Bilimsel Yöntem

Genel olarak, tüm bilimler içinde yaşadığımız dünyayı anlamaya yönelik bir çabadır. Bu ifadeyle, bilimin yalnızca nesnelerin ve olayların basit gözleminden ve tanımlanmasından öteye geçtiğini kastediyoruz. Bilim, şeyleri oldukları gibi ve neden bu şekilde olduklarını açıklayan genel ilkeleri bulmaya çalışır. Gözlemlenecek o kadar çok fenomen ve açıklanacak o kadar çok soru vardır ki, bilim insanları fizikçiler, kimyagerler, astronomlar, yerbilimciler, biyologlar gibi uzmanlaşmak zorunda kalmıştır. Bu büyük alanların her birinde birçok alt alan bulunmaktadır. Günümüzde çok az bilim insanı, alanın tamamını kapsayacak şekilde çalışır; çoğu, özel bir alanla sınırlı kalır.

Bilim insanlarının problemleri ele alış biçimleri aynıdır. Bir bilim insanı bir bulgu duyurduğunda ya da yeni bir fikir önerdiğinde, diğer bilim insanları aynı bulguyu tekrarlayarak test edebilir. Bu evrensel yaklaşım, bilimsel yöntem olarak bilinir. Bu yöntemin temel özellikleri tüm bilim dallarında aynıdır.

Problemi tanımlama 

Bilimsel yöntem, bir kişinin belirli bir fenomeni ya da olaylar kümesini incelemek üzere bir problem seçmesiyle başlar. Konu, hakkında çok az şey bilinen veya daha önce iyi anlaşılmış bir konu olabilir. Her iki durumda da bilim insanı, araştırılmak üzere belirli bir problem tanımlar. Bu karar genellikle literatürde konuya ilişkin bilgilerin kapsamlı şekilde taranmasından sonra verilir. Bu bilgilerin çoğu, diğer bilim insanlarının yürüttüğü deneylerden elde edilmiş ve bilimsel dergilerde yayımlanmıştır. Mevcut bilgileri öğrenerek, bilim insanı yalnızca daha önce yapılmış çalışmaları tekrar etmekten kaçınmaz, aynı zamanda probleme en iyi yaklaşımı belirler.

Hipotez kurma

Bir problemi analiz ederken araştırmacı, var olan verilerden belirli örüntüleri ya da olası neden-sonuç ilişkilerini fark edebilir. Ancak bu gözlemler tek başlarına açıklama getirmez. Bilim insanlarının gerçekten bilmek istedikleri, bir örüntü gözlemlendiğinde neyin bu örüntüyü oluşturduğudur, yani nedenselliktir. Bu noktada tahmin, sezgi ve ilham devreye girer. Bilimsel yöntemin bu aşamasında, bilim insanı genellikle hipotez olarak bilinen, gözlemlenen olgulara dair olası bir açıklama formüle eder. Bu bilimsel yöntemde kritik bir adımdır.

Hipotezin test edilmesi—Deney 

Bir hipotez, her şeyi açıklayan teorik bir açıklama sunsa bile, deneylerle test edilmediği sürece yalnızca bir hipotez olarak kalır—mantıksal bir tahmin. Bir hipotez yalnızca benzer deneyleri tekrar ederek test edilemez. Hipotezi doğrulamak için farklı deneylerin aynı örüntüyü üretmesi gerekir, sadece hipotezin sunduğu açıklamayı yeniden teyit etmek değil. Ancak iyi bir hipotez, henüz gözlemlenmemiş örüntüleri ya da etkileşimleri öngörebilecektir. Bilim insanı, hipotezi test etmek için deneyler tasarladığında, ya hipotezin tahminlerini doğrular ya da reddeder. Bir hipotez, eğer öngörülen etkiler gözlemlenirse ve bu etkiler başka deneylerde de gözlemlenip tekrar edilebilirse kabul edilir. Bir hipotez hiçbir zaman tamamen kanıtlanamaz. Tek bir deneyle yanlışlanabilir! Elbette, bu deneyin de tekrar edilmesi gerekir; sonuçlarının doğru olduğundan emin olmak için test edilmeli ve kontrol edilmelidir.

Deneyin başarısı, araştırmacının bir düzenek kurma becerisine bağlıdır. Bir deneyde, gözlemlerin yapılabileceği özel bir durum oluşturulur. Araştırmacı gözlem yapmak için farklı aygıtlar kullanır. Biyolojide, araştırmalar genellikle canlı organizmaları içerir.

Kontrollü deney olarak adlandırılan durumda, yalnızca bir değişkenin etkisi test edilir. Diğer tüm değişkenler sabit tutulur. Bu şekilde elde edilen farklılıklar yalnızca bir nedenin sonucu olabilir. Bu düzenek, hipotezin test edilmesini sağlayan kontrollü değişken olarak adlandırılır.

Gözlemlerin Kaydedilmesi ve Raporlanması

Gözlemler genellikle belirsizdir. Bir nesne, diğerinden daha büyük olabilir ya da bir olay daha yüksek sıcaklıkta gerçekleşmiş gibi tanımlanabilir. Ancak bu gibi belirsiz genellemeler bilimsel açıdan çok geçerli değildir. Günümüzde bilim insanları sonuçların kesin, nicel ölçümlerle (sayısal verilerle) ifade edilmesini tercih eder. Bu yüzden bilimsel sonuçların ölçülebilir olması, nicel veri ve sayısal ifadeler içermesi beklenir. Bu amaca ulaşmak için bilim insanları özel araçlar ve teknikler kullanır.

Gözlemlerin ve gözlem sonuçlarının kaydedilmesi: Bilimde ilerleme için, hiçbir alanda bilgi saklanmamalıdır. Tüm malzemeler ve yöntemler, gözlemler ve sonuçlar detaylı bir şekilde kaydedilmeli ve tam olarak rapor edilmelidir. Bir deneyin sonuçları dikkatlice kaydedilip eksiksiz raporlandığında, bu sonuçların geçerliliği başka araştırmacılar tarafından doğrulanabilir. Orijinal rapor ne kadar detaylı olursa, diğer bilim insanlarının aynı gözlemleri yapıp yapamayacağını değerlendirmek de o kadar kolay olur.

Bir araştırma projesi tamamlandıktan sonra, bilim insanı bir makale yazar. Bu makale, çalışmanın tanımını ve bulgularını içerir ve genellikle bilimsel dergilere gönderilir. Bu dergiler, belirli bir bilim alanında uzmanlaşmış bilimsel topluluklar tarafından yayımlanır. Dergiler, bilim insanlarının bilgiyi birbirine aktardığı kaynaklardır.

Bir araştırma dergide yayımlanmadan önce, hakem değerlendirmesi sürecinden geçer. Makale, aynı alanda çalışan birkaç uzman bilim insanı tarafından incelenir. Hakemler genellikle yazarı tanımaz. Onların görevi, deneylerin doğru şekilde yapılıp yapılmadığını, sonuçların güvenilir olup olmadığını, verilerin düzgün yorumlanıp yorumlanmadığını kontrol etmektir. Eksiklikler varsa yazarın makalesine geri dönüş yapılır, eleştiriler ve öneriler bildirilir. Gerekirse deneyler tekrarlanır, analizler ve yorumlamalar yeniden yapılır. Makale daha sonra tekrar incelenmek üzere dergiye gönderilir. Bu sayede bilimsel yayın kalitesi yüksek seviyede korunmuş olur.

Teoriler

Hipotezler deneylerle test edildikçe, daha iyi hipotezler önerilir. Aslında bilim insanları sürekli olarak hipotez kurar. Yani hipotezleri daha doğru ve daha açıklayıcı hale getirmeye çalışırlar. Hipotezler belirli bir gözlem üzerine yapılan açıklamalardır. Gözlemlerin ardındaki olası nedenleri tanımlarlar.

Teoriler, daha genel bir kavramsal yapıyı ifade eder. Hipotezlerden türeyen, birçok olayı açıklayabilecek kadar geniş olan açıklamalara teori denir. Ancak teori geliştirmek ve bunu test etmek oldukça zordur. Bilim insanlarının en iyi tanıdığı teorilerden biri, Louis Pasteur tarafından geliştirilen hastalıkların mikrop teorisidir. Bu teoriye göre, hastalıklar mikroskobik canlılar tarafından yayılır ve insan vücuduna girdiklerinde hastalığa neden olur.

Bu teori önerilmeden önce, birçok hastalığın nedeni bilinmiyordu. Bu nedenle insanlar yanlış şekillerde tedavi ediliyordu. Mikrop teorisi, modern tıbbın gelişmesinde devrim yaratmıştır. Ancak bu teori bile sınırlıdır. Her hastalık mikroplar tarafından oluşturulmaz. Örneğin, bazı hastalıkların nedeni genetik yapıdır. Bilim, bu tür hastalıklar için hâlâ bir teori beklemektedir.

Bilimsel Ölçüm

Bilimsel araştırmalarda ölçümler genellikle metrik sistem birimleriyle ifade edilir. Bu sistemde temel uzunluk birimi metre (m); kütle birimi gram (g); hacim birimi litre (L); zaman birimi saniye (s); sıcaklık birimi ise Celsius ya da Kelvin’dir.

Amerika Birleşik Devletleri gibi bazı ülkelerde günlük yaşamda farklı uzunluk birimleri kullanılsa da, bilimsel çalışmalarda metrik sistem tercih edilir. Örneğin, kâğıt büyüklüğünü belirtmek için inç yerine santimetre kullanılır; şehirler arası mesafe kilometreyle ölçülür. Metrik sistemde, temel birimlerin önüne getirilen ön ekler yardımıyla daha büyük ya da daha küçük birimler elde edilir. Bu ön ekler aşağıdaki gibidir:

Biyoloji, hücrelerin küçük yapılarının ölçülmesini gerektirdiği için küçük birimlere ihtiyaç duyar. Bu yapılar genellikle birkaç mikrometre (mikron) boyutundadır. Biyologlar bu nedenle sıklıkla mikron (µm) terimini kullanır. Mikron, mikrometre olarak da bilinir ve metrenin milyonda biridir. Aynı zamanda milimetrenin binde biri ile eşdeğerdir (0.001 mm).

Bazı hücresel yapılar için ise Angström birimi (Å) kullanılır. Bir Angström, bir metrenin on milyarda biri kadardır (0.0000000001 m).