Znanost: definicija, znanstvena metoda in področja naravoslovja
Odkrijte definicijo znanosti, korake znanstvene metode in glavna področja naravoslovja (fizika, kemija, biologija, geologija, astronomija) ter osnovne raziskovalne metode.
Znanost je tisto, kar počnemo, da bi spoznali naravni svet. Naravoslovje vključuje fiziko, kemijo, biologijo, geologijo in astronomijo. Naravoslovje uporablja matematiko in logiko, ki ju včasih imenujemo "formalne znanosti". Naravoslovje izvaja opazovanja in poskuse. Znanost ustvarja natančna dejstva, znanstvene zakone in teorije. Znanost se nanaša tudi na veliko količino znanja, ki je bilo pridobljeno s tem postopkom.
Pri raziskavah se uporablja znanstvena metoda. Znanstveno raziskovanje uporablja hipoteze, ki temeljijo na idejah ali predhodnem znanju, ki jih je mogoče razvrstiti v različne teme. Nato se te hipoteze preverijo s poskusi.
Ljudje, ki preučujejo in raziskujejo znanost ter poskušajo izvedeti vse o njej, se imenujejo znanstveniki. Znanstveniki proučujejo stvari tako, da si jih zelo natančno ogledajo, jih izmerijo ter izvajajo poskuse in teste. Znanstveniki poskušajo razložiti, zakaj stvari delujejo tako, kot delujejo, in napovedati, kaj se bo zgodilo.
Kaj je znanstvena metoda?
Znanstvena metoda je sistematičen postopek za preverjanje predpostavk in pridobivanje znanja. Glavni koraki običajno vključujejo:
- Opazovanje: zbiranje podatkov o pojavu ali problemu;
- Postavitev vprašanja: jasno opredeljena raziskovalna težava;
- Hipoteza: začasna razlaga ali napoved, ki jo je mogoče preskusiti;
- Eksperimentiranje in opazovanje: načrtovani poskusi ali nadaljnja opazovanja za zbiranje dokazov;
- Analiza podatkov: uporaba statistike in logike za ovrednotenje rezultatov;
- Zaključek: potrditev, sprememba ali zavrnitev hipoteze;
- Objava in ponovljivost: rezultate se deli z drugimi, ki jih lahko neodvisno ponovijo.
Pomembne karakteristike znanstvene metode so preverljivost, ponovljivost in falsifikabilnost (možnost, da se hipoteza ovrže z dokazi). Proces vključuje tudi kritično vrednotenje, recenzijo (peer review) in odprtost za nove dokaze.
Dejstva, zakoni in teorije
V znanosti se pogosto uporabljajo izrazi, ki imajo natančen pomen:
- Dejstvo: posamezen opazljiv podatek ali izmerjena vrednost (npr. temperatura vrelišča vode pri določenem tlaku);
- Zakon: opisuje ponavljajoč vzorec ali povezavo med pojavi (npr. zakon gravitacije kot opis privlačnosti med masami); zakon povzame, kaj se zgodi v danih pogojih, običajno z matematično formulo;
- Teorija: širša, dobro utemeljena razlaga pojavov, podprta z obsežnimi dokazi (npr. teorija evolucije, teorija relativnosti). Teorija pojasnjuje, zakaj se nekaj dogaja, in omogoča napovedi.
Področja naravoslovja in povezane vede
Obstoječe glavne naravoslovne discipline vključujejo:
- Fiziko: preučevanje energije, snovi, sile in osnovnih zakonitosti vesolja;
- Kemijo: preučevanje sestave, lastnosti in reakcij snovi;
- Biologijo: preučevanje življenja, organizmov in njihovih sistemov;
- Geologijo: preučevanje Zemlje, njenih struktur, zgodovine in procesov;
- Astronomijo: preučevanje vesolja, zvezd, planetov in kozmosa.
Formalne vede kot matematika in logika, čeprav same po sebi ne izvajajo eksperimentov v naravi, zagotavljajo orodja za modeliranje, analizo in natančno izražanje znanstvenih idej. Poleg tega se pojavljajo številna interdisciplinarna področja (npr. biofizika, kemična biologija, geokemija), ki povezujejo več disciplin za reševanje kompleksnih vprašanj.
Kako znanstveniki delajo
Znanstveniki uporabljajo različna orodja in metode: mikroskope, spektrometre, računalniške simulacije, statistične analize, ter metode za zbiranje in obdelavo velikih količin podatkov. Pri delu so pomembne tudi etične smernice (npr. varstvo človekovih in živalskih subjektov pri poskusih), transparentnost metod in izmenjava podatkov.
Meje, negotovost in etika znanosti
Znanost ne daje vedno dokončnih odgovorov. Nekatera vprašanja so težko preverljiva zaradi tehničnih omejitev, kompleksnosti sistemov ali etičnih razlogov. Znanost vključuje negotovost: rezultati imajo običajno stopnjo zaupanja ali verjetnosti. Pomembni izzivi so tudi ponovljivost rezultatov, možnost napak in pristranskosti ter družbeni in etični vidiki raziskav, kot so varovanje zasebnosti, vpliv na okolje in odgovorno ravnanje z novimi tehnologijami.
Vpliv znanosti
Znanje, pridobljeno z znanostjo, je osnova za tehnologijo, medicine, industrijo in še mnoge druge aplikacije, ki izboljšujejo kakovost življenja. Hkrati pa znanstveni napredek zahteva odgovorno uporabo in premišljeno upravljanje posledic za družbo in okolje.
Na koncu je znanost dinamičen proces: teorije se lahko spreminjajo ali širijo, ko pridejo novi dokazi. Temelji znanstvenega dela so radovednost, natančnost, kritično razmišljanje in odprtost za popravek napak.
Razsežnost vesolja po vejah znanosti
Znanstvena metoda
Danes se "znanost" običajno nanaša na način pridobivanja znanja in ne le na samo znanje. Večinoma se ukvarja s pojavi v materialnem svetu. V 17. in 18. stoletju so si znanstveniki vse bolj prizadevali oblikovati znanje v smislu naravnih zakonov, kot so Newtonovi zakoni gibanja. V 19. stoletju pa se je beseda "znanost" vse bolj povezovala s samo znanstveno metodo kot načinom preučevanja naravnega sveta, vključno s fiziko, kemijo, geologijo in biologijo.
V 19. stoletju je William Whewell ustvaril tudi izraz znanstvenik. Z njim je želel ločiti tiste, ki so iskali znanje o naravi, od tistih, ki so iskali druge vrste znanja.
Znanstvena metoda je ime za metode, ki jih znanstveniki uporabljajo za iskanje znanja. Glavne značilnosti znanstvene metode so:
- Znanstveniki opredelijo vprašanje ali problem v naravi. Nekateri problemi so preprosti, na primer "koliko nog imajo muhe?", nekateri pa so zelo globoki, na primer "zakaj predmeti padajo na tla?"
- Nato znanstveniki raziščejo težavo. Z njim se ukvarjajo in zbirajo dejstva. Včasih je treba le pozorno pogledati.
- Na nekatera vprašanja ni mogoče odgovoriti neposredno. Takrat znanstveniki predlagajo zamisli in jih preizkusijo. Izvajajo poskuse in zbirajo podatke.
- Sčasoma ugotovijo, kaj je po njihovem mnenju dober odgovor na težavo. Nato o tem obvestijo ljudi.
- Kasneje se lahko drugi znanstveniki s tem strinjajo ali ne. Morda bodo predlagali drug odgovor. Morda bodo izvedli več poskusov. Kar koli v znanosti se lahko spremeni, če ugotovimo, da prejšnja rešitev ni bila dovolj dobra.
Primer
Znan primer znanosti v praksi je bila odprava Arthurja Eddingtona na otok Principe v Afriki leta 1919. Tja se je odpravil, da bi med sončnim mrkom zabeležil položaje zvezd okoli Sonca. Opazovanje položajev zvezd je pokazalo, da so se navidezni položaji zvezd blizu Sonca spremenili. Svetlobo, ki je prehajala mimo Sonca, je gravitacija vlekla proti Soncu. To je potrdilo napovedi o gravitacijski leči, ki jih je Albert Einstein podal v splošni teoriji relativnosti, objavljeni leta 1915. Eddingtonova opazovanja so veljala za prvi trdni dokaz v prid Einsteinovi teoriji. Če bi se opazovanja končala drugače, bi to pomenilo nasprotovanje Einsteinovi teoriji in morda njeno ovržbo (dokazalo bi, da je napačna).
Praktični učinki znanstvenih raziskav
Odkritja na področju temeljnih znanosti lahko spremenijo svet. Na primer:
| Raziskave | Učinek |
| Statična elektrika in magnetizem (1600) | Vse električne naprave, dinamo, električne elektrarne, sodobna elektronika, vključno z električno razsvetljavo, televizijo, električnim ogrevanjem, magnetnim trakom, zvočnikom ter kompasom in strelovodom. |
| Difrakcija (1665) | Optika, od tod optični kabel (40. leta 19. stoletja), kabelska televizija in internet |
| Kužna teorija (1700) | Higiena, ki omogoča manjši prenos nalezljivih bolezni, protitelesa, ki omogočajo tehnike za diagnosticiranje bolezni in ciljno usmerjeno protirakavo zdravljenje. |
| Cepljenje (1798) | To je privedlo do odprave večine nalezljivih bolezni v razvitih državah in izkoreninjenja oslovskih kug po vsem svetu. |
| Fotovoltaika (1839) | Sončne celice (1883), torej sončna energija, ure, kalkulatorji in druge naprave na sončno energijo. |
| Nenavadna orbita Merkurja (1859) in druge raziskave, ki so pripeljale | Satelitska tehnologija, kot so GPS (1973), satelitska navigacija in komunikacijski sateliti. |
| Radijski valovi (1887) | Radio je hitro postal znan po svoji uporabi v radijskem (1906) in televizijskem (1927) razvedrilnem programu. Veliko se je uporabljal tudi na področjih telefonije, reševalnih služb, radarja (navigacija in napovedovanje vremena), medicine, astronomije, brezžičnih komunikacij in omrežij. Radijske raziskave so pripeljale tudi do uporabe mikrovalov za segrevanje in kuhanje hrane. |
| Radioaktivnost (1896) in antimaterija (1932) | zdravljenje raka (1896), radiometrično datiranje (1905), jedrski reaktorji (1942) in orožje (1945), skeniranje PET (1961) in medicinske raziskave (z izotopskim označevanjem). |
| Rentgenski žarki (1896) | Medicinsko slikanje, vključno z računalniško tomografijo |
| Kristalografija in kvantna mehanika (1900) | Polprevodniške naprave (1906), s čimer se je začelo sodobno računalništvo in telekomunikacije, vključno z integracijo z brezžičnimi napravami: mobilnim telefonom |
| Plastika (1907) | Od bakelita do številnih vrst umetnih polimerov za številne aplikacije v industriji in vsakdanjem življenju. |
| Antibiotiki (80. leta 19. stoletja, 1928) | Salvarsan, penicilin, doksiciklin itd. |
| Jedrska magnetna resonanca (30. leta 20. stoletja) | Spektroskopija z jedrsko magnetno resonanco (1946), slikanje z magnetno resonanco (1971), funkcionalno slikanje z magnetno resonanco (1990). |
Druge značilnosti znanosti
Vsi se ne strinjajo v celoti s tem, kako deluje znanost. Nekateri filozofi in znanstveniki pravijo, da so znanstvene teorije sprejete le za določen čas. Veljajo tako dolgo, dokler so najboljša razlaga. Ko teorije ne pojasnjujejo več podatkov, se zavržejo in nadomestijo. Včasih pa znanstveniki raje izboljšajo teorijo, kot da bi jo zavrgli, ali pa jo še naprej uporabljajo v upanju, da bo sčasoma izboljšana.
Znanost je način pridobivanja znanja z zavračanjem tistega, kar ni resnično.
Znanstveniki morajo biti zelo previdni pri oblikovanju razlag, ki se dobro ujemajo s tem, kar opazujejo in merijo. Tekmujejo za boljše razlage. Razlaga je lahko zanimiva ali prijetna, vendar če se ne ujema s tem, kar drugi znanstveniki resnično vidijo in merijo, bodo poskušali najti boljšo razlago.
Preden je znanstveni članek objavljen, ga drugi znanstveniki preberejo in presodijo, ali so razlage smiselne glede na podatke. To se imenuje medsebojno preverjanje. Po objavi člankov drugi znanstveniki prav tako preverijo, ali isti poskusi, opazovanja ali testi ponovno dajejo enake podatke. Medsebojno preverjanje in ponavljanje poskusov sta edini način, da se prepričamo, da je znanje pravilno.
Znanost ustvarja modele narave, modele našega vesolja in medicine. Obstaja veliko različnih znanosti s svojimi imeni. Vendar pa ni prav, da rečemo, da "znanost pravi" eno samo stvar. Znanost je proces in ne le dejstva in pravila, v katera se verjame v nekem trenutku.
Sorodne strani
- Zgodovina znanosti
- Znanstveni turizem
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je znanost?
O: Znanost je proces odkrivanja in razumevanja naravnega sveta z opazovanjem, poskusi in raziskovanjem. Nanaša se tudi na obsežno znanje, ki je bilo odkrito s tem postopkom.
V: Kateri so primeri naravoslovnih znanosti?
O: Naravoslovje vključuje kemijo, biologijo, geologijo, astronomijo in fiziko.
V: Kaj so "formalne znanosti"?
O: Formalne znanosti so matematika in logika, ki se uporabljata v znanstvenih raziskavah.
V: Kako potekajo znanstvene raziskave?
O: Znanstveno raziskovanje uporablja hipoteze, ki temeljijo na idejah ali prejšnjem znanju, ki jih lahko razvrstimo v različne teme. Te hipoteze se nato preverjajo s poskusi.
V: Kdo se ukvarja z znanostjo?
O: Ljudje, ki preučujejo in raziskujejo znanost, da bi o njej izvedeli vse, se imenujejo znanstveniki.
V: Kako znanstveniki preučujejo stvari?
O: Znanstveniki proučujejo stvari tako, da si jih zelo natančno ogledajo, jih merijo, izvajajo poskuse in teste, poskušajo razložiti, zakaj se stvari obnašajo tako, kot se, in napovedujejo, kaj se bo zgodilo.
Iskati