이 경우에만 성공적인 결과가 가설이 참일 확률을 높입니다. 그 결과가 이미 알려진 경우는 결과라고 하며, 가설을 공식화하면서 이미 고려했어야 합니다.

예측이 관찰이나 경험에 의해 접근할 수 없다면, 가설은 아직 검증 가능하지 않으므로 엄격한 의미에서 그 정도까지는 비과학적일 것입니다. 새로운 기술이나 이론은 필요한 실험을 가능하게 할 수 있습니다. 예를 들어, 다른 지능종의 존재에 대한 가설은 과학적 근거에 의한 추측으로 설득력이 있을 수 있지만, 알려진 어떤 실험도 이 가설을 테스트할 수 없습니다. 따라서 과학 자체는 그 가능성에 대해 거의 할 말이 없을 수 있습니다. 미래에, 새로운 기술은 실험적인 실험을 가능하게 할 수 있고 추측은 받아들여진 과학의 일부가 될 것입니다.

예를 들어, 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 중력장에서 빛이 휘는 것과 같은 시공간의 관찰 가능한 구조에 대한 몇 가지 구체적인 예측을 하고, 휘는 양은 중력장의 세기에 정확한 방식으로 의존합니다. 1919년 일식 동안 아서 에딩턴이 관측한 것은 뉴턴의 중력보다는 일반 상대성 이론을 지지했습니다.[73]

실험

주 기사: 실험

DNA label 왓슨과 크릭은 런던 킹스 칼리지의 로잘린드 프랭클린, 모리스 윌킨스, 레이몬드 고슬링 팀에게 DNA 구조에 대한 최초의 (그리고 부정확한) 제안을 보여주었습니다. Franklin은 즉시 물의 함량과 관련된 결점을 발견했습니다. 나중에 왓슨은 상세한 X선 회절 이미지인 프랭클린의 사진 51을 보았는데, 이 사진은 X자[74] 모양을 보여주고 구조가 나선형임을 확인할 수 있었습니다.[21][75][c]

일단 예측이 이루어지면 실험을 통해 예측할 수 있습니다. 검정 결과가 예측과 모순되면, 이와 관련된 가설은 의문시되고 덜 설득력 있게 됩니다. 때때로 중요한 실험에 비해 실험이 잘못 수행되거나 설계가 잘 되어 있지 않습니다. 실험 결과에서 예측치가 확인되면 가설이 더 옳을 가능성이 높은 것으로 간주되지만 여전히 틀릴 수 있으며 계속해서 추가 검정의 대상이 될 수 있습니다. 실험 제어는 관측 오차를 처리하기 위한 기술입니다. 이 방법은 여러 표본 또는 관측치 또는 모집단 간의 대조를 사용하여 여러 조건에서 무엇이 변하는지 또는 무엇이 그대로 유지되는지 확인합니다. 우리는 변경된 것을 분리하는 데 도움이 되도록 측정 행위의 조건을 변경합니다. 그러면 밀의 캐논은 중요한 요소가 무엇인지 알아내는 데 도움이 될 수 있습니다.[76] 요인 분석은 효과에서 중요한 요인을 발견하기 위한 한 가지 기술입니다.

예측에 따라 실험의 모양이 다를 수 있습니다. 그것은 실험실 환경에서의 고전적인 실험일 수도 있고, 이중 맹검 연구일 수도 있고, 고고학적 발굴일 수도 있습니다. 심지어 뉴욕에서 파리까지 비행기를 타는 것도 비행기를 만드는 데 사용되는 공기역학적 가설을 실험하는 실험입니다.

따라서 이 기관들은 연구 기능을 금전으로 [59]표현되는 비용/편익으로 축소하고, 연구자들의 시간과 관심을 지출하는 대신,[59] 그들의 구성원들에게 보고서를 제출하는 것을 대가로 합니다.[77] CERN의 LHC(Large Hadron Collider),[78] LIGO([79]LIGO), NIF([80]National Ignition Facility), 국제 우주 정거장([81]ISS), 제임스 웹 우주 망원경([82][83]JWST)과 같은 현재의 대형 장비는 수십억 달러의 예상 비용과 수십 년에 걸쳐 확장되는 기간을 수반합니다. 이러한 종류의 기관은 국내 또는 국제적으로 공공 정책에 영향을 미치며 연구자들은 그러한 기계와 보조 인프라에 대한 공유 액세스를 필요로 합니다.[o][84]

과학자들은 실험하는 사람들의 입장에서 개방적이고 책임감 있는 태도를 취합니다. 상세한 기록 보관은 실험 결과를 기록하고 보고하는 데 도움이 되며, 절차의 효과와 무결성을 지원합니다. 또한 다른 사람들이 실험 결과를 재현하는 데 도움이 될 것입니다. 이 접근법의 흔적은 히파르코스(기원전 190~120년)의 연구에서 볼 수 있는데, 대조적인 실험은 알 [85]바타니(853~929년)와 알하젠(965~1039년)의 연구에서 볼 수 있습니다.[86][p][q][g]

평가 및 개선

DNA label 그 후 왓슨과 크릭은 DNA의 구성, 특히 샤갑의 염기쌍 규칙에 대해 이전에 알려진 정보와 함께 이 정보를 사용하여 모델을 제작했습니다.[22] 왓슨과 크릭은 상당한 무의미한 실험과 계속되는 우수한 사람들에 의해 좌절되고 수많은 잘못된 시작 끝에 그것을 구성하는 뉴클레오티드의 물리적 형태를 구체적으로 모델링함으로써 DNA의 본질적인 구조를 추론할 수 있었습니다.[89][90][91][22][92][93] 그들은 라이너스 폴링과 로잘린드 프랭클린의 X선 회절 이미지에 의해 추론된 결합 길이에 의해 유도되었습니다.

과학적 방법은 반복적입니다. 어떤 단계에서도 정확도와 정밀도를 정제할 수 있으므로, 어느 정도 고려하면 과학자가 프로세스의 초기 부분을 반복하도록 유도할 수 있습니다. 흥미로운 가설을 개발하지 못하면 과학자는 고려 중인 주제를 다시 정의하게 될 수 있습니다. 가설이 흥미롭고 검증 가능한 예측을 생성하지 못하면 가설을 재고하거나 주제의 정의를 재고할 수 있습니다. 흥미로운 결과를 도출하지 못한 실험은 과학자로 하여금 실험 방법이나 가설 또는 실험 대상의 정의를 재고하게 할 수 있습니다.

1027년경, 알하젠은 빛의 굴절을 측정한 결과, 우주 공간이 공기보다 밀도가 낮다는 것, 즉 "하늘의 몸은 공기의 몸보다 더 드물다"는 것을 추론할 수 있었습니다.[33] 1079년 이븐 무아드의 황혼에 관한 논문은 태양 광선의 대기 굴절에 근거하여 지구 대기의 두께가 50마일이라는 것을 추론할 수 있었습니다.[r]

다른 과학자들은 자신의 연구를 시작하고 어떤 단계에서든 과정에 들어갈 수 있습니다. 그들은 특성화를 채택하고 자신의 가설을 수립하거나, 가설을 채택하고 자신의 예측을 추론할 수 있습니다. 예측을 한 사람이 실험을 수행하지 않는 경우가 많고, 다른 사람이 수행한 실험을 기반으로 특성화를 수행합니다. 발표된 실험 결과는 자신의 재현성을 예측하는 가설로도 작용할 수 있습니다.

확인

주 기사: 재현성

과학은 사회적 기업이고, 과학적 작업은 확인되면 과학계에서 받아들여지는 경향이 있습니다. 결정적으로, 실험적이고 이론적인 결과는 과학계 내의 다른 사람들에 의해 재현되어야 합니다. 연구자들은 이 비전을 위해 목숨을 바쳤습니다. 게오르크 빌헬름 리치만은 1752년 벤저민 프랭클린의 연날리기 실험을 복제하려고 시도하다가 공 번개에 맞아 사망했습니다.[95]

실험을 반복하여 동일한 결과를 얻을 수 없는 경우, 이는 원래 결과가 오류였을 수 있음을 의미합니다. 따라서 단일 실험을 여러 번 수행하는 것이 일반적이며, 특히 통제되지 않은 변수나 다른 실험 오차의 징후가 있는 경우에는 더욱 그렇습니다. 중요하거나 놀라운 결과를 위해, 다른 과학자들도, 특히 그 결과들이 그들 자신의 연구에 중요한 경우, 그들 자신을 위해 그 결과들을 복제하려고 시도할 수 있습니다.[96] 복제는 치료가 개인 그룹에 투여되는 사회 및 생물 의학에서 논쟁의 여지가 있는 문제가 되었습니다. 일반적으로 실험군은 약물과 같은 치료를 받고 대조군은 위약을 받습니다. 2005년 존 이오아니디스(John Ioannidis)는 사용된 방법이 복제할 수 없는 많은 발견으로 이어졌다고 지적했습니다.[97]

동료 검토 과정에는 일반적으로 익명으로 의견을 제시하는 전문가의 실험 평가가 포함됩니다. 일부 저널은 특히 해당 분야가 고도로 전문화된 경우 실험자가 가능한 피어 리뷰어 목록을 제공하도록 요청합니다. 동료 검토는 결과의 정확성을 증명하지 않으며, 검토자의 의견으로는 실험 자체가 건전했다는 것(실험자가 제공한 설명에 근거함)만 증명합니다. 심사자가 요청한 새로운 실험이 필요할 수도 있는 동료 심사를 통과하면 동료 심사 과학 저널에 게재됩니다. 결과를 게재하는 특정 저널은 작품의 인지된 품질을 나타냅니다.[s]

과학자들은 일반적으로 그들의 데이터를 기록하는 데 신중을 기하는데, 이는 Ludwik Fleck(1896–1961)과 다른 사람들에 의해 촉진된 요구 사항입니다.[98] 일반적으로 필요하지는 않지만, 이 데이터를 원래 결과(또는 원래 결과의 일부)를 복제하려는 다른 과학자에게 제공하도록 요청할 수 있으며, 이는 얻기 어려울 수 있는 모든 실험 샘플의 공유로 확장됩니다.[99] 나쁜 과학과 부정한 데이터로부터 보호하기 위해, 국립과학재단과 같은 정부 연구 허가 기관과 네이처와 사이언스를 포함한 과학 저널, 다른 연구자들이 데이터와 방법을 테스트하고 이전의 연구를 기반으로 할 수 있도록 연구자들이 데이터와 방법을 보관해야 한다는 정책을 가지고 있습니다. 과학적 데이터 보관은 미국 또는 세계 데이터 센터의 여러 국가 아카이브에서 수행할 수 있습니다.

과학적 탐구

과학적 탐구는 일반적으로 과학자들이 미래의 실험 결과를 예측하는 데 사용할 수 있는 시험 가능한 설명의[19][18] 형태로 지식을 얻는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 과학자들은 연구 중인 주제에 대해 더 잘 이해할 수 있으며, 나중에 이러한 이해를 사용하여 원인 메커니즘(예: 질병 치료)에 개입할 수 있습니다. 예측을 하는 데 있어 설명이 좋을수록 더 자주 유용할 수 있으며, 그 대안보다 더 많은 증거를 계속해서 설명할 가능성이 더 높습니다. 가장 성공적인 설명 – 다양한 상황에서 설명하고 정확한 예측을 하는 설명 – 흔히 과학 이론이라고 불립니다.[A]

대부분의 실험 결과는 인간의 이해에 큰 변화를 일으키지 않습니다. 이론적인 과학적 이해의 향상은 일반적으로 시간이 지남에 따라, 때로는 과학의 다른 영역에 걸쳐 점진적인 발전 과정에서 비롯됩니다.[100] 과학적 모델은 실험적으로 실험된 정도와 기간, 과학계에서의 수용도 등에서 다양합니다. 일반적으로 설명은 주어진 주제에 대한 증거가 축적됨에 따라 시간이 지남에 따라 받아들여지고, 문제의 설명은 증거를 설명하는 데 있어 대안보다 더 강력하게 입증됩니다. 종종 후속 연구자들은 시간이 지남에 따라 설명을 다시 공식화하거나 새로운 설명을 생성하기 위해 설명을 결합합니다.

토우는 과학적 방법을 과학기술에 적용되는 진화 알고리즘의 관점에서 보고 있습니다.[16]

과학적 탐구의 성질

과학적 지식은 경험적 발견과 밀접하게 관련되어 있으며, 새로운 실험적 관찰이 발견된 것과 양립할 수 없는 경우에는 여전히 오류의 대상이 될 수 있습니다. 즉, 새로운 문제의 증거가 발견될 수 있기 때문에 어떤 이론도 최종적으로 간주될 수 없습니다. 그러한 증거가 발견되면 새로운 이론이 제안될 수도 있고, (더 일반적으로) 이전 이론에 대한 수정으로 새로운 증거를 설명하기에 충분하다는 것이 발견됩니다. 이론의 강도는 이론의 핵심 원리에 큰 변화 없이 얼마나 오래 지속되었는가와 관련이 있습니다.

이론은 또한 다른 이론에 포섭될 수 있습니다. 예를 들어, 뉴턴의 법칙은 행성들에 대한 수천 년 동안의 과학적 관찰을 거의 완벽하게 설명했습니다. 그러나 이 법칙들은 더 일반적인 이론(상대성)의 특수한 경우로 결정되었고, 뉴턴 법칙에 대한 (이전에 설명되지 않은) 예외를 모두 설명하고 중력에 의한 빛의 편향과 같은 다른 관측을 예측하고 설명했습니다. 따라서 어떤 경우에는 독립적이고 연결되지 않은 과학적 관찰이 연결될 수 있으며, 설명력을 증가시키는 원리에 의해 통일됩니다.[101][102]

새로운 이론은 이전 이론보다 더 포괄적일 수 있으므로 이전 이론보다 더 많은 것을 설명할 수 있기 때문에 후속 이론은 이전 이론보다 더 많은 관측치를 설명함으로써 더 높은 기준을 충족할 수 있습니다.[101] 예를 들어, 진화론은 지구상의 생명체의 다양성, 종들이 환경에 어떻게 적응하는지, 그리고 자연계에서 관찰되는 많은 다른 패턴들을 설명합니다;[103][104] 그것의 가장 최근의 주요한 수정은 현대의 진화적 합성을 형성하기 위한 유전학과의 통일이었습니다. 후속 수정에서 생화학 및 분자 생물학과 같은 다른 많은 분야의 측면도 포함했습니다.[16]

신념과 편견

이 그림에서 볼 수 있는 것처럼 날아다니는 질주(Théodore Géricault, 1821)는 위작입니다. 아래를 참조하십시오.
1878년 Muybridge의 움직이는 말의 사진은 질주하는 말의 네 발이 동시에 땅에서 떨어져 있는 적이 있는지에 대한 질문에 답하기 위해 사용되었습니다. 이것은 과학에서 사진을 실험 도구로 사용하는 것을 보여줍니다.

과학적 방법론은 종종 가능한 한 통제된 조건에서 가설을 테스트하도록 지시합니다. 이것은 생물 과학과 같은 특정 분야에서 종종 가능하며 천문학과 같은 다른 분야에서는 더 어렵습니다.

실험적 통제와 재현성의 실천은 상황의 잠재적인 유해한 영향과 개인적 편향을 어느 정도 감소시키는 효과를 가져올 수 있습니다. 예를 들어, 기존의 믿음은 확인 편향과 같이 결과의 해석을 변경할 수 있습니다. 이는 특정 믿음을 가진 사람이 다른 관찰자가 동의하지 않을 수 있더라도(즉, 사람들은 관찰하기를 기대하는 것을 관찰하는 경향이 있음) 사물을 자신의 믿음을 강화하는 것으로 간주하도록 하는 휴리스틱입니다.[25]

[T]생각의 작용은 의심의 자극에 의해 흥분되고, 믿음이 달성되면 중단됩니다.

— C.S. Peirce, How to Make Our Ideas Clear (1877)[31]

역사적인 예로는 말의 다리가 땅에 닿지 않는 지점에서 질주하는 말의 다리가 튄다는 믿음이 있는데, 이 이미지는 지지자들에 의해 그림에 포함되었습니다. 그러나 에드위드 뮤이브리지가 말을 질주하는 첫 번째 정지 동작 사진은 이것이 거짓이며, 대신 다리가 함께 모여 있다는 것을 보여주었습니다.[105]

역할을 하는 또 다른 중요한 인간의 편견은 새롭고 놀라운 진술(새로운 것에 대한 호소 참조)에 대한 선호이며, 이는 새로운 것이 진실이라는 증거를 찾는 결과를 초래할 수 있습니다.[106] 제대로 입증되지 않은 믿음은 덜 엄격한 휴리스틱을 통해 믿고 행동할 수 있습니다.[107]

골드하버와 니에토는 2010년에 "많은 밀접한 주제를 가진 이론적 구조가 이론적 개념을 연결하여 설명되면 이론적 구조가 견고성을 획득하고 이론적 구조는 점점 더 뒤집기가 어려워진다는 관찰을 발표했습니다.[102] 이야기가 구성되면 그 요소가 더 쉽게 믿겨집니다.[108][26]

Fleck(1979), p. 27은 "말과 생각은 원래 그것과 일치하는 경험의 음성적, 정신적 등가물입니다. 그러한 원시적 아이디어는 처음에는 항상 너무 광범위하고 전문화되어 있지 않습니다. 많은 세부 사항과 관계로 구성된 구조적으로 완전하고 폐쇄적인 의견 체계가 형성되면, 그것은 그것과 모순되는 것에 대해 지속적인 저항을 제공합니다." 때때로 이러한 관계는 요소를 선험적으로 가정하거나 궁극적으로 요소를 생성하는 과정에서 다른 논리적 또는 방법론적 결함을 포함합니다. 도널드 엠. MacKay는 측정의 정확성에 대한 한계 측면에서 이러한 요소를 분석하고 측정 범주의 도구 요소와 관련시켰습니다.[t]

과학적 탐구의 모델

주 기사: 과학적 탐구의 모델

과학적 탐구의 고전적 모델은 근사적 추론과 정확한 추론의 형태를 구별하고 귀납적 추론, 연역적 추론, 귀납적 추론의 3중 체계를 제시했으며 추론과 같은 복합적인 형태도 유추하여 다루었던 아리스토텔레스에서 [109]유래했습니다.

가설적 추론 모델 또는 방법은 과학적 방법에 대해 제안된 설명입니다. 여기서 가설에 의한 예측이 중심이 됩니다: 가설이 참이라고 가정하면 어떤 결과가 뒤따르나요? 이후의 경험적 조사에서 이러한 결과나 예측이 관측 가능한 세계에 해당한다는 것을 입증하지 못하면 가설은 거짓으로 결론지을 수 있습니다.

1877년 찰스 샌더스 피어스([48]Charles Sanders Peirce, 1839–1914)는 일반적으로 탐구를 진리 그 자체의 추구가 아니라 놀라움, 의견 불일치 등으로 인해 태어난 짜증나고 억제적인 의심에서 벗어나 자신이 행동할 준비가 되어 있다는 믿음인 안전한 믿음에 도달하기 위한 투쟁으로 특징 지었습니다. 그는 과학적 탐구를 더 넓은 스펙트럼의 일부로 구성했고, 일반적으로 탐구와 마찬가지로 단순한 언어적 또는 쌍곡적 의심이 아닌 실제적 의심에 의해 자극을 받았으며, 이는 그가 무의미하다고 생각했습니다.[u]

커뮤니케이션 및 커뮤니티

참고 항목: 과학계와 학술적 커뮤니케이션

과학적 방법은 한 사람뿐만 아니라 여러 사람이 직간접적으로 협력하는 경우도 많습니다. 이러한 협력은 과학 공동체의 중요한 요소로 간주될 수 있습니다. 그러한 환경 내에서 다양한 표준의 과학적 방법론이 사용됩니다.

과학 저널은 동료 심사 과정을 사용하는데, 이 과정에서 과학 저널의 편집자들이 과학자들의 원고를 (보통 1~3명, 보통은 익명으로) 평가를 위해 동료 과학자들에게 제출합니다. 특정 저널에서는 저널 자체가 심판을 선정하고, 다른 저널(특히 매우 전문적인 저널)에서는 원고 저자가 심판을 추천할 수 있습니다. 심판들은 출판을 추천할 수도 있고 추천하지 않을 수도 있고, 제안된 수정된 출판물을 추천할 수도 있고, 때로는 다른 저널에 출판할 수도 있습니다. 이 표준은 다른 저널에 의해 다양한 정도로 실행되며 명백한 오류가 없는 문헌을 유지하고 일반적으로 특히 표준을 가장 엄격하게 사용하는 저널에서 재료의 품질을 향상시키는 효과를 가질 수 있습니다. 동료 검토 과정은 기존의 과학 패러다임을 벗어난 연구를 고려할 때 한계가 있을 수 있습니다: "집단 사고"의 문제는 일부 새로운 연구의 개방적이고 공정한 심의를 방해할 수 있습니다.[112]

연구원들은 때때로 정부 자금 지원 기관과 과학 저널의 정책을 준수하는 등 과학적 데이터 아카이빙을 수행합니다. 이러한 경우 실험 절차, 원시 데이터, 통계 분석 및 소스 코드에 대한 상세한 기록을 보존하여 절차의 방법론과 실제에 대한 증거를 제공하고 향후 결과를 재현하려는 잠재적인 시도에 도움을 줄 수 있습니다. 이러한 절차적 기록은 가설을 테스트하기 위한 새로운 실험의 개념에 도움이 될 수 있으며, 발견의 잠재적인 실제 적용을 검토할 수 있는 엔지니어에게 유용할 수 있습니다.

연구를 재현하기 전에 추가 정보가 필요한 경우 연구 저자에게 제공하도록 요청할 수 있습니다. 그들은 그것을 제공하거나 저자가 데이터 공유를 거부할 경우 연구를 출판한 저널 편집자 또는 연구에 자금을 지원한 기관에 항소할 수 있습니다.

과학자는 실험에서 일어난 모든 것을 기록할 수 없기 때문에 명백한 관련성으로 선택된 사실이 보고됩니다. 이로 인해 관련성이 없는 것으로 추정되는 기능에 의문이 제기될 경우 불가피하게 나중에 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 하인리히 헤르츠는 맥스웰 방정식을 테스트하는 데 사용된 방의 크기를 보고하지 않았는데, 나중에 결과의 작은 편차를 설명하는 것으로 밝혀졌습니다. 문제는 실험 조건을 선택하고 보고하기 위해서는 이론 자체의 일부를 가정해야 한다는 것입니다. 따라서 이러한 관측은 때때로 '이론에 충실한' 것으로 설명됩니다.

복잡한 시스템의 과학

복잡한 시스템에 적용되는 과학은 초학문성, 시스템 이론, 제어 이론 및 과학 모델링과 같은 요소를 포함할 수 있습니다. 산타페 연구소는 이러한 시스템을 연구합니다;[84] 머레이 겔만은 이러한 주제들을 메시지 전달과 연결합니다.[113][16]

고유 수용과 관련된 일부 생물학적 시스템은 엔지니어링 기술에 의해 효과적으로 모델링되었습니다.[114][115]

일반적으로 과학적 방법은 다양하고 상호 연결된 시스템과 대용량 데이터 세트에 엄격하게 적용하기 어려울 수 있습니다. 특히 예측 분석과 같은 빅 데이터 내에서 사용되는 관행은 과학적 방법과 상충된다고 볼 수 있습니다.[116] 데이터 중 일부는 설명을 위한 대체 가설에서 중요할 수 있는 매개 변수가 제거되었을 수 있으므로 제거된 데이터는 예측 분석 애플리케이션의 귀무 가설을 뒷받침하는 역할만 할 것입니다. Fleck(1979), pp. 38–50은 "과학적 발견은 그것을 조건으로 하는 사회적 관행에 대한 고려 없이 불완전한 상태로 남아 있다"[117]고 지적합니다.

과학의 철학과 사회학

참고 항목: 과학철학과 과학지식사회학

해석철학

과학 철학은 과학적 방법의 기초 논리, 과학과 비과학을 구분하는 것, 그리고 과학에 내포된 윤리를 봅니다. 적어도 한 명의 저명한 과학자에 의해 철학에서 파생된 기본 가정이 있습니다.[C][118] 즉, 현실은 객관적이고 일관적이며 인간은 현실을 정확하게 인식할 수 있는 능력이 있으며 현실 세계의 요소에 대해 합리적인 설명이 존재한다는 것입니다.[118] 방법론적 자연주의의 이러한 가정은 과학의 근거가 될 수 있는 기초를 형성합니다. 논리실증주의자, 경험주의자, 위조주의자, 그리고 다른 이론들은 이러한 가정들을 비판하고 과학의 논리에 대한 대안적인 설명을 제공했지만, 각각은 또한 비판을 받았습니다.

토마스 쿤은 그의 과학 혁명의 구조에서 과학의 역사를 조사했고, 과학자들에 의해 사용된 실제 방법이 그 당시에 지지되었던 방법과 극적으로 다르다는 것을 발견했습니다. 과학의 실천에 대한 그의 관찰은 본질적으로 사회학적이며 과학이 다른 시대와 다른 문화에서 어떻게 실천되거나 실천될 수 있는지에 대해 이야기하지 않습니다.

노우드 러셀 핸슨(Norwood Russell Hanson), 임레 라카토스(Imre Lakatos), 토마스 쿤(Thomas Kuhn)은 관측의 "이론적" 성격에 대한 광범위한 연구를 수행했습니다. Hanson(1958)은 선입견이 관찰과 설명 모두에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 보여주기 위해 gestalt 개념을 사용하여 모든 관찰이 관찰자의 개념적 틀에 의존한다는 개념에 대한 용어를 처음 만들었습니다.[119] 그는 염색 기술의 산물로 골지체와 초기 거부에 대한 논의와 같은 생리 현상에도 불구하고 새벽을 관찰하고 "다른" 일출을 보는 브라헤와 케플러의 논의로 1장을 엽니다.[i][v] 쿤과[120] 파이어아벤드는[121] 핸슨의 연구가 갖는 선구적 의미를 인정합니다.

포스트모더니즘과 과학전쟁

폴 파이어아벤드도 마찬가지로 과학의 역사를 조사했고, 과학이 진정한 방법론적 과정이라는 것을 부정하게 되었습니다. 그의 책 '방법에 반대하다'에서 그는 과학적 진보는 어떤 특정한 방법을 적용한 결과가 아니라고 주장합니다. 본질적으로, 그는 과학의 어떤 특정한 방법이나 규범에 대해서도 과학을 위반하는 것이 과학의 진보에 기여한 역사적인 사건을 발견할 수 있다고 말합니다. 따라서 과학적 방법을 믿는 사람들이 보편적으로 유효한 하나의 규칙을 표현하고자 한다면, 파이어아벤드는 농담으로 '무엇이든 가는 것'이어야 한다고 제안합니다.[122] 그러나 이것은 비경제적입니다.[B] 파이어아벤드와 같은 비판은 과학 사회학에 대한 급진적인 접근법인 강력한 프로그램으로 이어졌습니다.

포스트모더니즘적인 과학 비평은 그 자체로 극심한 논란의 대상이 되어 왔습니다. 과학전쟁으로 알려진 이 지속적인 논쟁은 포스트모더니즘 진영과 현실주의 진영 간의 상반된 가치와 가정의 결과입니다. 포스트모던주의자들은 과학적 지식이 단순히 또 다른 담론일 뿐이며 어떤 형태의 근본적인 진리를 대표하는 것은 아니라고 주장하는 반면, 과학계의 현실주의자들은 과학적 지식이 현실에 대한 실제적이고 근본적인 진리를 드러낸다고 주장합니다. 많은 책들은 과학이 진리를 도출하는 정당한 방법이라고 옹호하면서 이 문제를 다루고 포스트모던주의자들의 주장에 도전하는 과학자들에 의해 쓰여졌습니다.[123]

인류학과 사회학

인류학과 사회학에서는 라투르와 울가의 학술 과학 실험실에서의 현장 연구에 이어, Karin Knorr Cetina는 두 과학 분야(즉, 고에너지 물리학과 분자 생물학)에 대한 비교 연구를 수행하여 두 과학 공동체 내의 인식 관행과 추론이 "진통적 문화"라는 개념을 도입할 만큼 충분히 다르다는 결론을 내렸습니다. 이른바 "과학적 방법"이 독특하고 통일된 개념이라는 생각과 모순됩니다.[124] Fleck 1935, Thought collectives, (denkollektiven) '에피즘 문화' 비교: Entstehung und Entwicklung einer wisenschaftlichen Tatsache: Einf ǖhrung in die Lehre vom Denkstil und Denkollektiv Fleck (1979), p. xxvii는 사실이 잠복기 이후에만 번성하며 수명이 있다는 것을 인식합니다. 그가 선택한 조사 질문(1934)은 "그렇다면, 이 경험적 사실은 어떻게 시작되었는가, 그리고 그것은 무엇으로 구성되었는가?"[126]였습니다. 그러나 Fleck 1979, p.27까지 각 분야의 사고 집단은 공통의 전문 용어에 의존하고, 그 결과를 발표하고, 나아가 공동 용어를 사용하여 동료들과 상호 소통해야 발전할 수 있습니다.[127]

참고 항목: 인지혁명 및 지각조절이론 § 모델링 방법론 및 PCT를 모델로 함

수학과의 관계

과학은 제안된 모델을 수집하고, 비교하고, 관찰 가능한 것과 비교하고, 평가하는 과정입니다. 모델은 시뮬레이션, 수학적 또는 화학적 공식 또는 제안된 단계의 집합일 수 있습니다. 과학은 두 학문의 연구자들이 발견의 각 단계에서 알려진 것과 알려지지 않은 것을 구별하려고 노력한다는 점에서 수학과 같습니다. 과학과 수학 모두에서 모델은 내부적으로 일관성이 있어야 하며, 또한 반증이 가능해야 합니다. 수학에서 진술은 아직 증명될 필요가 없습니다. 그런 단계에서 그 진술은 추측이라고 할 것입니다. 그러나 어떤 진술이 수학적 증거를 얻으면, 그 진술은 수학자들에 의해 매우 소중하게 여겨지며, 어떤 수학자들은 그들의 삶을 바치는 일종의 불멸성을 얻게 됩니다.[128]

수학적 작업과 과학적 작업은 서로에게 영감을 줄 수 있습니다.[30] 예를 들어, 시간에 대한 기술적인 개념은 과학에서 생겨났고, 시간을 초월하는 것은 수학적인 주제의 특징이었습니다. 그러나 오늘날 푸앵카레 추측은 시간을 물체가 흐를 수 있는 수학적 개념으로 사용하여 증명되었습니다(Ricci flow 참조).

그럼에도 불구하고, 수학과 현실 사이의 연관성(그리고 과학은 현실을 묘사하는 정도까지)은 여전히 모호합니다. 유진 위그너(Eugene Wigner)의 논문, 자연과학에서 수학의 불합리한 효과는 노벨 물리학상을 수상한 물리학자의 문제에 대한 매우 잘 알려진 설명입니다. 사실, 몇몇 관찰자들(그레고리 카이틴과 같은 유명한 수학자들을 포함하여, 라코프와 누녜스와 같은 다른 수학자들)은 수학이 포스트모더니즘의 과학관처럼 실천가의 편견과 인간의 한계(문화적인 것 포함)의 결과라고 주장했습니다.

조지 폴랴의 문제 해결,[129] 수학적 증명의 구성, 휴리스틱에[130][131] 관한 연구는 반복적이거나 재귀적인 단계를 사용하는 데 있어서 서로 비슷하면서도 수학적 방법과 과학적 방법은 세부적으로 다르다는 것을 보여줍니다.

수학적 방법 과학적 방법
1 이해 경험과 관찰을 통한 특성화
2 분석. 가설: 제안된 설명
3 합성 도출 : 가설에 의한 예측
4 리뷰/확장 시험 및 실험

폴랴가 보기에, 이해는 자신의 말로 낯선 정의를 다시 말하고, 기하학적 도형에 의존하고, 우리가 알고 있는 것과 이미 모르는 것에 의문을 제기하는 것을 포함합니다. [132]폴랴가 파푸스로부터 가져온 분석은 타당한 논증의 자유롭고 휴리스틱적 구성을 포함하고, 목표에서 뒤로 작동합니다. 그리고 증명을 구성하기 위한 계획을 고안하는 것; 종합은 증명의 단계적 세부[133] 사항에 대한 엄격한 유클리드적 설명; 검토는 결과와 그에 대한 경로를 재고하고 재검토하는 것을 포함합니다.

임레 라카토스는 폴랴의 연구를 바탕으로 수학자들이 실제로 모순, 비판, 수정을 그들의 연구를 개선하기 위한 원리로 사용한다고 주장했습니다.[134][w] 진실은 추구되지만 확실성은 발견되지 않는 과학과 마찬가지로 라카토스가 확립하려고 한 것은 증명과 반박에서 비공식 수학의 어떤 정리도 최종적이거나 완벽하지 않다는 것이었습니다. 이것은 우리가 어떤 정리가 궁극적으로 참이라고 생각해서는 안 된다는 것을 의미하며, 단지 어떤 반례도 아직 발견되지 않았다는 것을 의미합니다. 반례, 즉 정리에 의해 모순되거나 설명되지 않는 개체가 발견되면 정리를 조정하여 유효성 영역을 확장할 수 있습니다. 이것은 증명과 반박의 논리와 과정을 통해 우리의 지식이 지속적으로 축적되는 방법입니다. (그러나 수학의 한 분야에 대해 공리가 주어지면, 이것은 논리적 체계(Wittgenstein 1921 Tractatus Logico-Philosophicus 5.13)를 만들어냅니다. 라카토스는 그러한 체계로부터의 증명은 항상성, 즉 Poincaré에 의해 나타난 바와 같이 형태를 다시 작성함으로써 내적으로 논리적으로 참이라고 주장했습니다. (즉, 오일러 특성) 상동성으로부터 또는 [135]상동성 대수로부터 상동성으로부터 형태를 벗어나거나 또는 보다 추상적으로 상동성 대수로부터 형태를 변형시키는 기술을 입증한 사람.)[136][137][w]

라카토스는 폴랴의 휴리스틱 개념을 바탕으로 수학적 지식에 대한 설명을 제안했습니다. 라카토스는 증명과 반박에서 증명과 추측에 대한 반례를 찾기 위한 몇 가지 기본 규칙을 제시했습니다. 그는 수학적 '사고 실험'이 수학적 추측과 증명을 발견할 수 있는 유효한 방법이라고 생각했습니다.[139]

가우스는 자신의 정리에 대해 어떻게 생각했느냐는 질문에 "durch planmässiges Tattonieren"이라고 대답한 적이 있습니다.[140]

통계와의 관계

과학적 방법이 통계를 무기고의 핵심 부분으로 사용할 때, 과학적 방법의 출력의 신뢰성에 해로운 영향을 미칠 수 있는 수학적이고 실용적인 문제가 있습니다. 이는 2005년 존 이오아니디스(John Ioannidis)의 유명한 과학 논문 "가장 많이 발표된 연구 결과가 거짓인 이유"에 설명되어 있으며, 이 논문은 메타과학 분야의 기초로 여겨집니다.[141] 메타과학의 많은 연구는 통계의 잘못된 사용을 확인하고 통계의 사용을 개선하려고 합니다.[x][y]

제기된 특정 사항은 통계적("과학 분야에서 수행된 연구가 적을수록 연구 결과가 사실일 가능성이 적음" 및 "과학 분야의 설계, 정의, 결과 및 분석 모드의 유연성이 높을수록 연구 결과가 사실일 가능성이 적음"입니다.")와 경제적인 ("과학 분야에 대한 재정적 및 기타 관심과 편견이 클수록 연구 결과가 사실일 가능성이 적습니다." 그리고 "(더 많은 과학 팀이 참여한) 과학 분야가 뜨거울수록 연구 결과가 사실일 가능성이 적습니다.") 따라서 "대부분의 연구 결과는 대부분의 연구 설계 및 대부분의 분야에서 잘못된 것입니다." 그리고 "보여진 바와 같이, 현대 생물 의학 연구의 대부분은 진정한 연구 결과에 대한 사전 및 사후 연구 확률이 매우 낮은 분야에서 운영되고 있습니다." 그러나 "그럼에도 불구하고 대부분의 새로운 발견은 사전 연구 확률이 낮거나 매우 낮은 가설 생성 연구에서 계속될 것입니다."는 연구가 시작되었을 때 성공할 확률이 낮거나 매우 낮았던 연구에서 *새로운* 발견이 나올 것이라는 것을 의미합니다. 따라서 과학적 방법을 사용하여 지식의 경계를 확장하면 주류 밖에 있는 영역에 대한 연구가 최신 발견을 얻을 수 있습니다.

발견에 있어서 우연의 역할

주 기사: 과학적 발견에 있어서 우연의 역할

모든 과학적 발견의 33%에서 50% 사이는 발견된 것이 아니라 우연히 발견된 것으로 추정됩니다. 이것은 과학자들이 운이 좋았다고 표현하는 이유를 설명해 줄 것입니다.[143] 루이스 파스퇴르는 "행운은 준비된 마음을 선호한다"는 유명한 말로 알려져 있지만, 일부 심리학자들은 과학적 맥락에서 '행운에 대비'되는 것이 무엇을 의미하는지 연구하기 시작했습니다. 연구에 따르면 과학자들은 우연과 예상치 못한 것을 이용하는 경향이 있는 다양한 발견학을 배웁니다.[143][144] 이것은 Nassim Nicholas Taleb가 "반취약성"이라고 부르는 것입니다. 일부 조사 시스템은 인간의 오류, 인간의 편견, 그리고 무작위성에 직면하여 깨지기 쉽지만, 과학적 방법은 저항적이거나 더 강합니다. – 실제로 그러한 무작위성으로부터 많은 면에서 이익을 얻습니다(반취약성입니다). 탈렙은 이 시스템이 반취약적일수록 현실 세계에서 더 번창할 것이라고 믿습니다.[145]

심리학자 케빈 던바는 발견의 과정은 연구자들이 그들의 실험에서 벌레를 발견하는 것에서 종종 시작된다고 말합니다. 이러한 예상치 못한 결과는 연구자들로 하여금 그들이 생각하는 방법의 오류를 고치도록 합니다. 결국 연구원은 오류가 너무 지속적이고 체계적이어서 우연이라고 판단합니다. 따라서 이러한 지속적인 체계적 오류를 식별하는 데 매우 적합한 것은 과학적 방법의 고도로 통제되고 신중하며 호기심이 많은 측면입니다. 이 시점에서 연구자는 오류에 대한 이론적 설명을 생각하기 시작할 것이며, 종종 다양한 전문 분야에 걸쳐 동료의 도움을 구합니다.[143][144]

참고 항목

메모들

  1. ^ a b 예를 들어 갈릴레오 갈릴레이(1638)를 참조하십시오. 그의 사고 실험들은 낙하하는 물체들에 대한 아리스토텔레스의 물리학을 반증합니다.
  2. ^ a b c 광학서 (1027년경) 인간의 눈에 대한 해부학적 조사와 인간의 시각적 인식에 대한 철저한 연구 끝에, Alhacen은 유클리드 광학의 첫 번째 공준을 '소모적이고 쓸모없는' 것으로 특징짓습니다 (제1권, [6.54]). 따라서 유클리드, 프톨레마이오스, 갈렌의 방출 시각 이론을 뒤집고, 논리와 실험에서 얻은 추론을 사용합니다. 그는 유클리드의 첫 번째 광학 공식이 가설적일 뿐이며, 그의 실험을 설명하지 못한다는 것을 보여주었고, 우리가 보기 위해서는 빛이 눈으로 들어와야 한다고 추론했습니다. 그는 이 조사의 일부로 카메라 옵스큐라를 설명합니다.
  3. ^ a b DNA의 X선 회절 패턴을 [21]관찰하고 시간이 본질인 만큼 [18]왓슨과 크릭은 DNA의 구조를 발견하는 가장 빠른 방법이 [17]수학적 분석이 아니라 물리적 모델을 구축하는 것이라는 것을 깨달았습니다.[22]
  4. ^ 그리하여 메아리치는 포퍼 (1963), p. 8
  5. ^ 스몰린은 윤리적 원칙을 지지합니다. 1) "우리는 진실을 말하는 것에 동의하고 공개적인 증거로부터 합리적인 주장에 의해 지배되는 것에 동의합니다." 2) "우리는 한 관점이 옳은지 다른 관점이 옳은지를 합리적 주장으로 결정하기에 증거가 충분하지 않을 때 경쟁과 다양화를 장려하는 것에 동의합니다."[d]
  6. ^ Staddon, John (2017) 과학적 방법: 과학이 어떻게 작동하는지, 작동하지 않거나, 테일러와 프랜시스가 일하는 척하는 것.[28]
  7. ^ a b 광학 7권, 2장 [2.1] 페이지 220: — 빛은 공기, 물, 유리, 투명한 돌과 같은 투명한 물체를 직선으로 통과합니다. "실제로 이것은 실험을 통해 관찰할 수 있습니다."[88]
  8. ^ 전체 제목 번역은 Voelkel(2001), p. 60.
  9. ^ a b 케플러는 1600년 7월 10일 그라츠에서 부분일식을 관측한 후 이 실험에 참여했습니다. 그는 태양을 직접 보는 대신 핀홀 조리개를 통해 종이에 태양의 이미지를 투사하는 타이코 브라헤의 관찰 방법을 사용했습니다. 그는 개기일식에 대한 역사적인 설명이 있기 때문에 개기일식이 불가능하다는 브라헤의 결론에 동의하지 않았습니다. 대신에, 그는 조리개의 크기가 투사된 이미지의 선명도를 제어한다고 추론했습니다. (조리개가 클수록 이미지가 더 정확해집니다. 이 사실은 이제 광학 시스템 설계의 기본이 되었습니다. Voelkel (2001), p. 61은 케플러의 1604개의 실험이 시각과 눈에 대한 최초의 정확한 설명을 만들어냈다고 지적합니다. 그는 눈을 무시함으로써 천체 관측에 대해 정확하게 쓸 수 없다는 것을 깨달았기 때문입니다. Smith(2004), p. 192는 케플러가 어떻게 Giambattista della Porta의 물로 채워진 유리구를 사용하여 눈을 모델링하고, 눈의 입구 동공을 나타내기 위해 개구를 사용하여 입구의 전체 장면이 유리구의 후방(눈의 망막을 나타내는) 단일 지점에 초점을 맞추고 있음을 보여주었다고 설명합니다. 이로써 케플러는 광학 열차에 대한 조사를 마쳤고, 이는 천문학에 대한 케플러의 적용을 만족시켰습니다.
  10. ^ 1638년 갈릴레오는 두 개의 새로운 과학을 발표하면서 실험적 접근을 제안했습니다.[29]
  11. ^ 과학자들의 어휘로 표현된 연구 주제는 "단일 통합된 방법"으로 접근됩니다.[14]: pp.8, 13, 33–35, 60 주제는 표현 체계에서 술어에 의해 통일됩니다. 통일 과정은 1930년 자크 헤르브란트에 의해 공식화되었습니다.[44]
  12. ^ "어떤 의견도, 아무리 터무니없고 믿을 수 없을지라도, 어떤 철학자들에 의해 유지되지 않은 것은 상상할 수 없습니다." —떠나다[53]
  13. ^ "도약은 모든 사고에 관여합니다" - 존 듀이[65]
  14. ^ 가설에서 modus ponens 또는 modus tollens를 사용하여 유효한 형식을 추론합니다. 결과를 긍정하는 것과 같은 잘못된 형식을 피합니다.
  15. ^ 마음의 기계는 관찰의 사실을 주지 않는 한 지식을 변화시킬 수 있을 뿐이지 결코 지식을 발생시키지 않습니다. —C.S. 피어스[31]
  16. ^ "그리고 이 [카메라 옵스큐라를 이용한 실험]은 언제든지 시도할 수 있습니다."[87]
  17. ^ 광학 서적 II [3.52] ~ [3.66] Alhazen의 색에 대한 실험에 대한 요약 p.444; 눈에[86] 대한 그의 생리학적 실험에 대한 pp.343–394
  18. ^ 태양의 광선은 태양의 함몰각이 지평선보다 18° 아래에 있는 경우에도 대기 굴절로 인해 아침과 저녁의 황혼에 여전히 볼 수 있습니다.[94]
  19. ^ 투 뉴 사이언스에는 심플리오, 사그레도, 살비아티 등 세 명의 '평론가'가 있는데, 이들은 호일, 적대자, 주인공 역할을 합니다. 갈릴레오는 자신을 위해서 짧게만 말합니다. 그러나 아인슈타인의 1905년 논문은 발표 전에 동료 심사를 받지 않았습니다.
  20. ^ 과학적 방법은 아이디어가 받아들여지기 전에 사후 테스트와 검증이 필요합니다.[59]
  21. ^ 피어스는 짧은 지적 자서전에서 "가장 의심하지 않는 것은 의심하는 척해서는 안 되지만, 사람은 의심하도록 스스로 훈련시켜야 한다"고 말했습니다.[110] 피어스는 실제적이고 진정한 의심이 외부에서 시작되며, 일반적으로 놀라지만, "무게가 크고 귀금속 자체이며, 위조나 종이 대체물이 없는 경우에만" 찾고 재배해야 한다고 주장했습니다.[111]
  22. ^ Brahe와 Kepler는 서로 다른 관찰자이며, 상호주관성은 Hanson을 검증합니다.
  23. ^ a b 오일러 특성에 대한 푸앵카레의 노력에 대한 스틸웰의 리뷰(381쪽)는 푸앵카레가 푸앵카레 상동성 구에 도달하는 데 5번의 반복이 필요하다는 것을 주목합니다.[138]
  24. ^ 예를 들어, p-값의 오용을 참조하십시오.
  25. ^ t-검정의[142] 오용에 대하여

참고: 과학적 방법을 통한 문제해결

  1. ^ a b c d e 탐구 기반 교육 패러다임에서 '특성화, 관찰, 정의,...'의 단계는 질문의 루브릭 아래 좀 더 간략하게 요약됩니다. 어떤 단계의 질문은 5W와 같이 기본적일 수도 있고, 아니면 이 대답이 사실인가요? 아니면 누가 이것을 알 수 있는가요? 또는 제가 그들에게 물어봐도 될까요? 등입니다. 목표에 도달할 때까지 질문자의 질문은 나선형입니다.
  2. ^ a b 피어스 (1899) 제1법칙 논리 (F.R.L)[17] 제1.136항: 제1법칙 논리로부터 우리가 진정으로 탐구의 목표를 원한다면 우리는 자원을 낭비하지 않는 것입니다.[18][19] —테렌스 타오는 다음과 같은 개념을 언급합니다.[20]

    참이든 거짓이든 우리는 여전히 선택을 해야 합니다. 시간이 한정된 자원이기 때문에 말입니다. 관심은 한정된 자원입니다. 돈은 한정된 자원입니다. 그래서, 이것들은 항상 중요한 질문입니다.

    [20]
  3. ^ a b 절대로 아이디어를 인식하지 마십시오. -- C. S. Peirce, 과학 논리의 삽화, 두 번째 논문 -- 아이디어를 명확하게 만드는 방법. 대중과학월간 12권, 1878년 1월 286쪽[31]
  4. ^ 2300년 전 아리스토텔레스는 자연계에 진공이 존재하지 않는다고 제안했고, 1300년 후 알하젠은 굴절에 관한 실험을 통해 아리스토텔레스의 가설을 반증했고, 따라서 [32]우주 공간의 존재를 추론했습니다.[33]
  5. ^ Alhazen은 질문을 형성하고 그 후에 질문을 시험하는 것의 중요성을 주장했습니다: "빛은 어떻게 투명한 물체를 통과하는가? 빛은 투명한 물체를 직선으로만 통과합니다. 우리는 광학 서적에서 이에 대해 충분히 설명했습니다.[g] 하지만 이제 이를 설득력 있게 증명할 수 있는 것을 언급하겠습니다. 빛이 직선으로 이동한다는 사실은 구멍을 통해 어두운 방으로 들어오는 빛에서 분명히 관찰됩니다. [T]빛에 들어오는 사람은 공기를 가득 채우는 먼지 속에서 분명하게 관찰될 것입니다.[36]
    • 그는 빛이 직선으로 이동한다는 것을 증명하기 위해 Sambursky(1975), 136쪽에서 인용한 바와 같이 광선 옆에 직선 막대기나 팽팽한 실을 놓음으로써 "빛은 투명한 물체를 직선으로만 이동한다"는 그의 추측을 증명했습니다.
    • 데이비드 호크니(David Hockney)는 찰스 M(Charles M)의 광학적 제안을 통해 재발견한 카메라 옵스큐라(Oscura)를 사용한 초상화 기법의 유력한 출처로 알하젠(Alhazen)을 여러 차례 인용했습니다. 팔코. 그 당시 Opticae Thesaurus, Alhazen Arabis를 의미하는 Alhazen의 Book of Optics인 Kitab al-Manazir는 일찍이 1270년에 유럽에서 사용하기 위해 아랍어에서 라틴어로 번역되었습니다. Hockney는 Friedrich Risner의 1572년 Basle판 Optae Thesaurus를 인용합니다. Hockney는 Alhazen을 카메라 옵스큐라에 대한 최초의 명확한 묘사로 인용했습니다.[34]
  6. ^ 문제와 거리를 두는 것은 문제를[31] 해결하기 위한 하나의 기술입니다.

참고문헌

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