La méthode scientifique est une méthode empirique d’acquisition de connaissances qui a caractérisé le développement de la science depuis au moins le XVIIe siècle (avec des praticiens notables au cours des siècles précédents). Cela implique une observation attentive , en appliquant un scepticisme rigoureux sur ce qui est observé, étant donné que les hypothèses cognitives peuvent déformer la façon dont on interprète l’ observation . Il s’agit de formuler des hypothèses , par induction , à partir de telles Observations ; tests de déductions expérimentaux et basés sur des mesurestiré des hypothèses; et le raffinement (ou l’élimination) des hypothèses basées sur les résultats expérimentaux. Ce sont là des principes de la méthode scientifique, par opposition à une série définitive d’étapes applicables à toutes les entreprises scientifiques. [1] [2] [3]
Bien que les procédures varient d’un domaine d’enquête à l’autre, le processus sous-jacent est souvent le même d’un domaine à l’autre. Le processus de la méthode scientifique consiste à faire des conjectures (explications hypothétiques), à tirer des prédictions des hypothèses en tant que conséquences logiques, puis à effectuer des expériences ou des Observations empiriques basées sur ces prédictions. [a] [4] Une hypothèse est une conjecture, basée sur les connaissances obtenues en cherchant des réponses à la question. L’hypothèse peut être très spécifique ou elle peut être large. Les scientifiques testent ensuite des hypothèses en menant des expériences ou des études. Une hypothèse scientifique doit être réfutable, ce qui implique qu’il est possible d’identifier un résultat possible d’une expérience ou d’une observation qui entre en conflit avec les prédictions déduites de l’hypothèse ; sinon, l’hypothèse ne peut pas être testée de manière significative. [5]
Le but d’une expérience est de déterminer si les Observations [A] [a] [b] sont en accord ou en conflit avec les attentes déduites d’une hypothèse. [6] : Livre I, [6.54] pp.372, 408 [b] Les expériences peuvent avoir lieu n’importe où, depuis un garage jusqu’au sommet d’une montagne éloignée jusqu’au Grand collisionneur de hadrons du CERN . Il y a cependant des difficultés dans un énoncé de méthode fondé sur une formule. Bien que la méthode scientifique soit souvent présentée comme une séquence fixe d’étapes, elle représente plutôt un ensemble de principes généraux. [7] Toutes les étapes n’ont pas lieu dans chaque enquête scientifique (ni au même degré), et elles ne sont pas toujours dans le même ordre. [8][9]
Histoire
Des débats importants dans l’histoire des sciences concernent le scepticisme selon lequel tout peut être connu avec certitude (comme les vues de Francisco Sanches ), le rationalisme (notamment tel que préconisé par René Descartes ), l’ inductivisme , l’ empirisme (tel que défendu par Francis Bacon , puis s’élevant à des avec Isaac Newton et ses disciples), et l’Hypothético-déductivisme , qui s’est imposé au début du 19ème siècle.
Le terme “méthode scientifique” est apparu au 19ème siècle, lorsqu’un développement institutionnel important de la science avait lieu et que des terminologies établissant des frontières claires entre la science et la non-science, telles que “scientifique” et “pseudoscience”, sont apparues. [16] Tout au long des années 1830 et 1850, époque à laquelle le baconianisme était populaire, des naturalistes comme William Whewell, John Herschel, John Stuart Mill se sont engagés dans des débats sur “l’induction” et les “faits” et se sont concentrés sur la manière de générer des connaissances. [16] À la fin du 19e et au début du 20e siècle, un débat sur le réalisme contre l’ Antiréalisme a été mené alors que de puissantes théories scientifiques s’étendaient au-delà du domaine de l’observable.
Résolution de problèmes par la méthode scientifique
Voir la section Notes § Résolution de problèmes par la méthode scientifique
Le terme «méthode scientifique» est devenu d’usage courant au XXe siècle; Le livre de Dewey de 1910 , How We Think , a inspiré des directives populaires , [18] apparaissant dans les dictionnaires et les manuels scientifiques, bien qu’il y ait eu peu de consensus sur sa signification. [16] Bien qu’il y ait eu une croissance au milieu du XXe siècle, dans les années 1960 et 1970, de nombreux Philosophes des sciences influents tels que Thomas Kuhn et Paul Feyerabend avaient remis en question l’universalité de la «méthode scientifique» et, ce faisant, avaient largement remplacé la notion de la science comme méthode homogène et universelle avec celle d’une pratique hétérogène et locale. [16]En particulier,Paul Feyerabend, dans la première édition de 1975 de son livre Against Method , s’est opposé à l’existence de règles universelles de la science ; [17] Popper 1963, [19] Gauch 2003, [7] et Tow 2010 [20] sont en désaccord avec l’affirmation de Feyerabend ; les résolveurs de problèmes et les chercheurs doivent être prudents avec leurs ressources pendant leur enquête. [B] [c]
Les positions ultérieures incluent l’essai de 2013 du physicien Lee Smolin “Il n’y a pas de méthode scientifique”, [26] dans lequel il épouse deux principes éthiques , [e] et le chapitre de l’ historien des sciences Daniel Thurs dans le livre de 2015 Newton’s Apple and Other Myths about Science , qui a conclu que la méthode scientifique est un mythe ou, au mieux, une idéalisation. [27] Comme les mythes sont des croyances, [28] ils sont sujets à l’ Erreur narrative comme le souligne Taleb. [29] Les philosophes Robert Nola et Howard Sankey, dans leur livre de 2007Theories of Scientific Method , a déclaré que les débats sur la méthode scientifique se poursuivaient et a soutenu que Feyerabend, malgré le titre de Against Method , acceptait certaines règles de méthode et tentait de justifier ces règles avec une méta méthodologie. [30] Staddon (2017) soutient que c’est une erreur d’essayer de suivre des règles en l’absence d’une méthode scientifique algorithmique ; dans ce cas, “la science est mieux comprise à travers des exemples”. [f] Mais des méthodes algorithmiques, telles que la réfutation de la théorie existante par l’expérience, ont été utilisées depuis Alhacen (1027) Book of Optics , [b] et Galileo (1638) Two New Sciences , [32] et The Assayer[33] sont toujours debout comme méthode scientifique. Ils contredisent la position de Feyerabend. [C] [D]
L’élément omniprésent dans la méthode scientifique est l’ empirisme . Cela s’oppose aux formes rigoureuses du rationalisme : la méthode scientifique incarne la position selon laquelle la raison seule ne peut pas résoudre un problème scientifique particulier. Une formulation forte de la méthode scientifique ne s’aligne pas toujours sur une forme d’ empirisme où les données empiriques sont mises en avant sous forme d’expérience ou d’autres formes abstraites de connaissance ; dans la pratique scientifique actuelle , cependant, l’utilisation de la modélisation scientifique et le recours à des typologies et théories abstraites sont normalement acceptés. La méthode scientifique réfute les affirmations selon lesquelles la révélation , le dogme politique ou religieux, les appels à la tradition, les croyances communément admises, le bon sens ou les théories courantes constituent le seul moyen possible de démontrer la vérité. [36] [21] [20]
Différentes premières expressions de l’empirisme et de la méthode scientifique peuvent être trouvées à travers l’histoire, par exemple avec les anciens Stoïciens , Épicure , [37] Alhazen , [E] Avicenne , Roger Bacon et Guillaume d’Ockham . À partir du XVIe siècle, des expériences ont été préconisées par Francis Bacon , et réalisées par Giambattista della Porta , [38] Johannes Kepler , [39] [i] et Galileo Galilei . [j] Il y a eu un développement particulier aidé par les travaux théoriques de Francisco Sanches, [40] John Locke , George Berkeley et David Hume .
Un voyage en mer de l’Amérique à l’Europe offrit à CS Peirce le recul nécessaire pour clarifier ses idées , [F] aboutissant progressivement au modèle hypothético-déductif . [41] Formulé au XXe siècle, le modèle a subi une révision importante depuis sa première proposition (pour une discussion plus formelle, voir § Éléments de la méthode scientifique ).
Aperçu
La méthode scientifique est le processus par lequel la science est réalisée. [42] Comme dans d’autres domaines d’enquête, la science (par la méthode scientifique) peut s’appuyer sur des connaissances antérieures et développer une compréhension plus sophistiquée de ses sujets d’étude au fil du temps. [k] [44] [45] [46] [47] [48] [49] Ce modèle peut être considéré comme étant à la base de la Révolution scientifique . [50]
Processus
Le processus global consiste à faire des conjectures ( hypothèses ), à en tirer des prédictions en tant que conséquences logiques, puis à effectuer des expériences basées sur ces prédictions pour déterminer si la conjecture d’origine était correcte. [4] Il y a cependant des difficultés dans un énoncé de méthode fondé sur une formule. Bien que la méthode scientifique soit souvent présentée comme une séquence fixe d’étapes, ces actions sont plutôt considérées comme des principes généraux. [8] Toutes les étapes n’ont pas lieu dans chaque enquête scientifique (ni au même degré), et elles ne sont pas toujours effectuées dans le même ordre. Comme l’a noté le scientifique et philosophe William Whewell (1794–1866), “l’invention, la sagacité, [et] le génie” [9]sont nécessaires à chaque étape.
Formulation d’une question
La question peut faire référence à l’explication d’une observation spécifique , [A] comme dans “Pourquoi le ciel est-il bleu ?” mais peut aussi être ouvert, comme dans “Comment puis-je concevoir un médicament pour guérir cette maladie particulière?” Cette étape implique souvent de trouver et d’évaluer des preuves issues d’expériences antérieures, d’Observations ou d’affirmations scientifiques personnelles, ainsi que du travail d’autres scientifiques. Si la réponse est déjà connue, une question différente qui s’appuie sur les preuves peut être posée. Lors de l’application de la méthode scientifique à la recherche, il peut être très difficile de déterminer une bonne question et cela affectera le résultat de l’enquête. [51]
Hypothèse
Une hypothèse est une conjecture, basée sur les connaissances obtenues lors de la formulation de la question, qui peut expliquer un comportement donné. L’hypothèse pourrait être très spécifique; par exemple, le principe d’équivalence d’Einstein ou “l’ADN fait que l’ARN fait la protéine” de Francis Crick , [l] ou il pourrait être large; par exemple, “des espèces de vie inconnues habitent les profondeurs inexplorées des océans”. Voir § Développement d’hypothèses
Une hypothèse statistique est une conjecture sur une population statistique donnée . Par exemple, la population peut être constituée de personnes atteintes d’une maladie particulière . Une conjecture pourrait être qu’un nouveau médicament guérira la maladie chez certaines personnes de cette population, comme dans un essai clinique du médicament. [52] Une hypothèse nulle supposerait que l’hypothèse statistique est fausse ; par exemple, que le nouveau médicament ne fait rien, et que toute guérison dans la population serait causée par le hasard (une variable aléatoire ).
Une alternative à l’hypothèse nulle , pour être Falsifiable , doit dire qu’un programme de traitement avec le médicament fait mieux que le hasard. Pour tester l’affirmation selon laquelle un programme de traitement avec le médicament fait mieux que le hasard , une expérience est conçue dans laquelle une partie de la population(le groupe témoin), doit être laissé sans traitement, tandis qu’une autre partie distincte de la population doit être traitée. [53] Les tests t pourraient alors spécifier la taille des groupes traités et la taille des groupes de contrôle, afin de déduire si un traitement de la population a abouti à la guérison de certains d’entre eux, dans chacun d’entre eux. les groupes. [m] Les groupes sont examinés, à tour de rôle par les chercheurs, dans un protocole . [n]
L’inférence forte pourrait alternativement proposer de multiples hypothèses alternatives incarnées dans des essais contrôlés randomisés , traitements A, B, C, …, (disons dans une expérience en aveugle avec des dosages variables, ou avec des changements de mode de vie, etc.) afin de ne pas introduire de confirmation biais en faveur d’un traitement spécifique. [55] Des considérations éthiques pourraient être utilisées pour minimiser les nombres dans les groupes non traités, par exemple, utiliser presque tous les traitements dans chaque groupe, mais en excluant A, B, C, …, respectivement comme témoins. [o] [p]
Prédiction
L’étape de prédiction déduit les conséquences logiques de l’hypothèse avant que le résultat ne soit connu . Ces prédictions sont des attentes pour les résultats des tests. Si le résultat est déjà connu, c’est une preuve qui est prête à être considérée dans l’acceptation ou le rejet de l’hypothèse. La preuve est également plus solide si le résultat réel du test prédictif n’est pas déjà connu, car la falsification du test peut être exclue, tout comme le biais rétrospectif (voir postdiction ). Idéalement, la prédiction doit également distinguer l’hypothèse des alternatives probables; si deux hypothèses font la même prédiction, observer que la prédiction est correcte n’est pas une preuve de l’une par rapport à l’autre. (Ces déclarations sur la force relative des preuvespeut être dérivée mathématiquement à l’aide du Théorème de Bayes ). [q]
La conséquence doit donc être énoncée en même temps ou brièvement après l’énoncé de l’hypothèse, mais avant que le résultat expérimental ne soit connu.
De même, le protocole de test est à préciser avant l’exécution du test. Ces exigences deviennent des précautions contre la falsification et contribuent à la reproductibilité de l’expérience.
Essai
Les tests appropriés [23] [22] d’une hypothèse comparent les valeurs attendues des tests de cette hypothèse avec les résultats réels de ces tests. Les scientifiques (et d’autres personnes) peuvent alors sécuriser ou rejeter leurs hypothèses en menant des expériences appropriées .
Une analyse
Une analyse détermine, à partir des résultats de l’expérimentation, les prochaines actions à mener. Les valeurs attendues du test de l’hypothèse alternative sont comparées aux valeurs attendues résultant de l’hypothèse nulle (c’est-à-dire une prédiction d’absence de différence dans le statu quo ). La différence entre attendu et réel indique quelle hypothèse explique le mieux les données résultant de l’expérience. Dans les cas où une expérience est répétée plusieurs fois, une analyse statistique telle qu’un test du chi carré pour déterminer si l’hypothèse nulle est vraie peut être nécessaire.
Les preuves d’autres scientifiques et de l’expérience sont disponibles pour être incorporées à n’importe quelle étape du processus . Selon la complexité de l’expérience, une itération du processus peut être nécessaire pour recueillir suffisamment de preuves pour répondre à la question avec confiance, ou pour élaborer d’autres réponses à des questions très spécifiques, afin de répondre à une seule question plus large.
Lorsque la preuve a falsifié l’hypothèse alternative, une nouvelle hypothèse est requise; si les preuves ne justifient pas de manière concluante le rejet de l’hypothèse alternative, d’autres prédictions de l’hypothèse alternative pourraient être envisagées. Des considérations pragmatiques, telles que les ressources disponibles pour poursuivre l’enquête, pourraient guider la suite de l’enquête. [B] Lorsque les preuves d’une hypothèse appuient fortement cette hypothèse, d’autres questions peuvent suivre, pour mieux comprendre l’enquête plus large à l’étude.
Exemple d’ADN
- Question : Des recherches antérieures sur l’ADN avaient déterminé sa composition chimique (les quatre nucléotides ), la structure de chaque nucléotide individuel et d’autres propriétés. L’ADN avait été identifié comme porteur de l’information génétique par l’ expérience Avery-MacLeod-McCarty en 1944, [56] mais le mécanisme de stockage de l’information génétique dans l’ADN n’était pas clair. [57]
- Hypothèse : Linus Pauling , Francis Crick et James D. Watson ont émis l’hypothèse que l’ADN avait une structure hélicoïdale. [58]
- Prédiction : Si l’ADN avait une structure hélicoïdale, son diagramme de Diffraction des rayons X serait en forme de X. [59] [60] Cette prédiction a été déterminée en utilisant les mathématiques de la transformée en hélice, qui avaient été dérivées par Cochran, Crick et Vand [61] (et indépendamment par Stokes). Cette prédiction était une construction mathématique, complètement indépendante du problème biologique en question.
- Expérience : Rosalind Franklin a utilisé de l’ADN pur pour effectuer une Diffraction des rayons X afin de produire la photo 51 . Les résultats ont montré une forme en X.
- Analyse : Lorsque Watson a vu le diagramme de diffraction détaillé, il l’a immédiatement reconnu comme une hélice. [24] [62] [c] Lui et Crick ont ensuite produit leur modèle, en utilisant ces informations avec les informations précédemment connues sur la composition de l’ADN, en particulier les règles d’appariement de bases de Chargaff. [25]
La découverte est devenue le point de départ de nombreuses autres études impliquant le matériel génétique, comme le domaine de la génétique moléculaire , et elle a reçu le prix Nobel en 1962. Chaque étape de l’exemple est examinée plus en détail plus loin dans l’article.
Autres composants
La méthode scientifique comprend également d’autres composants requis même lorsque toutes les itérations des étapes ci-dessus ont été réalisées : [32]
Réplication
Si une expérience ne peut pas être répétée pour produire les mêmes résultats, cela implique que les résultats originaux pourraient avoir été erronés. En conséquence, il est courant qu’une seule expérience soit effectuée plusieurs fois, en particulier lorsqu’il existe des variables non contrôlées ou d’autres indications d’ erreur expérimentale . Pour des résultats significatifs ou surprenants, d’autres scientifiques peuvent également tenter de reproduire les résultats pour eux-mêmes, en particulier si ces résultats seraient importants pour leur propre travail. [63] La réplication est devenue une question controversée dans les sciences sociales et biomédicales où les traitements sont administrés à des groupes d’individus. Généralement, un groupe expérimental reçoit le traitement, comme un médicament, et le groupe témoinobtient un placebo. John Ioannidis en 2005 a souligné que la méthode utilisée a conduit à de nombreuses découvertes qui ne peuvent pas être reproduites. [64]
Examen externe
Le processus d’ examen par les pairs implique l’évaluation de l’expérience par des experts, qui donnent généralement leur avis de manière anonyme. Certaines revues demandent à l’expérimentateur de fournir des listes de pairs examinateurs possibles, surtout si le domaine est hautement spécialisé. L’examen par les pairs ne certifie pas l’exactitude des résultats, mais seulement que, de l’avis de l’examinateur, les expériences elles-mêmes étaient valables (sur la base de la description fournie par l’expérimentateur). Si le travail passe l’examen par les pairs, ce qui peut parfois nécessiter de nouvelles expériences demandées par les examinateurs, il sera publié dans une revue scientifique à comité de lecture . La revue spécifique qui publie les résultats indique la qualité perçue du travail. [r]
Enregistrement et partage de données
Les scientifiques sont généralement prudents dans l’enregistrement de leurs données, une exigence promue par Ludwik Fleck (1896-1961) et d’autres. [65] Bien que cela ne soit généralement pas obligatoire, il peut leur être demandé de fournir ces données à d’autres scientifiques qui souhaitent reproduire leurs résultats originaux (ou des parties de leurs résultats originaux), s’étendant au partage de tout échantillon expérimental difficile à obtenir. [66] Voir §Communication et communauté .
Instrumentation Voir communauté scientifique , grande science .
Les chercheurs institutionnels pourraient acquérir un instrument pour institutionnaliser leurs tests. Ces instruments utiliseraient des Observations du monde réel, qui pourraient être en accord avec, ou peut-être en conflit avec, leurs prédictions déduites de leur hypothèse . Ces institutions réduisent ainsi la fonction de recherche à un rapport coût/bénéfice [67] qui s’exprime en argent, en temps et en attention des chercheurs à consacrer [67] en échange d’un rapport à leurs mandants. [68]
Les grands instruments actuels, tels que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN [69] ou LIGO , [70] ou le National Ignition Facility (NIF), [71] ou la Station spatiale internationale (ISS), [72] ou le James Le télescope spatial Webb (JWST), [73] [74] implique des coûts prévus de milliards de dollars et des délais s’étendant sur des décennies. Ces types d’institutions affectent les politiques publiques, sur une base nationale ou même internationale, et les chercheurs auraient besoin d’un accès partagé à ces machines et à leur infrastructure complémentaire . [s] [75] Voir Théorie du contrôle perceptif , § Feedback en boucle ouverte et en boucle fermée
Éléments de la méthode scientifique
Il existe différentes manières de décrire la méthode de base utilisée pour la recherche scientifique. La communauté scientifique et les Philosophes des sciences s’accordent généralement sur la classification suivante des composants de la méthode. Ces éléments méthodologiques et l’organisation des procédures tendent à être plus caractéristiques des sciences expérimentales que des sciences sociales . Néanmoins, le cycle de formulation d’hypothèses, de test et d’analyse des résultats et de formulation de nouvelles hypothèses ressemblera au cycle décrit ci-dessous.
La méthode scientifique est un processus itératif et cyclique par lequel l’information est continuellement révisée. [76] [77] Il est généralement reconnu de développer des avancées dans les connaissances à travers les éléments suivants, dans des combinaisons ou des contributions variables : [45] [48]
- Caractérisations (Observations, définitions et mesures du sujet d’enquête)
- Hypothèses (explications théoriques, hypothétiques des Observations et Des mesures du sujet)
- Prédictions (raisonnement inductif et déductif à partir de l’hypothèse ou de la théorie)
- Expériences (tests de tout ce qui précède)
Chaque élément de la méthode scientifique est soumis à un examen par les pairs pour détecter d’éventuelles erreurs. Ces activités ne décrivent pas tout ce que font les scientifiques, mais s’appliquent principalement aux sciences expérimentales (par exemple, la physique, la chimie, la biologie et la psychologie). Les éléments ci-dessus sont souvent enseignés dans le système éducatif en tant que “méthode scientifique”. [UN]
La méthode scientifique n’est pas une recette unique : elle demande intelligence, imagination et créativité. [78] En ce sens, il ne s’agit pas d’un ensemble insensé de normes et de procédures à suivre, mais plutôt d’un cycle continu , développant constamment des modèles et des méthodes plus utiles, précis et complets. Par exemple, lorsqu’Einstein a développé les théories restreinte et générale de la relativité, il n’a en aucun cas réfuté ou écarté les Principia de Newton.. Au contraire, si l’astronomiquement massif, le léger comme une plume et l’extrêmement rapide sont retirés des théories d’Einstein – tous des phénomènes que Newton n’aurait pas pu observer – les équations de Newton sont ce qui reste. Les théories d’Einstein sont des extensions et des raffinements des théories de Newton et, par conséquent, augmentent la confiance dans le travail de Newton.
Un schéma itératif [77] pragmatique [36] des quatre points ci-dessus est parfois proposé comme ligne directrice pour procéder : [79]
- Définir une question
- Recueillir des informations et des ressources (observer)
- Formuler une hypothèse explicative
- Tester l’hypothèse en réalisant une expérience et en collectant des données de manière reproductible
- Analyser les données
- Interpréter les données et tirer des conclusions qui servent de point de départ à une nouvelle hypothèse
- Publier les résultats
- Retester (souvent effectué par d’autres scientifiques)
Le cycle itératif inhérent à cette méthode étape par étape va du point 3 au point 6 pour revenir au point 3.
Alors que ce schéma décrit une hypothèse / méthode de test typique, [80] de nombreux philosophes, historiens et sociologues des sciences, y compris Paul Feyerabend , [t] affirment que de telles descriptions de la méthode scientifique ont peu de rapport avec la manière dont la science est réellement pratiquée.
Caractérisations
La méthode scientifique repose sur des caractérisations de plus en plus sophistiquées des sujets d’investigation. (Les sujets peuvent aussi être appelés problèmes non résolus ou les inconnues .) [A] Par exemple, Benjamin Franklin a conjecturé, correctement, que le feu de Saint-Elme était de nature Électrique , mais il a fallu une longue série d’expériences et de changements théoriques pour établir cette. Tout en recherchant les propriétés pertinentes des sujets, une réflexion approfondie peut également entraîner certaines définitions et Observations ; les Observations exigent souvent Des mesures minutieuseset/ou compter.
La collecte systématique et minutieuse de mesures ou de comptages de quantités pertinentes est souvent la différence essentielle entre les pseudo-sciences , telles que l’alchimie, et les sciences, telles que la chimie ou la biologie. Les mesures scientifiques sont généralement tabulées, représentées graphiquement ou cartographiées, et des manipulations statistiques, telles que la corrélation et la régression , sont effectuées sur celles-ci. Les mesures peuvent être effectuées dans un environnement contrôlé, tel qu’un laboratoire, ou effectuées sur des objets plus ou moins inaccessibles ou inmanipulables tels que des étoiles ou des populations humaines. Les mesures nécessitent souvent des instruments scientifiques spécialisés tels que des thermomètres , des spectroscopes , des accélérateurs de particules ., ou voltmètres , et le progrès d’un domaine scientifique est généralement intimement lié à son invention et à son amélioration.
Je n’ai pas l’habitude de dire quoi que ce soit avec certitude après seulement une ou deux Observations.
— André Vésale , (1546) [82]
Incertitude
Les mesures dans les travaux scientifiques sont également généralement accompagnées d’estimations de leur incertitude . [67] L’incertitude est souvent estimée en effectuant Des mesures répétées de la quantité souhaitée. Les incertitudes peuvent également être calculées en tenant compte des incertitudes des quantités sous-jacentes individuelles utilisées. Le nombre de choses, telles que le nombre d’habitants d’un pays à un moment donné, peut également comporter une incertitude en raison des limites de la collecte de données. Ou les décomptes peuvent représenter un échantillon de quantités souhaitées, avec une incertitude qui dépend de la méthode d’échantillonnage utilisée et du nombre d’échantillons prélevés.
Définition
Les mesures exigent l’utilisation de définitions opérationnelles des grandeurs pertinentes. Autrement dit, une quantité scientifique est décrite ou définie par la façon dont elle est mesurée, par opposition à une définition plus vague, inexacte ou “idéalisée”. Par exemple, le courant Électrique , mesuré en ampères, peut être défini de manière opérationnelle en termes de masse d’argent déposée en un certain temps sur une électrode dans un dispositif électrochimique qui est décrit en détail. La définition opérationnelle d’une chose repose souvent sur des comparaisons avec des étalons : la définition opérationnelle de la “masse” repose finalement sur l’utilisation d’un artefact, tel qu’un kilogramme particulier de platine-iridium conservé dans un laboratoire en France.
La définition scientifique d’un terme diffère parfois considérablement de son utilisation en langage naturel . Par exemple, la masse et le poids se chevauchent dans le sens du discours commun, mais ont des significations distinctes en mécanique . Les quantités scientifiques sont souvent caractérisées par leurs Unités de mesure qui peuvent ensuite être décrites en termes d’unités physiques conventionnelles lors de la communication du travail.
De nouvelles théories sont parfois développées après s’être rendu compte que certains termes n’avaient pas été suffisamment clairement définis auparavant. Par exemple, le premier article d’ Albert Einstein sur la relativité commence par définir la simultanéité et les moyens de déterminer la longueur . Ces idées ont été ignorées par Isaac Newton avec, “Je ne définis pas le temps , l’espace, le lieu et le mouvement , comme étant bien connus de tous.” L’article d’Einstein démontre ensuite qu’ils (c’est-à-dire le temps absolu et la longueur indépendants du mouvement) étaient des approximations. François Cricknous avertit que lors de la caractérisation d’un sujet, cependant, il peut être prématuré de définir quelque chose quand il reste mal compris. [83] Dans l’étude de Crick sur la conscience , il a en fait trouvé plus facile d’étudier la conscience dans le système visuel , plutôt que d’étudier le libre arbitre , par exemple. Son exemple de mise en garde était le gène ; le gène était beaucoup plus mal compris avant la découverte pionnière de Watson et Crick sur la structure de l’ADN ; il aurait été contre-productif de passer beaucoup de temps sur la définition du gène, devant eux.
Caractérisations ADN
L’ histoire de la découverte de la structure de l’ADN est un exemple classique des éléments de la méthode scientifique : en 1950 on savait que L’héritage génétique avait une description mathématique, à commencer par les études de Gregor Mendel , et que l’ADN contenait des informations génétiques ( principe de transformation d’Oswald Avery ). [56] Mais le mécanisme de stockage de l’information génétique (c’est-à-dire les gènes) dans l’ADN n’était pas clair. Des chercheurs du laboratoire de Bragg à l’Université de Cambridge ont réalisé des images de Diffraction des rayons X de diverses molécules , en commençant par des cristaux desel , et passant à des substances plus compliquées. À l’aide d’indices minutieusement assemblés au fil des décennies, à commencer par sa composition chimique, il a été déterminé qu’il devrait être possible de caractériser la structure physique de l’ADN, et les images radiographiques en seraient le véhicule. [84] .. 2. Hypothèses ADN
Autre exemple : la précession de Mercure
L’élément de caractérisation peut nécessiter une étude approfondie et approfondie, voire des siècles. Il a fallu des milliers d’années de mesures, de la part des astronomes chaldéens , indiens , persans , grecs , arabes et européens , pour enregistrer complètement le mouvement de la planète Terre . Newton a pu inclure ces mesures dans les conséquences de ses lois du mouvement . Mais le périhélie de l’ orbite de la planète Mercureprésente une précession qui ne peut pas être entièrement expliquée par les lois du mouvement de Newton (voir schéma à droite), comme l’a souligné Leverrier en 1859. La différence observée pour la précession de Mercure entre la théorie newtonienne et l’observation était l’une des choses qui se sont produites à Albert Einstein comme un premier test possible de sa théorie de la relativité générale . Ses calculs relativistes correspondaient beaucoup plus étroitement à l’observation que la théorie newtonienne. La différence est d’environ 43 secondes d’arc par siècle.
Développement d’hypothèses
Une hypothèse est une explication suggérée d’un phénomène, ou alternativement une proposition motivée suggérant une corrélation possible entre ou parmi un ensemble de phénomènes.
Normalement, les hypothèses ont la forme d’un modèle mathématique . Parfois, mais pas toujours, ils peuvent également être formulés comme des déclarations existentielles , indiquant qu’une instance particulière du phénomène étudié a des explications caractéristiques et causales, qui ont la forme générale d’ énoncés universels , indiquant que chaque instance du phénomène a une caractéristique particulière.
Les scientifiques sont libres d’utiliser toutes les ressources dont ils disposent – leur propre créativité, des idées d’autres domaines, le raisonnement inductif , l’inférence bayésienne , etc. – pour imaginer des explications possibles à un phénomène étudié.Albert Einstein a un jour observé qu'”il n’y a pas de pont logique entre les phénomènes et leurs principes théoriques”. [86] [u] Charles Sanders Peirce , empruntant une page à Aristote ( Analyses antérieures , 2.25 ) [88] a décrit les étapes naissantes de l’ enquête , provoquées par “l’irritation du doute” pour risquer une supposition plausible, comme un raisonnement abductif . [34] : II, p.290 L’histoire des sciences est remplie d’histoires de scientifiques revendiquant un “éclair d’inspiration”, ou une intuition, qui les a alors motivés à rechercher des preuves pour étayer ou réfuter leur idée. Michel Polanyifait de cette créativité la pièce maîtresse de sa discussion sur la méthodologie.
William Glen observe que [89]
le succès d’une hypothèse, ou son service à la science, ne réside pas simplement dans sa “vérité” perçue, ou son pouvoir de déplacer, subsumer ou réduire une idée précédente, mais peut-être davantage dans sa capacité à stimuler la recherche qui éclairera … suppositions chauves et zones d’imprécision.
– William Glen, Les débats sur l’extinction de masse
En général, les scientifiques ont tendance à rechercher des théories « élégantes » ou « belles ». Les scientifiques utilisent souvent ces termes pour désigner une théorie qui suit les faits connus mais qui est néanmoins relativement simple et facile à manier. Le rasoir d’Occam sert de règle empirique pour choisir la plus souhaitable parmi un groupe d’hypothèses également explicatives.
Pour minimiser le biais de confirmation qui résulte du fait d’entretenir une seule hypothèse, une inférence forte souligne la nécessité d’entretenir plusieurs hypothèses alternatives. [55]
Hypothèses ADN
Linus Pauling a proposé que l’ADN pourrait être une triple hélice . [90] Cette hypothèse a également été considérée par Francis Crick et James D. Watson mais rejetée. Lorsque Watson et Crick ont appris l’hypothèse de Pauling, ils ont compris à partir des données existantes que Pauling avait tort. [91] et que Pauling admettrait bientôt ses difficultés avec cette structure. Donc, la course était lancée pour trouver la structure correcte (sauf que Pauling ne s’était pas rendu compte à l’époque qu’il était dans une course) ..3. Prédictions ADN
Prédictions de l’hypothèse
Toute hypothèse utile permettra des prédictions , par un raisonnement y compris un raisonnement déductif . Il pourrait prédire le résultat d’une expérience en laboratoire ou l’observation d’un phénomène dans la nature. La prédiction peut aussi être statistique et ne traiter que des probabilités.
Il est essentiel que le résultat du test d’une telle prédiction soit actuellement inconnu. Ce n’est que dans ce cas qu’un résultat positif augmente la probabilité que l’hypothèse soit vraie. Si le résultat est déjà connu, il est appelé une conséquence et devrait déjà avoir été pris en compte lors de la formulation de l’hypothèse .
Si les prédictions ne sont pas accessibles par l’observation ou l’expérience, l’hypothèse n’est pas encore testable et restera donc dans cette mesure non scientifique au sens strict. Une nouvelle technologie ou théorie pourrait rendre réalisables les expériences nécessaires. Par exemple, alors qu’une hypothèse sur l’existence d’autres espèces intelligentes peut être convaincante avec des spéculations scientifiquement fondées, aucune expérience connue ne peut tester cette hypothèse. Par conséquent, la science elle-même n’a pas grand-chose à dire sur cette possibilité. À l’avenir, une nouvelle technique pourrait permettre un test expérimental et la spéculation ferait alors partie de la science acceptée.
Prédictions ADN
James D. Watson , Francis Crick et d’autres ont émis l’hypothèse que l’ADN avait une structure hélicoïdale. Cela impliquait que le diagramme de Diffraction des rayons X de l’ADN serait «en forme de x». [60] [59] Cette prédiction découlait des travaux de Cochran, Crick et Vand [61] (et indépendamment de Stokes). Le théorème de Cochran-Crick-Vand-Stokes a fourni une explication mathématique de l’observation empirique selon laquelle la diffraction des structures hélicoïdales produit des motifs en forme de x.
Dans leur premier article, Watson et Crick ont également noté que la structure en double hélice qu’ils proposaient fournissait un mécanisme simple pour la réplication de l’ADN , écrivant : « Il ne nous a pas échappé que l’appariement spécifique que nous avons postulé suggère immédiatement un mécanisme de copie possible pour le système génétique. Matériel”. [92] ..4. Expériences ADN
Autre exemple : la relativité générale
La théorie de la relativité générale d’Einstein fait plusieurs prédictions spécifiques sur la structure observable de l’ espace -temps , telles que le fait que la lumière se plie dans un champ gravitationnel et que la quantité de flexion dépend de manière précise de la force de ce champ gravitationnel. Les Observations d’ Arthur Eddington faites lors d’ une éclipse solaire de 1919 soutenaient la relativité générale plutôt que la gravitation newtonienne . [93]
Expériences
Une fois les prédictions faites, elles peuvent être recherchées par des expériences. Si les résultats des tests contredisent les prédictions, les hypothèses qui les impliquaient sont remises en question et deviennent moins tenables. Parfois, les expériences sont menées de manière incorrecte ou ne sont pas très bien conçues par rapport à une expérience cruciale . Si les résultats expérimentaux confirment les prédictions, les hypothèses sont considérées comme plus susceptibles d’être correctes, mais peuvent toujours être erronées et continuer à faire l’objet de tests supplémentaires. Le contrôle expérimental est une technique de traitement de l’erreur d’observation. Cette technique utilise le contraste entre plusieurs échantillons, ou Observations, ou populations, dans des conditions différentes, pour voir ce qui varie ou ce qui reste le même. Nous varions les conditions des actes de mesure, pour aider à isoler ce qui a changé. Les canons de Mill peuvent alors nous aider à déterminer quel est le facteur important. [94] L’analyse factorielle est une technique pour découvrir le facteur important dans un effet.
Selon les prédictions, les expériences peuvent avoir des formes différentes. Il peut s’agir d’une expérience classique en laboratoire, d’une étude en double aveugle ou d’une fouille archéologique . Même prendre un avion de New York à Paris est une expérience qui teste les hypothèses aérodynamiques utilisées pour la construction de l’avion.
Les scientifiques adoptent une attitude d’ouverture et de responsabilité de la part de ceux qui expérimentent. La tenue de registres détaillés est essentielle pour faciliter l’enregistrement et la communication des résultats expérimentaux, et soutient l’efficacité et l’intégrité de la procédure. Ils aideront également à reproduire les résultats expérimentaux, probablement par d’autres. Des traces de cette approche peuvent être vues dans les travaux d’ Hipparque (190-120 avant notre ère), lors de la détermination d’une valeur pour la précession de la Terre, tandis que des expériences contrôlées peuvent être vues dans les travaux d’ al-Battani (853-929 CE) [ 95] et Alhazen (965–1039 CE). [6] [v] [w] [g]
Expériences ADN
Watson et Crick ont montré une proposition initiale (et incorrecte) pour la structure de l’ADN à une équipe du King’s College de Londres – Rosalind Franklin , Maurice Wilkins et Raymond Gosling . Franklin a immédiatement repéré les défauts qui concernaient la teneur en eau. Plus tard, Watson a vu les images détaillées de Diffraction des rayons X de Franklin qui montraient une forme en X [97] et a pu confirmer que la structure était hélicoïdale. [24] [62] Cela a ravivé le bâtiment modèle de Watson et Crick et a mené à la structure correcte. ..1. Caractérisations ADN
Évaluation et amélioration
La méthode scientifique est itérative. À n’importe quelle étape, il est possible d’affiner son exactitude et sa précision , de sorte que certaines considérations conduiront le scientifique à répéter une partie antérieure du processus. Le fait de ne pas développer une hypothèse intéressante peut amener un scientifique à redéfinir le sujet à l’étude. L’incapacité d’une hypothèse à produire des prédictions intéressantes et vérifiables peut conduire à un réexamen de l’hypothèse ou de la définition du sujet. L’incapacité d’une expérience à produire des résultats intéressants peut amener un scientifique à reconsidérer la méthode expérimentale, l’hypothèse ou la définition du sujet.
Vers 1027, Alhazen , sur la base de ses mesures de la réfraction de la lumière, put en déduire que l’espace extra -atmosphérique était moins dense que l’air , c’est-à-dire : “le corps des cieux est plus rare que le corps de l’air”. [35]
D’autres scientifiques peuvent commencer leurs propres recherches et entrer dans le processus à n’importe quelle étape. Ils pourraient adopter la caractérisation et formuler leur propre hypothèse, ou ils pourraient adopter l’hypothèse et en déduire leurs propres prédictions. Souvent, l’expérience n’est pas faite par la personne qui a fait la prédiction, et la caractérisation est basée sur des expériences faites par quelqu’un d’autre. Les résultats publiés des expériences peuvent également servir d’hypothèse prédisant leur propre reproductibilité.
Itérations ADN
Après de nombreuses expérimentations infructueuses, découragés par leur supérieur de continuer, et de nombreux faux départs, [98] [99] [100] Watson et Crick ont pu déduire la structure essentielle de l’ADN par modélisation concrète des formes physiques des nucléotides qui le comprendre. [25] [101] [102] Ils ont été guidés par les longueurs de liaison qui avaient été déduites par Linus Pauling et par les images de Diffraction des rayons X de Rosalind Franklin . .. Exemple d’ADN
Confirmation
La science est une entreprise sociale et le travail scientifique a tendance à être accepté par la communauté scientifique lorsqu’il a été confirmé. Fondamentalement, les résultats expérimentaux et théoriques doivent être reproduits par d’autres au sein de la communauté scientifique. Des chercheurs ont donné leur vie pour cette vision ; Georg Wilhelm Richmann a été tué par la foudre en boule (1753) alors qu’il tentait de reproduire l’expérience de cerf-volant de 1752 de Benjamin Franklin . [103]
Pour se protéger contre la mauvaise science et les données frauduleuses, les agences gouvernementales subventionnant la recherche telles que la National Science Foundation , et les revues scientifiques, y compris Nature et Science , ont une politique selon laquelle les chercheurs doivent archiver leurs données et leurs méthodes afin que d’autres chercheurs puissent tester les données et méthodes et s’appuyer sur les recherches qui ont précédé. L’archivage des données scientifiques peut être effectué dans plusieurs archives nationales aux États-Unis ou au World Data Center .
Enquête scientifique
La recherche scientifique vise généralement à obtenir des connaissances sous la forme d’ explications vérifiables [23] [22] que les scientifiques peuvent utiliser pour prédire les résultats d’expériences futures. Cela permet aux scientifiques d’acquérir une meilleure compréhension du sujet à l’étude, et plus tard d’utiliser cette compréhension pour intervenir dans ses mécanismes causaux (comme pour guérir la maladie). Plus une explication est efficace pour faire des prédictions, plus elle peut être utile fréquemment et plus elle continuera à expliquer un ensemble de preuves mieux que ses alternatives. Les explications les plus réussies – celles qui expliquent et font des prédictions précises dans un large éventail de circonstances – sont souvent appelées théories scientifiques . [UN]
La plupart des résultats expérimentaux ne produisent pas de grands changements dans la compréhension humaine; les améliorations de la compréhension scientifique théorique résultent généralement d’un processus graduel de développement au fil du temps, parfois dans différents domaines scientifiques. [104] Les modèles scientifiques varient dans la mesure dans laquelle ils ont été testés expérimentalement et pendant combien de temps, et dans leur acceptation dans la communauté scientifique. En général, les explications sont acceptées au fil du temps à mesure que les preuves s’accumulent sur un sujet donné, et l’explication en question s’avère plus puissante que ses alternatives pour expliquer les preuves. Souvent, les chercheurs ultérieurs reformulent les explications au fil du temps ou combinent les explications pour produire de nouvelles explications.
Tow voit la méthode scientifique comme un algorithme évolutif appliqué à la science et à la technologie. [20] Voir Ceteris paribus et Mutatis mutandis
Propriétés de la recherche scientifique
Les connaissances scientifiques sont étroitement liées aux résultats empiriques et peuvent rester sujettes à falsification si de nouvelles Observations expérimentales sont incompatibles avec ce qui est trouvé. Autrement dit, aucune théorie ne peut jamais être considérée comme définitive puisque de nouvelles preuves problématiques pourraient être découvertes. Si une telle preuve est trouvée, une nouvelle théorie peut être proposée, ou (plus communément) on constate que des modifications à la théorie précédente sont suffisantes pour expliquer la nouvelle preuve. La force d’une théorie est liée à la durée pendant laquelle elle a persisté sans modification majeure de ses principes fondamentaux ( voir les explications invariantes ).
Les théories peuvent également être subsumées par d’autres théories. Par exemple, les lois de Newton ont expliqué presque parfaitement des milliers d’années d’Observations scientifiques des planètes . Cependant, ces lois ont ensuite été déterminées comme étant des cas particuliers d’une théorie plus générale ( la relativité ), qui expliquait à la fois les exceptions (précédemment inexpliquées) aux lois de Newton et prédisait et expliquait d’autres Observations telles que la déviation de la lumière par la gravité . Ainsi, dans certains cas, des Observations scientifiques indépendantes, non liées peuvent être liées, unifiées par des principes de pouvoir explicatif croissant. [105] [106]
Étant donné que les nouvelles théories pourraient être plus complètes que celles qui les ont précédées, et donc capables d’expliquer plus que les précédentes, les théories suivantes pourraient être en mesure de répondre à une norme plus élevée en expliquant un plus grand nombre d’Observations que leurs prédécesseurs. [105] Par exemple, la théorie de l’ évolution explique la diversité de la vie sur Terre , comment les espèces s’adaptent à leur environnement et de nombreux autres modèles observés dans le monde naturel ; [107] [108] sa modification majeure la plus récente était l’unification avec la génétique pour former la synthèse évolutive moderne . Dans des modifications ultérieures, il a également subsumé des aspects de nombreux autres domaines tels quebiochimie et biologie moléculaire . [20]
Croyances et préjugés
La méthodologie scientifique demande souvent que les hypothèses soient testées dans des conditions contrôlées dans la mesure du possible. Ceci est souvent possible dans certains domaines, comme les sciences biologiques, et plus difficile dans d’autres domaines, comme l’astronomie.
La pratique du contrôle expérimental et de la reproductibilité peut avoir pour effet de diminuer les effets potentiellement nocifs des circonstances et, dans une certaine mesure, les préjugés personnels. Par exemple, des croyances préexistantes peuvent altérer l’interprétation des résultats, comme dans le biais de confirmation ; il s’agit d’une heuristique qui conduit une personne ayant une croyance particulière à voir les choses comme renforçant sa croyance, même si un autre observateur pourrait être en désaccord (en d’autres termes, les gens ont tendance à observer ce qu’ils s’attendent à observer). [28]
[L]’action de la pensée est excitée par l’irritation du doute, et cesse quand la croyance est atteinte.
– CS Peirce , Comment rendre nos idées claires [34] , 1877
Un exemple historique est la croyance que les jambes d’un cheval au galop sont écartées au point où aucune des jambes du cheval ne touche le sol, au point que cette image soit incluse dans les peintures de ses partisans. Cependant, les premières images en stop-action du galop d’un cheval par Eadweard Muybridge ont montré que cela était faux et que les jambes étaient plutôt rassemblées. [109]
Un autre préjugé humain important qui joue un rôle est la préférence pour les déclarations nouvelles et surprenantes (voir Appel à la nouveauté ), ce qui peut entraîner une recherche de preuves que la nouvelle est vraie. [110] Des croyances mal attestées peuvent être crues et mises en pratique via une heuristique moins rigoureuse. [111]
Goldhaber et Nieto ont publié en 2010 l’observation que si des structures théoriques avec “de nombreux sujets étroitement voisins sont décrites en reliant des concepts théoriques, alors la structure théorique acquiert une robustesse qui la rend de plus en plus difficile – mais certainement jamais impossible – à renverser”. [106] Lorsqu’un récit est construit, ses éléments deviennent plus faciles à croire. [112] [29]
Fleck 1979 , p. 27 notes “Les mots et les idées sont à l’origine des équivalences phonétiques et mentales des expériences qui coïncident avec eux. … De telles proto-idées sont d’abord toujours trop larges et insuffisamment spécialisées. … Autrefois un système d’opinions structurellement complet et fermé composé de beaucoup de détails et de relations s’est formé, il offre une résistance durable à tout ce qui le contredit”. Parfois, ces relations ont leurs éléments supposés a priori , ou contiennent une autre faille logique ou méthodologique dans le processus qui les a finalement produites. Donald M. MacKay a analysé ces éléments en termes de limites à la précision de la mesure et les a reliés à des éléments instrumentaux dans une catégorie de mesure. [X]
Modèles de recherche scientifique
Modèle classique
Le modèle classique de la recherche scientifique dérive d’Aristote, [113] qui distinguait les formes de raisonnement approximatif et exact, exposait le triple schéma d’ inférence abductive , déductive et inductive , et traitait également les formes composées telles que le raisonnement par analogie .
Modèle hypothético-déductif
Le modèle ou la méthode hypothético-déductive est une proposition de description de la méthode scientifique. Ici, les prédictions de l’hypothèse sont centrales : si vous supposez que l’hypothèse est vraie, quelles conséquences s’ensuivent ?
Si une enquête empirique ultérieure ne démontre pas que ces conséquences ou prédictions correspondent au monde observable, l’hypothèse peut être conclue comme fausse.
Modèle pragmatique
En 1877, [45] Charles Sanders Peirce (1839-1914) caractérise l’enquête en général non pas comme la poursuite de la vérité en soi , mais comme la lutte pour sortir de doutes irritants et inhibiteurs nés de surprises, de désaccords, etc., et pour atteindre une croyance sûre , la croyance étant celle sur laquelle on est prêt à agir. Il a conçu la recherche scientifique comme faisant partie d’un spectre plus large et comme stimulée, comme la recherche en général, par un doute réel, et non par un simple doute verbal ou hyperbolique , qu’il considérait comme infructueux. [y] Il a décrit quatre méthodes pour régler l’opinion, classées du moins au plus réussi :
- La méthode de la ténacité (politique consistant à s’en tenir à la croyance initiale) – qui apporte confort et décision mais conduit à essayer d’ignorer les informations contraires et les opinions des autres comme si la vérité était intrinsèquement privée et non publique. Elle va à l’encontre de l’impulsion sociale et vacille facilement car on peut très bien s’apercevoir que l’opinion d’autrui est aussi bonne que la sienne. Ses succès peuvent briller mais ont tendance à être transitoires. [z]
- La méthode de l’autorité – qui surmonte les désaccords mais parfois brutalement. Ses succès peuvent être majestueux et de longue durée, mais il ne peut pas fonctionner de manière suffisamment approfondie pour supprimer indéfiniment les doutes, en particulier lorsque les gens apprennent le présent et le passé d’autres sociétés.
- La méthode de l’ a priori – qui promeut moins brutalement le conformisme mais nourrit les opinions comme quelque chose comme des goûts, surgissant dans la conversation et les comparaisons de perspectives en termes de “ce qui est agréable à la raison”. De ce fait, cela dépend de la mode dans les paradigmes et tourne en rond avec le temps. Elle est plus intellectuelle et respectable mais, comme les deux premières méthodes, entretient des croyances accidentelles et capricieuses, destinant certains esprits à en douter.
- La méthode scientifique – la méthode dans laquelle l’enquête se considère comme faillible et se teste délibérément et se critique, se corrige et s’améliore.
Peirce a soutenu qu’une ratiocination lente et trébuchante peut être dangereusement inférieure à l’instinct et au sentiment traditionnel en matière pratique, et que la méthode scientifique est la mieux adaptée à la recherche théorique, [116] qui, à son tour, ne devrait pas être entravée par les autres méthodes et fins pratiques; La « première règle » de la raison est que, pour apprendre, il faut désirer apprendre et, en corollaire, ne pas bloquer la voie de la recherche. [21] La méthode scientifique surpasse les autres en étant délibérément conçue pour arriver – éventuellement – aux croyances les plus sûres, sur lesquelles les pratiques les plus réussies peuvent être basées. Partant de l’idée que les gens ne cherchent pas la vérité en soimais au lieu de dompter les doutes irritants et inhibiteurs, Peirce a montré comment, à travers la lutte, certains peuvent en venir à se soumettre à la vérité au nom de l’intégrité de la croyance, rechercher comme vérité la direction d’une pratique potentielle correctement vers son objectif donné, et se marier à la méthode scientifique. [45] [48]
Pour Peirce, l’enquête rationnelle implique des présuppositions sur la vérité et le réel ; raisonner, c’est présupposer (et du moins espérer), comme principe d’autorégulation du raisonneur, que le réel est découvrable et indépendant de nos caprices d’opinion. Dans cette veine, il a défini la vérité comme la correspondance d’un signe (en particulier, une proposition) à son objet et, pragmatiquement, non comme le consensus réel d’une communauté définie et finie (de sorte qu’enquêter serait interroger les experts) , mais plutôt comme cette opinion finale à laquelle tous les enquêteurs arriveraient tôt ou tard, mais toujours inévitablement, s’ils poussaient l’enquête assez loin, même lorsqu’ils partaient de points différents. [34]Parallèlement, il définit le réel comme l’objet d’un vrai signe (que cet objet soit une possibilité ou une qualité, ou une actualité ou un fait brut, ou une nécessité, une norme ou une loi), qui est ce qu’il est indépendamment de l’opinion de toute communauté finie et, pragmatiquement , ne dépend que de l’avis final destiné à une enquête suffisante. C’est une destination aussi éloignée ou proche que la vérité elle-même pour vous ou moi ou la communauté finie donnée. Ainsi, sa théorie de l’enquête se résume à “faire la science”. Ces conceptions de la vérité et du réel impliquent l’idée d’une communauté à la fois sans limites définies (et donc potentiellement autocorrectrice autant que nécessaire) et capable d’un accroissement certain des connaissances. [117] Comme inférence, « la logique s’enracine dans le principe social » puisqu’elle dépend d’un point de vue qui est, en un sens,[118]
En accordant une attention particulière à la génération d’explications, Peirce a décrit la méthode scientifique comme la coordination de trois types d’inférence dans un cycle délibéré visant à résoudre les doutes, comme suit (dans §III-IV dans “A Neglected Argument” [4] sauf indication contraire c’est noté):
- Enlèvement (ou rétroduction). Conjecture, inférence à des hypothèses explicatives pour la sélection de celles qui valent la peine d’être essayées. De l’abduction, Peirce distingue l’induction comme déduire, sur la base de tests, la proportion de vérité dans l’hypothèse. Chaque enquête, qu’elle porte sur des idées, des faits bruts ou des normes et des lois, découle d’Observations surprenantes dans un ou plusieurs de ces domaines (et par exemple à n’importe quelle étape d’une enquête déjà en cours). Tout contenu explicatif des théories vient de l’abduction, qui devine une idée nouvelle ou extérieure pour rendre compte de manière simple et économique d’un phénomène surprenant ou compliqué. Le plus souvent, même un esprit bien préparé devine mal. Mais le minimum de succès de nos suppositions dépasse de loin celui de la pure chance et semble né de l’harmonisation avec la nature par des instincts développés ou inhérents,La lumière naturelle de la raison de Galilée et distincte de la “simplicité logique”. L’abduction est le mode d’inférence le plus fertile mais le moins sûr. Son raisonnement général est inductif : il réussit assez souvent et, sans lui, il n’y a aucun espoir d’accélérer suffisamment l’enquête (souvent multigénérationnelle) vers de nouvelles vérités. [119] La méthode de coordination conduit à partir de l’abduction d’une hypothèse plausible jusqu’à la juger pour sa testabilité [23] et pour la façon dont son essai économiserait l’enquête elle-même. [22] Peirce appelle son pragmatisme “la logique de l’enlèvement”. [120] Sa maxime pragmatique est : “Considérez quels effets qui pourraient éventuellement avoir des incidences pratiques, vous concevez les objets de votre conception. Ensuite, votre conception de ces effets est l’ensemble de votre conception de l’objet”. [34]Son pragmatisme est une méthode pour réduire fructueusement les confusions conceptuelles en assimilant le sens de toute conception aux implications pratiques concevables des effets conçus de son objet – une méthode de réflexion mentale expérimentale propice à la formation d’hypothèses et propice à les tester. Il favorise l’efficacité. L’hypothèse, étant peu sûre, doit avoir des implications pratiques conduisant au moins à des tests mentaux et, en science, se prêtant à des tests scientifiques. Une supposition simple mais improbable, si peu coûteuse à tester pour la fausseté, peut appartenir en première ligne pour le test. Une supposition mérite intrinsèquement d’être testée si elle a une plausibilité instinctive ou une probabilité objective raisonnée, tandis que la probabilité subjective, bien que raisonnée, peut être faussement séduisante. Les suppositions peuvent être choisies pour l’essai de manière stratégique, pour leur prudence (pour laquelle Peirce a donné comme exemple le jeu des Vingt Questions ), leur ampleur et leur incomplexité. [121] On ne peut espérer découvrir que ce que le temps révélerait de toute façon à travers l’expérience suffisante d’un apprenant, donc le but est de l’accélérer; l’économie de la recherche est ce qui exige le saut, pour ainsi dire, de l’abduction et gouverne son art. [22]
- Déduction . Deux étapes :
- Explication. Analyse peu claire, mais déductive, de l’hypothèse afin de rendre ses parties aussi claires que possible.
- Démonstration : Argumentation déductive, procédure euclidienne . Déduction explicite des conséquences de l’hypothèse en tant que prédictions, pour l’induction à tester, sur les preuves à trouver. Corollaire ou, le cas échéant, théorique.
- Induction . La validité à long terme de la règle d’induction se déduit du principe (présuppositionnel au raisonnement, en général, [34] ) que le réel n’est l’objet que de l’opinion finale à laquelle conduirait une enquête adéquate ; [122] tout ce à quoi un tel processus ne mènerait jamais ne serait pas réel. L’induction impliquant des tests ou des Observations en cours suit une méthode qui, suffisamment persistante, réduira son erreur en dessous de tout degré prédésigné. Trois étapes:
- Classification. Classement peu clair, mais inductif, des objets d’expérience sous des idées générales.
- Probation : argumentation inductive directe. Brute (l’énumération des instances) ou graduelle (nouvelle estimation de la proportion de vérité dans l’hypothèse après chaque test). L’induction progressive est qualitative ou quantitative ; s’il est qualitatif, il dépend alors de la pondération des qualités ou des caractères ; [123] si quantitatif, alors dépendant de mesures, ou de statistiques , ou de comptages.
- Induction Sententielle. “… qui, par des raisonnements inductifs, apprécie les différentes probations une à une, puis leurs combinaisons, puis fait l’auto-évaluation de ces mêmes appréciations elles-mêmes, et porte un jugement définitif sur l’ensemble du résultat”.
Explication invariante
Dans une conférence TED de 2009 , Deutsch a exposé un critère d’explication scientifique, qui consiste à formuler des invariants : “Énoncer une explication [publiquement, afin qu’elle puisse être datée et vérifiée par d’autres plus tard] qui reste invariante [face à un changement apparent, de nouvelles informations ou des conditions inattendues]”. [124]
“Une mauvaise explication est facile à varier.” [124] : minute 11:22 “La recherche d’explications difficiles à varier est à l’origine de tout progrès” [124] : minute 15:05 “Le fait que la vérité consiste en des affirmations difficiles à modifier sur la réalité est le fait le plus important sur le monde physique.” [124] : minute 16:15
L’invariance en tant qu’aspect fondamental d’une explication scientifique de la réalité faisait depuis longtemps partie de la philosophie des sciences : par exemple, le livre de Friedel Weinert The Scientist as Philosopher (2004) notait la présence du thème dans de nombreux écrits à partir de 1900 environ, tels que des ouvrages de Henri Poincaré (1902), Ernst Cassirer (1920), Max Born (1949 et 1953), Paul Dirac (1958), Olivier Costa de Beauregard (1966), Eugène Wigner (1967), Lawrence Sklar (1974), Michael Friedman ( 1983), John D. Norton (1992), Nicholas Maxwell (1993), Alan Cook(1994), Alistair Cameron Crombie (1994), Margaret Morrison (1995), Richard Feynman (1997), Robert Nozick (2001) et Tim Maudlin (2002). [125]
Communication et communauté
Souvent, la méthode scientifique est employée non seulement par une seule personne mais aussi par plusieurs personnes coopérant directement ou indirectement. Une telle coopération peut être considérée comme un élément important d’une communauté scientifique . Diverses normes de méthodologie scientifique sont utilisées dans un tel environnement.
Évaluation par les pairs
Les revues scientifiques utilisent un processus d’ examen par les pairs, dans lequel les manuscrits des scientifiques sont soumis par les éditeurs de revues scientifiques à (généralement un à trois, et généralement anonymes) collègues scientifiques familiers avec le domaine pour évaluation. Dans certaines revues, la revue sélectionne elle-même les arbitres ; tandis que dans d’autres (en particulier les revues extrêmement spécialisées), l’auteur du manuscrit peut recommander des arbitres. Les arbitres peuvent ou non recommander la publication, ou ils peuvent recommander la publication avec des modifications suggérées, ou parfois, la publication dans une autre revue. Cette norme est pratiquée à des degrés divers par différentes revues et peut avoir pour effet de maintenir la littérature exempte d’erreurs évidentes et d’améliorer généralement la qualité du matériel, en particulier dans les revues qui utilisent la norme le plus rigoureusement.la pensée de groupe ” peut interférer avec la délibération ouverte et équitable de certaines nouvelles recherches. [126]
Documentation et réplication
Parfois, les expérimentateurs peuvent commettre des erreurs systématiques au cours de leurs expériences, s’écarter des méthodes et pratiques standard ( science pathologique ) pour diverses raisons ou, dans de rares cas, signaler délibérément de faux résultats. Parfois, à cause de cela, d’autres scientifiques pourraient tenter de répéter les expériences pour dupliquer les résultats.
Archivage
Les chercheurs pratiquent parfois l’archivage des données scientifiques , par exemple en conformité avec les politiques des agences de financement gouvernementales et des revues scientifiques. Dans ces cas, des enregistrements détaillés de leurs procédures expérimentales, des données brutes, des analyses statistiques et du code source peuvent être conservés pour fournir des preuves de la méthodologie et de la pratique de la procédure et aider à toute tentative future potentielle de reproduire le résultat . Ces enregistrements procéduraux peuvent également aider à la conception de nouvelles expériences pour tester l’hypothèse et peuvent s’avérer utiles aux ingénieurs qui pourraient examiner les applications pratiques potentielles d’une découverte.
Partage de données
Lorsque des informations supplémentaires sont nécessaires avant qu’une étude puisse être reproduite, l’auteur de l’étude peut être invité à les fournir. Ils peuvent le fournir, ou si l’auteur refuse de partager les données , des appels peuvent être faits aux éditeurs de revues qui ont publié l’étude ou à l’institution qui a financé la recherche.
Limites
Puisqu’un scientifique ne peut pas enregistrer tout ce qui s’est passé dans une expérience, des faits sélectionnés pour leur pertinence apparente sont rapportés. Cela peut conduire, inévitablement, à des problèmes plus tard si une caractéristique supposée non pertinente est remise en question. Par exemple, Heinrich Hertz n’a pas signalé la taille de la pièce utilisée pour tester les équations de Maxwell, ce qui s’est avéré plus tard expliquer un petit écart dans les résultats. Le problème est que certaines parties de la théorie elle-même doivent être supposées pour sélectionner et rapporter les conditions expérimentales. Les Observations sont donc parfois décrites comme étant « chargées de théorie ».
Sciences des systèmes complexes
La science appliquée aux systèmes complexes peut impliquer des éléments tels que la transdisciplinarité , la théorie des systèmes , la théorie du contrôle et la modélisation scientifique . L’ institut de Santa Fe étudie de tels systèmes ; [75] Murray Gell-Mann interconnecte ces sujets avec la transmission de messages . [127] [20]
Certains systèmes biologiques, tels ceux impliqués dans la proprioception , ont été fructueusement modélisés par des techniques d’ingénierie . [128] [129]
En général, la méthode scientifique peut être difficile à appliquer rigoureusement à divers systèmes interconnectés et à de grands ensembles de données. En particulier, les pratiques utilisées au sein du Big Data , telles que l’analyse prédictive , peuvent être considérées comme étant en contradiction avec la méthode scientifique, [130] car certaines des données peuvent avoir été dépouillées des paramètres qui pourraient être importants dans des hypothèses alternatives pour un explication; ainsi, les données supprimées ne serviraient qu’à étayer l’hypothèse nulle dans l’application d’analyse prédictive. Fleck 1979 , pp. 38-50 note “une découverte scientifique reste incomplète sans considérations des pratiques sociales qui la conditionnent”. [131]
Philosophie et sociologie des sciences
Philosophie analytique
La philosophie des sciences examine la logique sous-jacente de la méthode scientifique, ce qui sépare la science de la non-science et l’ éthique qui est implicite dans la science. Il existe des hypothèses de base, dérivées de la philosophie par au moins un scientifique éminent, [C] [132] qui forment la base de la méthode scientifique – à savoir, que la réalité est objective et cohérente, que les humains ont la capacité de percevoir la réalité avec précision, et qu’il existe des explications rationnelles pour des éléments du monde réel. [132] Ces hypothèses du naturalisme méthodologique forment une base sur laquelle la science peut être fondée. Logique positiviste , empiriste ,falsificationnistes et d’autres théories ont critiqué ces hypothèses et donné des explications alternatives de la logique de la science, mais chacune a également été critiquée.
Thomas Kuhn a examiné l’histoire de la science dans son livre The Structure of Scientific Revolutions et a constaté que la méthode réelle utilisée par les scientifiques différait considérablement de la méthode alors adoptée. Ses Observations de la pratique scientifique sont essentiellement sociologiques et ne parlent pas de la façon dont la science est ou peut être pratiquée à d’autres époques et dans d’autres cultures.
Norwood Russell Hanson , Imre Lakatos et Thomas Kuhn ont fait des travaux approfondis sur le caractère “chargé de théorie” de l’observation. Hanson (1958) a d’abord inventé le terme pour l’idée que toute observation dépend du cadre conceptuel de l’observateur , en utilisant le concept de gestalt pour montrer comment les idées préconçues peuvent affecter à la fois l’observation et la description. [133] Il ouvre le chapitre 1 par une discussion sur les corps de Golgi et leur rejet initial en tant qu’artefact de la technique de coloration, et une discussion sur Brahe et Keplerobserver l’aube et voir un lever de soleil “différent” malgré le même phénomène physiologique. [i] [aa] Kuhn [134] et Feyerabend [135] reconnaissent l’importance pionnière du travail de Hanson.
Kuhn a dit [ Propose de supprimer ce paragraphe comme incompatible avec l’article. ] le scientifique a généralement une théorie en tête avant de concevoir et d’entreprendre des expériences pour faire des Observations empiriques, et que “la voie de la théorie à la mesure ne peut presque jamais être parcourue en arrière”. Pour Kuhn, cela implique que la façon dont la théorie est testée est dictée par la nature de la théorie elle-même, ce qui a conduit Kuhn à soutenir qu'”une fois qu’elle a été adoptée par une profession … aucune théorie n’est reconnue comme testable par des tests quantitatifs qui ce n’est pas déjà passé” (révélant le style de pensée rationaliste de Kuhn). [136]
Post-modernisme et guerres scientifiques
Paul Feyerabend a également examiné l’histoire des sciences et a été amené à nier que la science est véritablement un processus méthodologique. Dans son livre Against Method, il soutient que le progrès scientifique n’est pas le résultat de l’application d’une méthode particulière . En substance, il dit que pour toute méthode ou norme scientifique spécifique, on peut trouver un épisode historique où la violer a contribué au progrès de la science. Ainsi, si les partisans de la méthode scientifique souhaitent exprimer une seule règle universellement valable, suggère Feyerabend en plaisantant, cela devrait être ” tout est permis “. [137] Cependant, cela n’est pas économique. [B] Des critiques telles que celle de Feyerabend ont conduit à un programme solide, une approche radicale de la sociologie des sciences .
Les critiques postmodernes de la science ont elles-mêmes fait l’objet d’intenses controverses. Ce débat en cours, connu sous le nom de guerres scientifiques , est le résultat de valeurs et d’hypothèses contradictoires entre les camps postmoderne et réaliste . Alors que les postmodernes affirment que la connaissance scientifique est simplement un autre discours (notez que ce terme a une signification particulière dans ce contexte) et n’est représentatif d’aucune forme de vérité fondamentale, les réalistesdans la communauté scientifique soutiennent que les connaissances scientifiques révèlent des vérités réelles et fondamentales sur la réalité. De nombreux livres ont été écrits par des scientifiques qui s’attaquent à ce problème et remettent en question les affirmations des postmodernes tout en défendant la science comme une méthode légitime d’obtention de la vérité. [138]
Anthropologie et sociologie
En anthropologie et en sociologie , suite à la recherche de terrain dans un laboratoire scientifique académique de Latour et Woolgar , Karin Knorr Cetina a mené une étude comparative de deux domaines scientifiques ( à savoir la physique des hautes énergies et la biologie moléculaire ) pour conclure que les pratiques et raisonnements épistémiques au sein des deux les communautés scientifiques sont suffisamment différentes pour introduire le concept de « cultures épistémiques », en contradiction avec l’idée qu’une soi-disant « méthode scientifique » est unique et un concept fédérateur. [139] En comparant les « cultures épistémiques » avec Fleck 1935,Collectifs de pensée , ( denkkollektiven ): Entstehung und Entwicklung einer wissenschaftlichen Tatsache: Einfǖhrung in die Lehre vom Denkstil und Denkkollektiv [140] Fleck 1979 , p. xxvii reconnaît que les faits ont une durée de vie , ne s’épanouissant qu’après des périodes d’incubation. Sa question choisie pour l’investigation (1934) était ” COMMENT, ALORS, CE FAIT EMPIRIQUE A-T-IL ORIGINE ET EN QUOI CONSISTE-T-IL?”. [141] Mais d’ici Fleck 1979, p.27 , les collectifs de pensée dans les domaines respectifs devront se mettre d’accord sur une terminologie spécialisée commune, publier leurs résultats et continuer à communiquer entre eux.avec leurs collègues en utilisant la terminologie commune, afin de progresser. [142]
Voir : Révolution cognitive , Psychologie et neurosciences
Relation avec les mathématiques
La science est le processus de collecte, de comparaison et d’évaluation des modèles proposés par rapport aux observables .Un modèle peut être une simulation, une formule mathématique ou chimique, ou un ensemble d’étapes proposées. La science est comme les mathématiques dans la mesure où les chercheurs des deux disciplines essaient de distinguer ce qui est connu de ce qui est inconnu à chaque étape de la découverte. Les modèles, à la fois en sciences et en mathématiques, doivent être cohérents en interne et doivent également être falsifiables (capables de réfutation). En mathématiques, un énoncé n’a pas encore besoin d’être prouvé; à un tel stade, cette déclaration s’appellerait une conjecture . Mais lorsqu’un énoncé a atteint la preuve mathématique, cet énoncé acquiert une sorte d’immortalité qui est très prisée par les mathématiciens, et pour laquelle certains mathématiciens consacrent leur vie. [143]
Le travail mathématique et le travail scientifique peuvent s’inspirer mutuellement. [33] Par exemple, le concept technique de temps est apparu dans la science et l’intemporalité était la marque d’un sujet mathématique. Mais aujourd’hui, la conjecture de Poincaré a été prouvée en utilisant le temps comme un concept mathématique dans lequel les objets peuvent circuler (voir flux de Ricci ).
Néanmoins, le lien entre les mathématiques et la réalité (et donc la science dans la mesure où elle décrit la réalité) reste obscur. L’article d’ Eugene Wigner , The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences , est un compte rendu très connu de la question par un physicien lauréat du prix Nobel. En fait, certains observateurs (y compris certains mathématiciens bien connus tels que Gregory Chaitin , et d’autres tels que Lakoff et Núñez ) ont suggéré que les mathématiques sont le résultat de préjugés de praticiens et de limitations humaines (y compris culturelles), un peu comme le post-moderniste. vue des sciences.
Les travaux de George Pólya sur la résolution de problèmes , [144] la construction de preuves mathématiques , et les heuristiques [145] [146] montrent que la méthode mathématique et la méthode scientifique diffèrent dans le détail, tout en se ressemblant néanmoins dans l’utilisation d’étapes itératives ou récursives .
| Méthode mathématique | Méthode scientifique | |
|---|---|---|
| 1 | Entente | Caractérisation à partir de l’expérience et de l’observation |
| 2 | Une analyse | Hypothèse : une explication proposée |
| 3 | Synthèse | Déduction : prédiction à partir de l’hypothèse |
| 4 | Réviser / Prolonger | Tester et expérimenter |
Selon Pólya, comprendre implique de reformuler des définitions inconnues dans vos propres mots, de recourir à des figures géométriques et de remettre en question ce que nous savons et ne savons pas déjà ; l’analyse , que Pólya prend de Pappus , [147] implique la construction libre et heuristique d’arguments plausibles, en travaillant à rebours du but et en concevant un plan pour construire la preuve; la synthèse est la stricte exposition euclidienne des détails pas à pas [148] de la preuve ; l’examen implique de reconsidérer et de réexaminer le résultat et le chemin parcouru.
S’appuyant sur le travail de Pólya, Imre Lakatos a soutenu que les mathématiciens utilisent en fait la contradiction, la critique et la révision comme principes pour améliorer leur travail. [149] [ab] De la même manière pour la science, où la vérité est recherchée, mais la certitude n’est pas trouvée, dans Preuves et réfutations , ce que Lakatos a essayé d’établir était qu’aucun théorème des mathématiques informelles n’est définitif ou parfait. Cela signifie qu’il ne faut pas penser qu’un théorème est ultimement vrai, seulement qu’aucun contre- exemplen’a encore été trouvé. Une fois qu’un contre-exemple, c’est-à-dire une entité contredisant/non expliquée par le théorème est trouvé, on ajuste le théorème, en étendant éventuellement le domaine de sa validité. C’est une manière continue d’accumuler nos connaissances, à travers la logique et le processus de preuves et de réfutations. (Cependant, si des axiomes sont donnés pour une branche des mathématiques, cela crée un système logique – Wittgenstein 1921 Tractatus Logico-Philosophicus 5.13; Lakatos a affirmé que les preuves d’un tel système étaient tautologiques , c’est-à-dire logiquement vraies en interne , en réécrivant les formes , comme le montre Poincaré, qui a démontré la technique de transformation des formes tautologiquement vraies (à savoir la caractéristique d’Euler ) en ou hors des formes dehomologie , [150] ou plus abstraitement, de l’algèbre homologique . [151] ) [152] [ab]
Lakatos a proposé un compte rendu des connaissances mathématiques basé sur l’idée d’ heuristique de Polya . Dans Preuves et réfutations , Lakatos a donné plusieurs règles de base pour trouver des preuves et des contre-exemples aux conjectures. Il pensait que les « expériences de pensée » mathématiques étaient un moyen valable de découvrir des conjectures et des preuves mathématiques. [154]
Gauss , lorsqu’on lui a demandé comment il en était venu à ses théorèmes , a répondu un jour “durch planmässiges Tattonieren” (par une expérimentation palpable systématique ). [155]
Relation avec les statistiques
Lorsque la méthode scientifique utilise les statistiques comme un élément clé de son arsenal, il existe des problèmes mathématiques et pratiques qui peuvent avoir un effet délétère sur la fiabilité des résultats des méthodes scientifiques. Ceci est décrit dans un article scientifique populaire de 2005 “Pourquoi la plupart des résultats de recherche publiés sont faux” par John Ioannidis , qui est considéré comme fondamental dans le domaine de la métascience . [156] De nombreuses recherches en métascience cherchent à identifier une mauvaise utilisation des statistiques et à améliorer leur utilisation. [ac] [m] Voir Préinscription (science)#Rationale
ce qui signifie que les *nouvelles* découvertes proviendront de recherches qui, au début de ces recherches, avaient des chances faibles ou très faibles (une chance faible ou très faible) de réussir. Par conséquent, si la méthode scientifique est utilisée pour élargir les frontières de la connaissance, la recherche dans des domaines qui sont en dehors du courant dominant produira les découvertes les plus récentes. ce qui signifie que les *nouvelles* découvertes proviendront de recherches qui, au début de ces recherches, avaient des chances faibles ou très faibles (une chance faible ou très faible) de réussir. Par conséquent, si la méthode scientifique est utilisée pour élargir les frontières de la connaissance, la recherche dans des domaines qui sont en dehors du courant dominant produira les découvertes les plus récentes.Voir : Valeur attendue des informations sur l’échantillon , Faux positifs et faux négatifs , Statistiques de test et Erreurs de type I et de type II
Rôle du hasard dans la découverte
On estime qu’entre 33 % et 50 % de toutes les découvertes scientifiques ont été découvertes par hasard plutôt que recherchées. Cela peut expliquer pourquoi les scientifiques expriment si souvent qu’ils ont eu de la chance. [157] Louis Pasteur est crédité du célèbre dicton selon lequel “La chance favorise l’esprit préparé”, mais certains psychologues ont commencé à étudier ce que signifie être “préparé pour la chance” dans le contexte scientifique. La recherche montre que les scientifiques apprennent diverses heuristiques qui tendent à exploiter le hasard et l’inattendu. [157] [158] C’est ce que Nassim Nicholas Taleb appelle « l’Anti-fragilité » ; alors que certains systèmes d’investigation sont fragiles face à l’erreur humaine, les préjugés humains et le hasard, la méthode scientifique est plus que résistante ou dure – elle bénéficie en fait d’un tel hasard à bien des égards (elle est anti-fragile). Taleb pense que plus le système est anti-fragile, plus il s’épanouira dans le monde réel. [49]
Le psychologue Kevin Dunbar dit que le processus de découverte commence souvent par des chercheurs qui trouvent des bogues dans leurs expériences. Ces résultats inattendus conduisent les chercheurs à essayer de corriger ce qu’ils pensent être une erreur dans leur méthode. Finalement, le chercheur décide que l’erreur est trop persistante et systématique pour être une coïncidence. Les aspects hautement contrôlés, prudents et curieux de la méthode scientifique sont donc ce qui la rend bien adaptée pour identifier ces erreurs systématiques persistantes. À ce stade, le chercheur commencera à réfléchir à des explications théoriques de l’erreur, cherchant souvent l’aide de collègues dans différents domaines d’expertise. [157] [158]
Voir également
- Théorisation du fauteuil
- Contingence
- Limites empiriques en science
- Pratiques fondées sur des données probantes
- Logique floue
- Théorie de l’information
- Logique
- Méthode historique
- Méthodologie philosophique
- Méthode savante
- Méthodologie
- Métascience
- Opérationnalisation
- Recherche quantitative
- Rhétorique de la science
- Commission royale sur le magnétisme animal
- Droit scientifique
- Recherche sociale
- Inférence forte
- Testabilité
- Apprentissage non supervisé
- Vérificationnisme
Problèmes et enjeux
- Sciences descriptives
- Sciences de la conception
- Holisme en science
- Science indésirable
- Liste des biais cognitifs
- Sciences normatives
- Scepticisme philosophique
- Pauvreté de la relance
- Problème d’induction
- Pseudoscience
- Problème de classe de référence
- Crise de réplication
- Hypothèses sceptiques
- Sous-détermination
Histoire, philosophie, sociologie
- Chronologie de l’histoire de la méthode scientifique
- Méthode baconienne
- Épistémologie
- Vérité épistémique
- Normes mertoniennes
- Sciences normales
- Science post-normale
- Études scientifiques
- Sociologie des connaissances scientifiques
Remarques
- ^ un b Voir, par exemple, Galileo Galilei 1638 . Ses expériences de pensée réfutent la physique d’Aristote sur la chute des corps.
- ^ a b c Livre d’optique ( vers 1027) Après une enquête anatomique sur l’œil humain et une étude exhaustive de la perception visuelle humaine, Alhacen caractérise le premier postulat de l’optique d’Euclide comme “superflu et inutile” (Livre I, [6.54] – renversant ainsi la théorie de l’émission de la vision d’Euclide, de Ptolémée et de Galien, en utilisant la logique et la déduction de l’expérience. Il a montré que le premier postulat d’Optique d’Euclide n’était qu’hypothétique et ne tient pas compte de ses expériences. ), et en déduit que la lumière doit pénétrer dans l’œil , pour que nous puissions voir. Il décrit la camera obscura dans le cadre de cette enquête.
- ^ a b L’objectif change: après avoir observé le schéma de Diffraction des rayons X de l’ADN, [24] et comme le temps était compté, [22] Watson et Crick se rendent compte que le moyen le plus rapide de découvrir la structure de l’ADN n’était pas par analyse mathématique, [ 21] mais en construisant des modèles physiques . [25]
- ↑ Faisant ainsi écho à Popper 1963 , p. viii
- ↑ Smolin épouse les principes éthiques : 1) “nous acceptons de dire la vérité et nous acceptons d’être gouvernés par des arguments rationnels tirés de preuves publiques”. 2) …”lorsque les preuves ne sont pas suffisantes pour décider, à partir d’un argument rationnel, si un point de vue est juste ou si un autre point de vue est juste, nous convenons d’encourager la concurrence et la diversification”… [d]
- ^ Staddon, John (2017) Méthode scientifique : Comment la science fonctionne, échoue ou fait semblant de fonctionner Taylor et Francis. [31]
- ^ a b Book of Optics Book Seven, Chapter Two [2.1] p.220: – la lumière voyage à travers des corps transparents, tels que l’air, l’eau, le verre, les pierres transparentes, en lignes droites. “En effet, cela est observable au moyen de l’expérience”. [96]
- ^ La traduction complète du titre provient de Voelkel 2001 , p. 60.
- ^ a b Kepler a été conduit à cette expérience après avoir observé l’éclipse solaire partielle à Graz, le 10 juillet 1600. Il a utilisé la méthode d’observation de Tycho Brahe, qui consistait à projeter l’image du Soleil sur un morceau de papier à travers une ouverture sténopé, au lieu de regarder directement le Soleil. Il n’était pas d’accord avec la conclusion de Brahe selon laquelle les éclipses totales de Soleil étaient impossibles car il existait des récits historiques d’éclipses totales. Au lieu de cela, il en a déduit que la taille de l’ouverture contrôle la netteté de l’image projetée (plus l’ouverture est grande, plus l’image est précise – ce fait est maintenant fondamental pour la conception de systèmes optiques). Voelkel 2001, p. 61, note que les expériences de 1604 de Kepler ont produit le premier récit correct de la vision et de l’œil, car il s’est rendu compte qu’il ne pouvait pas écrire avec précision sur l’observation astronomique en ignorant l’œil. Smith 2004 , p. 192 raconte comment Kepler a utilisé les sphères de verre remplies d’eau de Giambattista della Porta pour modéliser l’œil, et en utilisant une ouverture pour représenter la pupille d’entrée de l’œil, a montré que toute la scène à la pupille d’entrée se concentrait sur un seul point de l’arrière de l’œil. sphère de verre (représentant la rétine de l’œil). Cela a achevé l’enquête de Kepler sur le train optique, car il satisfaisait son application à l’astronomie.
- ^ … une approche expérimentale a été préconisée par Galilée en 1638 avec la publication de Two New Sciences . [32]
- ↑ Par exemple, le concept de falsification (proposé pour la première fois en 1934) formalise la tentative de réfuter des hypothèses [43] plutôt que de les prouver (ce qui introduirait un biais de confirmation).
- ↑ Cette formulation est attribuée à Marshall Nirenberg .
- ^ un b concernant l’utilisation abusive des tests t [54]
- ^ Voir Protocole d’essai clinique . Autrement dit, l’examen des membres de chaque groupe doit être uniforme et les étapes de l’examen doivent être prédéfinies (avant que les données ne soient prises), systématiques et non ad hoc .
- ^ Voir étude contrôlée par placebo
- ^ Voir Expérience factorielle # Avantages des expériences factorielles
- ^ Remarque: pour une discussion sur plusieurs hypothèses, voir l’inférence bayésienne # Informal
- ↑ Dans Two New Sciences , il y a trois « critiques » : Simplicio, Sagredo et Salviati, qui servent de repoussoir, d’antagoniste et de protagoniste. Galileo ne parle que brièvement de lui-même. Mais notez que les articles d’Einstein de 1905 n’ont pas été évalués par des pairs avant leur publication.
- ↑ La machinerie de l’esprit ne peut que transformer la connaissance, mais jamais l’engendrer, à moins qu’elle ne soit alimentée par des faits d’observation. — CS Peirce [34]
- ↑ “aucune opinion, aussi absurde et incroyable soit-elle, ne peut être imaginée qui n’ait été soutenue par certains des philosophes”. —Descartes [81]
- ^ “Un saut est impliqué dans toute pensée” – John Dewey [87]
- ^ “Et cette [expérience utilisant une camera obscura ] peut être tentée à tout moment”. Livre I [6.86] p.379
- ^ Livre d’Optique Livre II [3.52] à [3.66] Résumé p.444 pour les expériences d’Alhazen sur la couleur; pp.343—394 pour ses expériences physiologiques sur l’œil
- ↑ La méthode scientifique nécessite des tests et une validation a posteriori avant que les idées ne soient acceptées. [67]
- ↑ “Ce dont on ne doute pas le moins du monde, on ne devrait pas faire semblant de douter ; mais un homme devrait s’entraîner à douter”, a déclaré Peirce dans une brève autobiographie intellectuelle. [114] Peirce a soutenu que le doute réel et authentique provient de l’extérieur, généralement par surprise, mais aussi qu’il doit être recherché et cultivé, “à condition seulement que ce soit le métal lourd et noble lui-même, et pas de contrefaçon ni de substitut de papier”. [115]
- ^ Mais voir Méthode scientifique et religion .
- ↑ Notez que Brahe et Kepler sont deux observateurs différents, l’ intersubjectivité valide Hanson.
- ^ a b L’examen de Stillwell (p. 381) des efforts de Poincaré sur la caractéristique d’Euler note qu’il a fallu cinq itérations à Poincaré pour arriver à la sphère d’homologie de Poincaré . [153]
- ^ Par exemple, voir mauvaise utilisation des p-values .
Remarques : Résolution de problèmes par la méthode scientifique
- ^ a b cd e Dans le paradigme de l’éducation basée sur l’ enquête , l’étape de “caractérisation, observation, définition, …” est plus brièvement résumée sous la rubrique d’une question. La question à un moment donné pourrait être aussi basique que les 5W , ou cette réponse est-elle vraie ? , ou qui d’autre pourrait le savoir ? , ou puis-je leur demander? , et ainsi de suite. Les questions de l’enquêteur s’enchaînent jusqu’à ce que le but soit atteint.
- ^ a b c Peirce 1899 Première règle de logique (FRL) [21] Paragraphe 1.136: De la première règle de logique, si nous désirons vraiment le but de l’enquête, nous ne devons pas gaspiller nos ressources [22] [23]
- ^ a b Ne manquez jamais de reconnaître une idée … .— CS Peirce [34]
- ↑ Il y a 2 300 ans, Aristote affirmait qu’iln’existait pas de vide dans la nature ; treize cents ans plus tard, Alhazen a réfuté l’hypothèse d’Aristote , en utilisant des expériences sur la réfraction , déduisant ainsi l’existence de l’espace extra-atmosphérique . [35]
- ^ Alhazen a fait valoir l’importance de former des questions et de les tester par la suite: “Comment la lumière voyage-t-elle à travers des corps transparents? La lumière voyage à travers des corps transparents uniquement en lignes droites … Nous avons expliqué cela de manière exhaustive dans notre livre d’optique . [g] Mais laissez mentionnons maintenant quelque chose pour le prouver de manière convaincante : le fait que la lumière voyage en lignes droites est clairement observé dans les lumières qui pénètrent dans les pièces sombres par des trous… [L] a lumière entrante sera clairement observable dans la poussière qui remplit le aérien [13]
- Il a démontré sa conjecture selon laquelle “la lumière voyage à travers les corps transparents en lignes droites uniquement” en plaçant un bâton droit ou un fil tendu à côté du faisceau lumineux, comme cité dans Sambursky 1974 , p. 136 pour prouver que la lumière voyage en ligne droite.
- David Hockney cite plusieurs fois Alhazen comme la source probable de la technique du portrait utilisant la camera obscura , que Hockney a redécouvert à l’aide d’une suggestion optique de Charles M. Falco . Kitab al-Manazir , qui est le livre d’optique d’ Alhazen , à l’époque désigné Opticae Thesaurus, Alhazen Arabis , a été traduit de l’arabe en latin pour un usage européen dès 1270. Hockney cite l’édition de Bâle de 1572 de Friedrich Risner du Opticae Thesaurus . Hockney cite Alhazen comme la première description claire de la camera obscura. [36]
- ^ S’éloigner du problème est une technique pour résoudre les problèmes [34]
Références
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- ^ Popper 1959 , p. 273.
- ^ un b Alhacen (2001). Smith, A. Mark (éd.). Théorie de la perception visuelle d’Alhacen: Une édition critique, avec traduction et commentaire en anglais, des trois premiers livres du “De Aspectibus” d’Alhacen, la version latine médiévale du ” Kitāb al-Manāẓir “ d’Ibn al-Haytham . Vol. 1 : Introduction et texte latin ; Vol. 2 : traduction anglaise. Traduit par A. Mark Smith. Philadelphie : Société philosophique américaine . ISBN 0-87169-914-1. OCLC 47168716 .
- ^ un b Gauch 2003 , p. 3 : “La méthode scientifique” est souvent présentée à tort comme une séquence fixe d’étapes “, plutôt que d’être vue pour ce qu’elle est vraiment, “un processus hautement variable et créatif” (AAAS 2000:18). L’affirmation ici est que la science a principes généraux qui doivent être maîtrisés pour augmenter la productivité et améliorer la perspective, non pas que ces principes fournissent une séquence simple et automatisée d’étapes à suivre.”
- ^ un b Gauch 2003 , p. 3.
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- ^ a b Alhazen, Treatise on Light (رسالة في الضوء), traduit en anglais de l’allemand par M. Schwarz, de “Abhandlung über das Licht” , J. Baarmann (éditeur et traducteur de l’arabe vers l’allemand, 1882) Zeitschrift der Deutschen Morgenländischen Gesellschaft Vol 36 cité dans Sambursky 1974 , p. 136.
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- ^ Cowles 2020 , p. 264
- ^ Popper (1963) Conjectures and Refutations pp=312-365 affirme que l’ essai et l’erreur sont une méthode universelle.
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- ^ un bcd Peirce , Charles S. (1899) . “FRL [Première règle de logique]” . Documents collectés . v. 1. paragraphes 135–140. Archivé de l’original le 2012-01-06 . Récupéré le 06/01/2012 . … pour apprendre, il faut désirer apprendre …
- ^ un bcd e f Peirce, Charles S. (1902), demande Carnegie, voir MS L75.329330, du brouillon D du mémoire 27 : “Par conséquent, découvrir, c’est simplement accélérer un événement qui se produirait tôt ou tard, si nous ne nous étions pas donné la peine de faire la découverte. Par conséquent, l’art de la découverte est purement une question d’économie. L’économie de la recherche est, en ce qui concerne la logique, la principale doctrine concernant l’art de la découverte. Par conséquent, la conduite d’enlèvement, qui est principalement une question d’heuretique et qui est la première question d’heuretique, doit être régie par des considérations économiques.”
- ^ un bcd Peirce , Charles S., application Carnegie (L75, 1902), New Elements of Mathematics v . 4, pp. 37–38: “Car il ne suffit pas qu’une hypothèse soit justifiable. Toute hypothèse qui explique les faits est justifiée de manière critique. Mais parmi les hypothèses justifiables, nous devons choisir celle qui est susceptible d’être testée par l’expérience.
- ^ un bc McElheny 2004 , p. 52 : vendredi 30 janvier 1953. L’heure du thé — Franklin confronte Watson et son article — “Bien sûr que [la prépublication de Pauling] est fausse. L’ADN n’est pas une hélice.” Cependant, Watson visite ensuite le bureau de Wilkins, voit la photo 51, et reconnaît immédiatement le diagramme de diffraction d’une structure hélicoïdale. Mais d’autres questions subsistaient, nécessitant des itérations supplémentaires de leurs recherches. Par exemple, le nombre de brins dans l’épine dorsale de l’hélice (Crick a suspecté 2 brins, mais a averti Watson d’examiner cela de manière plus critique), l’emplacement des paires de bases (à l’intérieur de l’épine dorsale ou à l’extérieur de l’épine dorsale), etc. Un point clé était qu’ils se rendaient compte que le moyen le plus rapide d’arriver à un résultat n’était pas de poursuivre une analyse mathématique, mais de construire un modèle physique. Plus tard dans la soirée, Watson exhorte Wilkins à commencer immédiatement la construction de modèles. Mais Wilkins n’accepte de le faire qu’après le départ de Franklin.
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External links
| Wikimedia Commons has media related to Scientific method. |
| Wikibooks has a book on the topic of: The Scientific Method |
| Wikiversity has learning resources about Thinking Scientifically |
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- Introduction to the scientific method at the University of Rochester
- The scientific method from a philosophical perspective
- Theory-ladenness by Paul Newall at The Galilean Library
- Lecture on Scientific Method by Greg Anderson
- Using the scientific method for designing science fair projects
- Scientific Methods an online book by Richard D. Jarrard
- Richard Feynman on the Key to Science (one minute, three seconds), from the Cornell Lectures.
- Conférences sur la méthode scientifique par Nick Josh Karean, Kevin Padian , Michael Shermer et Richard Dawkins
- “Comment savons-nous ce qui est vrai?” (vidéo animée ; 2:52)