Wetenschappelijke methode
De wetenschappelijke methode is een systematische manier om kennis te vergaren. Zij is gebaseerd op waarnemingen, metingen, voorspellingen, experimenten, verificatie en falsificatie. De wetenschappelijke methode wordt het meest toegepast in de exacte wetenschappen zoals b.v. natuurkunde en scheikunde, omdat daar veel gemeten en geëxperimenteerd kan worden aan natuurverschijnselen. Bij disciplines als filosofie, theologie en wiskunde is dit minder duidelijk. Daar wordt meer met redenatietechnieken gewerkt zoals die uit de logica om een innerlijk consistente theorie (zonder innerlijke tegenstrijdigheden) of axioma op te zetten.
Inhoud |
[bewerk] Algemeen
Het consistent gebruik van de wetenschappelijke methode is wat wetenschap van pseudo-wetenschap en van andere vormen van kennisvergaring onderscheidt. Het onderscheid tussen wetenschap en pseudo-wetenschap wordt ook wel het demarcatiecriterium genoemd, waar Karl Popper uitgebreid over heeft geschreven.
Natuurlijk werken niet alle wetenschappers op dezelfde manier aan de uitbouw van kennis: sommige wetenschappers vertrouwen op inspiratie, intuïtie en inzicht, anderen zijn zeer systematisch in hun onderzoek. De exacte manier waarop de wetenschappelijke werkwijze wordt uitgevoerd, kan niet los worden gezien van de discipline en van de (politieke) context waarin ze wordt uitgevoerd en de (economische) druk op de wetenschapper.
Een variant op de strikte interpretatie van de wetenschappelijke methode is om te zeggen dat zij niet dient om kennis te vergaren, maar slechts ter verificatie van reeds vergaarde kennis.
In elk geval is er consensus over dat de wetenschappelijke methode een manier biedt om zeker te maken dat de kennis vrij is van subjectieve invloeden en dat fouten kunnen worden gevonden.
[bewerk] Een uitleg in simpele bewoording
De wetenschappelijke methode houdt in dat de volgende stappen worden doorlopen bij het vergaren van kennis:
- Bestudeer het fenomeen dat je wilt beschrijven. Verzamel gegevens en doe metingen.
- Denk na over je metingen, en verzin een hypothese die de metingen en andere gegevens kan verklaren.
- Voorspel op basis van de hypothese iets dat je nog niet eerder hebt gemeten.
- Controleer of test dat de voorspellingen uitkomen door de juiste nieuwe metingen uit te voeren.
- Evalueer of de hypothese juist kan zijn. Als niet alle voorspellingen uitkomen, dan was de hypothese onjuist. Vorm in zo'n geval een nieuwe hypothese. Als de voorspellingen juist waren, maak dan meer voorspellingen en test de hypothese nog meer.
Deze stappen worden voortdurend herhaald, daarbij een steeds grotere basis vormend van goed geteste hypothesen die met elkaar steeds meer fenomenen kunnen beschrijven. De wetenschappelijke methode laat het toe om de stappen in sommige gevallen in een andere volgorde uit te voeren, maar in elk geval moeten alle stappen worden doorlopen. Theoretische natuurkundigen bedenken soms eerst een totaal nieuwe theorie voordat ze bedenken wat ze willen bekijken. Dit heet rationalisme, in tegenstelling tot empirisme dat meer gericht is op experimenten.
De vijf primaire stappen worden hieronder verder uitgewerkt.
[bewerk] Bestudeer
Bij het doorlopen van de bestudeer-stap is het van essentieel belang dat alles compleet gedocumenteerd wordt. Het is niet voldoende om anderen op de hoogte te stellen van de hypothese alleen: de wetenschappelijke methode vereist dat iedereen die dat wil de hypothese zelf kan testen, en daarvoor is het noodzakelijk dat ook de waarnemingen, en de exacte manier waarop die waarnemingen zijn gedaan (en hoe ze kunnen worden herhaald) publiek bekend worden gemaakt. De herhaalbaarheid is een belangrijke eis voor eenieder die de stap evaluatie zelf wil kunnen uitvoeren, en de herhaalbaarheid berust op een complete documentatie van alle metingen die bij de studiestap zijn gedaan.
Bij de beschrijving van de experimenten gebruiken wetenschappers vaak niet-alledaagse definities. Dit kan noodzakelijk zijn om de herhaalbaarheid te garanderen. Veel termen die in het dagelijks leven voldoen, kunnen hiervoor onvoldoende zijn: denk bijvoorbeeld aan de lengte van een maand die kan variëren tussen 28 en 31 dagen, maar ook verschillende definities van een dag zijn mogelijk en daarom kan ook de term dag onvoldoende nauwkeurig zijn in een wetenschappelijk rapport.
[bewerk] Denk
In de denk-stap gebruiken wetenschappers hun creativiteit om een verklaring te verzinnen voor de gemeten fenomenen. Een belangrijk aspect van een wetenschappelijke theorie is dat het mogelijk moet zijn om een meting te doen die zou kunnen opleveren dat de hypothese onjuist is. In andere woorden, als er geen enkel experiment kan worden verzonnen dat de hypothese kan ontkrachten, is de hypothese misschien waar maar in elk geval niet wetenschappelijk.
De wetenschapper moet ervoor waken partijdig te zijn en alleen een gedeelte van de waarnemingen in acht te nemen. Als een theorie gebaseerd is op alle waarnemingen, is er een grotere kans dat hij bruikbaar zal blijken te zijn.
Een belangrijke extra regel die geldt voor een nieuwe theorie is dat hij niet ingewikkelder is dan noodzakelijk om de waarnemingen te verklaren. Een voorbeeld: als er na een onweer een boom omver ligt, is een mogelijke theorie Deze boom is getroffen door de bliksem. Deze theorie heeft slechts één aanname, namelijk dat het een bliksemschicht was en niet een olifant of een windstoot die de boom heeft omgelegd. Een andere mogelijke hypothese zou zijn dat de boom zou zijn omgelegd door buitenaardse wezens van 200 meter groot die op bezoek kwamen. Deze theorie maakt een flink aantal aannamen onder andere over het bestaan van buitenaardse wezens, het feit dat ze interstellaire reizen kunnen maken, en het feit dat hun biologie het toestaat dat ze zo immens groot worden. Zelfs met de regel zo eenvoudig mogelijk kan men voor elk fenomeen een hele rij hypothesen verzinnen. Sommige fenomenen zullen zo complex zijn dat ze onaangenaam veel aannamen nodig hebben om een bevredigende hypothese te kunnen opzetten, maar als de regel zo simpel mogelijk in acht wordt genomen, wordt de kans dat de hypothese bruikbaar zal blijken gemaximaliseerd. Het is echter geen strikte regel waaraan moet worden voldaan voor de wetenschappelijke methode.
[bewerk] Voorspel
Hypothesen worden ook gezien als beter dan andere hypothesen als ze meer voorspellende kracht hebben, dat wil zeggen als er meer waarnemingen mee kunnen worden verklaard, en er dus meer waarnemingen mogelijk zijn die kunnen bewijzen dat de hypothese niet juist is. De hypothese Alles verandert in chocola als er niemand kijkt, en verandert terug als er iemand kijkt kan nooit worden ontkracht, want de manier waarop de hypothese is geformuleerd is zo dat controle onmogelijk is. Deze hypothese heeft geen voorspellende kracht, en is geen wetenschappelijke hypothese. De hypothese die zegt dat licht wordt afgebogen in een sterk zwaartekrachtsveld (een onderdeel van Einstein's Relativiteitstheorie) is een sterke hypothese, omdat zij duidelijk suggereert welke metingen kunnen worden uitgevoerd om haar te testen. Als we weer teruggaan naar de omgevallen boom, dan voorspelt de bliksemhypothese dat er brandvlekken te vinden moeten zijn, en dat de bliksemradar een signaal moet hebben gegeven.
Om een voorspelling behorende bij een willekeurige hypothese te verzinnen kan men gebruikmaken van als-dan redeneringen. Men begint met de aanname dat de hypothese juist is, en beredeneert wat daar de gevolgen van zouden zijn. Op het moment dat men tot een duidelijke conclusie komt waarvan men niet een-twee-drie kan bedenken dat het waar moet zijn gebaseerd op eerdere hypothesen, dan is het een mogelijke voorspelling van de nieuwe hypothese. Als voorbeeld: Einsteins vergelijkingen hielden in dat klokken zich niet gedragen zoals men dacht. Door vanuit de aanname te redeneren dat die vergelijkingen juist waren, kwam men tot de conclusie dat een nauwkeurige klok in een snel ruimteschip anders zou lopen dan zo'n klok op aarde. In 1905 toen Einsteins theorieën werden gepubliceerd, waren ruimteschepen fantasie, maar inmiddels zijn verschillende tests van deze voorspelling uitgevoerd; tot nu toe allemaal in overeenstemming met Einsteins voorspellingen.
[bewerk] Controleer
Elke hypothese moet worden getest door het uitvoeren van experimenten en het meten van de resultaten. Omdat metingen inherent onnauwkeurig zijn en omdat apparatuur steeds beter wordt zijn nieuwe metingen vaak precieser dan oude metingen. Soms komen hierdoor bij herhaalde metingen afwijkingen van bestaande theorieën aan het licht. In het ideale geval moeten de experimenten zo beschreven worden dat eenieder die dat wil ze naar wens herhaalde malen kan uitvoeren. Dit heet reproduceerbaarheid.
Een goed wetenschappelijk experiment moet aan een aantal regels voldoen. Zo moet er zo min mogelijk vrijheid zijn in de interpretatie van de resultaten: vrijheid kan leiden tot zien wat men wil zien. Bovendien is een goed experiment zo opgezet dat beïnvloeding door andere effecten wordt uitgesloten. Bijvoorbeeld bij het testen van de werking van een nieuw medicijn moet worden uitgesloten dat de aandacht die de patiënt van de arts krijgt of het placebo-effect invloed hebben op de resultaten.
Controleren is misschien een misleidende term voor wat er in deze fase van het proces gebeurt. Eigenlijk controleren we de theorie niet: het enige dat we in deze fase kunnen doen is tot de conclusie komen dat we, gezien de experimenten, de hypothese niet kunnen verwerpen.
[bewerk] Evalueer
Elke hypothese moet onmiddellijk worden verworpen als er betrouwbaar kan worden aangetoond dat hij niet altijd geldig is, hoe belangrijk of oud die theorie ook is. Door dit principe is alle wetenschappelijke kennis continue in beweging: er kan immers op elk moment een nieuwe meting gedaan worden die oude hypothesen omverwerpt. In het eerdergenoemde voorbeeld van de omgevallen boom zou de afwezigheid van brandsporen of de afwezigheid van een signaal op de bliksemradar de oude theorie onwaarschijnlijk maken, en in combinatie met een rapport van orkaanwinden kan een nieuwe theorie (bijvoorbeeld: de wind heeft deze boom omvergeblazen) worden geponeerd.
Een ander belangrijk aspect is dat experimenten die leiden tot het verwerpen van een hypothese door verschillende wetenschappers moet worden uitgevoerd om te voorkomen dat de resultaten gebaseerd zijn op vooroordelen, verwarring, of fraude. Wetenschappelijke tijdschriften gebruiken voor dit doel peer review: wetenschappers sturen hun studies in voor publicatie, maar voordat die studies worden gepubliceerd buigt zich eerst een onafhankelijk panel over de resultaten en conclusies ter evaluatie. Het nadeel van deze methode is dat de onafhankelijkheid van de panelleden nog wel eens in twijfel wordt getrokken. Studies die zonder referenten worden gepubliceerd kunnen echter slechts ná publicatie worden ontkracht; dit leidt niet zelden tot grote schandalen zoals bij de publicatie over koude kernfusie door Fleischmann en Pons.
