科学方法是如何运作的：深入了解

究竟什么是科学？是穿白大褂的人做的事情，对吧？科学一直是强大的工具，为我们提供了曾经不敢想象的技术。它还帮助我们回答了数千年来一直困扰人类心灵的问题。

然而，科学史充满了对既定理论的革命或修正。牛顿将引力描述为一种不变的背景实体，一种无处不在、弥漫宇宙的力量。

直到爱因斯坦提出了广义相对论，解释了引力是如何通过质量与时空结构之间的相互作用产生的。科学家们不断寻求对现实更深入的解释，因此科学家必须随时准备好接受更好的理论或模型来取代它们。

科学发现和变革发生的历程已被提炼成所谓的科学方法。

什么是科学方法？

科学方法是一种系统性的方法，科学家们用它来研究和理解自然现象。它包含一系列步骤，指导研究人员从假设中得出结论。

牛津大学的英国物理学家大卫·多伊奇说：“科学从未在理论上达到最终真理，但一个理论可以比另一个理论更客观地真实，即使我们永远无法确定。”多伊奇是《无限的开端》一书的作者，该书认为科学永远不会达到能够描述物理世界全部现象的地步，因为新的理论将带来需要解释的更深层问题。

科学方法的步骤是什么？

科学方法的步骤很重要，因为它们为进行科学研究提供了结构化和系统性的方法。以下步骤提高了科学发现的可信度。

第一步——确定问题

首先，科学家确定他们想要研究的现象。这可能基于从数据中收集到的有趣观察，也可能是当前理论中出现的数学问题。因此，第一步是问“为什么”某事物是这样——用既定术语定义研究问题，建立研究思路，并确定回答该问题的可能方法。

第二步——做出预测

在定义了研究问题之后，科学家很可能会基于他们所采用的理论框架或已经做出的观察集合来形成一个假设或预测。科学过程中的这一特定步骤很重要，因为它关系到某些理论或关于物理世界的说法是否“可检验”。通常，在区分科学预测/说法和非科学预测/说法时，区别在于它们是否可检验。

然而，仅仅因为我们现在无法检验某事，并不意味着它不算科学。随着科学深入到物理世界的越来越极端的领域，无论是空间上非常小或大，还是时间上非常长或短，我们检验理论的能力都受到我们所拥有技术类型的限制。但这并不意味着我们不应该制定试图解释物理世界最遥远区域的理论。

例如，很长一段时间以来，天体物理学家们都开发了关于早期宇宙演化的数学模型。然而，他们没有仪器来证实他们的预测。这并不意味着他们的理论不科学。这仅仅意味着在詹姆斯·韦伯太空望远镜能够观测到早期宇宙那么遥远的时间之前，他们不得不依赖数学和一般原理。

第三步——收集证据

一旦做出了可检验的预测或假设，就会收集证据来检验该预测。证据可以通过几种不同的方式获得。科学家可以观察自然世界，看看他们的模型是否与现实中发生的事情相符；例如，天体物理学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜来观测早期宇宙，以查看他们的星系形成模型是否与观测相符。

科学家还可以在实验室进行实验，例如粒子物理学家在欧洲核子研究中心将亚原子粒子撞击在一起，观察接下来会发生什么。或者他们可能会输入参数并运行计算机模拟。有时科学家会结合使用这些策略，尽可能多次重复它们以复制他们的发现，并将它们提供给其他科学家进行批判和有价值的反馈。

第四步——分析数据

一旦科学家收集了他们通过各种方法获得的数据，他们就需要将这些数据组织成表格、图表或示意图，这些图表可能显示出与回答他们的研究问题相关的有趣关系、联系或异常。

第五步——形成结论

最后，科学家会根据他们的观察来评估他们的假设或预测，看看它们是否得到了支持。有时结果不会提供明确的答案，可能需要设计新的检验方法。

或者他们可能会得到明确的结果，将他们的发现提交给科学期刊，然后该期刊可能会进行同行评审，由其他科学家审查，并成为关于特定主题的既定知识的一部分。有时新的结果可能会修正或推翻现有的关于某个特定主题的知识。

科学是客观的吗？

科学力求尽可能客观，通过消除人们在科学过程和科学结果解读中带来的偏见。科学有许多方法可以帮助纠正这些偏见，例如使用大型数据集、同行评审以及控制实验参数。

然而，重要的是要记住，科学是由人类进行的，诸如偏见、直觉和历史偶然性等因素都会影响科学的结果和方向。例如，科学解释经常被指责为“还原主义”（例如，意识是大脑神经元的放电）。然而，对现象的还原主义解释在很大程度上是科学历史偶然性的产物。

发展最快的科学（物理学和化学）处理的是现实世界的小尺度，因此科学家们将这些方法应用于试图解释宏观现象（如意识）。

总而言之，科学是我们为认识物理世界而开发的最佳系统。就像我们一样，科学也在不断发展，通过科学我们对世界和我们自身的了解越多，我们就越能改进科学本身的工具和方法。

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