Die Wissenschaftliche Methode – Hypothesen, Modelle, Theorien und Gesetze

Die wissenschaftliche Methode wird als die Schritte definiert, denen Wissenschaftler folgen, um eine Sicht auf die Welt zu schaffen, die genau, verlässlich und konsistent ist. Sie ist außerdem eine Methode, wie die kulturellen und persönlichen Überzeugungen eines Wissenschaftlers minimiert werden, um deren Einfluss auf die Arbeit zu verringern. Sie versucht, die Wahrnehmungen und Interpretationen einer Person von Natur und natürlichen Phänomenen so wissenschaftlich und neutral wie möglich zu gestalten. Sie minimiert die Menge an Vorurteilen und Verzerrungen, die ein Wissenschaftler auf die Ergebnisse eines Experiments, einer Hypothese oder Theorie hat.

Die wissenschaftliche Methode kann in vier Schritte unterteilt werden:

1. Beobachten und Beschreiben des Phänomens (oder einer Gruppe verschiedener Phänomene).
2. Hypothese Erstellen, die die Phänomene erklärt. In der Physik bedeutet dies oft, eine mathematische Beziehung oder einen kausalen Mechanismus zu erstellen.
3. Diese Hypothese Verwenden, um zu versuchen, andere verwandte Phänomene oder die Ergebnisse einer weiteren Beobachtungsreihe vorherzusagen.
4. Die Leistung dieser Vorhersagen Testen durch unabhängige Experimente.

Wenn die Ergebnisse dieser Experimente die Hypothese stützen, kann sie zu einer Theorie oder sogar zu einem Naturgesetz werden. Wenn sie jedoch die Hypothese nicht stützen, muss diese entweder geändert oder vollständig verworfen werden. Der Hauptvorteil der wissenschaftlichen Methode ist ihre Vorhersagekraft – eine bewährte Theorie kann auf eine Vielzahl von Phänomenen angewendet werden. Natürlich kann selbst die am meisten getestete Theorie irgendwann als falsch erwiesen werden, weil neue Beobachtungen gemacht oder Experimente durchgeführt werden, die ihr widersprechen. Theorien können niemals vollständig bewiesen, sondern nur vollständig widerlegt werden.

• Die Schritte der wissenschaftlichen Methode – Eine grundlegende Einführung
• Wikipedias Eintrag zur wissenschaftlichen Methode – Geht auf die Geschichte der Methode ein
• Definition der wissenschaftlichen Methode – Beinhaltet auch eine kurze Geschichte ihrer Anwendung
• Schritte der wissenschaftlichen Methode – Mehr Details zu jedem einzelnen Schritt

Hypothesen Testen

Das Testen einer Hypothese kann zu einem von zwei Ergebnissen führen: Die Hypothese wird bestätigt oder abgelehnt, was bedeutet, dass sie entweder geändert werden muss oder eine neue Hypothese erstellt werden muss. Dies muss geschehen, wenn die Experimente wiederholt und eindeutig zeigen, dass die Hypothese falsch ist. Es spielt keine Rolle, wie elegant oder untermauert eine Theorie ist – wenn sie einmal widerlegt werden kann, kann sie nicht als Naturgesetz betrachtet werden. Experimentieren ist die oberste Regel in der wissenschaftlichen Methode, und wenn ein Experiment zeigt, dass die Hypothese nicht wahr ist, steht dieses Ergebnis über allen vorherigen Experimenten, die sie unterstützt haben. Diese Experimente testen die Theorie manchmal direkt, während sie sie in anderen Fällen indirekt durch Logik und Mathematik prüfen. Die wissenschaftliche Methode verlangt, dass alle Theorien in irgendeiner Weise überprüfbar sein müssen – diejenigen, die das nicht sind, gelten nicht als wissenschaftliche Theorien.

Wenn eine Theorie widerlegt wird, kann diese Theorie in gewisser Weise immer noch anwendbar sein, wird aber nicht mehr als wahres Naturgesetz betrachtet. Zum Beispiel wurden Newtons Gesetze in Fällen widerlegt, in denen die Geschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, aber sie können weiterhin auf Mechanik mit geringeren Geschwindigkeiten angewendet werden. Andere Theorien, die über Jahre oder sogar Jahrhunderte als wahr galten und aufgrund neuer Beobachtungen widerlegt wurden, umfassen die Vorstellung, dass die Erde das Zentrum unseres Sonnensystems ist oder dass die Planeten die Sonne in perfekten Kreisbahnen umkreisen, anstatt in den mittlerweile bewiesenen elliptischen Bahnen.

Natürlich wird eine Hypothese oder bewährte Theorie nicht immer durch ein einziges Experiment widerlegt. Das liegt daran, dass Experimente Fehler enthalten können, sodass eine Hypothese, die einmal zu scheitern scheint, mehrfach durch verschiedene unabhängige Tests überprüft wird. Ursachen für Fehler können fehlerhafte Instrumente, das falsche Ablesen von Messungen oder anderen Daten oder die Voreingenommenheit des Forschers sein. Die meisten Messungen werden mit einem Fehlerbereich angegeben. Wissenschaftler arbeiten daran, diesen Fehlerbereich so klein wie möglich zu halten, während sie dennoch alles schätzen und berechnen, was Fehler in einem Test verursachen könnte.

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Häufige Fehler bei der Anwendung der wissenschaftlichen Methode

Leider wird die wissenschaftliche Methode nicht immer korrekt angewendet. Fehler passieren, und einige davon sind tatsächlich recht häufig. Da alle Wissenschaftler Menschen mit Vorurteilen und Befangenheiten sind, kann es in manchen Fällen schwierig sein, wirklich objektiv zu sein. Es ist wichtig, dass alle Ergebnisse so wenig wie möglich durch Vorurteile beeinflusst werden, aber das ist nicht immer der Fall.

Ein weiterer häufiger Fehler ist es, etwas als selbstverständlich anzusehen oder zu entscheiden, dass etwas so logisch ist, dass es nicht getestet werden muss. Wissenschaftler müssen sich daran erinnern, dass alles getestet werden muss, bevor es als solide Hypothese betrachtet werden kann.

Wissenschaftler müssen auch bereit sein, alle Daten zu betrachten, selbst jene, die die Hypothese widerlegen. Manche Wissenschaftler glauben so stark an ihre Hypothese, dass sie versuchen, widersprechende Daten wegzuerklären. Sie wollen einen Grund dafür finden, warum diese Daten oder das Experiment falsch sein müssen, anstatt ihre Hypothese erneut zu überdenken. Alle Daten müssen auf die gleiche Weise betrachtet werden, auch wenn sie der Hypothese widersprechen.

Ein weiteres häufiges Problem ist das Vergessen, alle möglichen Fehler zu schätzen, die während der Tests auftreten könnten. Einige Daten, die der Hypothese widersprechen, wurden als im Fehlerbereich liegend erklärt, aber in Wirklichkeit handelte es sich um einen systematischen Fehler, den die Forscher einfach nicht berücksichtigt hatten.

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Hypothesen, Modelle, Theorien und Gesetze

Während einige Personen Wörter wie „Theorie“ und „Hypothese“ fälschlicherweise austauschbar verwenden, hat die wissenschaftliche Gemeinschaft sehr strenge Definitionen für diese Begriffe.

Hypothese: Eine Hypothese ist eine Beobachtung, die in der Regel auf Ursache und Wirkung basiert. Sie ist die grundlegende Idee, die noch nicht getestet wurde. Eine Hypothese ist lediglich eine Idee, die etwas erklärt. Sie muss eine Reihe von Experimenten durchlaufen, die dazu dienen, sie zu beweisen oder zu widerlegen.

Modell: Eine Hypothese wird zu einem Modell, nachdem einige Tests durchgeführt wurden und es sich als gültige Beobachtung herausstellt. Einige Modelle sind nur in bestimmten Fällen gültig, beispielsweise wenn ein Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Ein Modell kann auch als Gesetz bezeichnet werden.

Wissenschaftliche Theorie: Ein Modell, das wiederholt getestet und bestätigt wurde, kann zu einer wissenschaftlichen Theorie werden. Diese Theorien wurden von zahlreichen unabhängigen Forschern weltweit mit verschiedenen Experimenten getestet, und alle haben die Theorie unterstützt. Theorien können natürlich widerlegt werden, aber nur nach rigoroser Prüfung einer neuen Hypothese, die ihnen zu widersprechen scheint.

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Fazit

Die wissenschaftliche Methode wird seit Jahren verwendet, um Hypothesen zu erstellen, sie zu testen und zu vollständigen wissenschaftlichen Theorien zu entwickeln. Obwohl sie auf den ersten Blick sehr einfach erscheint, ist sie tatsächlich eine der komplexesten Methoden, um eine Beobachtung oder Idee zu testen und zu bewerten. Sie unterscheidet sich von anderen Arten der Erklärung, da sie versucht, jegliche Voreingenommenheit zu eliminieren und ausschließlich durch systematische Experimente voranzukommen. Wie jede Methode gibt es jedoch Raum für Fehler, wie beispielsweise Vorurteile oder mechanische Fehler. Natürlich kann auch die wissenschaftliche Methode, wie die Theorien, die sie prüft, eines Tages überarbeitet werden.

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