1.2: Metoda naukowa

Metoda naukowa jest podejściem systematycznym stosowanym przez wszystkie dyscypliny naukowe. Składa się z sześciu głównych kroków – dokonania obserwacji, zadania pytania, zbudowania hipotezy, przeprowadzenia eksperymentów, interpretacji danych i wreszcie wyciągnięcia wniosku.

Metoda naukowa zaczyna się od obserwacji i pytania, które pomaga zrozumieć tę obserwację. Na przykład francuski chemik Antoine Lavoisier obserwował zjawiska spalania. Sformułował pytanie, aby zrozumieć, co się dzieje, gdy coś zostaje spalone. Dokąd zmierza ta sprawa?

Trzecim krokiem w metodzie naukowej jest zbudowanie hipotezy – wstępnego wyjaśnienia danej obserwacji, które można przetestować. W odpowiedzi na pytanie “Dokąd zmierza materia?”, Lavoiser wysunął hipotezę, że w reakcji chemicznej materia nie zostaje ani stworzona, ani zniszczona. Dobra hipoteza jest również testowalna i falsyfikowalna. Hipoteza testowalna to taka, która formułuje przewidywania, które można potwierdzić za pomocą eksperymentów lub obserwacji. Jest falsyfikowalny, gdy można go obalić za pomocą eksperymentów. 

Czwartym krokiem w metodzie naukowej jest eksperymentowanie i zbieranie danych. Eksperymenty to obserwacje lub pomiary przeprowadzane w kontrolowanych środowiskach, takich jak temperatura, ciśnienie lub objętość. Ten krok ma na celu sprawdzenie, w jakim stopniu świat rzeczywisty pasuje do świata przewidzianego przez hipotezę. 

Niektóre eksperymenty i obserwacje mają charakter jakościowy – opisują, jak zachodzi proces. Inne są ilościowe – mierzą lub kwantyfikują coś na temat procesu.

Lavoisier przetestował swoją hipotezę, podgrzewając rtęć w zamkniętym otoczeniu. Doprowadziło to do powstania czerwonawej substancji. Jego eksperymenty miały charakter ilościowy, więc dokładnie zapisywał masę reagentów i produktów w układzie zamkniętym, jak i osobno.

Piątym krokiem jest interpretacja i analiza danych – ocena, czy wyniki potwierdzają lub obalają hipotezę i czy potrzebne są dalsze eksperymenty. Lavoisier zaobserwował, że całkowita masa słoika i jego zawartość przed i po reakcji pozostała taka sama, chociaż masa czerwonego produktu była większa niż masy pierwotnej rtęci.

Ostatnim krokiem jest wyciągnięcie logicznego wniosku i podjęcie decyzji, czy zaakceptować, czy odrzucić hipotezę. Jeśli wyniki silnie wspierają hipotezę, jest ona akceptowana. Może być również poddany dalszym testom lub udoskonalony poprzez zadawanie nowych pytań i przeprowadzanie nowych eksperymentów.
Na podstawie swoich eksperymentów Lavoisier doszedł do wniosku, że ponieważ całkowita masa słoika pozostała niezmieniona podczas reakcji, tlen w słoiku połączył się z rtęcią, tworząc nowy produkt, znany obecnie jako tlenek rtęci(II). Wniosek ten silnie wspierał jego hipotezę o zachowaniu masy – że całkowita masa obiektów pozostaje niezmieniona podczas procesu spalania.

Jeśli jednak hipoteza zostanie obalona, naukowcy mogą sformułować nową hipotezę, czerpiąc wskazówki z nieudanych eksperymentów i zacząć od nowa.

Mimo że postrzegamy metodę naukową jako serię kroków, nowe informacje lub pomysły mogą spowodować, że naukowiec wycofa się i powtórzy kroki w dowolnym momencie procesu. Tak więc metoda naukowa jest procesem iteracyjnym.