Vísindi

Loðvík 14. heimsækir Frönsku vísindaakademíuna árið 1671.

Vísindi eru kerfisbundin leit að þekkingu með rannsóknum sem byggjast á vísindalegum aðferðum. Meðal þess sem einkennir vísindalegar aðferðir er rökhugsun, nákvæmni, hlutlægni og sannreynanleiki. Aðferðirnar eiga þannig að tryggja að vísindaleg þekking sé örugg þekking um viðfangsefnið. Vísindarannsóknir hafa haft víðtækar afleiðingar fyrir þróun mannlegra samfélaga, meðal annars menntun, heilsu, tækni og stjórnarfar. Vísindastarf hefur verið kallað hornsteinn lýðræðis. Oft er tekist á um gildi vísindarannsókna, til dæmis þegar fólk hafnar eða gerir lítið úr vísindalegri þekkingu sem stangast á við lífsviðhorf þess, stjórnmálaskoðanir eða trú. Nýleg dæmi um málefni sem hafa orsakað deilur og gagnrýni á vísindarannsóknir eru loftslagsbreytingar, bólusetningar og erfðabreyttar lífverur. Vísinda- og tæknirannsóknir eru félagsvísindagrein sem rannsakar áhrif vísinda á samfélög og daglegt líf. Vísindarannsóknir eru unnar víða í samfélaginu, af einstaklingum, rannsóknarstofnunum og rannsóknar- og þróunardeildum stórfyrirtækja. Niðurstöður rannsókna eru gefnar út í vísindalegum útgáfum, oftast í ritrýndum tímaritsgreinum sem eru birtar í viðurkenndum vísindaritum.

Vísindasaga rekur sögu skipulegra vísindarannsókna frá fyrstu samfélögum fornaldar sem notuðust við ritmál. Í bæði Súmer og Egyptalandi hinu forna urðu framfarir í læknisfræði, stærðfræði og stjörnufræði sem varðveittust í vísindaritum. Vísindasagan rekur hvernig þróun vísindanna hefur oft ráðist af tilviljunum og heppni, ekki síður en skipulegri beitingu vísindalegra aðferða, og hvernig viðtekin vísindaleg sannindi breytast stöðugt með nýjum rannsóknum. Vísindaheimspeki er grein heimspeki sem fæst við vísindi og vísindalega þekkingu. Eitt af þeim vandamálum sem vísindaheimspeki fæst við er afmörkunarvandinn: hvernig má greina vísindalega aðferð frá öðrum aðferðum við þekkingarleit, og vísindalega þekkingu frá annars konar þekkingu. Hvernig er til dæmis hægt að greina vísindi frá hjáfræði og hver er munurinn á vísindalegum staðreyndum og rökstuddum skoðunum? Karl Popper notaði hrekjanleika til að leysa þennan vanda. Samkvæmt Popper einkennist hjáfræði af því að ekki er hægt að sannreyna hvort staðhæfingar séu sannar eða ósannar. Thomas Kuhn hafnaði því hins vegar að hægt væri að afmarka vísindalega þekkingu með svo skýrum hætti þar sem öll vísindi mótast af ríkjandi viðhorfum á hverjum tíma.

Vísindi skiptast í fjölmargar vísindagreinar sem eiga sér ólíka sögu, nota ólíkar aðferðir og rannsaka ólík viðfangsefni. Vísindafólk gengur yfirleitt í gegnum háskólanám til að fá þjálfun í viðkomandi grein. Í háskólum er algengt er að flokka vísindagreinar niður í deildir. Í Háskóla Íslands eru til dæmis sérstök svið fyrir hugvísindi (til dæmis sagnfræði og málvísindi), raunvísindi eða náttúruvísindi (til dæmis líffræði og jarðfræði), félagsvísindi (til dæmis stjórnmálafræði og hagfræði), heilbrigðisvísindi (til dæmis hjúkrunarfræði og næringarfræði) og menntavísindi (til dæmis þroskaþjálfafræði og tómstundafræði). Stundum er greint á milli formlegra vísinda (til dæmis heimspeki og stærðfræði) og empírískra vísinda (til dæmis mannfræði og efnafræði), eða vísinda sem leggja áherslu á hagnýtt gildi rannsókna (til dæmis verkfræði og viðskiptafræði) og vísinda þar sem gerður er greinarmunur á kennilegum rannsóknum, grunnrannsóknum og hagnýtum rannsóknum (til dæmis lögfræði og eðlisfræði). Sumar vísindagreinar, eins og læknisfræði og guðfræði, eiga sér yfir þúsund ára sögu; meðan aðrar, eins og sameindalíffræði og fötlunarfræði, eru tiltölulega nýjar af nálinni.

Hrein og hagnýtt vísindi

Hagnýtt vísindi eru þær fræðigreinar þar sem rannsóknir geta haft bein áhrif á þjóðfélagið, t.d. er hægt að selja lyf framleidd vegna rannsókna í lyfjafræði. Hrein vísindi eru hins vegar fræðigreinar sem hafa óbein áhrif á þjóðfélagið en þekkingar er aflað óháð því hvort þær hafi hagnýtt gildi eða ekki en afraksturinn af rannsóknum fræðimanna þeirra greina er nýttur í rannsóknir í fræðigreinum hagnýttra vísinda.

Rannsóknir

Aðalgrein: Rannsókn

Rannsóknir með rafeindasmásjá í Idaho National Laboratory í Bandaríkjunum.

Mannfræðingur rannsakar mannabein á vettvangi í Súdan.

Vísindarannsóknir miða að því að bæta við stöðu þekkingar á hverjum tíma. Grunnrannsóknir reyna að auka þekkingu á tilteknu viðfangsefni, meðan hagnýtar rannsóknir nota fyrirliggjandi þekkingu til að finna lausnir á tilteknum vandamálum. Í upphafi rannsóknarhönnunar er viðfangsefnið afmarkað og settar fram rannsóknarspurningar sem rannsóknin á að svara og geta byggst á tilgátu. Oft fela vísindarannsóknir í sér gagnaöflun. Þegar rannsóknin kallar á notkun á dýrum úrræðum, eins og rannsóknarstofum, þarf að gera aðferðalýsingu, þar sem tekið er fram hvaða gögnum skuli safnað og hvernig, og gagnastjórnunaráætlun sem segir til um meðhöndlun og varðveislu gagna.

Í upphafi getur þurft leyfi til gagnaöflunar. Í skjalarannsóknum þarf leyfi stofnana eða stjórnvalda til að fá aðgang að tilteknum gagnasöfnum. Þegar rannsóknin felur í sér röskun á vettvangi, klínískar prófanir, tilraunir á mönnum eða dýrum, söfnun lífsýna eða söfnun gagna um hópa í félagslega viðkvæmri stöðu, börn eða fólk á hjúkrunarheimilum, þarf að sækja um leyfi siðanefndar. Sem dæmi þá veitir Minjastofnun leyfi fyrir fornleifarannsóknir sem fela í sér jarðrask, Vísindasiðanefnd veitir leyfi fyrir rannsóknir á lífsýnum úr fólki og Matvælastofnun veitir leyfi fyrir tilraunir á dýrum, í íslensku samhengi.

Gagnaöflunin getur falist í að viða að sér og rýna heimildir, safna sýnum og framkvæma mælingar á vettvangi, gera könnun hjá úrtaki sem er nógu stórt til að alhæfa um tiltekið þýði, eða finna hentuga viðmælendur í viðtalsrannsókn. Gögnin geta verið blinduð og gripið til sérstakra úrræða til að gæta að friðhelgi einkalífs þátttakenda. Oft þarf að mæla viðmiðunarbreytur eða nota viðmiðunarhóp til að greina breytileika. Gögnin eru kóðuð og greind út frá því skýringarlíkani sem lagt var upp með. Niðurstöður greiningarinnar eru túlkaðar þannig að hægt sé að draga ályktanir um rannsóknarspurninguna og endurskoða tilgátuna sem hún byggði á. Niðurstöður vísindarannsókna eru sagðar styrkja eða veikja tilgátuna, fremur en að þær sanni hana eða afsanni. Með endurteknum rannsóknum er hægt að endurbæta þau skýringarlíkön (kenningar) sem unnið er með.

Þegar niðurstöður rannsóknar liggja fyrir eru þær gefnar út í formi tímaritsgreinar, þar sem aðrar rannsóknir á viðfangsefninu eða tengdu efni eru tíundaðar, rannsóknarspurningin sett fram, rannsókn lýst og niðurstöður gefnar út (oft í töfluformi). Greinin er svo send til viðurkennds vísindatímarits sem tekur ákvörðun um hvort hún fái ritrýni og verði gefin út. Styrktaraðilar rannsóknarinnar geta sett skilyrði um útgáfu í opnum aðgangi og safnvistun í rannsóknargagnasafni tiltekinnar stofnunar. Í sumum vísindagreinum eru niðurstöður settar fram á tiltekinn hátt til að auðvelda safngreiningu.

Vísindaleg aðferð

Aðalgrein: Vísindaleg aðferð

Nátengd skilgreiningu á vísindum er skilgreining á því sem kallast vísindaleg aðferð. Hin vísindalega aðferð er í raun ekki ein tiltekin aðferð, heldur ákveðin aðferðafræði eða viðhorf um það hvers lags aðferðir eru vænlegar til að auka vísindalega þekkingu. Samkvæmt þessari aðferðafræði ber að leggja mikla áherslu á að athuganir séu hlutlægar og að aðrir vísindamenn geti sannreynt niðurstöðurnar, og að rannsóknir skuli miðast við að sannreyna afleiðingar sem hægt er að leiða út af kenningum.

Athugun

Athugun er fyrsta þrepið við kenningarmyndun en í því felst að vakin er athygli á ástæðunni fyrir því að farið sé út í kenningarmyndun og aðrar athugasemdir á viðfangsefninu. Þekking sem styðst eingöngu við athugun en ekki tilraun kallast reynsluþekking. Mikill hluti nútímavísinda byggir eingöngu á reynsluþekkingu.

Tilgáta

Tilgáta er annað þrepið en þá er sett fram óstaðfest lausn eða aðferð út frá athugunum sem voru gerðar í fyrra þrepinu.

Tilraun

Tilraunir eru gerðar til að annað hvort staðfesta eða hrekja tilgáturnar sem settar voru fram í fyrra þrepi. Í þessu þrepi er framkvæmd bæði aðaltilraun og samanburðartilraun en munurinn felst í því að í aðaltilrauninni er prófað að framkvæma aðferðina eða lausnina sem skilgreind var í tilgátunni sem sett var fram en samanburðartilraunin er framkvæmd á sama hátt, nema sleppt að framkvæma það sem prófað er með aðaltilrauninni.

Kenning

Kenning er sett fram af þeim sem framkvæmdi tilraunina og fer hún eftir niðurstöðunum úr henni. Hverjar sem niðurstöðurnar verða, þá er hægt að setja fram kenningu um það sem prófað var. Þegar kenning er mynduð þarf að fylgja lýsing á öllu ferlinu ásamt þeim rannsóknargögnum sem leiddu til niðurstöðunnar svo að aðrir geti staðfest eða afsannað kenningu. Í heimi vísindanna er ekkert sem telst algerlega sannað og byggist allt á því sem að menn vita best á hverjum tíma. Kenningar eiga til með að mótast eða verið afsannaðar eftir að þær hafa verið settar svo að taka skal tillit til þess þegar kenningar eru íhugaðar. Þess ber að minnast að svonefnd „lögmál“ eru kenningar, þrátt fyrir að nafngiftin segi annað.

Munurinn á kenningu og lögmáli

Kenningar verða ekki að ígrunduðu máli að lögmálum. Kenningar og lögmál lýsa tveim mismunandi hlutum. Lögmál lýsir reglubundnum hlutum (t.d. þyngdaraflinu) sem hægt er að nota til að spá fyrir um hluti. T.d. þyngdarlögmálið sem á alltaf við eftir því að við best vitum, af því að það er lögmál getum við búist við því að það eigi við hlut í framtíðinni og getum því notað formúlur til að spá fyrir um niðurstöðu (mun bolti detta í gólfið ef ég sleppi honum?). Kenning er samansafn lögmála og reglna sem útskýra náttúruleg fyrirbrigði. T.d. þá getur þróunarkenning Darwins útskýrt steingervinga og sameiginlegt erfðaefni tegunda, en getur ekki spáð fyrir um hvernig þróun ákveðinnar tegundar verður.