پژوهش علمی: فرضیه و تأیید
علم و فرضیه
درآمد به منطق فصل ۱۴ قسمت ۲
در قسمت قبل مفاهیم کلیدی همچون — بازنمود [تبیین] - علم - تبیین علمی - تبیین غیرعلمی - آزمون‌پذیری و سرانجام مبنای پذیرش علمی را نگاه کردیم. در این قسمت این نگاه را گسترانده و هفت خان پژوهش علمی، از آن هنگام که اغتششاش در ذهن می‌آغازد تا آنگاه که بر سکویی تا نوبتی دیگر می‌نشیند، را خواهیم دید.
۲.۱۴ پژوهش علمی: فرضیه و تأیید
شناسایی صورت مسئله
Identify-ing the Problem
اینجا، تدوین یک امر واقع یا گروهی از امور واقع است که برای آن در زمان خود هیچ توضیح پذیرفتنی در دسترس نیست.
گردآوری راستینه های افزون
Collecting Additional Facts
یافتن راستینه‌های جدید که در فرضیه مقدماتی لحاظ نشده، آنگونه که موجب تعدیل و تطبیق (روند سازگاری) فرضیه مقدماتی گردد. این مرحله معمولاً شامل چرخه‌های تکرار است.
پیکربندی فرضیه بازنمودی
Formul-ating the Explana-tory Hypothe-sis
هم‌گذاری قطعات بازنمودی دست آمده آنگونه که فهم بازنمودی از کل پژوهش را به دست دهد.
استنتاج حدس‌های بیشتر
Deducing Further Conseq-uences
از یک نظریه بازنمودی باید بتوان گزاره‌ایی را استنتاج کرد آنگونه که راستی آزمایی آنها منجر به قوی‌تر شدن آن فرضیه گردد.
آزمون نتایج
Testing the Consequ-ences
پیشبینی یا طراحی وضعیتی که بتوان در آن وضع درستی گزاره‌های انتاجی یک فرضیه را تعیین کرد.
ما در پی آن بازنمودهای علمی هستیم که صحیح‌اند و صحت آنها را بتوان بگونه تجربی راست‌آزمایی کرد. چگونه می‌توان به اینگونه بازنمودن‌ها دست یافت؟ گرچه برای علم ورزیدن نمی‌توان فرمول ارائه کرد، لیکن در بیشتر پژوهش‌های علمی هفت مرحله یا هفت فاز متمایز موسوم به مدل فرضیه نگاری استنتاجی [مدل فرضیه نگاری قیاسی] وجود دارد. شناسایی و توصیف این هفت مرحله می‌تواند به فهم کاملتر از چگونگی پیشرفت‌های علم کمک کند.
آ. شناسایی صورت مسئله
پژوهش علمی با حضور گونه‌ای مسئله آغاز می‌شود. اینجا، مقصود از مسئله صرفاً یک راستینه (امر واقع) یا گروهی از راستینه‌ها است که برای آن در زمان خود هیچ توضیح پذیرفتنی در دسترس نیست. برای مثال، ممکن است یک جامعه‌شناس با گرایش معماگونه‌ای در کار یا تفریح در بخشی از جامعه روبرو شود، چه توجیهی برای آن است؟ اقتصاددانان با الگوهای متفاوت از مصرف و پس‌انداز روبرو می‌شوند، چه توضیحی برای این گوناگونی است؟ بعضی مسائل به فوریت شناسایی می‌شوند، مثل وقتی که یک کارآگاه با جنایتی خاص روبرو شده و می‌پرسد: عامل آن کیست؟ بعضی از مسائل می‌توانند برخاسته از شکاف در فهم جاری ما باشند. اراتوستن کتابدار اسکندریه در قرن سوم پیش از میلاد به درستی عقیده داشت که زمین یک کره است ولی اندازه آن نامعلوم بود. مسئله وی تعیین اندازه محیط کره‌ای بود که آن را اکنون زمین می‌نامیم. جان دیویی و سایر فیلسوفان جدید به کرات بدان تاکید کرده که اندیشیدن با تأمل— خواه در جامعه‌شناسی، پزشکی، حقوق، فیزیک یا در هر قلمروی — کنش ورزی برای حل مسئله است. بازشناخت برخی از مسئله انگیزاننده دانشی است که در پی آن خواهد آمد.
ب. وضع فرضیه‌های مقدماتی
گمانه‌زنی ابتدایی مرحله دوم است — یعنی، بعض بازنمود بسیار شایدی برای مسئله شناسایی شده. خیلی قبل از آنکه جواب کامل پدیدار شود بعض نظریه پردازی، که دلالت بر نوع شواهد لازم نماید، لازم است، و نیز شاید دلالت بر اینکه کجا این شواهد را به بهترین حالت می‌توان یافت. یک کارآگاه صحنه جنایت را بررسی می‌کند، با مظنونان مصاحبه می‌کند و در پی مدارک است. پزشک بیماران را معاینه می‌کند، داده‌ها را ثبت می‌کند و به بی‌نظمی توجه می‌کند. این راستینه‌های عریان انباشته می‌شوند؛ آنها فقط وقتی شواهد قابل‌اتکا و نشانه‌های آشکار خواهند شد که در یک الگوی منسجم قرارگیرند، حتی اگر این الگو گمان پردازی و ناقص باشد. برای نمونه آشکار:
توماس مالتوس در «رساله‌ای در باب اصل جمعیت - ۱۷۹۸» نشان داده بود كه گرایش جمعیت به رشد سریعتر از میزان تأمین غذا، بیشتر مردم را در لبه گرسنگی نگه می‌دارد.
در خیلی سال‌ها بعد وقتی چارلز داروین سر در اندیشه منشأ گونه‌ها داشت و این (نظریه مالتوس در بالا) را خواند به یک انگاره بسیار پرثمر دست یافت. او نوشت:
این موجب جرقه‌ای شد، اینکه تحت این شرایط دگرگونی‌های مطلوب باقی می‌مانند و آنها که نامطلوب‌‌اند ازبین می‌روند، ... ــ اینجا بود که سرانجام به یک نظریه رسیدم تا کار را با آن ادامه دهم (زندگی‌نامه خودنوشت ۱۸۸۱)
برای یک دانشمند تعداد بسیار زیادی راستینه‌ها و احتمالاً مربوط وجود دارد — داده‌های بسیار در جهان هست — تا به جمع‌آوری همه آنها بپردازد. یک پژوهشگر جامعه می‌باید بعض راستینه‌ها را برای بررسی بیشتر انتخاب کند و بعض راستینه‌ها نامربوط را به کنار بگذارد. اگر زمین یک کره است آنگاه پرتو خورشید در موقعیت‌های مختلف روی کره (در زمان داده‌شده‌ای) باید با زوایای متفاوت بتابد. آیا هندسه می‌تواند برای محاسبه اندازه زمین کمک کند؟ داشتن طرح اجمالی از یک نظریه ضروری است، زیرا بدون آن یک پژوهشگر نمی‌تواند از مجموعه همه راستینه‌ها تصمیم بگیرد کدامین‌ها را انتخاب و پیگیر باشد. هرچند ناکامل و امتحانی، قبل از آنکه یک پژوهش جدی بتواند پی گرفته شود، نیاز به گونه‌ای فرضیه مقدماتی است.
ج. گردآوری راستینه‌های افزون
فرضیه مقدماتی می‌باید راهگشای جستجو برای یافتن راستینه‌ها مربوط باشد. بعنوان یک امر مقدماتی، چنین در نظر گرفته می‌شود که بیمار دچار قسمی از عفونت است و این فرضیه راهگشای پزشک به آزمون اقسام خاص داده‌ها خواهد شد که معمولاً مرتبط با عفونت هستند: بی‌نظمی‌های درجه حرارت، الگوهای التهابی و مانند آنها. پیش‌فرض مقدماتی مبنی بر اینکه جنایت توسط یکی از افراد داخل خانه ارتکاب یافته موجب می‌شود پرس و جوی کارآگاه به سمت افراد خانه متوجه شود و امثال آنها. اگر زاویه پرتو تابیده بر زمین توسط خورشید می‌باید در نقاط مختلف در سطح زمین متفاوت باشد برای استفاده از اصول هندسه فرد باید حداقل یک نقطه بیابد که در آن خورشید در یک زمان داده‌شده‌ای مستقیم از بالا بتابد. این نقطه کجا می‌تواند باشد؟
البته مرحله دوم و سوم به طور کامل از هم جدا نیستند و در عمل و زندگی واقعی به هم پیوسته و از دو سر دلالت‌کننده به هم هستند. یافتن راستینه‌ها جدید می‌تواند موجب تعدیل و تطبیق (روند سازگاری) فرضیه مقدماتی گردد؛ این تعدیل و تطبیق می‌تواند منجر به یافتن راستینه‌ها جدید گردد که قبلاً بدان توجه نشده بود. روند جمع‌آوری شواهد با استفاده از فرضیه مقدماتی توأم با پالایش آن فرضیه خواهد شد، و این خود منجر به یافته‌های جدید می‌شود و دوباره مانند آن.
د. پیکربندی فرضیه بازنمودی
سرانجام پژوهشگر— دانشمند، کارآگاه، یا فرد عادی— به اینجا می‌رسد که می‌تواند باور داشته همه راستینه‌ها برای حل مسئله اصلی در دست است. ازآن‌پس، ادامه کار عبارت است از هم‌گذاری قطعات پازل به طریقی که فهم از کل را به دست دهد. اگر حاصل این هم‌گذاری موفق از کار درآید آنگاه یک فرضیه بازنمودی سربرآوره که شامل بر همه داده‌ها است — چه مجموعه راستینه‌ها اصلی که موجب مسئله شده بودند و چه واقعیات اضافی که فرضیه‌های قبلی به آنها اشاره کرده بودند. برای مثال، موجی از بیکاری به وسیله نظریه‌های گسترده‌تر بازار کار بازنمود می‌گردد. مشخص می‌شود که بیمار از یک عامل عفونت قابل‌شناسایی در رنج است و دانسته می‌شود که این عامل علت نشانه‌ها در شرایط این بیمار است. یک عضو اندرونی خانه به عنوان عامل جنایت متهم می‌شود و اقامه دعوی علیه او توسط دولت پیکربندی می‌گردد.
روش مکانیکی برای پیدا کردن یک نظریه فراگیر وجود ندارد. یک کشف واقعی، یک اختراع، یک نظریه بازنمودی موفق یک روند آفرینشی است که مستلزم پندار خلاقانه و نیز دانش است. به همین دلیل است آنان که کشفیات مهم علمی انجام می‌دهند چنین گسترده مورد احترام قرار می‌گیرند و چنین زیاد تحسین می‌شوند.
ش- ۲ض. اندازه‌گیری محیط کره زمین بر مبنای فرضیه کروی بودن آن.
این تصویر به وسیله برگردانده ضمیمه شده.
اما چه در باره محیط کره؟ اراتوستن دریافت در شهر سایین مصر (آسوان فعلی) پرتو خورشید به طور مستقیم به انتهای یک چاه عمیق در یک زمان خاص، در یک روز خاص و در هر سال تابیده می‌شود. بنابراین وی می‌تواند در همان زمان سایه‌های آفتاب را در اسکندریه اندازه بگیرد؛ وی دریافت که در آنجا پرتوهای خورشید از امتداد عمودی ۷ درجه انحراف دارند. این تقریباً یک پنجاهم ۳۶۰ درجه محیط کره است. اندازه فاصله بین سایین و اسکندریه معلوم بود. بنابراین محیط کره زمین، می‌باید تقریباً پنجاه برابر این فاصله باشد. عقیده بر این است که محاسبات بعدی اراتوستن برای اندازه محیط کره زمین ("۲۵۰،۰۰۰ استادیا / stadia") با توجه به این که در باره درازای یک استادیوم/stadium مطمئن نیستم دارای خطایی کمتر از ۵ درصد است. او راهی برای تأیید محاسباتش نداشت ولی این با توجه به زمان وی یک دانش برانگیزاننده بود. این گونه است که دانشمندان بزرگ— مانند نیوتن یا انیشتین— به عنوان نوابغ خلاق شناخته می‌شوند.
ه. استنتاج حدس‌های بیشتر
یک نظریه بازنمودی خوب نتیجه‌دهنده است؛ یعنی نه تنها آن راستینه‌ها برانگیزاننده پژوهش را توضیح می‌دهد بلکه بازنمود بسیاری راستینه‌ها دیگر نیز است و محتمل است بعض راستینه‌ها دیگر را به میان آورد که قبل از آن حتی به تصور هم در نیامده بودند. راست آزمایی این راستینه‌ها افزون می‌تواند موجب تأیید قوی (اما نه اثبات با قطعیت) آن فرضیه‌ای باشد که به آنها منجر گردیده است. برای نمونه آشکار، نظریه کیهان‌شناسی موسوم به مه بانگ / Big Bang بر مبنای این فرضیه است که می‌گوید جهان با رویداد یک انفجار آغاز شده است. گلوله انفجاری آغازین پیوسته، همگن و بعلاوه فاقد ساختار [Structure / سازه] بود. اما جهان حاضر سازه‌های بسیار زیادی را به نمایش می‌گذارد، ماده قابل دیدن آن در کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی و مانند آن انبوه شده است. اگر نظریه مه بانگ صحیح است آنگاه با توجه به این صحت باید هسته‌های سازه‌های فعلی جهان قابل‌شناسایی باشند. ما نیاز داریم در زمان به عقب نگاه کنیم— بتوانیم دورترین اشیاء را در یک جهان در حال انبساط مشاهده نماییم، و این البته کاری است که ستاره‌شناسان به واقع و در عمل انجام می‌دهند، چرا که نور رسیده به ما باید بیلیون‌ها سال قبل منبع خود را ترک گفته باشد. چنانچه در چنین مشاهداتی، به وسیله حساس‌ترین ابزارها، ساخت‌های اولیه قابل‌تشخیص نباشند آن وقت نظریه مه بانگ به طور جدی تحلیل خواهد رفت. اما در صورت تشخیص چنین ساخت‌هایی نظریه مه بانگ به طور عمده تأیید می‌گردد.
و. آزمون نتایج
برای آشکار کردن این بی‌نظمی‌های تابشی پیش‌بینی‌شده یک کاوشگر خاص طراحی گردید— کاوشگر پس‌زمینه‌ای کیهانی (Cosmic Background Explorer COBE). با استفاده از این ماهواره بی‌نظمی‌های پیش‌بینی‌شده در واقع امر نمایان گردیدند که این خود ارائه گواه تأییدی بسیار مهمی برای درستی فرضیه مه بانگ است.*به یک پیشبینی در زمینه دیگر توجه نمایید. در زیست‌شناسی ممکن است دست بکار پیکربندی فرضیه‌ای باشیم که طبق آن در پستانداران یک پروتئین خاص در واکنش به یک آنزیم خاص تولید می‌شود و این آنزیم تحت هدایت یک ژن معین ساخته شده است. از این فرضیه می‌توان به نتیجه بیشتری رسید که فقدان این ژن موجب نبود یا کمبود پروتئین مورد نظر گردد.
انجام داد. اگر در چنین موش‌هایی آنزیم مورد سؤال و پروتئین مرتبط با آن غایب باشند آنگاه فرضیه ما به طور قوی تأیید خواهد شد [*]. اطلاعات بسیار زیادی در پزشکی که نشان داده‌اند بسیار مفید هستند صرفاً از این راه حاصل‌شده‌اند. ما آزمایش را طرح می‌کنیم تا تعیین کنیم آیا آنچه فکر می‌کنیم درست است (اگر چنین و چنان برقرار باشند) واقعاً نیز درست است. برای انجام این کار، ما موجب ایجاد یک پیش‌آیند خیلی خاص می‌گردیم که در آن چنین و چنان برقرار باشند. "یک آزمایش" آنگونه که فیزیکدان بسیار بزرگ ماکس بلانک گفت "پرسشی است که علم در مقابل طبیعت می‌نهد؛ و اندازه‌گیری، ثبت جواب طبیعت است." 
این نظریه نشان داد که فضا، زمان و گرانش آن چنان تنیده یکپارچه هستند که هنگام صحبت معنادار از یکی نیاز ارجاع به دو دیگر است. انیشتین کوشش کرد پیش‌تر رفته و نظریه‌ای موسوم به نظریه فراگیری را بگستراند که در آن همه نیروهای طبیعت فرورفته در یکی هستند. در این کوشش وی و نه کس دیگری تاکنون موفق بوده است.
رهیافت دیگر موسوم به نظریه ریسمان — برای بنای یک نظریه کامل و یگانه— اکنون دارای طرفداران بسیار است. این نظریه یک گزارش نظری ارائه می‌کند، آن گونه که ممکن باشد گرانش، مکانیک کوانتوم، و نیروهای طبیعت را یگانه سازی کرد و نیز بعضی مسائل ریاضی پیشین را حل کرد. نظریه ریسمان بر مبنای درک جدید از اجزاء متشکله بنیادین ماده و نیز فارغ از تناقضات ریاضیاتی است؛ لیکن هنوز تأیید نشده است.
نظریه فرگشت / Evolutionary[تکامل] که توسط داروین در اصل انواع (۱۸۵۹) ارائه گردید و توسط بسیاری از بعدی‌های وی نیز پی‌گیری شد اکنون دیگر تقریباً به طور جهانی به عنوان بازنمود برای گسترش گونه‌های حیوانات و گیاهان پذیرفته شده است. تدبیر تدوین پیش‌بینی‌هایی که بتوانند این نظریه را در چشم‌انداز آن (و نه در نگاه به گذشته) مورد آزمون قرار دهند دشوار است. در همین اواخر یک پروفسور زیست‌شناسی تکاملی از دانشگاه هاروارد، جاناتان لوسس/Jonathan Losos، تجربه‌ای را پروراند که آزمون سریع را شدنی می‌ساخت. در بعضی جزایر بسیار کوچک(cays) در پاناما مارمولک‌هایی موسوم به آنولین ساگری(Anolis sagrei) فارغ از وجود شکارچی زندگی می‌کنند و نیز بسیار سریع تکثیر می‌شوند. وی یک شکارچی (در جزایر منتخب و در مقایسه با جزایر مشابه بدون تداخل در وضعیت آنها) معرفی کرد؛ نتیجه آن گسترش سریع جمعیت مارمولک‌ها با پاهای درازتر بود که مناسب‌تر برای دویدن بودند. لیکن وقتی حضور شکارچی و شکار شدن ادامه یافت مارمولک‌های آنولیس شروع به بالا رفتن از درخت‌ها و بوته‌ها کردند که برای این کار پاهای کوتاه بسیار بیشتر سودمند بودند. پیشبینی بیشتر آن بود که انتخاب طبیعی موجب برگشت خواهد شد که در آن پاهای کوتاه در نهایت غالب خواهند شد — و شش ماه بعد، آن پیشبینی نیز تأیید شد. فرگشت در ابتدا پیاده‌سازی گردید و سپس عمداً برگشت کرد. پروفسور لوسس گفت:
زیست‌شناسی تکاملی به عنوان انطباق ناپذیری با آزمایش‌های کنترل‌شده اغلب مورد طعنه است، ولی زیست‌شناسی تکاملی می‌تواند در مقیاس‌های کوتاه مدت مورد بررسی قرار گیرد و پیشبینی در باره آن می‌تواند به طور تجربی به آزمون درآید. ما یک پیشبینی در جهت وارون سازی در عمل انتخاب طبیعی روی طول اعضا در یک جمعیت مارمولک‌ها انجام و آن را نشان دادیم. ما یک آزمایش کنترل شده و قابل تکرار در طبیعت انجام دادیم. این نشان می‌دهد زیست‌شناسی تکاملی در درون خود هیچ تفاوتی با سایر علوم ندارد [1].
ز. کاربستن نظریه
هرگاه پدیده‌ای پیش‌آید، یک هدف بازنمود آن است؛ لیکن انسان می‌کوشد تا آن پدیده را در جهت منافع خود کنترل نماید. نظریه‌های نیوتن و انیشتین و بعد از آنها نیز نه تنها نقش اساسی در فهم ما از پدیده‌های آسمانی دارند بلکه در اکتشاف واقعی منظومه شمسی و فضای ماورای آن نیز تعیین‌کننده هستند. هم جوشی هسته‌ای هم‌اکنون به عنوان یک فرایند نجومی فهمیده می‌شود و بشر در پی آن است تا این فهم را برای تولید انرژی در مقیاس قابل‌کنترل بکار ببرد. بیماری‌ها و اختلالات، آن گونه که قبلاً هرگز چنین نبود، فهمیده شده‌اند؛ ازجمله، بازنمودهای به خوبی آزمون شده نظریه ژن شناختی و درک ژنم انسانی. اکنون در پی آنیم تا با حذف اختلالات ژن شناختی این فهم‌ها را در پزشکی بالینی، حتی با باززاد / regenerating بافت‌های آلی، بکار ببریم. در این قرن بیست و یکم شاید بازنمودهای علوم زیستی بیشتر از هر حوزه دیگر کیفیت و طول عمر انسان را بالا برد.
عمل خوب در هر میدان باید به وسیله یک نظریه خوب هدایت شود. نظریه خوب باید از عهده آزمون‌های خوب برآید. نظر و عمل دو قلمرو نیستند، آنها به طور معادل جنبه‌های هر عهده‌داری علمی گوهرین هستند. بیش از دو قرن قبل امانوئل کانت کتاب کوچک و نافذی نوشت و توضیح داد که چرا فاقد معنی است بگوییم، "ممکن است چیزی در تئوری صحیح باشد، لیکن در عمل کار نکند" ➥. آنچه در نظریه صحیح است در عمل نیز کار می‌کند، و برای هرچه در عمل کار می‌کند، می‌توان معقولانه امید به کشف نظریه بازنمودی آن داشت که زمینه‌ساز موفقیت آن باشد.
