Bir cismin neden yere düştüğünü, yıldızların neden parladığını ya da atomların nasıl davrandığını merak ettiğimizde aklımıza pek çok açıklama gelebilir. Fakat bilim için yalnızca bir açıklama ortaya koymak yeterli değildir. Bu açıklamanın gözlem ve deneylerle sınanabilmesi gerekir.
İşte bilim insanlarının doğayı sistemli biçimde araştırmak için kullandıkları yaklaşım genel olarak bilimsel yöntem olarak adlandırılır.
Bilimsel Yöntem Nedir?
Bilimsel yöntem; doğadaki olayları anlamak ve açıklamak amacıyla gözlem yapma, soru sorma, hipotez geliştirme, tahminlerde bulunma, deney veya gözlemlerle sınama, verileri analiz etme ve sonuçları değerlendirme süreçlerini içeren sistematik bir araştırma yaklaşımıdır.
Ancak bilimsel yöntemi değişmez ve her araştırmada aynı sırayla uygulanan katı bir reçete olarak düşünmek doğru değildir. Bilim insanları araştırdıkları probleme göre farklı yöntemler kullanabilirler.
Örneğin bir fizikçi laboratuvarda deney yapabilirken bir astrofizikçi milyarlarca ışık yılı uzaktaki bir galaksiyi doğrudan deney ortamına getiremez. Bunun yerine teleskoplardan elde edilen gözlemsel verileri kullanır.
Her iki durumda da temel amaç aynıdır:
Doğa hakkında ortaya konulan açıklamaları kanıtlarla sınamak.
1. Gözlem: Bilim Merakla Başlar
Bilimin başlangıç noktalarından biri gözlemdir.
Galileo gökyüzüne baktığında, Newton cisimlerin hareketini düşündüğünde veya günümüz fizikçileri atom altı parçacıkları araştırdığında temel bir soru ortaya çıkar:
“Burada ne oluyor?”
Örneğin bir öğrenci farklı uzunluktaki sarkaçların farklı sürelerde salındığını gözlemleyebilir.
Bu basit gözlem yeni bir bilimsel sorunun başlangıcı olabilir.
2. Bilimsel Soru
Gözlemden sonra araştırılabilecek bir soru oluşturulur.
Sarkaç örneğimizde şöyle sorabiliriz:
Bir sarkacın uzunluğu salınım süresini nasıl etkiler?
İyi bir bilimsel sorunun önemli özelliklerinden biri, gözlem veya deney yoluyla araştırılabilir olmasıdır.
3. Hipotez
Araştırmacı daha sonra gözlemlerine ve mevcut bilgilere dayanarak sınanabilir bir açıklama veya beklenti ortaya koyar.
Örneğin:
“Sarkacın uzunluğu arttıkça salınım periyodu artar.”
Bu bir hipotezdir.
Hipotezin bilimsel açıdan önemli özelliği sınanabilir olmasıdır. Yapılan gözlem veya deneyler hipotezi destekleyebilir ya da onunla çelişebilir.
4. Deney ve Ölçüm
Hipotezi sınamak için kontrollü deneyler veya sistematik gözlemler yapılabilir.
Sarkaç deneyinde farklı uzunluklarda ipler kullanıp her sarkacın periyodunu ölçebiliriz.
Burada mümkün olduğunca yalnızca araştırdığımız değişkeni değiştirmeye çalışırız.
Örneğin:
Bağımsız değişken: Sarkacın uzunluğu
Bağımlı değişken: Salınım periyodu
Ölçümler birkaç kez tekrarlanarak hata ve belirsizliklerin etkisi azaltılmaya çalışılır.
5. Verilerin Analizi
Deney yapmak tek başına yeterli değildir. Elde edilen verilerin anlamlandırılması gerekir.
Bilim insanları bunun için;
- tablolar,
- grafikler,
- matematiksel modeller,
- istatistiksel yöntemler
kullanırlar.
Fizikte matematiğin önemi özellikle burada ortaya çıkar.
Sarkaç örneğinde küçük salınımlar için periyot yaklaşık olarak
bağıntısıyla ifade edilir.
Burada:
T: Sarkacın periyodu
L: Sarkacın uzunluğu
g: Yerçekimi ivmesi
Bu denklem, sarkacın uzunluğu arttığında periyodunun da arttığını öngörür.
6. Sonuçların Değerlendirilmesi
Deney veya gözlem sonuçları hipotezle karşılaştırılır.
Sonuçlar hipotezi destekleyebilir veya hipotezle uyuşmayabilir.
Bilimde ikinci durum da son derece değerlidir.
Çünkü bilimsel araştırmanın amacı önceden düşündüğümüz fikrin doğru olduğunu göstermek değil, doğanın gerçekte nasıl davrandığını anlamaktır.
Bir hipotezin deneyle uyuşmaması araştırmacıyı yeni sorular sormaya ve daha iyi açıklamalar geliştirmeye yöneltebilir.
Hipotez, Teori ve Yasa Aynı Şey midir?
Bilimde sık yapılan hatalardan biri, hipotezlerin yeterince kanıt toplandığında teoriye, teorilerin de daha sonra yasaya dönüştüğünü düşünmektir.
Bilim böyle işlemez.
Hipotez, belirli bir durum için sınanabilir bir açıklama veya öngörüdür.
Bilimsel teori, çok sayıda gözlem ve kanıtla desteklenen, geniş bir olay grubunu açıklayan kapsamlı bilimsel çerçevedir.
Bilimsel yasa ise doğada gözlenen belirli bir düzenliliğin çoğu zaman matematiksel biçimde ifade edilmesidir.
Örneğin Newton’un evrensel çekim yasası kütleler arasındaki çekim kuvvetinin nasıl değiştiğini ifade ederken, genel görelilik kütleçekimini çok daha kapsamlı bir teorik çerçevede açıklar.
Dolayısıyla teori, “henüz kanıtlanmamış yasa” değildir.
Bilimde Kesinlik Var mıdır?
Bilimin en güçlü özelliklerinden biri kendi sonuçlarını sorgulayabilmesidir.
Bilimsel bilgiler mevcut kanıtlara dayanır. Yeni ve daha güçlü kanıtlar ortaya çıktığında modeller geliştirilebilir, kapsamları sınırlandırılabilir veya bazı açıklamalar değiştirilebilir.
Newton mekaniği bunun güzel bir örneğidir.
Newton yasaları günlük yaşamda ve mühendislikte son derece başarılıdır. Ancak ışık hızına yakın hızlarda veya çok güçlü kütleçekim alanlarında Einstein’ın görelilik teorileri daha doğru sonuçlar verir.
Bu, Newton’un fiziğinin “yanlış” olduğu anlamına gelmez. Newton mekaniğinin hangi koşullarda çok başarılı bir yaklaşım olduğunu gösterir.
Bilim “Nasıl?” ve “Neden?” Sorularına Nasıl Yaklaşır?
Bilim özellikle doğada meydana gelen olayların nasıl gerçekleştiğini, hangi mekanizmalarla ortaya çıktığını ve hangi koşullarda değiştiğini araştırmada son derece güçlüdür.
Örneğin fizik;
- gezegenlerin nasıl hareket ettiğini,
- yıldızların nasıl enerji ürettiğini,
- atomların nasıl etkileştiğini,
- evrenin geçmişte nasıl geliştiğini
araştırabilir.
Ancak “Evrenin var olmasının nihai amacı nedir?” gibi metafizik veya değer yargısı içeren sorular, deneysel olarak sınanabilir bilimsel sorulardan farklıdır. Bu tür sorular felsefe ve din gibi başka düşünce alanlarının da konusudur.
Bu ayrım bilimin zayıflığı değil, bilimsel yöntemin çalışma alanının sınırıdır.
Bilimsel Bilgi Neden Güvenilirdir?
Bilim insanlarının da hata yapabilmesine rağmen bilimsel bilgi güçlüdür; çünkü bilim kişilerin otoritesinden çok kanıtların sınanmasına dayanır.
Bir araştırmanın sonuçları yayımlandığında başka bilim insanları;
- kullanılan yöntemi inceleyebilir,
- hesaplamaları kontrol edebilir,
- deneyi tekrarlayabilir,
- farklı yöntemlerle aynı sonucu sınayabilir.
Bu süreç bilimsel bilginin sürekli denetlenmesini sağlar.
Bilimde önemli olan “Bunu kim söyledi?” sorusundan çok:
“Bunu hangi kanıta dayanarak söylüyoruz?”
sorusudur.
Fizik ve Bilimsel Yöntem
Fizik tarihi, bilimsel yöntemin gücünü gösteren örneklerle doludur.
Galileo’nun hareket deneylerinden Newton’un mekaniğine, Faraday’ın elektromanyetizma çalışmalarından Einstein’ın görelilik teorilerine ve günümüzde CERN’deki parçacık deneylerine kadar fizik sürekli olarak teori ile gözlemi karşılaştırmıştır.
Bugün bu süreç çok daha ileri düzeyde devam etmektedir.
Bilim insanları süper bilgisayarlarla evreni simüle ediyor, parçacık hızlandırıcılarında maddenin temel yapı taşlarını araştırıyor, uzay teleskoplarıyla milyarlarca yıl önce oluşmuş galaksileri gözlemliyor ve kuantum bilgisayarlarla doğanın kuantum özelliklerinden yararlanmaya çalışıyor.
Fakat bütün bu gelişmiş teknolojilerin arkasında hâlâ aynı temel düşünce vardır:
Sor. Gözlemle. Ölç. Sına. Sonuçlarını paylaş. Ve gerektiğinde yeniden sor.
Sonuç
Bilimsel yöntem yalnızca bilim insanlarının laboratuvarda kullandığı bir yöntem değildir. Aynı zamanda dünyaya eleştirel ve sorgulayıcı biçimde bakmanın yollarından biridir.
Bir iddiayla karşılaştığımızda;
“Bunun kanıtı nedir?”
diye sormak bilimsel düşüncenin başlangıcıdır.
Çünkü bilim, bütün cevapları bildiğimizi iddia etmekten çok, doğru soruları sorarak doğaya daha iyi açıklamalar bulma çabasıdır.
Düşünelim
Bir bilimsel teori yeni bir deney sonucuyla uyuşmazsa sizce hangisini sorgulamalıyız: deneyi mi, teoriyi mi?
Belki de bilimin güzelliği tam burada başlıyor: Her ikisini de.
