Il metodo scientifico è un quadro di tecniche e domande che gli scienziati utilizzano per indagare i fenomeni con l'obiettivo di rendere le scoperte scientifiche semplici e riproducibili. È stato vagamente osservato dagli sperimentatori fin dal IV secolo a.C., ma il primo metodo scientifico adeguatamente formalizzato è stato coniato durante il Rinascimento europeo. Qui individui all'avanguardia della scienza come Francis Bacon, Galileo e Isaac Newton iniziarono a mettere in pratica le regole che oggi usiamo per condurre esperimenti.
In genere, il primo passo del metodo scientifico è quello di formulare una domanda, di solito dopo l'osservazione di un fenomeno. Ad esempio, supponiamo che tu abbia allevato bruchi e abbia notato che alcuni impiegano più tempo di altri per arrivare alla pupa. E ti chiedi, i bruchi si sviluppano a ritmi diversi a seconda della temperatura?
È qui che entra in gioco la seconda parte del metodo scientifico, l'ipotesi. Un'ipotesi è una spiegazione incerta del motivo per cui osserviamo ciò che osserviamo, e ce ne sono due tipi principali. La prima è l'ipotesi sperimentale o alternativa, e implica che ci sarà una relazione tra le variabili oggetto di indagine, la temperatura e lo sviluppo del bruco, in questo caso. Quindi, la nostra ipotesi sperimentale potrebbe essere che i bruchi impiegheranno più tempo per passare dall'uovo alla pupa se vengono allevati a temperature più fredde. Fondamentalmente, una buona ipotesi sarà verificabile. Per i nostri bruchi, possiamo cambiare la temperatura e registrare il tempo necessario per passare da uovo a pupa, e falsificabile. Quindi, se i bruchi impiegano all'incirca lo stesso tempo per svilupparsi, indipendentemente dalla temperatura, allora possiamo accettare che l'ipotesi fosse probabilmente falsa. Il secondo tipo di ipotesi è l'ipotesi nulla. Questo in genere ipotizza che non ci sarà alcun cambiamento o differenza significativa osservata durante l'esperimento. Nel nostro esempio del bruco, affermeremo che i bruchi si svilupperanno alla stessa velocità in ogni condizione di temperatura.
Una volta che abbiamo le nostre ipotesi, la terza fase del metodo scientifico riguarda la sperimentazione e la raccolta dei dati. In un tipico esperimento, ci saranno due tipi di variabili. La variabile indipendente è qualcosa che viene manipolato direttamente dallo sperimentatore. Quindi, con i nostri bruchi, stiamo alterando la variabile indipendente quando cambiamo la temperatura. La variabile dipendente, nota anche come variabile di risposta, dovrebbe essere influenzata dallo stato della variabile indipendente. Quindi, quando esponiamo i nostri bruchi a temperature diverse, allora la risposta, la variabile dipendente, è la velocità con cui si sviluppano.
Ci sono anche due tipi principali di dati che potrebbero essere raccolti per supportare o falsificare le ipotesi. Il primo sono i dati qualitativi, che in genere si riferiscono a osservazioni descrittive fatte con i sensi, la vista, il tatto, l'udito, l'olfatto o persino il gusto. Nel nostro esperimento, potremmo registrare che i bruchi sembrano muoversi e mangiare molto in condizioni di temperatura normale, rispetto a quella più fredda. A differenza dei dati qualitativi, i dati quantitativi possono essere misurati e scritti come numeri. Quindi, quando contiamo il numero di ore che impiegano il bruco dalla schiusa alla fine alla pupa, questo ci dà una cifra definita. Ove possibile, è quasi importante avere una condizione di controllo in qualsiasi esperimento in cui manipoliamo le variabili indipendenti. Nel nostro esperimento sui bruchi, possiamo far crescere i bruchi a una temperatura ambiente standard impostata di 21 gradi come controllo, perché questo dimostra cosa succede quando i bruchi si sviluppano in condizioni normali rispetto alle impostazioni sperimentali.
Negli esperimenti osservazionali, un controllo potrebbe non essere necessario o addirittura possibile. Ad esempio, immaginate che i nostri bruchi siano farfalle adulte, che si nutrono di nettare in un giardino fiorito. Nella nostra ipotesi sperimentale, suggeriamo che preferiscano nutrirsi dai grandi fiori rosa, mentre la nostra ipotesi nulla suggerisce che non hanno preferenze e visiteranno i fiori a caso. In questo caso, la semplice osservazione e registrazione del numero di volte in cui le farfalle visitano ogni tipo di fiore fornirà dati sufficienti per confermare o rifiutare le nostre ipotesi senza bisogno di manipolazione di alcuna variabile o della necessità di un controllo.
Una volta raccolti i dati, il passo successivo è capire cosa significa tutto questo. Gli scienziati confronteranno le previsioni delle loro due ipotesi per capire se possono rifiutare l'ipotesi nulla. Questo può essere fatto confrontando i valori della variabile dipendente nel controllo con le condizioni sperimentali. Se non sono uguali, l'ipotesi nulla può essere rifiutata. Se i dati raccolti supportano un'ipotesi, come i bruchi hanno impiegato molte più ore per passare dall'uovo alla pupa quando sono stati tenuti nel clima più fresco, allora questo dà all'ipotesi sperimentale più credibilità, ma criticamente non indica che l'ipotesi sia definitivamente vera, perché esperimenti futuri potrebbero rivelare nuove informazioni.
La parte finale del metodo scientifico è quella in cui traiamo conclusioni e discutiamo il significato delle nostre scoperte. Qui, gli scienziati potrebbero fare riferimento ad altri esperimenti o ad altra letteratura per contestualizzare le loro scoperte e trovare spiegazioni sul perché i risultati hanno mostrato ciò che hanno fatto. Ad esempio, la conclusione potrebbe essere che ai bruchi piace crescere alle temperature più vicine al loro habitat naturale. Questo potrebbe, a sua volta, far sorgere nuove domande, come ad esempio altre specie si impupano a velocità diverse a temperature diverse? Questo potrebbe ispirare nuovi esperimenti, che possiamo testare usando, avete indovinato, il metodo scientifico.
