علم چیست، روش علمی کدام است؟

اگر تجربه‌ی دانشجو یا دانش‌آموزی داشته باشید احتمالاً با یافته‌های علمی بسیاری در طول تحصیل سروکار داشته‌اید. اما آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که خود علم چیست و آن روش علمی چیست که این یافته‌ها با آن روش بدست می‌آیند؟ ذکر این نکته واجب است که منظور ما از علم همان Science است و کاری با دانش بشری که شاید شامل فلسفه و ادبیات و غیره شود، نداریم. در ادامه درباره‌ی علم، روش علمی و مراحل هر کدام بیشتر صحبت خواهیم کرد.

علم رویکردی نظام‌مند و منطقی‌ برای فهمیدن جهان است و هدف آن برقرار کردن رابطه ثابت بین پدیده‌ها (Phenomenon) است. انسان نخستین نیز به منظور سیطره یافتن بر طبیعت به شناخت پدیده‌های پیرامون خود پرداخت. او با شنیدن صدای رعد و دیدن برق که همراه با باران شدید و احتمالاً جاری شدن سیل همراه بود، لحظه‌های پراضطرابی را سپری کرده و در اندیشه بوده که این حوادث چه زمانی متوقف می‌شود و اصولاً علت وقوع حوادثی از این دست چیست؟ تاریخ نشان داده است که بشر ابتدایی چنین پدیده‌هایی را به خدایان، شیاطین و سایر عوامل ناشناخته نسبت می‌داد. قصه‌های اساطیری مملو از خدایان و الهه‌هایی است که ظاهراً نقش مهمی در زندگی انسان‌های تاریخ باستان داشته‌اند. اما با پیشرفت روش علمی و پاسخ تدریجی به سؤال علم چیست، به مرور جواب‌های منطقی برای هر پدیده‌ای یافتیم و همچنان خواهیم یافت.

علم با نتایج قابل اندازه‌گیری از طریق آزمایش و تحلیل (analysis) سروکار دارد و بر پایه واقعیات بنا می‌شود، نه نظرات و ترجیحات شخصی. فرآیند علم و روش علمی طوری طراحی شده است که ایده‌های مختلف را از طریق آزمایش به چالش بکشد. در ضمن علم با ماوراءالطبیعه (متافیزیک) کاری ندارد، هر چند می‌تواند ادعای دخالت ماوراءالطبیعه در جهان را (و نه خود ماوراءالطبیعه را) باطل کند.

هنگام انجام یک پژوهش، دانشمندان از روش علمی برای جمع‌آوری شواهد تجربیِ قابل اندازه‌گیری بوسیله یک آزمایش استفاده می‌کنند، که هدف آن‌ها تأیید یا رد کردن یک نظریه است.

مراحل به کارگیری روش علمی چیست

1. مشاهده
2. طرح سؤال در رابطه با موضوع مشهود و جمع آوری اطلاعات
3. طرح فرضیه
4. آزمایش فرضیه در قالب یک آزمایش قابل تکرار
5. آنالیز اطلاعات و نتیجه گیری؛ تایید یا رد فرضیه و اصلاح آن در صورت لزوم
6. تکرار موارد قبلی تا زمانی که تعارضی بین مشاهدات و فرضیه دیده نشود
7. انعکاس نتایج نهایی به همراه روش انجام آزمایش و دست‌یابی به نتیجه، به منظور تکرار آن توسط دیگران و کسب نتایج مشابه

جمله‌ی معروفی از کارل سیگن، پیشتاز اخترشناسی، ناسا و علوم طبیعی، درباره‌ی این که روش علمی چیست داریم

روش علمی علی‌رغم این که شاید کمی زمخت و سخت‌گیرانه به نظر برسد، ولی بسیار بسیار مهم‌تر از خود یافته‌های علمی است.

شاید این مطلب برای شما مفید باشد: تابه‌حال حیات هوشمند روی زمین را از فضا دیده‌اید؟

فرضیه‌ها باید قابل آزمایش و ابطال‌پذیر باشند، یعنی بتوان فرضیه مطرح شده را به روشی باطل کرد.

کارل پوپر، فیلسوف علم، معیار و محک جالبی در این خصوص دارد. او روش علمی اثبات گرایانه (پوزیتیویسم) را به چالش می‌کشد و می‌گوید اگر معیار علمی و غیرعلمی بودن، اثبات‌پذیری باشد؛ آن‌گاه فرضیه‌هایی نظیر:

“رنگ اشیاء در اثر نگاه ما ایجاد می‌شود” یا “مزه غذاها در اثر زبان زدن ما بر آن‌ها (چشیدن) ایجاد می‌شود“

در عین غیرعلمی بودن، همواره قابل اثبات‌اند. می‌توان تمام اشیای رنگین و مزه‌دار را گواه اثبات این فرضیه گرفت. هیچ راه مستقلی برای تعیین رنگ و مزه اشیاء جز دیدن و چشیدن آن‌ها در اختیار نیست و از این رو چنین گزاره‌هایی به رغم غیرعلمی بودن همواره اثبات می‌شوند، ولی چون ابطال‌پذیر نیستند در نتیجه غیرعلمی‌اند.

همچنین تکرار‌پذیری در کنارابطال‌پذیریِ تجربه‌های علمی دوعاملی هستند که می‌توانند کمک زیادی به درک علم کنند. برای مثال تصور کنید شخصی ادعا کند یک بار برای او اتفاق ویژه‌ای افتاده و مثلاً در یک مکان خاص، سیبی را که رها کرده و آن سیب به جای آن که به پایین سقوط کند، به سمت بالا صعود کرده است. شما هر چقدر این کار را تکرار می‌کنید، آن اتفاق دیگر تکرار نمی‌شود. بنابراین چون این تجربه قابل تکرار و قابل انجام توسط اشخاص دیگر نیست روش علمی بر آن جاری نمی‌گردد.

روش علمی و علم به طور کلی، می‌توانند باعث ایجاد وسواس فکری شوند. یک نظریه (تئوری) علمی تقریباً هیچ‌گاه به طور کامل اثبات نمی‌شود! گرچه بعضی از نظریات تبدیل به قوانین علمی می‌شوند (مثلا قانون پایستگی انرژی). قوانین علمی عموماً بدون استثنا تلقی می‌شوند، هرچند برخی از آن‌ها در گذشته چند بار مورد تجدید نظر قرار گرفته‌اند تا تعارضات ناشی از داده‌ها و مشاهدات جدید، بر طرف شود. ولی این بدین معنا نیست که نظریات علمی بی‌معنا و به‌دردنخور هستند. در واقع این که علم مرتباً یافته‌های خود را بازنگری و خطاهای گذشته خود را اصلاح می‌کند یک مزیت بزرگ به حساب می‌آید. روش محتاطانه‌ی علم در بررسی فرضیه‌ها و فروتنی آن باعث شده است که از اشتباهات فاحش در امان بماند و بر اشتباهاتش اصرار نورزد و همواره ظرفیت اصلاح داشته باشد. برای این‌که یک فرضیه تبدیل به نظریه شود، آزمایشات سفت و سخت متعددی توسط گروه‌های متفاوت و جدا از هم دانشمندان، انجام می‌شود. پس اگر کسی به شما گفت که “نظریه‌ی تکامل تنها یک نظریه است و ممکن است رد شود” به پای ضعف این نظریه‌ی علمی ننویسید.

تئوری‌های علمی، یک سیستم جامع متشکّل از ایده‌های ابطال‌پذیر هستند که می‌توانند به وسیله‌ی شواهد و مدارک موجود یا آزمایش‌های انجام‌پذیر، رد شوند. تئوری‌های موفّق (برای مثال، تئوری تکامل، تئوری نسبیت، مکانیک کوانتوم و غیره) تئوری‌هایی هستند که صدها سال انواع انتقادات و تلاش برای رد شدن‌شان را تاب آوردند، خواه از طرف کسانی که از رویارویی علم با نظرات شخصی خودشان ناراضی‌اند و خواه از طرف دیگر پژوهشگران. یک تئوری، هیچ‌وقت تبدیل به واقعیت (Fact) نمی‌شود، بلکه تنها با سربلند بیرون آمدن از بوته‌ی آزمایش، به اعتبارش افزوده می‌شود، و معتبرترین و قابل اتّکاترین سطح ترمینولوژی علمی به حساب می آید.

کارل سیگن در کتاب خود، جهان دیوزده: علم همچون شمعی در تاریکی (The Demon-Haunted World Science As A Candle in The Dark) می‌گوید:

علم در بنیان و درون‌مایه خود بین دو نگرش، تعادلی اساسی و به نظر متناقض برقرار می‌کند. مورد اول یک آغوش باز برای هر نوع ایدۀ جدید است، صرف نظر از این‌که چقدر عجیب یا غیرمنتظره باشد، و مورد دوم این‌که علم، شدیدترین شک و تردیدها و بررسی‌های موشکافانه را نسبت به همۀ ایده‌ها، چه جدید و چه قدیمی به کار می‌گیرد. این‌گونه است که علم عمیق‌ترین حقایق را از عمیق‌ترین و ریشه‌دارترین مزخرفات و افکار ناصحیح غربال می‌کند.