วิธีการทางวิทยาศาสตร์ – สมมติฐาน แบบจำลอง ทฤษฎี และกฎ

The Scientific Method Blue

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ถูกกำหนดให้เป็นขั้นตอนที่นักวิทยาศาสตร์ปฏิบัติตามเพื่อสร้างมุมมองของโลกที่แม่นยำ น่าเชื่อถือ และสอดคล้องกัน นอกจากนี้ยังเป็นวิธีการลดผลกระทบของความเชื่อทางวัฒนธรรมและส่วนบุคคลของนักวิทยาศาสตร์ที่มีต่องานของพวกเขา พยายามทำให้การรับรู้และการตีความธรรมชาติและปรากฏการณ์ธรรมชาติของบุคคลเป็นไปอย่างวิทยาศาสตร์และเป็นกลางที่สุด ลดอคติและความลำเอียงที่นักวิทยาศาสตร์มีต่อผลลัพธ์ของการทดลอง สมมติฐาน หรือทฤษฎี

วิธีการทางวิทยาศาสตร์สามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน:

  1. สังเกตและบรรยาย ปรากฏการณ์ (หรือกลุ่มของปรากฏการณ์ต่าง ๆ)
  2. สร้างสมมติฐาน ที่อธิบายปรากฏการณ์เหล่านั้น ในทางฟิสิกส์ มักหมายถึงการสร้างความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์หรือกลไกเชิงสาเหตุ
  3. ใช้สมมติฐานนี้ เพื่อพยายามทำนายปรากฏการณ์อื่นที่เกี่ยวข้องหรือผลลัพธ์ของการสังเกตชุดอื่น
  4. ทดสอบผลการดำเนินงาน ของการทำนายเหล่านี้โดยใช้การทดลองอิสระ

หากผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านี้สนับสนุนสมมติฐาน สมมติฐานนั้นอาจกลายเป็นทฤษฎีหรือแม้แต่กฎของธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม หากผลลัพธ์ไม่สนับสนุนสมมติฐาน ก็ต้องเปลี่ยนแปลงหรือปฏิเสธโดยสิ้นเชิง ประโยชน์หลักของวิธีการทางวิทยาศาสตร์คือมีพลังในการทำนาย — ทฤษฎีที่พิสูจน์แล้วสามารถนำไปใช้กับปรากฏการณ์ที่หลากหลายได้ แน่นอนว่าแม้แต่ทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบมากที่สุดก็อาจถูกพิสูจน์ว่าผิดในบางจุด เนื่องจากการสังเกตใหม่อาจถูกบันทึกหรือการทดลองใหม่ที่ขัดแย้งกับมัน ทฤษฎีไม่สามารถพิสูจน์ได้ทั้งหมด แต่สามารถพิสูจน์ว่าผิดได้ทั้งหมด

ทดสอบสมมติฐาน

การทดสอบสมมติฐานสามารถนำไปสู่สองสิ่ง: สมมติฐานได้รับการยืนยันหรือสมมติฐานถูกปฏิเสธ หมายความว่าต้องมีการเปลี่ยนแปลงหรือสร้างสมมติฐานใหม่ สิ่งนี้ต้องเกิดขึ้นหากการทดลองแสดงอย่างชัดเจนและซ้ำๆ ว่าสมมติฐานของพวกเขาผิด ไม่สำคัญว่าทฤษฎีนั้นจะสวยงามหรือมีการสนับสนุนมากแค่ไหน—หากสามารถพิสูจน์ได้ว่าผิดเพียงครั้งเดียว ก็ไม่สามารถถือว่าเป็นกฎของธรรมชาติได้ การทดลองเป็นกฎสูงสุดในวิธีการทางวิทยาศาสตร์ และหากการทดลองแสดงว่าสมมติฐานไม่เป็นจริง มันจะมีความสำคัญเหนือกว่าการทดลองก่อนหน้านี้ทั้งหมดที่สนับสนุนสมมติฐานนั้น การทดลองเหล่านี้บางครั้งทดสอบทฤษฎีโดยตรง ในขณะที่บางครั้งทดสอบทฤษฎีทางอ้อมผ่านตรรกะและคณิตศาสตร์ วิธีการทางวิทยาศาสตร์กำหนดว่าทฤษฎีทั้งหมดต้องสามารถทดสอบได้ในบางวิธี—ทฤษฎีที่ไม่สามารถทดสอบได้จะไม่ถือเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์

หากทฤษฎีถูกพิสูจน์ว่าผิด ทฤษฎีนั้นอาจยังคงนำไปใช้ได้บางวิธี แต่จะไม่ถือว่าเป็นกฎธรรมชาติที่แท้จริงอีกต่อไป ตัวอย่างเช่น กฎของนิวตันถูกพิสูจน์ว่าผิดในกรณีที่ความเร็วมากกว่าความเร็วของแสง แต่ยังคงสามารถนำไปใช้กับกลศาสตร์ที่ใช้ความเร็วต่ำกว่าได้ ทฤษฎีอื่นๆ ที่ถูกถือว่าเป็นจริงมาเป็นเวลาหลายปี แม้กระทั่งหลายศตวรรษ ที่ถูกพิสูจน์ว่าผิดเนื่องจากการสังเกตใหม่ๆ รวมถึงแนวคิดที่ว่าโลกเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะของเรา หรือว่าดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงกลมที่สมบูรณ์แบบแทนที่จะเป็นวงรีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในปัจจุบัน

แน่นอนว่าสมมติฐานหรือทฤษฎีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วไม่จำเป็นต้องถูกพิสูจน์ว่าผิดโดยการทดลองเพียงครั้งเดียวเสมอไป นี่เป็นเพราะว่าการทดลองอาจมีข้อผิดพลาด ดังนั้นสมมติฐานที่ดูเหมือนว่าจะล้มเหลวครั้งหนึ่งจะถูกทดสอบหลายครั้งโดยการทดสอบอิสระหลายๆ อย่าง สิ่งที่อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาด ได้แก่ เครื่องมือที่มีข้อบกพร่อง การอ่านค่าการวัดหรือข้อมูลอื่นๆ ผิด หรืออคติของนักวิจัย การวัดส่วนใหญ่จะมีค่าความผิดพลาด นักวิทยาศาสตร์ทำงานเพื่อให้ค่าความผิดพลาดนั้นน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ยังคงประมาณและคำนวณทุกอย่างที่อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการทดสอบ

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการประยุกต์ใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์

น่าเสียดายที่วิธีการทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้ถูกนำมาใช้อย่างถูกต้องเสมอไป ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นได้ และบางข้อก็เป็นเรื่องที่พบได้บ่อย เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ทุกคนล้วนเป็นมนุษย์ที่มีอคติและความลำเอียง การที่จะเป็นกลางอย่างแท้จริงในบางกรณีนั้นอาจเป็นเรื่องยาก สิ่งสำคัญคือผลลัพธ์ทั้งหมดต้องปราศจากอคติมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเสมอไป
ข้อผิดพลาดอีกประการหนึ่งคือการยอมรับบางสิ่งเป็นสามัญสำนึกหรือการตัดสินใจว่าบางสิ่งมีเหตุผลเพียงพอจนไม่จำเป็นต้องทดสอบ นักวิทยาศาสตร์ต้องจำไว้ว่าทุกอย่างต้องได้รับการทดสอบก่อนที่จะถือว่าเป็นสมมติฐานที่มั่นคงได้

นักวิทยาศาสตร์ยังต้องยินดีที่จะดูข้อมูลทุกชิ้น แม้แต่ข้อมูลที่ทำให้สมมติฐานเป็นโมฆะ นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อมั่นในสมมติฐานของตนอย่างมากจนพยายามอธิบายข้อมูลที่ขัดแย้งกับสมมติฐาน พวกเขาต้องการหาสาเหตุว่าทำไมข้อมูลหรือการทดลองนั้นจึงต้องผิด แทนที่จะพิจารณาสมมติฐานของตนใหม่ ข้อมูลทั้งหมดต้องได้รับการพิจารณาในลักษณะเดียวกัน แม้ว่ามันจะขัดแย้งกับสมมติฐานก็ตาม

ปัญหาทั่วไปอีกอย่างหนึ่งคือการลืมประมาณข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมดในระหว่างการทดสอบ ข้อมูลบางอย่างที่ขัดแย้งกับสมมติฐานได้รับการอธิบายว่าอยู่ในช่วงของข้อผิดพลาด แต่จริง ๆ แล้วมันเป็นข้อผิดพลาดเชิงระบบที่นักวิจัยไม่ได้คำนึงถึง

สมมติฐาน แบบจำลอง ทฤษฎี และกฎ

แม้ว่าบางคนจะใช้คำว่า “ทฤษฎี” และ “สมมติฐาน” แทนกันอย่างผิดๆ แต่ในชุมชนวิทยาศาสตร์มีคำจำกัดความที่เข้มงวดมากสำหรับคำเหล่านี้

สมมติฐาน: สมมติฐานคือการสังเกต โดยปกติจะอิงตามเหตุและผล เป็นแนวคิดพื้นฐานที่ยังไม่ได้รับการทดสอบ สมมติฐานเป็นเพียงแนวคิดที่อธิบายบางสิ่ง มันต้องผ่านการทดลองหลายครั้งที่ออกแบบมาเพื่อพิสูจน์หรือหักล้าง

แบบจำลอง: สมมติฐานจะกลายเป็นแบบจำลองหลังจากมีการทดสอบบ้างแล้วและดูเหมือนว่าจะเป็นการสังเกตที่ถูกต้อง บางแบบจำลองจะใช้ได้เฉพาะในบางกรณี เช่น เมื่อค่าตกอยู่ในช่วงที่กำหนด แบบจำลองอาจถูกเรียกว่ากฎด้วย

ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์: แบบจำลองที่ได้รับการทดสอบและยืนยันซ้ำๆ อาจกลายเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีเหล่านี้ได้รับการทดสอบโดยนักวิจัยอิสระหลายคนทั่วโลกโดยใช้การทดลองต่างๆ และทุกคนสนับสนุนทฤษฎีนั้น แน่นอนว่าทฤษฎีอาจถูกหักล้างได้ แต่ต้องผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดของสมมติฐานใหม่ที่ดูเหมือนจะขัดแย้งกับมัน

บทสรุป

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ถูกใช้มานานหลายปีเพื่อสร้างสมมติฐาน ทดสอบ และพัฒนาให้เป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เต็มรูปแบบ แม้ว่ามองเผินๆ จะดูเป็นวิธีที่ง่ายมาก แต่แท้จริงแล้วมันเป็นวิธีการที่ซับซ้อนที่สุดวิธีหนึ่งในการทดสอบและประเมินผลการสังเกตหรือแนวคิด มันแตกต่างจากประเภทอื่นๆ ของการอธิบายเพราะพยายามที่จะขจัดอคติทั้งหมดและเดินหน้าโดยใช้การทดลองอย่างเป็นระบบเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับวิธีการใดๆ ย่อมมีที่ให้เกิดข้อผิดพลาด เช่น อคติหรือข้อผิดพลาดทางกล แน่นอนว่าเช่นเดียวกับทฤษฎีที่มันทดสอบ วิธีการทางวิทยาศาสตร์ก็อาจจะถูกปรับปรุงแก้ไขในวันหนึ่งในอนาคต

Cite this article as: BSC Designer, "วิธีการทางวิทยาศาสตร์ – สมมติฐาน แบบจำลอง ทฤษฎี และกฎ," in BSC Designer - ซอฟต์แวร์การดำเนินกลยุทธ์, เมษายน 18, 2025, https://bscdesigner.com/th/all-about-the-scientific-method.htm.