Zinātne: kas tā ir, metodes, pētījumi un galvenās nozares

Zinātne ir tas, ko mēs darām, lai uzzinātu par dabas pasauli. Dabaszinātnēs ietilpst fizika, ķīmija, bioloģija, ģeoloģija un astronomija. Dabaszinātnēs izmanto matemātiku un loģiku, ko dažkārt dēvē par "formālajām zinātnēm". Dabaszinātnēs tiek veikti novērojumi un eksperimenti. Dabaszinātnes rada precīzus faktus, zinātniskus likumus un teorijas. Ar terminu "zinātne" apzīmē arī lielo zināšanu apjomu, kas iegūts, izmantojot šo procesu.

Pētījumos tiek izmantota zinātniskā metode. Zinātniskajos pētījumos tiek izmantotas hipotēzes, kas balstītas uz idejām vai agrāk iegūtām zināšanām, kuras var iedalīt dažādās kategorijās. Pēc tam šīs hipotēzes tiek pārbaudītas eksperimentos.

Cilvēkus, kas pēta un pēta zinātni un cenšas par to uzzināt visu, sauc par zinātniekiem. Zinātnieki pēta lietas, ļoti uzmanīgi tās aplūkojot, mērot un veicot eksperimentus un testus. Zinātnieki cenšas izskaidrot, kāpēc lietas darbojas tieši tā, kā tās darbojas, un prognozēt, kas notiks.

Zinātniskās metodes soļi

Novērojums: sākotnējā informācija vai jautājums par parādību.
Hipotēze: pārbaudāms pieņēmums vai skaidrojums tam, kas varētu notikt.
Prognoze: konkrētas paredzēšanas, kas izriet no hipotēzes.
Eksperiments vai papildu novērojumi: sistemātiskas darbības, lai pārbaudītu paredzēšanu.
Datu analīze: iegūto datu apstrāde, izmantojot statistiku un citas metodes.
Ierakstīšana un publicēšana: rezultātu aprakstīšana, recenzēta publicēšana un datu pieejamība citiem pētniekiem.
Atkārtošana un reproducējamība: citas grupas pārbauda pētījumu neatkarīgi, lai pārliecinātos par rezultātu uzticamību.

Pētījumu veidi

Pamata (fundamentālie) pētījumi: vērsti uz zināšanu paplašināšanu bez tūlītēja komerciāla mērķa.
Pielietojamie pētījumi: izmanto zināšanas, lai risinātu konkrētas problēmas vai izstrādātu jaunas tehnoloģijas.
Eksperimentālie pētījumi: kontrolētas manipulācijas ar mainīgajiem lielumiem laboratorijā vai lauka apstākļos.
Novērojošie pētījumi: datu vākšana bez tiešas manipulācijas (piemēram, astronomijā vai ekoloģijā).
Teorētiskie un skaitliskie pētījumi: modeļi, matemātiska analīze un datoru simulācijas.

Galvenās zinātnes nozares un to pārklāšanās

Lielās zinātnes jomas jau minētas pirmā punkta tekstā: fizika, ķīmija, bioloģija, ģeoloģija un astronomija. Taču mūsdienu zinātne ir plašāka un ietver arī:

Formālās zinātnes: matemātika, loģika un datorzinātnes — tās nodrošina rīkus citām disciplīnām.
Sociālās zinātnes: psiholoģija, socioloģija, ekonomika, kas pētī cilvēku uzvedību un sabiedrību.
Medicīna un veselības zinātnes: klīniskie pētījumi, farmakoloģija un sabiedrības veselība.
Inženierzinātnes un tehnoloģijas: praktiska zināšanu izmantošana ierīču, būvju un sistēmu radīšanā.
Interdisciplināras jomas: bioķīmija, ģeofizika, vides zinātne, kur tiek apvienotas vairākas metodes un teorijas.

Zinātnieku darbs, ētika un sadarbība

Zinātnieki strādā gan individuāli, gan komandās. Darbs prasa kritisku domāšanu, rūpīgu datu vākšanu un godprātīgu rezultātu atspoguļošanu. Svarīgas ētikas normas ietver:

Godprātība: rezultātu neatkoriģēšana vai viltošana.
Atklātība: datu un metožu publiska pieejamība, lai citi var pārbaudīt rezultātus.
Informēta piekrišana: cilvēku pētījumos dalībnieku tiesību un drošības nodrošināšana.
Dzīvnieku labturība: atbilstošu standartuzturēšana eksperimentiem ar dzīvniekiem.
Konfliktu atklāšana: komerciālu vai personisku interešu norādīšana publikācijās.

Zinātnes rezultāti un to ierobežojumi

Zinātne rada dažādus rezultātus: faktus (konkrēti novērojumi), likumus (kopsakarības), teorijas (plašāki skaidrojumi) un modeļus (vienkāršotas sistēmu atainojums). Teorijas, piemēram, gravitācijas vai evolūcijas teorija, ir rūpīgi pārbaudītas un daudzkārt validētas, bet zinātnē reti runā par "galīgām patiesībām" — jaunu datu atklāšana var pilnveidot vai mainīt esošās skaidrošanas.

Svarīgi ierobežojumi un izaicinājumi:

Nepilnība un nenoteiktība: dati var būt trokšņaini vai iepriekšējās pieņēmumu kļūdas var ietekmēt secinājumus.
Reproducējamības krīze: daži pētījumi nav viegli atkārtojami, tāpēc zinātniskā kopiena pievērš uzmanību procedūru precizitātei.
Metodoloģiskas robežas: noteiktas metodes var nederēt visu jautājumu risināšanai (piem., randomizēti eksperimenta aprēķini sociālajās zinātnēs).
Interpretācijas un tieksmes: pētījumu interpretācija var ietekmēties no pētnieku pieņēmumiem vai finansējuma avotiem.

Kāpēc zinātne ir svarīga sabiedrībai

Zinātne sniedz rīkus, lai izprastu pasauli, izstrādātu ārstniecības līdzekļus, radītu tehnoloģijas, uzlabotu ražošanu un risinātu globālas problēmas — klimata pārmaiņas, veselības krīzes, pārtikas drošību un enerģētiku. Tā arī veicina kritisko domāšanu, izglītību un informētu lēmumu pieņemšanu politikā un uzņēmējdarbībā.

Īsumā: zinātne ir sistemātisks un paškoriģējošs process, kas izmanto novērojumus, hipotēzes un eksperimentus, lai veidotu uzticamas zināšanas par pasauli. Tā darbojas caur sadarbību, pārbaudāmību un atklātību, vienlaikus atzīstot savas robežas un nepieciešamību pēc pastāvīgas pārbaudes un uzlabošanas.

Visuma mērogs, kas attiecināts uz zinātnes nozarēm

Zinātniskā metode

Mūsdienās "zinātne" parasti attiecas uz zināšanu iegūšanas veidu, nevis tikai uz pašām zināšanām. Tā galvenokārt attiecas uz materiālās pasaules parādībām. 17. un 18. gadsimtā zinātnieki arvien vairāk centās formulēt zināšanas, izmantojot dabas likumus, piemēram, Ņūtona kustības likumus. Un 19. gadsimta gaitā vārds "zinātne" arvien vairāk sāka asociēties ar pašu zinātnisko metodi kā veidu, kā pētīt dabas pasauli, tostarp fiziku, ķīmiju, ģeoloģiju un bioloģiju.

19. gadsimtā Viljams Vītols (William Whewell) radīja arī terminu "zinātnieks". Viņš to domāja, lai nošķirtu tos, kuri meklēja zināšanas par dabu, no tiem, kuri meklēja cita veida zināšanas.

Zinātniskā metode ir nosaukums metodēm, ko zinātnieki izmanto, lai iegūtu zināšanas. Zinātniskās metodes galvenās iezīmes ir:

Zinātnieki identificē jautājumu vai problēmu par dabu. Dažas problēmas ir vienkāršas, piemēram, "cik daudz kāju ir mušām?", bet dažas ir ļoti dziļas, piemēram, "kāpēc objekti krīt uz zemes?".
Pēc tam zinātnieki veic problēmas izpēti. Viņi pie tās strādā, apkopojot faktus. Dažreiz pietiek tikai uzmanīgi ieskatīties.
Uz dažiem jautājumiem nav iespējams atbildēt tieši. Tad zinātnieki ierosina idejas un pārbauda tās. Viņi veic eksperimentus un vāc datus.
Galu galā viņi izdomā, kas, viņuprāt, ir laba atbilde uz problēmu. Tad viņi par to pastāsta cilvēkiem.
Vēlāk tam var piekrist vai nepiekrist citi zinātnieki. Viņi var ieteikt citu atbildi. Viņi var veikt vairāk eksperimentu. Jebkurā zinātnes jomā var tikt pārskatīts, ja atklājas, ka iepriekšējais risinājums nav bijis pietiekami labs.

Piemērs

Slavens piemērs zinātniskajai darbībai bija Artūra Eddingtona vadītā ekspedīcija uz Prinsipi salu Āfrikā 1919. gadā. Viņš tur devās, lai fiksētu zvaigžņu stāvokli ap Sauli Saules aptumsuma laikā. Zvaigžņu stāvokļa novērojumi parādīja, ka šķietamie zvaigžņu stāvokļi Saules tuvumā ir mainījušies. Faktiski gaisma, kas iet garām Saulei, gravitācijas spēka rezultātā tika vilkta uz Saules pusi. Tas apstiprināja Alberta Einšteina 1915. gadā publicētajā vispārējā relativitātes teorijā izteiktos gravitācijas lēcu prognozes. Eddingtona novērojumi tika uzskatīti par pirmo pārliecinošo pierādījumu Einšteina teorijai. Ja novērojumu rezultāti būtu bijuši citādāki, tas būtu liecinājis pret Einšteina teoriju un, iespējams, to atspēkojis (pierādījis, ka tā ir nepareiza).

Zinātniskās pētniecības praktiskā ietekme

Atklājumi fundamentālajās zinātnēs var izmainīt pasauli. Piemēram:

Pētniecība	Ietekme
Statiskā elektrība un magnētisms (1600) Elektriskā strāva (18. gadsimts)	Visas elektroierīces, dinamo, elektrostacijas, modernā elektronika, tostarp elektriskais apgaismojums, televīzija, elektriskā apkure, magnētiskā lente, skaļrunis, kā arī kompass un zibensvadi.
Difrakcija (1665)	Optika, tātad optiskais kabelis (1840. gs.), kabeļtelevīzija un internets.
baktēriju teorija (1700)	higiēna, kas samazina infekcijas slimību pārnēsāšanu; antivielas, kas ļauj izstrādāt metodes slimību diagnosticēšanai un mērķtiecīgai pretvēža terapijai.
Vakcinācija (1798)	Tā rezultātā attīstītajās valstīs tika izskausta lielākā daļa infekcijas slimību un visā pasaulē izskaustas bakas.
Fotovoltaika (1839)	Saules baterijas (1883), tātad saules enerģija, ar saules enerģiju darbināmi pulksteņi, kalkulatori un citas ierīces.
Dīvainā Merkurija orbīta (1859) un citi pētījumi, kas noveda pie īpašās (1905) un vispārējās relativitātes (1916).	Satelītu tehnoloģijas, piemēram, GPS (1973), satelītnavigācija un sakaru satelīti.
Radio viļņi (1887)	Radio strauji kļuva pazīstams ar to, ka to izmantoja radio (1906. gadā) un televīzijas (1927. gadā) izklaides raidījumos. To plaši izmantoja arī telefonijas, neatliekamās palīdzības dienestu, radaru (navigācijas un laikapstākļu prognozēšanas), medicīnas, astronomijas, bezvadu sakaru un tīklu veidošanas jomās. Radio pētījumi ļāva izmantot arī mikroviļņus ēdiena sildīšanai un pagatavošanai.
Radioaktivitāte (1896) un antimatērija (1932).	vēža ārstēšana (1896), radiometriskā datēšana (1905), kodolreaktori (1942) un ieroči (1945), PET skenēšana (1961) un medicīniskie pētījumi (ar izotopu marķēšanu).
Rentgena stari (1896)	Medicīniskā attēlveidošana, tostarp datortomogrāfija
Kristalogrāfija un kvantu mehānika (1900)	Pusvadītāju ierīces (1906), tādējādi radot modernu skaitļošanas tehniku un telekomunikācijas, tostarp integrāciju ar bezvadu ierīcēm: mobilo tālruni.
Plastmasas (1907)	Sākot ar bakelītu, daudzu veidu mākslīgie polimēri daudzām pielietošanas iespējām rūpniecībā un ikdienas dzīvē.
Antibiotikas (1880. gadi, 1928. gads)	Salvarsan, penicilīns, doksiciklīns u. c.
Kodolmagnētiskā rezonanse (1930. gadi)	Kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopija (1946), magnētiskā rezonanse (1971), funkcionālā magnētiskā rezonanse (1990).

Citas zinātnes iezīmes

Ne visi ir pilnīgi vienisprātis par to, kā darbojas zinātne. Daži filozofi un zinātnieki apgalvo, ka zinātniskās teorijas ir pieņemamas tikai pagaidām. Tās pastāv tik ilgi, kamēr tās ir labākais izskaidrojums. Kad teorijas vairs nevar izskaidrot datus, tās tiek atmestas un nomainītas. Vai arī dažkārt zinātnieki teoriju nevis atmet, bet gan uzlabo, vai arī turpina izmantot teoriju, cerot, ka tā galu galā tiks uzlabota.

Zinātne ir veids, kā iegūt zināšanas, atsakoties no tā, kas nav patiess.

Zinātniekiem ir jābūt ļoti uzmanīgiem, lai skaidrojumi labi atbilstu novērojumiem un mērījumiem. Viņi sacenšas, lai sniegtu labākus skaidrojumus. Paskaidrojums var būt interesants vai patīkams, bet, ja tas neatbilst tam, ko citi zinātnieki patiešām redz un mēra, viņi centīsies atrast labāku skaidrojumu.

Pirms zinātniskais raksts tiek publicēts, citi zinātnieki to izlasa un izlemj, vai izskaidrojumi ir pamatoti ar datiem. To sauc par salīdzinošo vērtēšanu. Arī pēc rakstu publicēšanas citi zinātnieki pārbauda, vai tie paši eksperimenti, novērojumi vai testi atkal sniedz tos pašus datus. Salīdzinošā pārskatīšana un eksperimentu atkārtošana ir vienīgais veids, kā pārliecināties par zināšanu pareizību.

Zinātne veido dabas modeļus, mūsu Visuma modeļus un medicīnu. Ir daudz dažādu zinātņu ar saviem nosaukumiem. Tomēr nav pareizi teikt, ka "zinātne saka" kaut ko vienu. Zinātne ir process, nevis tikai fakti un likumi, kas tiek uzskatīti vienā brīdī.

Saistītās lapas

Zinātnes vēsture
Zinātnes tūrisms

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir zinātne?

A: Zinātne ir process, kurā, veicot novērojumus, eksperimentus un pētījumus, tiek atklāta un izprasta dabas pasaule. Tā arī apzīmē plašo zināšanu kopumu, kas atklāts, izmantojot šo procesu.

J: Kādi ir daži dabaszinātņu piemēri?

A: Pie dabaszinātnēm pieder ķīmija, bioloģija, ģeoloģija, astronomija un fizika.

J: Kas ir "formālās zinātnes"?

A: Formālās zinātnes ir matemātika un loģika, ko izmanto zinātniskajā pētniecībā.

J: Kā notiek zinātniskā pētniecība?

A: Zinātniskajos pētījumos izmanto hipotēzes, kas balstās uz idejām vai iepriekšējām zināšanām, kuras var iedalīt dažādās tēmās. Pēc tam šīs hipotēzes pārbauda eksperimentos.

J: Kas studē zinātni?

A: Cilvēkus, kas pēta un pēta zinātni, lai uzzinātu visu par to, sauc par zinātniekiem.

J: Kā zinātnieki pēta lietas?

A: Zinātnieki pēta lietas, ļoti uzmanīgi tās aplūkojot, mērot, veicot eksperimentus un testus, mēģinot izskaidrot, kāpēc lietas darbojas tieši tā, kā tās darbojas, un prognozējot, kas notiks.