3. ASPECTE ALE ACTIVITĂŢII ŞTIINŢIFICE
Cu toate că activităţile şi metodele folosite de oamenii de ştiinţă sunt multiple şi adesea complexe, întreaga activitate a cercetătorilor, poate fi grupată în două mari clase: empirică (care include metodele observaţiei) şi teoretică (care include în special termeni explicativi şi respectiv teorii ştiinţifice care corelează şi unifică observaţiile).
Reprezintă o descriere scrisă sau orală despre perceperea sau cunoaşterea unui obiect natural sau o întâmplare. Orice cercetare îşi bazează începutul pe o observaţie, care stimulează apoi curiozitatea ştiinţifică a investigatorului. Observaţia apare atât în timpul muncii cotidiene de cercetare dirijată spre o anumită direcţie cât şi întâmplător când se referă la observaţia colaterală scopului principal. Observaţiile întâmplătoare sunt şi ele la fel de productive (de exemplu observaţia lui Bequerelle referitoare la voalarea unui film fotografic amplasat lângă o bucată de minereu de uraniu).
În timpul observaţiei, cercetătorul îşi poate pune întrebări de tipul: “cum”, “unde”, “când”, “ce”, “cine” sau “cât de mult” dar un cercetător ştiinţific nu-şi poate pune întrebarea “de ce”. O astfel de întrebare face parte din zona de studiu metafizic a cunoaşterii.
Reprezintă o relatare despre un obiect natural şi/sau un eveniment desfăşurat în spaţiu şi timp.
De obicei descrierea ştiinţifică este foarte amănunţită şi lungă, ea cuprinzând printre altele, mărimea(dimensiunea), aspectul, valoarea, densitatea, compoziţia, şi încă multe faţete ale obiectelor sau evenimentelor desfăşurată în timp pe care cercetătorii le cuantifică, luând un reper de zero în timp.
Trebuie făcută observaţia că descrierea obiectelor sau evenimentelor poate fi falsă sau adevărată pe când obiectele naturale sau fenomenele nu pot fi considerate adevărate sau false.
Din această cauză, se ajunge în final la descrieri aproximative ale adevăratului fenomen, care de multe ori este mai complex sau esenţialul este mascat mai mult sau mai puţin.
Reprezintă operaţia efectuată cu simboluri numerice şi abstracte folosind reguli şi algoritmi din diferite ramuri ale matematicii.
Calculul matematic, poate fi folosit în momentul în care cuantificarea fenomenelor descrise a avut loc. Cu ajutorul lui se pot găsi corelaţii între diferitele variabile folosind diferite tipuri de calcul, cel mai des folosit fiind calculul statistic.
Au apărut ramuri ale matematicii, la care se pot analiza fenomene, care nu sunt precis cuantificate, folosind comparaţii calitative şi/sau comparaţii cantitative manipulând valori aproximative sau vag conturate.
Reprezintă procesul de ordonare a obiectelor naturale sau a evenimentelor după criterii date. Ordonarea se face cu mare atenţie, cu scopul detectării de similarităţi şi respectiv diferenţe, cu scopul găsirii relaţiilor de legătură între obiecte sau fenomene în mediul înconjurător.
Clasificarea elementelor efectuate de Mendeleev, reprezintă un exemplu elocvent despre acest aspect al activităţii ştiinţifice. El realizând o clasificare atentă, a reuşit să prezică locurile libere în tabelul său pentru elementele chimice nedescoperite încă atunci.
Clasificarea pe lângă faptul că face o anumită ordine într-un domeniu de obiecte naturale sau fenomene este importantă şi prin aceea că conduce uşor spre anumite generalizări.
Este o formulare a aspectelor comune pentru obiectele naturale sau evenimentele similare.
Generalizarea reprezintă pe de altă parte o afirmaţie despre un grup de membri ai unei mulţimi de obiecte sau evenimente.
Toţi oamenii de ştiinţă folosind observaţia, descrierea, calculul matematic şi clasificarea ajung în final la primul pas în realizarea muncii lor şi anume la generalizare.
Generalizările sunt finalizate în forme de definiţii şi reguli.
Prin raţionamentul inductiv, gândirea umană poate detecta similarităţile sau/şi diferenţele fenomenelor naturii sau a obiectelor din natură sub forma unor formulări generale.
Acest raţionament este un model de gândire umană care este folosit cu precădere în ştiinţele empirice, şi care constă într-o inferenţă (operaţie a gândirii prin care se trece de la un enunţ la altul) de la enunţuri singulare (descrieri, observaţii, experimente, calcule făcute cu anumite mărimi), la enunţuri universale, la ipoteze sau teorii.
Referitor la raţionamentul inductiv, au apărut o serie de critici printre care Karl R. Popper [37] care susţine: “Este însă departe de a fi ceva de la sine înţeles că suntem îndreptăţiţi să inferăm enunţuri universale din enunţuri singulare, oricât de numeroase ar fi acestea...”.
Au apărut o serie de discuţii între logicieni şi filozofi referitor la: “dacă şi în ce condiţii sunt îndreptăţite raţionamentele inductive?”. În matematică inducţia completă este în general acceptată fără alte observaţii.
Reprezintă compararea unor obiecte naturale sau fenomene nefamiliare (mai puţin cunoscute şi de obicei obiecte de studiu) cu alte obiecte naturale sau fenomene cunoscute cercetătorului ce efectuează analogia.
De obicei analogia se efectuează doar pentru câteva aspecte pentru care comparaţia este posibilă. Prin analogie, cercetătorii pot pregăti experienţe şi modelări pentru cercetarea de noi obiecte naturale sau fenomene, ţinând cont de experimentările făcute cu alte obiecte sau fenomene deja cunoscute.
De-a lungul timpului au apărut o serie de analogii care au ajutat cercetătorii ştiinţifici să obţină progrese în munca lor.
Exemple de analogii apărute în ştiinţă:
- organizarea similară a atomului cu a sistemului solar;
- efectul Doppler descoperit pentru sunet a fost extins pentru lumină (în special pentru lumina roşie);
- ciocnirile elastice ale bilelor de biliard au fost extinse pentru mişcarea moleculelor într-un mediu închis;
- curgerea lichidelor pentru explicarea curgerii curentului electric continuu;
- celula fagurelui de albină cu celula plantelor;
- reacţii chimice in vitro extinse de evoluţionisţi la reacţiile “primitive” de pe pământ (când în urmă cu cca. 20 miliarde ani s-au obţinut anumite substanţe organice din anorganice);
- scările interioare dintr-o casă englezească cu forma spaţial elicoidală a ADN-lui;
- selecţia artificială (făcută de om pentru ameliorarea unei rase) cu selecţia naturală susţinută de evoluţionişti;
- comportarea animală extinsă de evoluţionişti la comportarea umană.
Reprezintă o presupunere enunţată pe baza unor fapte cunoscute, cu privire la esenţa, cauza, legea, mecanismul intern al unui fenomen. Mai direct spus, ipoteza reprezintă tentativa de a răspunde la o problemă dată, în forme adecvate pentru a fi, testată.
Ipoteza este pe de altă parte baza pentru formularea unei predicţii, adică pentru un anumit tip de testare, din care ar trebui să se obţină adevărul sau falsitatea ipotezei enunţate.
Anticiparea sau deducerea prin calcule a stării de legătură sau corelare a obiectelor naturale sau a evenimentelor bazate pe cunoştinţele dobândite până în acel moment.
Predicţia este analoagă formulării: “dacă... atunci”. Astfel dacă sunt cunoscute o serie de condiţii, se pot anticipa (de oamenii de ştiinţă bine antrenaţi în domeniu şi mai ales de aceea care au această calitate de anticipare), condiţiile şi relaţiile ce pot fi asociate condiţiilor şi relaţiilor cunoscute.
Acest model al cunoaşterii este caracteristic raţionamentului deductiv.
Prin raţionamentul deductiv se pot obţine noi concluzii sau relaţii din generalizări mai extinse. Adesea raţionamentul deductiv a fost considerat ca opus raţionamentului inductiv.
Cel mai important lucru este că cele două raţionamente împreună formează cele două faze ale cunoaşterii umane.
Reprezintă folosirea echipamentelor proiectate adecvat, a aparatelor de măsură şi a componentelor variabile controlate în vederea obţinerii de observaţii şi descrieri, care în mod normal nu ar fi obtenabile.
La început, experimentările se făceau simplist, fără un program prealabil. Aparatura era simplă şi uşor de procurat. În epoca modernă, experimentările sunt din ce în ce mai complexe, necesitând echipamente şi aparatură din ce în ce mai sofisticate şi mai scumpe.
Reprezintă o proiectare a unei experienţe controlate, cu scopul validării sau invalidării unei ipoteze sau predicţii făcute anterior.
În cazul fizicii energiilor mari, echipamentele depăşesc adeseori valori de sute de milioane de dolari şi execuţia cu punere în funcţie poate dura câţiva ani. În plus apar situaţii, în care un experiment început poate dura luni sau chiar ani de zile (de exemplu urmărirea neutronilor în instalaţiile speciale montate sub pământ).
În cazul experimentărilor de urmărire a mutaţiilor pe musca drosophila, aceste experienţe se desfăşoară deja de zeci de ani şi continuă încă.
După testări repetabile şi având un suport suficient de date sistematizate sau o generalizare substanţială de cunoştinţe cu aplicabilitate universală referitoare la un set de factori, se poate elabora o lege ştiinţifică.
Legile ştiinţifice sunt tipic exemplificate prin legile mişcării lui Newton, legile de mişcare ale planetelor sau legea moştenirii caracterelor a lui Mendel.
În general, legile ştiinţifice reprezintă aproximări ale oamenilor de ştiinţă referitor la natura înconjurătoare şi au fost identificate de cercetători de-a lungul secolelor. Este important de arătat că legile ştiinţifice nu pot controla natura sau universul.
Deci legile naturii sunt afirmaţii descriptive. Ele sunt diferite de legile civile sau juridice care sunt prescriptive, adică indică cum trebuie să se comporte oamenii.
3.14. ELABORAREA TEORIEI ŞTIINŢIFICE
Teoria ştiinţifică reprezintă o listă de postulate şi atribute ştiinţifice de obicei specificând existenţa, relaţii de legătură şi evenimente privind entităţi imaginare (ca atomul, molecula, gena), obţinând un sistem explicativ semnificativ pentru o serie de factori destul de diverşi.
Exemple de teorii ştiinţifice: teoria molecular-cinetică a gazelor, teoria modernă a atomului, teoria nucleară, teoria genelor. Fiecare dintre aceste teorii necesită o listă de postulate (sau supoziţii teoretice) referitor la existenţa mărimilor imaginate ca: molecule, atomi, electroni sau gene; aşa cum s-a arătat în cap. 2.5 privitor la elaborarea unei teorii ştiinţifice corecte.
3.15. EXEMPLE DE TEORII ŞTIINŢIFICE
De-a lungul ultimilor zeci de ani au fost dezvoltate o serie de teorii ştiinţifice, care au fost apoi verificate, testate de foarte mulţi cercetători şi apoi modificate, îmbunătăţite. Pentru exemplificare, în continuare sunt prezentate câteva teorii ştiinţifice, în special postulatele pe care s-au bazat ele la elaborare.
a. Postulatele teoriei cinetice a gazului perfect.
1. Toată materia este compusă din particule mici.
2. Moleculele gazelor sunt mici în comparaţie cu distanţa dintre ele.
3. Particulele sunt în continuă mişcare.
4. Ciocnirile între molecule sau intre molecule şi pereţii vasului sunt perfect elastice (fără pierderi de energie).
5. Energia cinetică medie a diferitelor molecule gazoase este aceeaşi la aceeaşi temperatură.
b. Postulatele teoriei atomice ale lui Dalton (sec. XIX-lea).
1. Întreaga materie este compusă în final din particule numite atomi, care sunt indivizibile.
2. Toate particulele unui element dat sunt de aceeaşi greutate şi au în comun şi alte aspecte (dar particulele altor elemente au diferite greutăţi).
3. Atomii sunt indestructibili din punct de vedere chimic şi identitatea lor nu se schimbă în timpul reacţiilor chimice.
4. Combinaţiile chimice au loc prin uniunea atomilor diferitelor elemente în rapoarte simple.
c. Postulatele teoriei nucleo-electronice.
1. Atomul este compus din nuclee, în jurul lor fiind un nor de electroni.
2. Nucleele sunt compuse din protoni şi neutroni.
3. Protonii au sarcini pozitive.
4. Electronii au sarcini negative.
5. Numărul protonilor este egal cu numărul electronilor.
6. Numărul de sarcini pozitive în nucleele unei substanţe este numit număr atomic.
7. Neutronii sunt particule neutre (din punct de vedere electric) şi au masa aproape egală cu protonii.
d. Postulatele teoriei genetice.
1. Genele există în perechi pentru o însuşire, de obicei în zigoţi (zigotul fiind celula diploidă rezultată din unirea a doi gameţi haploizi rezultând un ou fecundat), în celulele de bază şi în celulele generative gonade (gonada fiind organele care produc gameţi spermatozoizi şi ovule).
2. Numai câte una din perechea de gene există în gameţi.
3. Două gene există pentru o însuşire în zigot după fertilizare.
4. O genă poate fi dominantă asupra altei gene.
5. Perechile de gene se pot combina aleatoriu şi independent în timpul formării gametului şi astfel rezultă o anumită fertilizare.
6. O serie de gene pot influenţa aceeaşi însuşire.
7. Mai mult de o genă este localizată într-un singur cromozom (cromozomul este structura specifică alcătuită dintr-o moleculă de ADN înconjurată de proteine), prezent în nucleul organismelor superioare eucariote (eucariotul este organismul al cărui celulă au nucleul separat de citoplasmă printr-o membrană bine definită şi al cărui material genetic este purtat de cromozomi).
8. Schimbul de gene este posibil ca şi schimbul de părţi de cromozomi.
9. Mai multe perechi de gene poate influenţa aceeaşi însuşire.
3.16. CRITERII PENTRU VERIFICAREA CORECTITUDINII UNEI TEORII ŞTIINŢIFICE
Urmărind criteriile ce stau la baza construirii unei teorii ştiinţifice (în conformitate cu criteriile prezentate în cap. 2.5 - Metateoria), trebuie făcută precizarea că postulatele teoriei ştiinţifice sunt adeseori bazate pe observaţii asupra obiectelor din natură sau evenimentelor ştiinţifice, care au fost notate, urmărite, clasificate uneori cu mult înaintea emiterii postulatelor teoretice.
Se poate afirma că nici o teorie ştiinţifică nu a fost formulată fără analiza, calculul şi clasificarea datelor empirice culese. De fapt, postulatele unei teorii ştiinţifice reprezintă baza pentru teoreme şi predicţii, care pot fi apoi verificate de experienţe în mod direct şi indirect.
În continuare sunt prezentate criteriile de bază pentru verificarea unei teorii ştiinţifice, propuse de Gerald Halton şi Duane Roller [45]:
1. O teorie fructuoasă corelează mulţi factori separaţi, în particular observaţii importante apriorice, într-o structură de gândire logică compactă.
2. În timpul folosirii ei continue, ea trebuie să sugereze noi relaţii şi să stimuleze cercetarea în continuare.
3. Teoria trebuie să ne permită predicţii care să fie controlate prin experimentări şi în special ea trebuie să ne fie folositoare în rezolvarea diferitelor probleme practice.
Studiul istoriei dezvoltării ştiinţei, a arătat că o teorie bună are în plus una sau două din atributele de mai jos [45]:
1. Când fumul s-a ridicat după o bătălie iniţială, cu un succes mai mare, apare o teorie rivală, mai simplă în sens şi cu mai puţine ipoteze şi axiome.
2. O teorie este mai uşor de acceptat de cercetătorii contemporani dacă axiomele şi postulatele sunt plauzibile.
3. O teorie are succes dacă este destul de flexibilă în dezvoltare, astfel încât pe parcurs să poată fi completată.
În sinteză, o teorie poate fi testată, după următoarele criterii [13]:
1. Sunt toate observaţiile cunoscute din domeniu explicate de teorie?
2. Este teoria o bază de predicţie pentru obiecte şi fenomene care până acum n-au fost observaţie?
3. Poate teoria fi modificată, dacă noi date vor fi colectate?
4. Poate fi teoria evaluată indirect prin teste empirice de predicţie sau pot fi deduse teoreme noi din teorie?