科学的方法は、科学者が正確で信頼性があり、一貫した世界観を作るために従う手順として定義されています。また、科学者の文化的および個人的信念が彼らの仕事に影響を与えるのを最小限に抑える方法でもあります。それは、人の自然や自然現象の認識と解釈をできるだけ科学的で中立的にしようと試みます。科学者が実験、仮説、または理論の結果に持つ偏見や先入観の量を最小限に抑えます。
科学的方法は4つのステップに分けることができます：
- 現象を観察し、記述する（または様々な現象のグループを）。
- 現象を説明する仮説を作成する。物理学では、これはしばしば数学的関係や因果メカニズムを作成することを意味します。
- この仮説を使用して、他の関連する現象を予測しようとするか、別の観察セットの結果を予測する。
- これらの予測の性能をテストするために独立した実験を行う。
これらの実験結果が仮説を支持する場合、それは理論、さらには自然の法則になる可能性があります。しかし、支持しない場合、仮説は変更されるか完全に棄却される必要があります。科学的方法の主な利点は、それが予測力を持っていることです。証明された理論は幅広い現象に適用できます。当然のことながら、最もテストされた理論でも、記録された新しい観察やそれを矛盾する実験によって、ある時点で間違っていることが証明されるかもしれません。理論は完全に証明されることはなく、完全に反証されるのみです。
- 科学的方法のステップ – 基本的な紹介
- Wikipediaの科学的方法の項目 – 方法の歴史について詳述
- 科学的方法の定義 – 使用の簡単な歴史も含む
- 科学的方法のステップ – 各ステップの詳細
仮説の検証
仮説を検証することは、仮説が確認されるか、仮説が否定されるかのいずれかにつながります。つまり、仮説が変更されるか、新しい仮説が作成される必要があります。これは、実験が繰り返しその仮説が誤っていることを明確に示す場合に必要です。理論がどれほど優美で支持されていても、1度でも反証されれば、それは自然の法則とはみなされません。実験は科学的方法における最高の規則であり、もし実験が仮説が真実でないことを示せば、それまでそれを支持していたすべての実験に優越します。これらの実験は時には理論を直接検証し、他の時には論理や数学を通じて間接的に理論を検証します。科学的方法は、すべての理論が何らかの形で検証可能であることを要求します。検証できないものは科学的理論とは見なされません。
理論が反証された場合、その理論はある意味で適用可能であるかもしれませんが、もはや自然の真の法則とは見なされません。例えば、ニュートンの法則は光速を超える速度の場合に反証されましたが、より低速の速度を使用する力学に適用することは可能です。長年、あるいは何世紀にもわたって真実と広く信じられてきた他の理論も、新しい観測によって反証されています。例えば、地球が太陽系の中心であるという考えや、惑星が太陽を完全な円軌道で回っているという考えは、現在では楕円軌道であることが証明されています。
もちろん、仮説や証明された理論が1つの実験によって常に反証されるわけではありません。これは、実験には誤りが含まれる可能性があるためです。一度失敗したように見える仮説は、いくつかの独立したテストで何度も検証されます。エラーの原因には、誤った機器、測定値やその他のデータの誤読、研究者のバイアスなどがあります。ほとんどの測定は誤差の度合いと共に示されます。科学者は、テストで誤りを引き起こす可能性のあるすべてを推定し計算しながら、その誤差の度合いをできるだけ小さくするよう努めます。
- ソフトウェア仮説のテスト – ソフトウェアテストに科学的方法を適用する方法
- 科学的アイデアのテスト – プロセスのグラフを含む
- 研究仮説のテスト – それは何であり、どのようにテストされるのか？
- 仮説検証のすべて – テストに関する異なる視点
科学的方法を適用する際の一般的な間違い
残念ながら、科学的方法は常に正しく適用されるわけではありません。間違いは発生し、それらの中には実際にかなり一般的なものもあります。すべての科学者は偏見や先入観を持った人間であるため、場合によっては真に客観的であることが難しいことがあります。すべての結果が可能な限り偏見によって汚されないことが重要ですが、それが常に実現するわけではありません。
もう一つの一般的な間違いは、何かを常識として受け入れたり、あまりにも論理的であるためにテストする必要がないと決めたりすることです。科学者は、すべての事柄が確固たる仮説と見なされる前にテストされなければならないことを忘れてはいけません。
科学者はまた、仮説を無効にするデータであっても、すべてのデータを検討する意思を持たなければなりません。仮説を強く信じるあまり、それを否定するデータを説明しようとする科学者もいます。彼らはそのデータや実験が間違っている理由を見つけようとし、仮説を再検討するのではなく、理由を探そうとします。すべてのデータは仮説に反するものであっても、同じ方法で考慮されなければなりません。
もう一つの一般的な問題は、テスト中に発生する可能性のあるすべての誤差を見積もることを忘れることです。仮説に反するデータが誤差範囲に収まると説明されてきましたが、実際には研究者が単に考慮しなかった系統的誤差でした。
- 若い研究者が犯す間違い – 新しい科学者が犯し得る15の一般的な誤り
- 実験誤差 – 偽陽性と偽陰性の考察
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仮説、モデル、理論、法則
科学界では、「理論」や「仮説」といった言葉を取り違えて使う人もいますが、これらの用語には非常に厳格な定義があります。
仮説: 仮説は観察に基づくもので、通常は原因と結果に基づいています。これはまだ試験されていない基本的な考えです。仮説は何かを説明するための単なるアイデアです。それを証明または反証するために、一連の実験を経る必要があります。
モデル: 仮説は、いくつかの試験が行われ、妥当な観察であると見なされた後にモデルになります。いくつかのモデルは特定の事例でのみ有効であり、例えばある値が特定の範囲内にある場合などです。モデルは法則と呼ばれることもあります。
科学的理論: 繰り返し試験され確認されたモデルは、科学的理論になることがあります。これらの理論は、世界中の多くの独立した研究者によって様々な実験を用いて試験され、すべてが理論を支持しています。もちろん、理論は否定されることもありますが、それは新しい仮説がそれに矛盾するように見える場合に、その仮説が厳密に試験された後のことです。
- 仮説とは何か？ – 仮説の定義と科学的方法におけるその機能
- 仮説、理論、法則 – 各々の定義
- 10の科学的法則と理論 – いくつかの例
結論
科学的方法は、仮説を作成し、それをテストし、完全な科学理論に発展させるために長年使用されてきました。一見すると非常に単純な方法のように見えますが、実際には観察やアイデアをテストし評価するための最も複雑な方法の一つです。他のタイプの説明とは異なり、すべての偏見を取り除き、体系的な実験のみを使用して進行しようとします。しかし、どんな方法でも、偏見や機械的な誤りのようなエラーの余地があります。もちろん、それがテストする理論と同様に、科学的方法もいつか改訂されるかもしれません。
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