Η επιστημονική μέθοδος

Οι φυσικοί μελετούν τα φυσικά φαινόμενα με συγκεκριμένη μεθοδολογία που ονομάζεται επιστημονική μέθοδος. Η επιστημονική μέθοδος αναπτύχθηκε στην διάρκεια πολλών αιώνων και είναι αποτέλεσμα δουλειάς πολλών ανθρώπων. Πατέρας της επιστημονικής μεθόδου είναι ο Γαλιλαίος και είναι σήμερα αποδεκτή από όλους τους επιστήμονες. Η επιστημονική μέθοδος έχει συγκεκριμένα βήματα:

  1. Παρατήρηση από τους επιστήμονες ενός φαινομένου που συμβαίνει γύρω μας. Εδώ οι επιστήμονες αναζητούν τις συσχετίσεις των δεδομένων του φαινομένου.
  2. Υπόθεση είναι μια προσωρινή πρόβλεψη που κάνει ο επιστήμονας βασιζόμενος στις παρατηρήσεις.
  3. Πείραμα γίνεται για την επαλήθευση ή την απόρριψη της υπόθεσης που έγινε. Στο πείραμα γίνεται αναπαραγωγή του φυσικού φαινομένου κάτω σε ελεγχόμενες συνθήκες. Κατά τη διάρκεια του πειράματος κάνουμε προσεκτικές και ακριβής μετρήσεις ώστε να περιγράψουμε με πληρότητα το φυσικό φαινόμενο. Επίσης οι συνθήκες του πειράματος πρέπει να είναι απόλυτα γνωστές έτσι ώστε το πείραμα να μπορεί να επαναληφθεί όσες φορές χρειάζεται έτσι ώστε να οδηγεί σε βέβαια αποτελέσματα.

Η υπόθεση που επαληθεύτηκε με τη πειραματική διαδικασία μετατρέπεται σε νόμο και γίνεται γενίκευση του νόμου ως σύνολο νόμων ώστε να αποτελέσει μια θεωρία. Με τις διατυπωμένες θεωρίες είναι δυνατό οι φυσικοί επιστήμονες να προβλέπουν φυσικά φαινόμενα που μέχρι στιγμής δεν έχουν παρατηρηθεί.

Στον αρχαίο κόσμο οι φιλόσοφοι χρησιμοποιούσαν την παρατήρηση και έπειτα έκαναν λογικούς συλλογισμούς. Τον 4ο π.Χ. αιώνα ο Αριστοτέλης έπειτα από μια σειρά παρατηρήσεων στην πτώση των σωμάτων έκανε το λογικό συλλογισμό ότι τα βαρύτερα σώματα πέφτουν πιο γρήγορα από τα ελαφρότερα.

Ο Γαλιλαίος προσπάθησε να επιβεβαιώσει ή να διαψεύσει τον ισχυρισμό του Αριστοτέλη, εγκαινιάζοντας για πρώτη φορά την επιστημονική μέθοδο, η οποία βασίζεται στην πειραματική διαδικασία. Πήρε τον ισχυρισμό του Αριστοτέλη ως υπόθεση και αναπαρήγαγε το φαινόμενο με τη μορφή πολλών πειραμάτων κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες. Ως αποτέλεσμα είχε να διαψεύσει την άποψη του Αριστοτέλη και να απορρίψει την αρχική υπόθεση αφού βρήκε ότι τα σώματα έπεφταν σχεδόν ταυτόχρονα. Σύμφωνα με την παράδοση ο Γαλιλαίος άφηνε να πέσουν από τον κεκλιμένο πύργο της Πίζας σφαίρες διαφορετικού βάρους και οι μαθητές του παρατηρούσαν ότι έφταναν στο έδαφος σχεδόν ταυτόχρονα.

Ο Γαλιλαίος παρατήρησε ότι οι μικρές διαφορές στο χρόνο πτώσης οφείλεται στον αέρα που αντιστεκόταν στην πτώση των σωμάτων και μάλιστα όσο πιο μεγάλη επιφάνεια έχει το σώμα τόσο μεγαλύτερη ήταν η αντίσταση του αέρα. Ο Γαλιλαίος διατύπωσε νέα υπόθεση: Αν δεν υπάρχει αέρας, όλα τα σώματα ανεξάρτητα από το βάρος τους πέφτουν ταυτόχρονα στο έδαφος, όταν αφεθούν ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος. Ο Γαλιλαίος κάνοντας πολλά πειράματα με κεκλιμένα επίπεδα με αυλάκια και κάνοντας προσεκτικές μετρήσεις της θέση και του χρόνου πτώσης των σωμάτων επιβεβαίωσε την υπόθεση του. Μαλίστα διατύπωσε τη σχέση που δίνει το ύψος με τον χρόνο. Αργότερα οι επιστήμονες ανακάλυψαν την αντλία κενού και έκαναν το πείραμα της πτώσης των σωμάτων σε συνθήκες κενού και επαλήθεψαν πανηγυρικά για ακόμη φορά την υπόθεση του Γαλιλαίου.

Μερικές δεκαετίες αργότερα, η υπόθεση του Γαλιλαίου εντάχθηκε σε μια γενικότερη θεωρία που διατύπωσε ο Νεύτωνας για τις κινήσεις των σωμάτων τόσο γήινων όσο και ουράνιων, αποτελώντας τους τρεις Νόμους του Νεύτωνα που είναι η βάση της Κλασικής Μηχανικής.

Η επιστημονική στάση

Στη σύγχρονη επιστήμη οι επιστήμονες δεν επιτρέπεται να είναι δογματικοί και είναι υποχρεωμένοι να ελέγχουν την ορθότητα των υποθέσεων τους με προσεκτικές παρατηρήσεις και επανειλημμένα πειράματα. Η αυθεντία, δηλαδή η πεποίθηση για την κατοχή της απόλυτης αλήθειας είναι ξένη προς την επιστημονική στάση. Αν αργότερα βρεθούν πειραματικά δεδομένα που αναιρούν μια θεωρία, οι επιστήμονες αναθεωρούν τους νόμους και τη θεωρία, έτσι ώστε να συμφωνούν με τα αποτελέσματα των πειραμάτων. Ο Αϊνστάιν έλεγε: «Απαιτούνται πολλά πειράματα για να βεβαιωθεί η θεωρία μου και μόνο ένα για να απορριφθεί»