วิทยาศาสตร์ เราได้ยินเกี่ยวกับวิธีการด้านวิทยาศาสตร์อยู่ตลอดเวลา นักเรียนมัธยมต้นและมัธยมปลายเรียนรู้ เกี่ยวกับสิ่งนี้ในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์ และใช้ในการแข่งขันการวิจัย ผู้โฆษณาใช้เพื่อสนับสนุนการกล่าวอ้างเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ ตั้งแต่เครื่องดูดฝุ่นไปจนถึงวิตามิน และฮอลลีวูดก็แสดงภาพโดยแสดงให้นักวิทยาศาสตร์เห็นคลิปบอร์ด และเสื้อโค้ตแล็บยืนอยู่หลังกล้องจุลทรรศน์ และขวดแก้วที่เต็มไปด้วยของเหลวที่เดือด เหตุใดวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ จึงยังคงเป็นปริศนาสำหรับคนจำนวนมาก
เหตุผลหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับชื่อตัวเอง คำว่าวิธีการหมายความว่ามีสูตรบางอย่าง ซึ่งเป็นสูตรที่มีให้สำหรับนัก วิทยาศาสตร์ ที่ได้รับการฝึกฝนมาอย่างดี วิธีการด้านวิทยาศาสตร์เป็นสิ่งที่เราทุกคนใช้ตลอดเวลา อันที่จริงการมีส่วนร่วมในกิจกรรมพื้นฐานที่ประกอบกันเป็นวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ การอยากรู้อยากเห็น การถามคำถาม การแสวงหาคำตอบเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติของการเป็นมนุษย์ ในบทความนี้เราจะอธิบายวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ให้กระจ่างขึ้น โดยแยกย่อยออกเป็นส่วนต่างๆ
เราจะสำรวจว่าวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ สามารถนำมาใช้แก้ปัญหาในชีวิตประจำวันได้อย่างไร แต่เราจะอธิบายด้วยว่าเหตุใดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวิทยาศาสตร์กายภาพและวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ นอกจากนี้ เราจะตรวจสอบตัวอย่างบางส่วนเกี่ยวกับวิธีนำวิธี การดังกล่าวไปใช้ในการค้นพบจุดสังเกตและสนับสนุนทฤษฎีที่ก้าวล้ำ แต่ขอเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความพื้นฐาน คนกลุ่มหนึ่งนิยามคำว่าวิทยาศาสตร์ แล้วคุณจะได้คำตอบที่แตกต่างกันมากมาย บางคนจะบอกว่ามันเป็นวิชาที่ยากจริงๆ
ที่อยู่ระหว่างวิชาสังคมศึกษาและคณิตศาสตร์ คนอื่นจะบอกคุณว่ามันเป็นหนังสือที่เต็มไปด้วยฝุ่น ซึ่งเต็มไปด้วยคำศัพท์ภาษาละตินที่ไม่มีใครสามารถออกเสียงได้ และคนอื่นๆจะบอกว่ามันเป็นการรวบรวมข้อเท็จจริง ตัวเลขและสูตรที่ไร้ประโยชน์ น่าเสียดายที่พจนานุกรมส่วนใหญ่ไม่ให้ความกระจ่างในเรื่องนี้ นี่คือคำจำกัดความทั่วไป วิทยาศาสตร์เป็นกิจกรรมทางปัญญา และภาคปฏิบัติที่ครอบคลุมโครงสร้าง และพฤติกรรมของโลกทางกายภาพและธรรมชาติ ผ่านการสังเกตและการทดลอง
ถ้าเราแบ่งคำจำกัดความที่ยืดยาวออกเป็นส่วนที่สำคัญที่สุด เมื่อทำเช่นนี้เราจะบรรลุ 2 สิ่ง ประการแรก เราจะสนับสนุนข้อโต้แย้งที่ว่าวิทยาศาสตร์ไม่ใช่เรื่องลึกลับหรือไม่สามารถบรรลุได้ ประการที่ 2 เราจะแสดงให้เห็นว่าวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ ไม่แตกต่างจากวิทยาศาสตร์เลยจริงๆ นิยามวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ ส่วนที่ 1 วิทยาศาสตร์ใช้งานได้จริง แม้ว่าบางครั้งวิทยาศาสตร์จะเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้จากตำรา หรืออาจารย์ในห้องบรรยาย แต่กิจกรรมหลักคือการค้นพบ การค้นพบเป็นกระบวนการที่กระตือรือร้น
และลงมือปฏิบัติจริง ไม่ใช่สิ่งที่นักวิชาการที่แยกตัวจากโลกนี้ เป็นทั้งการค้นหาข้อมูลและการสืบเสาะ เพื่ออธิบายว่าข้อมูลเข้ากันได้อย่างมีความหมายอย่างไร และมักจะหาคำตอบสำหรับคำถามที่นำไปใช้ได้จริง กิจกรรมของมนุษย์ส่งผลต่อภาวะโลกร้อนอย่างไร และทำไมประชากรผึ้งในอเมริกาเหนือจึงลดลงกะทันหัน อะไรทำให้นกสามารถอพยพเป็นระยะทางไกลได้ หลุมดำเกิดขึ้นได้อย่างไร ส่วนที่ 2 วิทยาศาสตร์ขึ้นอยู่กับการสังเกต
นักวิทยาศาสตร์ใช้ประสาทสัมผัสทั้งหมด เพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับโลกรอบตัวพวกเขา บางครั้งพวกเขารวบรวมข้อมูลนี้โดยตรงโดยไม่มีเครื่องมือ หรือเครื่องมือใดเข้ามาแทรกแซง บางครั้งพวกเขาใช้อุปกรณ์ เช่น กล้องโทรทรรศน์ รวมถึงกล้องจุลทรรศน์เพื่อรวบรวมข้อมูลทางอ้อม ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดนักวิทยาศาสตร์จะจดบันทึกสิ่งที่พวกเขาเห็น ได้ยินและรู้สึก การสังเกตที่บันทึกไว้เหล่านี้เรียกว่าข้อมูล ส่วนที่ 3 ข้อมูลสามารถเปิดเผยโครงสร้างของบางสิ่งได้ นี่คือข้อมูลเชิงปริมาณ ซึ่งอธิบายวัตถุเป็นตัวเลข
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของข้อมูลเชิงปริมาณ อุณหภูมิร่างกายของนกฮัมมิ่งเบิร์ดคอทับทิมคือ 105 องศาฟาเรนไฮต์ประมาณ 40.5 องศาเซลเซียส ความเร็วแสงคือ 670,635,729 ไมล์ต่อชั่วโมงประมาณ 107,928,358 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เส้นผ่านศูนย์กลางของดาวพฤหัสบดีคือ 88,846 ไมล์ประมาณ 142,984 กิโลเมตร วาฬสีน้ำเงินมีความยาว100 ฟุตประมาณ 30.5 เมตร ขอให้สังเกตว่าข้อมูลเชิงปริมาณประกอบด้วยตัวเลขตามด้วยหน่วย หน่วยเป็นวิธีมาตรฐานในการวัดขนาด หรือปริมาณที่แน่นอน
ตัวอย่างเช่น เท้าเป็นหน่วยของความยาว มิเตอร์ก็เช่นกัน ในทางวิทยาศาสตร์ระบบสากล SI ของหน่วย ซึ่งเป็นรูปแบบสมัยใหม่เป็นมาตรฐานสากล ส่วนที่ 4 ข้อมูลยังสามารถเปิดเผยพฤติกรรม นี่คือข้อมูลเชิงคุณภาพซึ่งเป็นคำอธิบาย ที่เป็นลายลักษณ์อักษรเกี่ยวกับวัตถุหรือสิ่งมีชีวิต จอห์น เจมส์ อูดูบอน นักธรรมชาติวิทยานักวิหควิทยาและจิตรกรในศตวรรษที่ 19 มีชื่อเสียงจากการสังเกตเชิงคุณภาพ เกี่ยวกับพฤติกรรมของนก โดยทั่วไปแล้วนักวิทยาศาสตร์เก็บรวบรวมข้อมูลทั้งเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ
ซึ่งมีส่วนช่วยสร้างองค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อใดหัวข้อหนึ่งอย่างเท่าเทียมกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งข้อมูลเชิงปริมาณไม่ได้มีความสำคัญหรือมีค่ามากไปกว่านี้อีกแล้ว เนื่องจากข้อมูลนั้นขึ้นอยู่กับการวัดที่แม่นยำ ต่อไปเราจะเรียนรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์อย่างเป็นระบบและแสวงหาทางปัญญา ส่วนวิธีการด้านวิทยาศาสตร์ ส่วนที่ 5 วิทยาศาสตร์คือการแสวงหาทางปัญญา การสังเกตและรวบรวมข้อมูลไม่ใช่เป้าหมายสูงสุด ข้อมูลต้องได้รับการวิเคราะห์ และใช้เพื่อทำความเข้าใจโลกรอบตัวเรา
การให้เหตุผลแบบอุปนัย หรือความสามารถในการรับข้อสรุปทั่วไปตามการสังเกตเฉพาะ มีตัวอย่างคลาสสิกมากมายของการใช้เหตุผลแบบอุปนัย ตลอดประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ แต่ลองมาดูตัวอย่างหนึ่งเพื่อทำความเข้าใจว่า แบบฝึกหัดทางปัญญานี้ทำงานอย่างไร ในปี 1919 เมื่อเอ็ดวิน ฮับเบิล ผู้มีชื่อเสียงจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล มาถึงภูเขาวิลสันในแคลิฟอร์เนีย เพื่อใช้กล้องโทรทรรศน์ฮุคเกอร์ขนาด 100 นิ้ว ประมาณ 254 เซนติเมตร ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก
นักดาราศาสตร์มักเชื่อว่าจักรวาลทั้งหมดประกอบด้วยกาแล็กซีเดียว แต่เมื่อฮับเบิลเริ่มสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮุคเกอร์ เขาสังเกตเห็นว่าวัตถุที่เรียกว่าเนบิวลา ซึ่งคิดว่าเป็นส่วนประกอบของทางช้างเผือกนั้นอยู่ไกลเกินขอบเขตของมัน ในเวลาเดียวกัน เขาสังเกตเห็นว่าเนบิวลาเหล่านี้กำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากทางช้างเผือกอย่างรวดเร็ว ฮับเบิลใช้การสังเกตเหล่านี้ เพื่อสร้างภาพรวมที่แปลกใหม่ในปี 1925 เอกภพไม่ได้ประกอบด้วยดาราจักรเพียงแห่งเดียว แต่ประกอบด้วยดาราจักรนับล้าน
ไม่เพียงแค่นั้นฮับเบิลแย้งว่ากาแล็กซีทั้งหมดกำลังเคลื่อนออกจากกัน เนื่องจากการขยายตัวของเอกภพอย่างสม่ำเสมอ ส่วนที่ 6 วิทยาศาสตร์ทำการทำนายและทดสอบการคาดคะเนเหล่านั้นโดยใช้การทดลอง การทำให้เป็นภาพรวมเป็นเครื่องมือที่ทรงพลัง เพราะทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคาดการณ์ได้ ตัวอย่างเช่นเมื่อฮับเบิลยืนยันว่าเอกภพขยายออกไปไกลกว่าทางช้างเผือก นักดาราศาสตร์ควรจะสามารถสังเกตเห็นดาราจักรอื่นๆได้ และเมื่อกล้องโทรทรรศน์มีการปรับปรุงให้ดีขึ้น พวกเขาก็ค้นพบกาแล็กซีหลายพันแห่งในรูปร่างและขนาดต่างๆกัน
ปัจจุบันนักดาราศาสตร์เชื่อว่ามีกาแล็กซีประมาณ 125 พันล้านกาแล็กซีในจักรวาล พวกเขายังสามารถทำการทดลองมากมาย ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเพื่อสนับสนุนแนวคิดของฮับเบิลที่ว่าเอกภพกำลังขยายตัว การทดลองแบบคลาสสิกชิ้นหนึ่งขึ้นอยู่กับดอปเพลอร์เอฟเฟกต์ คนส่วนใหญ่รู้จักดอปเพลอร์เอฟเฟกต์ ว่าเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นกับเสียง ตัวอย่างเช่น เมื่อรถพยาบาลแล่นผ่านเราไปบนถนน เสียงไซเรนของรถก็ดูเหมือนจะเปลี่ยนระดับเสียง
เมื่อรถพยาบาลใกล้เข้ามาความดังก็เพิ่มขึ้น เมื่อผ่านไประดับเสียงจะลดลง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากรถพยาบาลเคลื่อนที่เข้าใกล้คลื่นเสียงที่กำลังสร้าง ซึ่งลดระยะห่างระหว่างยอดคลื่นและเพิ่มระดับเสียง หรือเคลื่อนออกห่างจากคลื่นเสียง ซึ่งจะเพิ่มระยะห่างระหว่างยอดคลื่นและลดระดับเสียง นักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่า คลื่นแสงที่เกิดจากวัตถุท้องฟ้าจะมีพฤติกรรมเช่นเดียวกัน พวกเขาคาดเดาอย่างมีการศึกษาต่อไปนี้ หากกาแล็กซีอันไกลโพ้นพุ่งเข้าหากาแล็กซีของเรา มันจะเคลื่อนเข้าใกล้คลื่นแสงที่มันสร้างขึ้น
ซึ่งลดระยะห่างระหว่างยอดคลื่นและเปลี่ยนสีของมัน ไปยังปลายสีน้ำเงินของสเปกตรัม หากกาแล็กซีไกลโพ้นพุ่งออกห่างจากกาแล็กซีของเรา มันจะออกห่างจากคลื่นแสงที่มันสร้างขึ้น ซึ่งจะเพิ่มระยะห่างระหว่างยอดคลื่น และเปลี่ยนสีของมันไปยังปลายสเปกตรัมสีแดง ในการทดสอบสมมติฐานนักดาราศาสตร์ใช้เครื่องมือที่เรียกว่าสเปกโตรกราฟ เพื่อดูสเปกตรัมหรือแถบแสงสีที่เกิดจากวัตถุท้องฟ้าต่างๆ พวกเขาบันทึกความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัม และความเข้มของเส้นสเปกตรัม รวบรวมข้อมูลที่พิสูจน์ว่าสมมติฐานถูกต้องในที่สุด
นานาสาระ: ฟ้า การศึกษาสายฟ้าสีรุ้งหนึ่งในปรากฏการณ์ที่หายากของธรรมชาติ
