zpětdálkapitolakurskatedra

2.3.5  Standardní model vědecké metody

Vědecká metoda má pět hlavních složek: pozorování, zobecnění (identifikace pravidelnosti), vyslovení hypotézy (předběžné rozšíření pravidelnosti nebo vysvětlení, proč pravidelnost existuje), a provedení experimentu (prověření hypotézy). Výsledky prověrek jsou pak komunikovány  ostatním členům vědecké komunity, obvykle publikací výsledků. Tento postup je zobrazen na obr. 2.1

V dalším textu vysvětlíme, jak každá z těchto složek přispívá k vědecké metodě. Text budeme provázet příkladem ilustrujících jednotlivé kroky na příkladu jakoby z detektivky. Tento příklad bude odlišen typem písma - bude pro něj použito fialového kurzivního písma.
 
 

Obr. 2.1. Vědecká metoda

Systematický postup zodpovídání otázek a řešení problémů

Pozorování

Základním prvkem vědy - a jediným skutečným faktem, který vědci uznávají - jsou individuální pozorování. V nich vyhledáváme pravidelnosti, navrhujeme vysvětlení a vymýšlíme testy našich myšlenek. Naše pozorování mohou být náhodná (např. když si všimneme černé dodávky zaparkované před telefonní budkou v našem bloku), anebo záměrnější (když si dodávky všimne policista, který vyšetřuje krádeže v bytech v našem okolí).


 
Zobecnění

Když jsme učinili řadu pozorování, zkoušíme najít mezi nimi určitý vztah. Měříme-li například velký počet mužů a žen, můžeme si všimnout, že v průměru jsou muži vyšší než ženy. Konstatování takového vztahu je zobecněním.

(V příkladu s černou dodávkou a  loupeží dojdeme k zobecnění, pokud zjistíme, že vždy, když parkovala černá dodávka u budky, došlo ke krádeži.)
Pečliví experimentátoři nespěchají se závěry. Pokud si myslí, že našli pravidelnost, obvykle udělají další pozorování, aby se přesvědčili, že tato pravidelnost platí. Tato praxe posilování nebo potvrzování závěrů replikací (opakováním) je významnou částí vědecké metody. (V našem příkladu policie počká, až se dodávka znovu objeví a dojde k další krádeži. Až pak začnou stíhat domnělé zločince.)


 
Hypotéza

Předběžné vysvětlení zjištěné pravidelnosti nazýváme hypotézou. (V našem příkladu je hypotéza zřejmá: zloději přijíždějí na místo činu černou dodávkou.)
Znakem dobré hypotézy je to, že je testovatelná. (Protože neexistuje způsob, jak ověřit dohady o minulých událostech a ujistit se o absolutní pravdivostí výsledků, potřebujeme jednodušší, přímočařejší hypotézu. Naštěstí je možné takovou hypotézu snadno formulovat: pokud zloději skutečně jezdí „do práce“ černou dodávkou, měly by v ní být jejich nástroje a lup. Pak je test snadný. Policie zastaví dodávku a prohledá ji.)

To, co zde děláme, v podstatě znamená říci: „Myslím si, že platí X. Nemohu snadno a spolehlivě prověřit X. Ale pokud platí X, platí i Y. A Y mohu prověřit.“
Bohužel může být test neúspěšný, i když je hypotéza zcela správná. (Může se ukázat, že se v dodávce nenajdou žádné nástroje ani lup, ale pouze dva muži, kteří prohlašují, že jsou nevinní. Každý, kdo sleduje televizi nebo čte detektivky, okamžitě ví, že je důkaz schovaný jinde nebo byl předán spolupachatelům v jiném voze, ale neexistuje důkaz pro zatčení podezřelých.)

Mnoho filosofů vědy souhlasí s K.R. Popperem, že klíčovým aspektem vědecké metody je falsifikace. To znamená, že když se testem hypotézy prokáže její neplatnost, musí být hypotéza zamítnuta a nahrazena jinou.

Předpokládejme, že (v terminologii X a Y, zavedené výše) jsme zjistili, že Y neplatí. Znamená to, že neplatí ani X? Možná ano, ale musíme si být vědomi toho, že jsme netestovali X. Testovali jsme Y a Y je ta hypotéza, o které princip falsifikace říká, že musí být nahrazena jinou hypotézou, řekněme Z.

  1. Skoro každý zajímavý problém nebo hypotézu je možné rozdělit na dílčí problémy a dílčí hypotézy. Jak byste to udělali v případě dodávky a zlodějů?
  2. Pokud neuspěje naše hypotéza „v dodávce jsou nástroje a lup“ (je falsifikována), co můžeme říci o hypotéze „dodávka patří zlodějům“?
  3. O jakou testovatelnou hypotézu se můžeme pokusit?

 
Experiment
Sebevětší počet pokusů nemůže potvrdit, že mám pravdu; jediný experiment může dokázat, že ji nemám. A. Einstein
Experiment je nejformálnější částí vědecké metody. Myšlenka je však velmi jednoduchá: Experiment není ničím jiným než testem hypotézy. Je tím, co vědec - nebo detektiv - provádí, aby prověřil svůj nápad. Může být podáním nového léku pacientovi nebo prohledáním dodávky, která stojí u budky.

Termín „experiment“ se neužívá vždy správně. Protože „dělání vědy“ znamená „dělání experimentů“, často se vše, co vědec dělá, zvláště pokud se při tom používají přístroje, nazývá experimentováním. Může však jít pouze o základní článek procesu objevování, který nazýváme pozorováním.

Pokud „experiment“ znamená „pozorování“, pak vědec ve skutečnosti nic neprověřuje, ačkoliv to později, když sepisuje článek se zprávou o výsledcích, může tvrdit. Porovnává výšku chlapců a děvčat, aby zjistil, existuje-li nějaká pravidelnost v rozdílech. Míchá chemikálie, aby viděl, co se stane.

Pokud mají takoví zkoumatelé přírody štěstí, najdou pravidelnosti a zformulují hypotézy. Někdy jimi jsou překvapeni, protože hledají něco úplně jiného.
V každém případě má nyní vědec hypotézu, kterou musí prověřit, a zde jsme u pravého experimentu. Nyní se vědec pokouší zjistit, proč pravidelnost existuje, co je její příčinou a co to může znamenat.

Naneštěstí žádný experiment nemůže nic dokázat. Experimentem je možné zjistit pouze to, že je hypotéza nesprávná, ale ne to, že je správná. To je podstata falsifikace.

Pokud není experimentem hypotéza falsifikována, neznamená to, že je správná. Znamená to pouze to, že vědec ještě nevymyslel test, který by ji vyvracel. Čím déle a s použitím čím více metod se falsifikace nezdaří, tím je pravděpodobnější, že je hypotéza správná. Protože však není možné provést všechny možné testy hypotézy, nemůže vědec bohužel nikdy dokázat její absolutní správnost.

Uvažujme o hypotéze že všechny kočky jsou černé. Uvidíte-li jednu nebo několik černých koček, nevíte ve skutečnosti nic o všech kočkách. Pokud však uvidíte bílou kočku, víte jistě, že nejsou všechny kočky černé. Abyste hypotézu dokázali, museli byste vidět všechny kočky na světě a všechny by musely být černé. Stačí jedna bílá kočka, aby byla hypotéza vyvrácena.

Proto filosofové vědy tvrdí, že věda je uměním vyvracení, nikoliv uměním dokazování. Pokud hypotéza obstojí v mnoha pokusech o její vyvrácení, pak může jít o dobré vysvětlení jevu, kterého se týká. Pokud propadne v jediném testu, je jasně nesprávná a musí být nahrazena jinou hypotézou.

Pokud však zkoumáme, co vědci skutečně dělají, zjistíme, že je pravda trochu jiná. Skoro žádný vědec, pokud vymyslí něco, o čem si myslí, že je dobrým vysvětlením jevu, se nepokouší svoji hypotézu vyvrátit, ale pokouší se ji potvrdit. Pokud se experimentem hypotéza nepotvrdí, hledá výzkumník nový experiment, ne novou hypotézu.

(Policisté postupují stejně. Představme si, že v dodávce nenajdou nástroje ani lup, ale přesto podezřelé zatknou a s příkazem k prohlídce prohledají jejich byty. V podstatě tím říkají: „Víme, že jsou vinni. Musíme pouze najít důkazy.“)

Logická slabost takového přístupu je zřejmá, ale to výzkumníkům nebrání, aby se zamilovali do své ideje a trvali na ní co nejdéle. Někdy na ní trvají tak zarputile, že se zdají být podivíny. Někdy se po léta hromadí potvrzení hypotézy a všechny pokusy o její vyvrácení selhávají. Hypotéza pak může vstoupit mezi teorie, principy a zákony. Teorie vysvětlují, jak se co děje (teorie evoluce prostřednictvím přírodního výběru). Principy a zákony formulují, pokud možno kvantitativně, co se děje (gravitační zákon říká, že se hmotná tělesa přitahují, a umožňuje určit, jakou silou se přitahují).

Pokud nejsou laboratorní experimenty vhodné nebo možné, je nutné se uchýlit k myšlenkovým experimentům. V dnešním vědeckém výzkumu mají takové experimenty často podobu počítačových simulací, výpočtů, jaké následky by mohla mít třeba srážka Země s hmotnou kometou.

Něco podobného dělá science fiction (SF). V tak zvané „tvrdé“ SF často jde o dramatizaci vědeckých a technických myšlenek  a jejich vlivu na lidský život. Často je SF jedinou literaturou, která se zabývá důležitými otázkami, vyvolanými novými vědeckými znalostmi a technologickými možnostmi. Často jsou jejími autory praktikující vědci (připomeňme A.C. Clarka, který vymyslel geostacionární družici) nebo lidé s vědeckým vzděláním, pro něž se psaní knih stalo zajímavější než věda (I. Asimov). Prakticky veškeré vynálezy, které ve svých knihách popsal Jules Verne, se nejen uskutečnily (i když leckdy v pozměněné formě), ale byly překonány.

V SF, stejně jako v případu vědy, je počátečním bodem otázka „Co kdyby ...?“, myšlenka podobná hypotéze. Příběh je ekvivalentem pokusu, který probíhá v mysli, je myšlenkovým experimentem. Pohled spisovatele na problém, pokud se kombinuje s literaturou faktu, může podnítit mnohé diskuse.
 


 
Sdělení, komunikace

Každý vědec je povinen sdílet své hypotézy, metody a závěry se zbytkem vědecké komunity. Toto sdílení má dva účely:

Za prvé, podporuje základní ideál skepticismu tím, že umožňuje ostatním říci: „No, prověříme si to.“  Sdělení říká, jak pozorovat to, co vědec sám pozoroval, jaké metody a nástroje použít.
Za druhé, oznamuje se tím světu, co bylo objeveno a co mohou ostatní používat. Tak je tomu v podstatě proto, že věda je kooperativním úsilím. Lidé, kteří pracují tisíce kilometrů od sebe, staví na objevech svých kolegů, a některé z nejvýznamnějších objevů vznikly spojením  poznatků z rozdílných oborů, jako když se geochemici, paleontologové a astronomové spojili při pokusu vysvětlit vyhynutí dinosaurů jako důsledek srážky masivní komety nebo asteroidu se Zemí.
Vědecká spolupráce probíhá i přes propasti času. Každá generace vědců staví na objevech dřívějších generací a rozšiřuje je. Jak napsal Isaac Newton v dopisu Robertu Hookeovi 5. února 1675: „Pokud jsem dohlédl dále než jiní, bylo to proto, že jsem stál na ramenech obrů“.

Komunikace ve vědě začíná procesem nazývaným „recenzní řízení“(anglicky peer review),  které má obvykle tři fáze. První probíhá, když vědec hledá finanční zdroje - od vládních agentur, nadací či odjinud - aby mohl realizovat výzkumný program. Musí vypracovat zprávu popisující práci, kterou chce provést, uvést základy, hypotézy, plánované experimenty, očekávané výsledky a dopad na jiné obory. Výbory ostatních vědců pak posuzují zprávu a zjišťují, zná-li žadatel svůj obor, má-li potřebné znalosti a schopnosti a jsou-li uvedené plány realistické.

Když vědec získal finanční prostředky, udělal práci a napsal zprávu o výsledcích, zašle ji vědeckému časopisu. Před publikací vydavatelé časopisu zprávu zašlou k posouzení autoritám v příslušném oboru nebo v příbuzných oborech a požádají je o vyjádření, byla-li práce provedena adekvátně, jsou-li závěry opodstatněné a doporučují-li publikaci zprávy.

Třetí stádium recenzního řízení nastává po publikaci, kdy má širší vědecká komunita možnost seznámit se s prací a posoudit ji.

V tomto třífázovém filtru řízení kvality samozřejmě může dojít ke zkratu. Pokud je vědec dostatečně bohatý, může se snadno vyhnout první fázi, ale takových vědců je dnes mnohem méně než před sto lety či dříve.

Ti, kteří vydávají brožury nebo knihy vlastním nákladem (a vyhýbají se tak druhé fázi), jsou pokládáni za cvoky. Na ty, kteří místo zasílání článků do časopisů pořádají tiskové konference (a vyhýbají se třetí fázi) se pohlíží jako na netrpělivé lovce publicity. V obou případech musí takový vědec čelit velkému odporu proti přijetí svých myšlenek.

Na druhé straně je možné i to, že selže standardní recenzní řízení. Samou svou podstatou tento mechanismus pravděpodobně schválí myšlenky, které nejsou v rozporu s tím, o čem si posuzovatelé myslí, že to znají. Přesto nejsou nekonvenční myšlenky nutně špatné, jak dokázal např. Alfred Wegener, když na začátku tohoto století probojovával ideu kontinentálního driftu. V té době geologové věřili, že slupka Země, která přece je kamenná, se nemůže chovat jako kapalina. Přesto Wegener tvrdil, že kontinenty pluly jako ledovce v moři, srážely se, odtrhovaly (čímž se vytvořily profily, které do sebe zapadají, jako Jižní Amerika a Afrika) a znovu srážely. Až v šedesátých letech přijala většina geologů tyto myšlenky za správné vysvětlení a ne za pouhý potrhlý nápad.

zpětdálkapitolakurskatedra


Správce stránky: Jiří Vacek
Poslední změna: 16.7.2001