روش‌های علمی

عنوان مقاله: روش‌های علمی

نویسنده/ مترجم: پرسی و. بريچمن – جرالد هالتن/ رضا رضايی

آدرس­ پست الکترونیکی نویسنده/ مترجم:

تاریخ تهیه:

ارسال کننده: همفکران جامعه مجازی - تاریخ ارسال: 1388

آدرس­ پست الکترونیکی ارسال کننده:

موضوع اصلی: علم- موضوع فرعی: روش­های علم

سه کلیدواژه اصلی به ترتیب اهمیت: طبقه­بندی، تکرار، توافق

سه کلیدواژه فرعی به ترتیب اهمیت:آزمايش، علت و معلول، اندازه­گيری

 

چکیده مقاله

لازمه هر علمی، وجود روش مناسب برای توصیف يک موضوع در آن علم است. در بسیاری از موارد، زبان روزمره برای ارائه این توصيف دقت کافی را ندارد. لذا بسیاری از علوم برای رفع نیازهای خود زبان و واژگان اختصاصی خود را به وجود آورده­اند. با استفاده از زبان­های اختصاصی علوم مختلف می‌توان بیان‌هایی به مراتب مختصرتر و فشرده­تر از بیان در زبان­های رایج ساخت. ابتدایی­ترین، فراگیرترین و ضروری­ترین روش در علم، «طبقه‌بندی» است. یکی ديگر از روش­های علم، فرموله کردن شرایطی است که در آن موقعیتی بتواند «تکرار» ­شود. روش دیگری از وارسی علمی یا تصدیق صحت یک مشاهده یا گزارش، وجود «توافق» میان ناظران گوناگون است. «آزمایش» یکی از نیرومند‌‌ترین ابزارهای بسیاری از علوم، چه برای کشف امور جدید و چه برای فهم بیشتر امور فعلی است. در علوم جدید، تحلیل نظری در بیشتر حالات بر اساس قانون «علت و معلول» صورت می‌گیرد. امکان «اندازه­گیری» نيز به عنوان يکی دیگر از روش­های علم به یکی از رایج‌ترین تقسیم بندی‌های علوم می‌انجامد. از اين نظر، علوم را می‌توان به علوم کمّی و علوم کیفی تقسیم کرد.

دریافت فایل PDF مقاله

روش‌های علمی

مقدمه

روش‌هایی که در علوم مختلف به کار می­روند هم تابع ماهیت عمومی مقصد و هم تابع ماهیت موضوع مورد نظر هستند. لازمه هر علمی، وجود روش مناسب توصیف موضوع در آن علم است. زبان چنین توصیفی باید بتواند موضوع را با دقت و یگانگی خاصی تجدید يا بازسازی کند. اگر توصیف به شیئی مربوط شود، فقط باید یک شیئی مورد اشاره وجود داشته باشد که از روی این توصیف بتوان آن شیئی را تجدید یا بازسازی کرد. در صورت وجود شيئی نيز باید بتوان وارسی کرد که آیا آن شیئی مصداق توصیف مربوطه هست یا نه.

 

در بسیاری از موارد، زبان روزمره برای ارائه اين توصيف دقت کافی را ندارد. لذا بسیاری از علوم برای رفع نیازهای خود زبان و واژگان اختصاصی خود را به وجود آورده­اند. این واژگان اختصاصی، از سویی استفاده از واژه‌های جدید را به همراه دارد که اغلب برای رفع نیازهای مشخص وضع می‌شوند یا از ریشه‌های یونانی و لاتینی گرفته می‌شوند. از سوی دیگر، استفاده از واژه‌های رایج با معنی‌های قراردادی و مقیدی را به همراه می­آورد تا هم بتواند جلو ابهام­های کاربرد همگانی را بگیرد و هم بتواند دلالت ویژه‌ای را در پی بیاورد، همچنین با استفاده از زبان­های اختصاصی علوم مختلف معمولا می‌توان بیان‌هایی ساخت که از بیان‌های زبان­های رایج به مراتب مختصرتر و فشرده­تر باشند. اينک به شرح هر کدام از روش­های علم می­پردازيم.

 

طبقه‌بندی

در کنار اختصار بیان، معمولا روش­هایی نیز برای سیستماتیک کردن یا طبقه‌بندی مطالب مورد بحث به کار می‌رود. بدون طبقه‌بندی، توصیف دقیق مثلا در باب مطالبی به پیچیدگی مباحث زیست شناسی، بسیار طولانی می‌شود، زیرا مجبوریم تک تک مثال‌ها را هر کدام به صورت یک مورد مجزا در نظر بگیریم. اختصار و ایجازی که مثلا با طبقه­بندی گیاهان به گونه‌هایی بر اساس ویژگی‌های خاص حاصل می‌شود، کاملا آشکار است. طبقه‌بندی یا هر روش سیستماتیک کردن دیگری، شاید ابتدایی­ترین، فراگیرترین و ضروری­ترین روش­ها در علم به شمار رود.

 

طبقه­بندی آزمانی آن نوع طبقه­بندی است که بدون تجدید نظرهای جدی، در موقعیت­های جدید و ناشناخته در حال حاضر نیز کاربرد داشته باشد، زیرا زیان‌های تجدید نظر دایم در نحوۀ طبقه­بندی در اثر ­کشف­های جدید، کاملا عیان است. البته در هر زمانی، به هنگامی که امر جدید هنوز ناشناخته باشد، بسط پذیری نحوۀ طبقه­بندی را فقط بر مبنای احتمال و در پرتو تجربۀ گذشته می‌توان ارزیابی کرد. میزان این احتمال را با ادراک نظری موضوع مورد طبقه­بندی می‌توان بسی افزایش داد.

 

باید گفت که هیچ طرح طبقه­بندی بدون انجام تحقیق نظری در باره آن، احتمال دوام در هیچ مدت زمانی را نخواهد داشت. این تحقیقات نظری دو منظور را برآورده می‌کنند: اول، تایید، تصدیق و تسجیل روش طبقه‌بندی و دوم، رفع نیاز دانشمندان در عرصۀ فهم و ادراک. اين دو ویژگی در فعالیت علمی تقریبا عمومی است. لازمه درست و دقیق بودن توصیفی که دانشمندان با کمک طرح طبقه­بندی و واژگان اختصاصی به آن دست می­یابند، این است که در هر مورد روش‌هایی برای وارسی صحت آن وجود داشته باشد. لزوم و امکان وارسی صحت و درستی، یکی از ویژگی‌های عام هر فعالیت علمی است و همین امکان است که تا حد زیادی روش‌های احتمالی و نیز موضوع علوم را کنترل می­کند.

 

تکرار

یکی از موثرترین روش‌های وارسی صحت و درستی، تکرار است. به تجربه می‌دانیم که موضوعات و حالاتی وجود دارند که تکرار می‌شوند. یکی از وظیفه‌های علم، فرموله کردن شرایطی است که در آن موقعیتی تکرار می­شود. دانشمندان اگر بتوانند شرایط لازم برای تکرار را برقرار کنند، می‌توانند با توجه به این که آیا به همان نتیجۀ قبلی می‌رسند یا نه، در بارۀ درستی توصیف یا مشاهدۀ قبلی تحقیق کنند.

 

بدین ترتیب، آن‌ها در برابر خطاهای احتمالی قبلی خود مصونیت بیشتری می‌یابند و اين احتمال که شرایط لازم برای تکرار درست بیان شده­اند را افزایش می‌دهند. اما دانشمندان هیچ‌گاه میان مشاهده از سویی و فرمول بندی شرایط مشاهده از سوی دیگر به استقلال کامل دست نمی‌یابند و در این میان همواره اندکی "گردش" وجود دارد. به نظر می‌رسد که این امر در تمام فعالیت‌های انسان ملازم گریز ناپذیر اوست.

 

نیاز به وارسی از طریق تکرار چنان اهمیت دارد که ماهیت امری را که مطابق عقل سلیم برای پژوهش علمی مناسب می‌نماید، سخت محدود می‌کند. اگر موقعیتی را نتوان به تکرار در آورد، آن موقعیت چندان یا هیچ جنبۀ علمی نخواهد داشت و هیچ یک از روش­های معمول علمی را نمی‌توان در مورد آن به کار گرفت. به این دلیل است که مثلا بخش عظیمی از فعالیت هنری بشر را نمی‌توان موضوع تحقیق علمی قرار داد. نیز به همین دلیل است که برای مقام علمی بخشیدن به "ادراک غیر حسی"، رغبت چندانی مشاهده نمی‌شود، هر چند که بسیاری از ابزارهای مفصل پژوهشگران عرصه "ادراک غیر حسی" در سایر فعالیت‌های علمی به کار می رود.

 

احتمال تکرار به معنی احتمال کنترل است، ولو آن­که چنین کنترلی در قلمرو امور آرمانی باشد نه در قلمرو امور حقیقی. مثلا نجوم یک فعالیت علمی به حساب می‌آید، هر چند که انسان‌ها هنوز بر رفتار اجرام آسمانی کنترل ندارند. در اینجا کنترل از نوع آرمانی شده‌ای است که با فهم مکانیک و فیزیک حاصل می‌شود. ضمنا لزومی ندارد که همۀ جزئیات یک موقعیت کنترل شود. در موقعیت‌هایی که در مکانیک موجی بررسی می­شوند، هیچ کنترل کاملی ممکن نیست، بلکه فقط کنترل آماری بر میانگین پدیده‌های معینی امکان­پذیر است.

 

توافق

روش دیگر وارسی یا تصدیق صحت یک مشاهده یا گزارش، توافق يا اتفاق نظر بین ناظران گوناگون است. در اینجا، کثرت مشاهدۀ اشخاص مختلف، با کثرت وقوع مکرر ملازمت دارد. مسئله اتفاق نظر میان ناظران مختلف بین عده‌ای چنان مهم است که غالبا آن را جزء تعریف خود علم می­دانند و گاه علم را به طور ناقص به صورت اتفاق نظر بین اشخاص صالح تعریف می‌کنند. باید پذیرفت که وقتی توافقی حاصل شده باشد، می‌توان تا حد زیادی مطمئن بود که در اثر غفلت و مسامحۀ شخصی اشتباه و خطایی صورت نگرفته‌است.

 

اما منطقا باید قبول کرد که هر کسی ممکن است اشتباه کند و در واقع مواردی نیز بوده که نظر عموم، حتی در رشته‌ای چون ریاضیات، مدت‌ها خطا بوده‌است. وانگهی، نمونه‌هایی از "خواب رفتگی" همگانی هم وجود داشته‌است. از دیدگاه فرد، توافق را می‌توان فقط وسیله‌ای برای افزایش احتمال عدم خطا یا وسیله‌ای برای کاهش لزوم تایید مفصل هر مورد مجزا و صرفه جویی در وقت و زحمات، تلقی کرد.

 

همچنین، هیچ‌گاه نمی‌توان پذیرش مرجعیت را به صورت روشی در هر فعالیت علمی تحمل کرد. هیچ گزارشی از مشاهدۀ تجربی یا استنتاج نظری، از لحاظ علمی قابل قبول نیست مگر این­که طوری ارائه شود که هر شخص صالحی بتواند آن را تکرار و تایید کند. به نظر می‌رسد که هیچ روشی اعم از علمی و غیره وجود نداشته باشد که با آن بتوان از مسئولیتی نهایی خلاص شد یا به قطعیت مطلق رسید. نیز به نظر می­رسد که هیچ روشی وجود نداشته باشد که با آن در تحلیل نهایی بتوان از ارجاع به موارد جداگانه اجتناب کرد. این امر، آرمان صوری علم در پرداختن صرف به جنبه‌های کلی، عام و قابل تکرار را پندارآمیز می‌نماید. در علم نیز همچون هر فعالیت دیگر بشر، دقت و قوت کامل منطقی قابل حصول نیست.

 

آزمایش

آزمایش، یکی از نیرومند‌‌ترین ابزارهای بسیاری از علوم، چه برای کشف امور جدید و چه برای فهم بیشتر امور فعلی است. آزمایش‌گران شرایط وقوع پدیده­ها را عمدا تغییر می‌دهند. به این طریق، فراوانی وقوع شرایط نادر اما بسیار مهم را افزایش داده و در نتیجه وقوع اموری مانند مطالعۀ ژنتیک توسط زیست شناسان را که در حالت طبیعی شاید نسل­ها طول بکشد در مدت زمان کوتاهی محقَق می‌سازند.

 

آزمایش‌گران شاید هم را شرایطی پدید ‌آورند که هرگز در طبیعت مشاهده نشده است، مانند هنگامی که فشارهایی معادل ده‌ها هزار آتمسفر در دماهای متعارف بر آب وارد می‌کنند و در می‌یابند که ماده در شرایط کاملا جدید چگونه رفتار می‌کند. از این جهت، آزمایش ابزار بسیار قدرتمندی در کسب فهم به شمار می‌آید، زیرا فهمیدن را در موقعیتی فیزیکی فقط در صورتی می‌توان کافی دانست که بتوان آنچه را در هر محدودۀ متصوری از شرایط وقوع خواهد یافت به درستی پیش بینی کرد، خواه این شرایط متصور به صورت طبیعی فراهم شود و خواه به صورت مصنوعی و در آزمایشگاه.

 

آزمایش‌گران در ابتدا معمولا عوامل مختلفی را که تصور می­رود بر پدیده­ای موثر باشند تفکیک کرده و اثر تغییر این عوامل را مستقل از یکدیگر مطالعه می‌‎کنند. مفهومی که آن‌ها از عوامل مهم در نظر دارند، غالبا تحت تاثیر ادراک نظری آنان قرار دارد و غالبا آزمایش و نظریه دست در دست هم پیش می‌روند و یکی دیگری را القا، تعدیل و تعیین می‌کند.

 

علت و معلول

در علم جدید، تحلیل نظری (که از تفکیک عواملی که به طور آزمایشی تغییر می‌کنند، شروع می‌شود) در بیشتر حالات بر اساس قانون علت و معلول صورت می‌گیرد. کشف این­که قانون علت و معلول تقریبا در همۀ تجربه‌ها عمل می‌کند و اعتقاد به این­که فرض آن حتی در جایی که هنوز آشکار نشده باشد به کار می‌آید، شاید مهمترین امری است که علم پس از گالیله را از علم پیش از گالیله متمایز می­کند. بدون این قانون، تکامل روش آزمایش عملا
ناممکن می­بود. با وجود این، به همین سادگی‌ها نمی‌توان گفت که علم محکوم است فرض کند که قانون علیتی وجود دارد یا کلا مقرراتی وجود دارد که پدیده‌های طبیعی را کنترل می‌کند.

 

شاید علم کشف کند که چه مقرراتی وجود دارد، اما از این تز تبعیت نمی‌کند که لزوما مقرراتی وجود دارد. یکی از مهمترین وظایف نظریۀ کوانتومی پیدا کردن طرز کار و نحوۀ عملی است که بگوید مقررات در کار طبیعت آن جنبۀ  قاهری را که قبلا تصور می­شد، ندارد. کشف مقررات و قوانین احتمالا مهمترین کار در آزمایش است، اما تنها کار آن نیست. از آزمایش می‌توان به عنوان ابزار ساده‌ای برای پویش قلمروهای جدید و تعیین و تشخیص امور بدون هر گونه انتظاری از صورت آیندۀ آن­ها بهره گرفت و ادراک نظری را تا انباشت حقایق کافی، برای این­که نظریه پردازی‌ها سودمند از کار درآیند، به تعویق انداخت.

 

اندازه‌گیری

در بسیاری از علوم، از اندازه‌گیری کمّی استفاده می‌شود. در واقع، امکان اندازه گیری به یکی از رایج‌ترین تقسیم­بندی‌های علوم می‌انجامد. از اين نظر، علوم را می‌توان به علوم دقیقه و کمّی و علوم کیفی تقسیم کرد. اساسا اندازه‌گیری به معنی توصیف با استفاده از اعداد است؛ اما هر استفاده‌ای از اعداد به قصد توصیف نیز لزوما اندازه­گیری به شمار نمی‌رود. مثلا افراد یک تیم فوتبال را می‌توان نه با اسامی بلکه با شمارۀ لباس ورزشی آن‌ها مشخص کرد.

 

اعدادی که جنبه‌ای از یک موقعیت یا شيئی را اندازه می‌گیرند، با انجام عملیاتی به دست می‌آیند. عددی که با شمارش تعداد مترها بر یک شيئی به دست می­آید، طول آن شيئی را نشان می‌دهد و عددی که عقربۀ یک ترازوی فنری در آن ثابت می‌ماند، وزن شيئی را که بر کفۀ ترازو قرار دارد، نشان می‌دهد.

 

اعمالی که اندازه‌گیری اعداد با آن انجام می‌شود در بیشتر موارد مستلزم استفاده از ابزارهایی است. مثلا در مورد طول از متر و در مورد وزن از ترازو استفاده می‌شود. طراحی و استفادۀ سیستماتیک از ابزار‌ها، یکی از ویژگی‌های روش پیشرفتۀ علمی است. عددی که با عمل اندازه‌گیری به دست می‌آید همواره تا حدی در معرض عدم قطعیت یا خطا قرار دارد. مقدار چنین خطایی را با تدابیری چون تکرار، یا بهبود طراحی ابزار، می‌توان کاهش داد اما خطا را کلا نمی‌توان از بین برد.

 

اعدادی را که با اندازه‌گیری به دست می­آیند، می­توان تحلیل ریاضی کرد و بدين ترتيب می‌توان قواعدی ریاضی را که نشان دهندۀ عمل قوانین مختلف طبیعت هستند، کشف کرد و مبنای ادراک نظری قرار داد. آرمان هر علمی آن است که قادر به تحلیل ریاضی باشد و هر علمی هر قدر متکامل­تر باشد، بیشتر مستعد چنین تحلیلی است. از این دیدگاه، فیزیک متکامل­ترین علوم به شمار می‌رود.

 

اعمالی که اندازه­ها­ با استفاده از آن‌ها به دست می‌آیند، معمولا عمومیت کامل ندارند، بلکه لااقل در علوم متکامل­تر تابع محدودیت­های مهمی‌ هستند. مثلا طول یک شيئی را می‌توان بر حسب سانتیمتر یا متر اندازه گرفت و چون هر متر 100 سانتیمتر است، عدد طول بر حسب متر یک صدم عدد طول بر حسب سانتیمتر است. سیستم‌های اندازه‌گیری که خاصه‌هایی از این نوع دارند در معرض محدودیت­هایی هستند.

 

لذا به صرف آگاهی از امکان­پذیری چنین سیستم­هایی­، می‌توان بیان­هایی کلی به دست داد. از اینجاست که روش تحلیل ابعادی، که یکی از قدرتمندترین روش­های علمی است، حاصل می­شود. با استفاده از تحلیل ابعادی، می‌توان مثلا پیش­بینی کرد که دورۀ تناوب آونگ با ریشۀ دوم طول آن نسبت  مستقیم دارد و به تحلیل مفصل ریاضی یا تحقیق تجربی آن نیازی نیست.

 

داستانی از کتاب تحقیق ماللهند، اثر ابوریحان بیرونی

سپیده دم، مردی با شاگردان خود برای انجام دادن کاری به صحرا می‌رود. در بین راه ناگهان در برابر دیدگان آنان شبحی که راست ایستاده است، ظاهر می‌شود. چون هوا هنوز تاریک است آنان نمی‌توانند به طبیعت آن چیز پی‌ببرند. مرد سرش را به سوی شاگردان خود بر می‌گرداند و یکی پس از دیگری از آنان می‌پرسد که آن شبح چیست؟ اولی می‌گوید که من نمی‌دانم. دومی می‌گوید که من نمی‌دانم و برای شناسایی آن، هیچ­گونه وسیله‌ای ندارم. سومی می‌گوید که تحقیق در این مورد فایده‌ای ندارد، زیرا طلوع آفتاب هویت آن را برای ما روشن می‌کند. اگر آنچه‌ ما می‌بینیم موجودی وحشت انگیز است، وقتی که آفتاب کاملا برآمد ناپدید می‌شود و اگر هم چیز دیگری است چشمان ما می‌تواند طبیعت آن را به‌ وضوح تشخیص دهد.

 

تا اینجا برای هیچ­کدام از آن سه نفر تحصیل علم میسر نشده است. برای نفر اول، از آن روی که آدم نادانی است، برای نفر دوم، از آن جهت که دستش خالی است و برای تحصیل علم هیچ‌گونه وسیله ندارد و برای نفر سوم، بدان سبب که آدم کاهلی است و از جهالت و نادانی خود راضی می‌نماید. ولی نفر چهارم ابتدا پاسخی نمی‌دهد بلکه رو‌‌بروی آن شبح راست می‌ایستد و فکر می‌کند که یک انسان زنده که از آزادی اراده کامل برخوردار است نمی‌تواند در این مکان سرپا بایستد و چنین تودۀ انبوده و درهم و برهمی بالای سر او تشکیل شود. او بی­درنگ در می‌یابد که شبحی که جلو چشمان آن‌ها ظاهر شده است یک چیز بی­جان و بی روح است. به علاوه او نمی‌تواند مطمئن باشد که آنچه می­بیند جایی است که در آن مقداری کود پنهان کرده‌اند.

 

سپس به سوی آن حرکت می‌کند. وقتی که بدان نزدیک می‌شود می‌بیند که آن شبح یک کدو تنبل است که تودۀ  انبوه و در هم و برهمی از یک شيئی نامعلوم روی آن قرار دارد. از این رو کاملا بدان نزدیک می‌شود و با پای خود بدان ضربه می­زند تا زمانی که آن چیز به زمین بیفتد. وقتی که دیگر هیچ­گونه تردیدی برای او باقی نماند، به سوی استاد خود باز می‌گردد و گزارش صحیح را به او می‌دهد.

 

منبع: آرشيو دوره­های قديمی مجله دانشمند به مدير مسئولی و سردبيری علی ميرزايی