과학적 방법

과학적 방법은 모든 과학 학문들에 따르는 체계적인 접근법입니다. 과학적 방법은 6가지 주요 단계, 즉 관찰 질문, 가설 설정, 실험 수행, 데이터의 해석, 그리고 마지막으로 결론의 도출에 따라 진행됩니다. 과학적 방법은 먼저 관찰과 그 관찰을 이해하는 데 도움이 되는 질문으로 시작합니다.

예를 들면 프랑스 화학자 앙투안 라부아지에가 연소 현상을 관찰했습니다. 그는 무엇인가가 불에 탈 때 어떤 일이 일어나는지를 이해하기 위해 질문을 제기했습니다. 물질은 어디로 가는 것일까?

과학적 방법의 세 번째 단계는 의문의 관찰에 대한, 시험 가능한 잠정적인 설명인 가설을 세우는 것입니다. 물질이 어디로 가는가? 라는 질문에 대해 라부아지에는 화학적 반응에서 물질은 새로 생겨나거나 없어지지 않는다라는 가설을 세웠습니다.

좋은 가설이란 검증 및 반증이 가능한 것입니다. 검증 가능한 가설이란 실험이나 관측으로 확인할 수 있는 예측을 서술하는 가설입니다. 이 가설은 실험으로 부인할 수 있을 때 반증 가능합니다.

과학적 방법의 네 번째 단계는 실험 수행과 데이터 수집입니다. 실험은 온도나 압력, 부피 같은 제어 가능한 환경 아래에서 수행되는 관찰 또는 측정입니다. 이 단계에서는 가설로 예측된 상황이 실제 세계에 얼마나 잘 맞는지를 조사합니다.

어떤 실험과 관찰은 정성적으로 과정이 어떻게 진행되는지를 보여줍니다. 정량적인 실험과 관찰에서는 어떤 과정 속의 무언가를 측정하거나 수량화합니다. 라부아지에는 닫힌 환경에서 수은을 가열하여 자신의 가설을 시험했습니다.

이 과정에서 불그스름한 물질이 형성되었습니다. 그의 실험은 정량적인 실험으로 닫힌 계 내에서 반응물과 생성물들의 질량을 따로따로 주의 깊게 기록했습니다. 다섯 번째 단계는 데이터 해석 및 분석 단계로 결과가 가설을 뒷받침하는지 또는 부정하는지의 여부 및 추가 실험이 필요한지를 평가합니다.

라부아지에는 비록 붉은 색 생성물의 질량이 원래 수은의 질량보다 커졌지만, 반응 전후의 시험관과 내용물의 총 질량은 그대로 유지되는 것을 관찰했습니다. 마지막 단계는 논리적 결론을 도출하고 가설을 받아들일지 기각할지를 결정하는 단계입니다. 결과가 가설을 강하게 뒷받침하는 경우 가설을 받아들입니다.

또한 추가적인 시험을 진행하거나 새로운 질문으로 개선할 수도 있고 새로운 실험을 수행할 수도 있습니다. 실험을 통해 라부아지에는 반응 중 시험관의 총 질량이 변하지 않았기 때문에 시험관 내부의 산소가 수은과 결합하여 현재 수은(II)산화물이라고 알려진 새로운 생성물을 형성했다고 결론지었습니다. 이러한 결론은 연소 과정에서 물질의 총 질량은 변하지 않는다는 질량 보존에 대한 그의 가설을 강하게 뒷받침해 주었습니다.

하지만 만약 가설이 틀린 것으로 입증되는 경우 과학자들은 실패한 실험으로부터 단서를 얻어 새로운 가설을 정립하고 다시 시작할 수 있습니다. 비록 과학적 방법이 일련의 단계로 이루어진다고 하지만 새로운 정보나 아이디어에 따라 과학자는 그 과정의 어느 지점으로 되돌아가 해당 단계를 반복할 수 있습니다 따라서, 과학적 방법은 반복적인 과정입니다.