Модели научных исследований
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2018 г. ) |
Модели научного исследования имеют две функции: во-первых, дать описательное описание того , как научные исследования проводятся на практике, и, во-вторых, дать объяснение тому, почему научные исследования успешны, а также, как представляется, в достижении подлинного знания. . Философ Уэсли К. Салмон описал научные исследования:
Поиски научных знаний заканчиваются далеко в древности. В какой-то момент прошлого, по крайней мере, во времена Аристотеля, философы признали, что следует проводить фундаментальное различие между двумя видами научного знания — грубо говоря, знанием « что» и знанием «почему» . Одно дело знать , что каждая планета периодически меняет направление своего движения по отношению к фону неподвижных звезд; совсем другое дело — знать, почему . Знание первого типа носит описательный характер; знание последнего типа является объяснительным. Это объяснительное знание, обеспечивающее научное понимание мира. (Сэлмон, 2006, стр. 3) [1]
По данным Национального исследовательского совета (США) : «Научные исследования относятся к различным способам, которыми ученые изучают мир природы и предлагают объяснения, основанные на доказательствах, полученных в результате их работы». [2]
Отчеты о научных исследованиях
[ редактировать ]Классическая модель
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2008 г. ) |
Классическая модель научного исследования восходит к Аристотелю . [3] который различал формы приблизительного и точного рассуждения, излагал тройственную схему абдуктивного , дедуктивного и индуктивного вывода, а также трактовал такие сложные формы, как рассуждение по аналогии . [ нужна ссылка ]
Прагматическая модель
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( февраль 2018 г. ) |
Логический эмпиризм
[ редактировать ]Уэсли Сэлмон (1989) [1] Свой исторический обзор научного объяснения он начал с того, что он назвал общепринятым взглядом , полученным от Гемпеля и Оппенгейма в годы, начиная с их «Исследований логики объяснения» Гемпеля (1948) и заканчивая «Аспектами научного объяснения» (1965). Салмон подвел итог своему анализу этих событий с помощью следующей таблицы.
В этой классификации дедуктивно-номологическое (ДН) объяснение происшествия представляет собой действительный вывод, вывод которого гласит, что результат, подлежащий объяснению, действительно произошел. Дедуктивный аргумент называется объяснением , его посылки называются объяснительными ( L: объяснение ), а вывод называется экспланандумом ( L : подлежащий объяснению ). В зависимости от ряда дополнительных уточнений объяснение может быть ранжировано по шкале от потенциального до истинного .
Однако не все объяснения в науке относятся к типу ДН. Индуктивно -статистическое (ИС) объяснение объясняет явление, подчиняя его статистическим законам, а не категориальным или универсальным законам, а способ обобщения сам по себе является индуктивным, а не дедуктивным. Тип DN можно рассматривать как предельный случай более общего типа IS, при этом мера достоверности равна полной или вероятности 1 в первом случае, тогда как во втором случае она неполная, вероятность < 1.
С этой точки зрения, способ рассуждения DN, помимо того, что он используется для объяснения частных явлений, может также использоваться для объяснения общих закономерностей, просто выводя их из еще более общих законов.
Наконец, дедуктивно-статистический (DS) тип объяснения, который следует рассматривать как подкласс типа DN, объясняет статистические закономерности путем вывода из более полных статистических законов. (Салмон, 1989, стр. 8–9). [1]
Таков был общепринятый взгляд на научное объяснение с точки зрения логического эмпиризма , который, по словам Салмона, «царил» в третьей четверти прошлого века (Сэлмон, стр. 10). [1]
Выбор теории
[ редактировать ]На протяжении истории одна теория сменяла другую, и некоторые предлагали дальнейшие исследования, в то время как другие, казалось, довольствовались только объяснением явлений. Причины, по которым одна теория заменила другую, не всегда очевидны и просты. Философия науки включает в себя вопрос: каким критериям удовлетворяет «хорошая» теория ? Этот вопрос имеет давнюю историю, и над ним задумывались многие ученые, а также философы. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность выбирать одну теорию как предпочтительную по сравнению с другой, не внося при этом когнитивных предубеждений . [4] Несколько часто предлагаемых критериев были обобщены Коливаном. [5] Хорошая теория:
- содержит мало произвольных элементов (простота/экономность);
- соглашается со всеми существующими наблюдениями и объясняет их (объединяющая/ объясняющая сила ) и делает подробные прогнозы относительно будущих наблюдений, которые могут опровергнуть или фальсифицировать теорию, если они не подтвердятся;
- теории является плодотворным, когда Коливан делает акцент не только на предсказаниях и фальсификациях, но и на плодотворности в плане будущей работы;
- элегантен (формальная элегантность; никаких специальных модификаций).
Стивен Хокинг поддержал пункты 1, 2 и 4, но не упомянул о плодотворности. [6] С другой стороны, Кун подчеркивает важность оригинальности. [7]
Целью здесь является сделать выбор между теориями менее произвольным. Тем не менее, эти критерии содержат субъективные элементы и являются скорее эвристикой , чем частью научного метода . [8] Кроме того, подобные критерии не обязательно определяют выбор альтернативных теорий. Цитирую Птицу: [9]
«Они [такие критерии] не могут определять научный выбор. Во-первых, то, какие особенности теории удовлетворяют этим критериям, может быть спорным ( например, касается ли простота онтологических обязательств теории или ее математической формы?). Во-вторых, эти критерии неточны, и поэтому есть место для разногласий по поводу степени их соблюдения. В-третьих, могут быть разногласия по поводу того, как их следует оценивать по отношению друг к другу, особенно когда они противоречат друг другу».
- Александр Берд, Методологическая несоизмеримость
Также остается спорным вопрос о том, удовлетворяют ли существующие научные теории всем этим критериям, которые могут представлять собой еще не достигнутые цели. Например, объяснительная сила над всеми существующими наблюдениями (критерий 3) на данный момент не удовлетворяется ни одной теорией. [10]
Какими бы ни были конечные цели некоторых учёных, наука в том виде, в котором она практикуется в настоящее время, зависит от множества перекрывающихся описаний мира, каждое из которых имеет свою область применимости. В некоторых случаях этот домен очень велик, а в других совсем мал. [11]
- Э.Б. Дэвис, Эпистемологический плюрализм, с. 4
Требования бритва «хорошей» теории обсуждались на протяжении веков, возможно, даже раньше, чем Оккама . [12] что часто воспринимается как атрибут хорошей теории. Бритва Оккама могла бы подпадать под заголовок «элегантность», первый пункт в списке, но слишком рьяное применение предупредил Альберт Эйнштейн : «Все должно быть сделано как можно проще, но не проще». [13] Можно утверждать, что экономность и элегантность «обычно тянут в разные стороны». [14] Пункт фальсифицируемости в списке связан с критерием, предложенным Поппером для отделения научной теории от такой теории, как астрология: обе «объясняют» наблюдения, но научная теория рискует делать предсказания, которые решают, правильна она или нет: [15] [16]
«Должна быть возможность, чтобы эмпирическая научная система была опровергнута опытом».
«Те из нас, кто не желает подвергать свои идеи опасности опровержения, не принимают участия в научной игре».
- Карл Поппер, Логика научных открытий, с. 18 и с. 280
Томас Кун утверждал, что изменения во взглядах ученых на реальность не только содержат субъективные элементы, но и являются результатом групповой динамики, «революций» в научной практике, которые приводят к смене парадигм . [17] В качестве примера Кун предположил, что гелиоцентрическая « коперниканская революция » заменила геоцентрические взгляды Птолемея не из-за эмпирических неудач, а из-за новой «парадигмы», которая осуществляла контроль над тем, что ученые считали более плодотворным способом достижения своих целей. .
Аспекты научных исследований
[ редактировать ]Дедукция и индукция
[ редактировать ]Дедуктивные рассуждения и индуктивные рассуждения совершенно различны по своим подходам.
Вычет
[ редактировать ]Дедуктивное рассуждение – это рассуждение доказательства или логического следствия . Это логика, используемая в математике и других аксиоматических системах, таких как формальная логика. В дедуктивной системе существуют аксиомы (постулаты), которые не доказаны. Действительно, их невозможно доказать без цикличности. Будут также примитивные термины, которые не определены, поскольку их невозможно определить без цикличности. Например, можно определить линию как набор точек, но затем определить точку как пересечение двух линий было бы круговым. Из-за этих интересных характеристик формальных систем Бертран Рассел с юмором назвал математику «областью, в которой мы не знаем, о чем говорим, и истинно ли то, что мы говорим». Все теоремы и следствия доказываются путем исследования следствий аксиом и других теорем, которые были разработаны ранее. Новые термины определяются с использованием примитивных терминов и других производных определений, основанных на этих примитивных терминах.
В дедуктивной системе можно правильно использовать термин «доказательство» применительно к теореме. Сказать, что теорема доказана, означает, что аксиомы не могут быть истинными, а теорема — ложной. Например, мы могли бы составить простой силлогизм, подобный следующему:
- Национальный парк Арчес находится на территории штата Юта .
- Я стою в национальном парке Арчес.
- Поэтому я нахожусь в штате Юта.
Обратите внимание, что невозможно (при условии соблюдения всех тривиальных квалификационных критериев) находиться в Арчесе и не находиться в Юте. Однако можно находиться в Юте, не находясь в национальном парке Арчес. Импликация работает только в одном направлении. Утверждения (1) и (2) в совокупности влекут за собой утверждение (3). Утверждение (3) ничего не подразумевает относительно утверждений (1) или (2). Обратите внимание, что мы не доказали утверждение (3), но показали, что утверждения (1) и (2) вместе влекут утверждение (3). В математике доказывается не истинность конкретной теоремы, а то, что из аксиом системы следует теорема. Другими словами, невозможно, чтобы аксиомы были истинными, а теорема — ложной. Сила дедуктивных систем в том, что они уверены в своих результатах. Слабость в том, что это абстрактные конструкции, которые, к сожалению, находятся на расстоянии одного шага от физического мира. Однако они очень полезны, поскольку математика дала большое понимание естествознания, предоставляя полезные модели природных явлений. Одним из результатов является разработка продуктов и процессов, приносящих пользу человечеству.
Индукция
[ редактировать ]Индуктивное обобщение
[ редактировать ]Изучение физического мира часто предполагает использование индуктивных рассуждений. Это полезно на предприятиях в качестве научной и детективной работы на месте преступления. Кто-то делает набор конкретных наблюдений и пытается выработать общий принцип, основанный на этих наблюдениях, который укажет на некоторые другие наблюдения, которые естественным образом возникнут либо в результате повторения эксперимента, либо в результате дополнительных наблюдений при несколько ином наборе обстоятельств. Если предсказанные наблюдения верны, возможно, человек находится на правильном пути. Однако общий принцип не доказан. Этот принцип подразумевает, что за ним должны последовать определенные наблюдения, но положительные наблюдения не подразумевают этот принцип. Вполне возможно, что какой-то другой принцип также может объяснить известные наблюдения и может лучше подойти для будущих экспериментов. Импликация течет только в одном направлении, как в силлогизме, использованном при обсуждении дедукции. Поэтому никогда не будет корректно говорить, что научный принцип или гипотеза/теория были «доказаны» в строгом смысле доказательства, используемом в дедуктивных системах.
Классическим примером этого является изучение гравитации. Ньютон сформулировал закон гравитации, утверждающий, что сила гравитации прямо пропорциональна произведению двух масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. На протяжении более 170 лет все наблюдения, казалось, подтверждали его уравнение. Однако со временем телескопы стали достаточно мощными, чтобы увидеть небольшое несоответствие в орбите Меркурия. Ученые испробовали все возможное, чтобы объяснить это несоответствие, но им не удалось сделать это, используя объекты, находящиеся на орбите Меркурия. В конце концов Эйнштейн разработал свою общую теорию относительности , которая объяснила орбиту Меркурия и все другие известные наблюдения, связанные с гравитацией. В течение длительного периода времени, когда ученые проводили наблюдения, которые, казалось, подтверждали теорию Ньютона, на самом деле они не доказали истинность его теории. Однако в то время, должно быть, казалось, что они это сделали. Потребовался всего один контрпример (орбита Меркурия), чтобы доказать, что с его теорией что-то не так.
Это типично для индуктивного рассуждения. Все наблюдения, которые, кажется, подтверждают теорию, не доказывают ее истинности. Но один контрпример может доказать, что это неверно. Это означает, что для оценки теории используется дедуктивная логика. Другими словами, если А подразумевает Б, то не Б подразумевает не А. Общая теория относительности Эйнштейна была подтверждена множеством наблюдений с использованием лучших научных инструментов и экспериментов. Однако теперь его теория имеет тот же статус, что и теория гравитации Ньютона до того, как он увидел проблемы на орбите Меркурия. Это весьма достоверно и подтверждено всем, что нам известно, но не доказано. Это только лучшее, что у нас есть на данный момент.
Еще один пример правильных научных рассуждений показан в нынешних поисках бозона Хиггса . Ученые, участвовавшие в эксперименте с компактным мюонным соленоидом на Большом адронном коллайдере, провели эксперименты, получив данные, свидетельствующие о существовании бозона Хиггса. Однако, понимая, что результаты можно объяснить фоновыми колебаниями, а не бозоном Хиггса, они проявляют осторожность и ждут дальнейших данных от будущих экспериментов. Сказал Гвидо Тонелли:
«Мы не можем исключить присутствие бозона Хиггса Стандартной модели между 115 и 127 ГэВ из-за умеренного избытка событий в этой области масс, который довольно последовательно появляется в пяти независимых каналах [...] На сегодняшний день то, что мы видим, соответствует либо с фоновой флуктуацией, либо с наличием бозона».
Один из способов описания научного метода мог бы содержать как минимум следующие шаги:
- Сделайте ряд наблюдений относительно изучаемого явления.
- Сформулируйте гипотезу, которая могла бы объяснить наблюдения. (Это может включать индуктивные и/или абдуктивные рассуждения .)
- Определите последствия и результаты, которые должны последовать, если гипотеза верна.
- Проведите другие эксперименты или наблюдения, чтобы увидеть, не окажется ли какой-либо из предсказанных результатов неудачным.
- Если какой-либо прогнозируемый результат оказывается неверным, гипотеза оказывается ложной, поскольку если A подразумевает B, то отсутствие B подразумевает не A (путем дедукции). Затем необходимо изменить гипотезу и вернуться к шагу 3. Если прогнозируемые результаты подтвердятся, гипотеза не будет доказана, а можно сказать, что она согласуется с известными данными.
Когда гипотеза выдержала достаточное количество проверок, ее можно превратить в научную теорию . Теория — это гипотеза, которая выдержала множество проверок и, по-видимому, согласуется с другими устоявшимися научными теориями. Поскольку теория представляет собой продвигаемую гипотезу, она принадлежит к тому же «логическому» виду и имеет те же логические ограничения. Точно так же, как гипотезу нельзя доказать, но можно опровергнуть, то же самое верно и для теории. Это различие степени, а не вида.
Аргумент по аналогии
[ редактировать ]Аргументы по аналогии — это еще один тип индуктивного рассуждения. Рассуждая по аналогии, можно сделать вывод, что, поскольку две вещи одинаковы в нескольких отношениях, они, вероятно, будут похожи и в другом отношении. Это, конечно, предположение. Естественно пытаться найти сходство между двумя явлениями и задаваться вопросом, чему можно научиться из этих сходств. Однако тот факт, что две вещи имеют общие атрибуты в нескольких отношениях, не означает какого-либо сходства в других отношениях. Вполне возможно, что наблюдатель уже заметил все общие атрибуты, а любые другие атрибуты будут отличаться. Аргументация по аналогии — ненадежный метод рассуждения, который может привести к ошибочным выводам и, следовательно, не может быть использован для установления научных фактов.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Уэсли К. Салмон (2006). Четыре десятилетия научных объяснений (Перепечатка Salmon, WC 1989. В журнале Scientific Explanation , ред. П. Китчера и У. К. Салмона, том XIII «Миннесотских исследований в области философии науки», ред.). Издательство Питтсбургского университета. ISBN 9780822959267 .
- ^ Национальный исследовательский совет (1996). Национальные стандарты естественнонаучного образования . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. п. 23. дои : 10.17226/4962 . ISBN 978-0-309-05326-6 .
- ^ Аристотель (1938). « Предварительная аналитика ». Аристотель, Том 1 . Классическая библиотека Леба . Перевод Хью Треденника. Лондон: Уильям Хайнеманн. стр. 181–531.
- ^ Томас Кун официально заявил о необходимости «норм выбора рациональной теории». Одно из его обсуждений перепечатано в Томас С. Кун (1 ноября 2002 г.). «Глава 9: Рациональность и выбор теории» . У Джеймса Конанта, Джона Хаугленда (ред.). Дорога со времен структуры: философские очерки, 1970–1993 (2-е изд.). Издательство Чикагского университета. стр. 208 и далее . ISBN 0226457990 .
- ^ Марк Коливан (2001). Незаменимость математики . Издательство Оксфордского университета. стр. 78–79. ISBN 0195166612 .
- ^ Стивен Хокинг; Леонард Млодинов (2010). «Что такое реальность?» . Великий Дизайн . Random House Digital, Inc. с. 51. ИСБН 978-0553907070 . См. также: модельно-зависимый реализм .
- ^ Томас С. Кун (1966). Структура научных революций (PDF) (3-е изд.). Издательство Чикагского университета. п. 157. ИСБН 0226458083 .
Это решение должно основываться не столько на прошлых достижениях, сколько на будущих обещаниях.
- ^ Например, Хокинг/Млодинов говорят ( «Великий замысел» , стр. 52): «Вышеуказанные критерии явно субъективны. Элегантность, например, нелегко измерить, но она высоко ценится среди ученых». Идея «слишком барокко» связана с «простотой»: «теория, напичканная вымышленными факторами, не очень элегантна. Перефразируя Эйнштейна, теория должна быть настолько простой, насколько это возможно, но не более простой» ( «Великий замысел» , стр . 52) См. также: Саймон Фицпатрик (5 апреля 2013 г.). «Простота в философии науки» . Интернет-энциклопедия философии . и Бейкер, Алан (25 февраля 2010 г.). «Простота» . В Эдварде Н. Залте (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии (выпуск лета 2011 г.) .
- ^ Берд, Александр (11 августа 2011 г.). «§4.1 Методологическая несоизмеримость» . В Эдварде Н. Залте (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии (весеннее издание 2013 г.) .
- ^ Видеть Стивен Хокинг; Леонард Млодинов (2010). Великий Дизайн . Random House Digital, Inc. с. 8. ISBN 978-0553907070 .
Это целое семейство различных теорий, каждая из которых является хорошим описанием наблюдений только в определенном диапазоне физических ситуаций... Но так же, как не существует карты, которая бы хорошо отображала всю поверхность Земли, не существует и единой теория, которая является хорошим представлением наблюдений во всех ситуациях.
- ^ Э. Брайан Дэвис (2006). «Эпистемологический плюрализм» . Архив филологических наук .
- ^ Бритва Оккама, которую иногда называют «онтологической экономией», примерно формулируется следующим образом: при выборе между двумя теориями самая простая оказывается лучшей. Это предположение обычно приписывают Уильяму Оккаму, жившему в 14 веке, хотя, вероятно, оно появилось раньше него. Видеть Бейкер, Алан (25 февраля 2010 г.). «Простота; §2: Онтологическая экономия» . Стэнфордская энциклопедия философии (выпуск лета 2011 г.) . Проверено 14 ноября 2011 г.
- ^ Эта цитата может быть перефразом. Видеть Мобильная ссылка (2011). Знаменитые цитаты 100 великих людей . Мобильная ссылка. ISBN 978-1611980769 . MobilReference — издательство электронных книг из Бостона.
- ^ Бейкер, Алан (25 февраля 2010 г.). «Простота» . В Эдварде Н. Залте (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии (выпуск лета 2011 г.) .
- ^ Карл Поппер. «Наука: Домыслы и опровержения» (PDF) . Техасский университет A&M. Лаборатория интерфейса мотивации и познания. Архивировано из оригинала (PDF) 9 сентября 2013 г. Проверено 22 января 2013 г. Эта лекция Поппера была впервые опубликована как часть книги « Предположения и опровержения» , ссылка на которую доступна здесь .
- ^ Карл Раймунд Поппер (2002). Логика научного открытия (Перепечатка перевода 1935 г. под ред. Logik der Forchung ). Рутледж/Тейлор и Фрэнсис Групп. стр. 18, 280. ISBN. 0415278430 .
- ^ Томас С. Кун (1966). Структура научных революций (PDF) (3-е изд.). Издательство Чикагского университета. ISBN 0226458083 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Введение в логику и научный метод (1934) Эрнеста Нагеля и Морриса Рафаэля Коэна
- Философский словарь (1942) Дагоберта Д. Руна
- Понимание научного прогресса: целенаправленный эмпиризм , 2017, Paragon House, Сент-Пол, Николас Максвелл
