วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นวิธีการเชิงประจักษ์ใน การได้ มา ซึ่ง ความรู้ผ่านการสังเกต อย่างระมัดระวัง ความสงสัยอย่างเข้มงวดการทดสอบสมมติฐานและการตรวจสอบเชิงทดลอง พัฒนามาจากแนวปฏิบัติในสมัยโบราณและยุคกลาง โดยยอมรับว่าสมมติฐานทางปัญญาอาจบิดเบือนการตีความการสังเกตวิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์มาอย่างน้อยตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 การสืบสวนทางวิทยาศาสตร์รวมถึงการสร้างสมมติฐาน ที่สามารถทดสอบได้ ผ่านการให้เหตุผลแบบอุปนัยการทดสอบสมมติฐานผ่านการทดลองและการวิเคราะห์ทางสถิติ และการปรับหรือยกเลิกสมมติฐานตามผลลัพธ์^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

แม้ว่าขั้นตอนจะแตกต่างกันไปในแต่ละสาขา แต่ กระบวนการพื้นฐานมักจะคล้ายคลึงกัน กล่าวโดยละเอียดคือ วิธีการทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับการตั้งสมมติฐาน (คำอธิบายเชิงสมมติฐาน) การทำนายผลลัพธ์เชิงตรรกะของสมมติฐาน จากนั้นจึงทำการทดลองหรือสังเกตเชิงประจักษ์โดยอิงจากการคาดการณ์เหล่านั้น^{[ 4 ]}สมมติฐานคือสมมติฐานที่อิงจากความรู้ที่ได้รับในขณะที่กำลังหาคำตอบให้กับคำถาม สมมติฐานอาจมีความเฉพาะเจาะจงมากหรือกว้างมาก แต่ต้องสามารถพิสูจน์ได้ว่าผิด ซึ่งหมายความว่าสามารถระบุผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ของการทดลองหรือการสังเกตที่ขัดแย้งกับการคาดการณ์ที่ได้จากสมมติฐาน มิฉะนั้น สมมติฐานจะไม่สามารถทดสอบได้อย่างมีความหมาย^{[ 5 ]}

แม้ว่าวิธีการทางวิทยาศาสตร์มักจะถูกนำเสนอเป็นลำดับขั้นตอนที่ตายตัว แต่ในความเป็นจริงแล้วมันเป็นเพียงชุดของหลักการทั่วไป ไม่ใช่ทุกขั้นตอนจะเกิดขึ้นในการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ ทุกครั้ง (และไม่ใช่ในระดับเดียวกัน) และไม่จำเป็นต้องเรียงลำดับเดียวกันเสมอไป^{[ 6 ] [ 7 ]}การค้นพบมากมายไม่ได้เป็นไปตามแบบจำลองในตำราของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ และในบางกรณี โอกาสก็มีบทบาท^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

ประวัติศาสตร์ของวิธีการทางวิทยาศาสตร์นั้นแตกต่างจากประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์เอง การพัฒนาหลักเกณฑ์สำหรับการให้เหตุผลทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้ราบรื่น วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นหัวข้อของการถกเถียงอย่างเข้มข้นและต่อเนื่องตลอดประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ และนักปรัชญาธรรมชาติและนักวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงต่างก็โต้แย้งถึงความสำคัญของแนวทางต่างๆ ในการสร้างความรู้ทางวิทยาศาสตร์

^{การแสดงออกใน ยุค}แรกๆ ที่แตกต่างกันของประสบการณ์นิยมและวิธีการทางวิทยาศาสตร์สามารถพบได้ตลอดประวัติศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ในกลุ่มสโตอิกโบราณอริสโตเติล [ ^{11 ]}เอปิคูรัส [ ^{12 ] อั}ลฮาเซน^{[ A ] [ a ] ​​[ B ] [ i ]}อวิเซนนาอัล-บิรูนี [ ^{17 ] [ 18 ]}โรเจอร์ เบคอน^{[ α ]}และ วิล ^{เลียม}แห่งอ็อกแฮม^{[ 21 ]}

ในการปฏิวัติวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 16 และ 17 การพัฒนาที่สำคัญที่สุดบางประการ ได้แก่ การส่งเสริมแนวคิดประสบการณ์นิยมโดยฟรานซิส เบคอนและโรเบิร์ต ฮุก [ ^{22 ] [ 23 ] แนวทาง}เหตุผลนิยมที่อธิบายโดยเรเน่ เดส์การ์ตและแนวคิดอุปนัย นิยม ซึ่งได้รับการส่งเสริมเป็นพิเศษโดยนักวิทยาศาสตร์เช่นไอแซค นิวตันและผู้ที่ตามมา นิวตันตั้งสมมติฐานหลักการสี่ประการซึ่งเป็นพื้นฐานของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่^{[ 24 ]}และปรับปรุงวิธีการทางวิทยาศาสตร์^{[ 25 ]}การทดลองได้รับการสนับสนุนโดยฟรานซิส เบคอนและดำเนินการโดยจิอัมบัตติสตา เดลลา ปอร์ตา [ ^{26 ] โย}ฮันเนส เคปเลอร์ [ ^{27 ] [ d ] และ}กาลิเลโอ กาลิเลอี^{[ β ]}มีการพัฒนาเป็นพิเศษที่ได้รับการสนับสนุนจากงานทฤษฎีของนักคิดเชิงสงสัยอย่างFrancisco Sanches [ ^{29 ]}รวมถึงนักอุดมคติและนักประสบการณ์นิยมอย่างJohn Locke , George BerkeleyและDavid Hume [ ^{e ] CS} Peirce ^ได้กำหนดรูปแบบสมมติฐาน-อนุมานในศตวรรษที่ 20 และรูปแบบดังกล่าวได้รับการแก้ไขอย่างมีนัยสำคัญนับตั้งแต่นั้นมา^{[ 32 ]}

คำว่าวิธีการทางวิทยาศาสตร์ปรากฏขึ้นในศตวรรษที่ 19 อันเป็นผลมาจากการพัฒนาเชิงสถาบันที่สำคัญของวิทยาศาสตร์ และคำศัพท์ที่กำหนดขอบเขต ที่ชัดเจน ระหว่างวิทยาศาสตร์และสิ่งที่ไม่ใช่วิทยาศาสตร์ เช่นนักวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์เทียม^{[ 33 ]}ตลอดช่วงทศวรรษที่ 1830 และ 1850 เมื่อลัทธิเบคอนนิยมเป็นที่นิยม นักธรรมชาติวิทยาอย่างวิลเลียม วีเวลล์ จอห์น เฮอร์เชล และจอห์น สจวร์ต มิลล์ ได้ถกเถียงกันเกี่ยวกับ "การเหนี่ยวนำ" และ "ข้อเท็จจริง" และมุ่งเน้นไปที่วิธีการสร้างความรู้^{[ 33 ]}ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 มีการถกเถียงกันระหว่างลัทธิสัจนิยมกับลัทธิต่อต้านสัจนิยมเนื่องจากทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่ทรงพลังขยายออกไปนอกเหนือขอบเขตของการสังเกตได้^{[ 34 ]}

คำว่าวิธีการทางวิทยาศาสตร์เริ่มเป็นที่นิยมใช้กันในศตวรรษที่ 20 หนังสือHow We Thinkของ Dewey ในปี 1910เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดแนวทางที่เป็นที่นิยม^{[ 35 ]}คำนี้ปรากฏในพจนานุกรมและตำราเรียนวิทยาศาสตร์ แม้ว่าจะยังไม่มีข้อสรุปที่ชัดเจนเกี่ยวกับความหมายของมัน^{[ 33 ]}แม้ว่าจะมีการเติบโตในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ^{[ f ]}แต่ในช่วงทศวรรษที่ 1960 และ 1970 นักปรัชญาวิทยาศาสตร์ที่มีอิทธิพลหลายคน เช่นThomas KuhnและPaul Feyerabendได้ตั้งคำถามถึงความเป็นสากลของ "วิธีการทางวิทยาศาสตร์" และได้เปลี่ยนแนวคิดเรื่องวิทยาศาสตร์ในฐานะวิธีการที่เป็นเนื้อเดียวกันและเป็นสากลไปเป็นแนวคิดที่ว่าวิทยาศาสตร์เป็นแนวปฏิบัติที่แตกต่างกันและเป็นท้องถิ่น^{[ 33 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งPaul Feyerabend ในหนังสือAgainst Method ฉบับพิมพ์ครั้งแรกใน ^ปี 1975 ได้โต้แย้งว่าไม่มีกฎสากลใด ๆ ของวิทยาศาสตร์^{[ 34} ] Karl Popper [ ^{γ ] และ} Gauch 2003 ^{[ 6 ]}ไม่เห็นด้วยกับข้ออ้างของ Feyerabend

ท่าทีที่ตามมาในภายหลัง ได้แก่บทความ "ไม่มีวิธีการทางวิทยาศาสตร์" ของ นักฟิสิกส์ Lee Smolin ในปี 2013 ^{[ 37 ]}ซึ่งเขาสนับสนุนหลักการทางจริยธรรม สอง ประการ^{[ δ ]}และ บทของ นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ Daniel Thurs ในหนังสือNewton's Apple and Other Myths about Science ในปี 2015 ซึ่งสรุปว่าวิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นตำนานหรืออย่างดีที่สุดก็เป็นเพียงอุดมคติ^{[ 38 ]}เนื่องจากตำนานเป็นความเชื่อ^{[ 39 ]}จึงอาจเกิดความผิดพลาดในการเล่าเรื่องได้ ดังที่ Taleb ชี้ให้เห็น^{[ 40 ]}นักปรัชญาRobert Nolaและ Howard Sankey ในหนังสือTheories of Scientific Method ในปี 2007 กล่าวว่าการถกเถียงเกี่ยวกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์ยังคงดำเนินต่อไป และโต้แย้งว่า Feyerabend แม้จะมีชื่อเรื่องว่าAgainst Methodก็ยอมรับกฎเกณฑ์บางอย่างของวิธีการและพยายามพิสูจน์กฎเกณฑ์เหล่านั้นด้วยระเบียบวิธีเชิงอภิปรัชญา^{[ 41 ]} Staddon (2017) โต้แย้งว่าเป็นความผิดพลาดที่จะพยายามปฏิบัติตามกฎในกรณีที่ไม่มีวิธีการทางวิทยาศาสตร์เชิงอัลกอริทึม ในกรณีนั้น "วิทยาศาสตร์จะเข้าใจได้ดีที่สุดผ่านตัวอย่าง" ^{[ 42 ] [ 43 ]}แต่วิธีการเชิงอัลกอริทึม เช่น การ ^{พิสูจน์}หักล้างทฤษฎีที่มีอยู่โดยการทดลองได้ถูกนำมาใช้ตั้งแต่สมัยAlhacen ⁽ 1027) และหนังสือทัศนศาสตร์ ของเขา [ ^{a ]} ​​และ Galileo (1638) และ วิทยาศาสตร์ใหม่สองเรื่องของเขา[ ^{28 ]}และThe Assayer [ ^{44 ] ซึ่ง}ยังคงถือเป็นวิธีการทางวิทยาศาสตร์

วิธีการทางวิทยาศาสตร์คือกระบวนการที่วิทยาศาสตร์ดำเนินการ^{[ 45 ]}เช่นเดียวกับในสาขาการสืบสวนอื่นๆ วิทยาศาสตร์ (ผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์) สามารถต่อยอดจากความรู้เดิมและรวมความเข้าใจในหัวข้อที่ศึกษาไว้ด้วยกันได้ตลอดเวลา^{[ g ]}ในทางประวัติศาสตร์ การพัฒนาวิธีการทางวิทยาศาสตร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปฏิวัติวิทยาศาสตร์^{[ 47 ]}

กระบวนการโดยรวมเกี่ยวข้องกับการตั้งสมมติฐานการทำนายผลลัพธ์เชิงตรรกะ จากนั้นจึงทำการทดลองตามการทำนายเหล่านั้นเพื่อตรวจสอบว่าสมมติฐานเดิมถูกต้องหรือไม่^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม มีความยากลำบากในการกำหนดวิธีการเป็นสูตรสำเร็จ วิธีการทางวิทยาศาสตร์แสดงถึงหลักการทั่วไปมากกว่าลำดับที่ตายตัว ไม่ใช่ทุกขั้นตอนจะเกิดขึ้นในการสอบสวนทุกครั้ง และไม่ใช่ในลำดับเดียวกันเสมอไป มันต้องการสติปัญญา จินตนาการ และความคิดสร้างสรรค์มากกว่าการยึดมั่นในขั้นตอนอย่างเคร่งครัด^{[ 48 ]}

มีหลายวิธีในการอธิบายวิธีการพื้นฐานที่ใช้ในการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ชุมชนวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปเห็นพ้องต้องกันในการจำแนกประเภทขององค์ประกอบวิธีการดังต่อไปนี้ องค์ประกอบทางระเบียบวิธีและการจัดระเบียบขั้นตอนเหล่านี้มักเป็นลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์เชิงทดลองมากกว่าวิทยาศาสตร์สังคมอย่างไรก็ตาม วงจรของการกำหนดสมมติฐาน การทดสอบและวิเคราะห์ผลลัพธ์ และการกำหนดสมมติฐานใหม่ จะมีลักษณะคล้ายกับวงจรที่อธิบายไว้ด้านล่างวิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการแบบวนซ้ำและเป็นวัฏจักรซึ่งข้อมูลจะได้รับการแก้ไขอย่างต่อเนื่อง^{[ 49 ] [ 50 ]}โดยทั่วไปเป็นที่ยอมรับกันว่าการพัฒนาความรู้เกิดขึ้นจากองค์ประกอบต่อไปนี้ในรูปแบบหรือการมีส่วนร่วมที่แตกต่างกัน: ^{[ 51 ] [ 52 ]}

• ลักษณะเฉพาะ (การสังเกต คำจำกัดความ และการวัดผลของสิ่งที่กำลังศึกษา)
• สมมติฐาน (คำอธิบายเชิงทฤษฎีและสมมติฐานเกี่ยวกับการสังเกตและการวัดผลในเรื่องนั้นๆ)
• การคาดการณ์ (การให้เหตุผลแบบอุปนัยและนิรนัยจากสมมติฐานหรือทฤษฎี)
• การทดลอง (การทดสอบทุกอย่างที่กล่าวมาข้างต้น)

แต่ละองค์ประกอบของวิธีการทางวิทยาศาสตร์จะต้องผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญเพื่อหาข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น กิจกรรมเหล่านี้ไม่ได้อธิบายถึงสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทำทั้งหมด แต่ส่วนใหญ่ใช้กับวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง (เช่น ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และจิตวิทยา) องค์ประกอบข้างต้นมักถูกสอนในระบบการศึกษาในชื่อ "วิธีการทางวิทยาศาสตร์" ^{[ C ]}

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่สูตรสำเร็จตายตัว: มันต้องอาศัยสติปัญญา จินตนาการ และความคิดสร้างสรรค์^{[ 53 ]}ในแง่นี้ มันไม่ใช่ชุดมาตรฐานและขั้นตอนที่ต้องปฏิบัติตามอย่างไร้เหตุผล แต่เป็นวัฏจักรที่ดำเนินไป อย่างต่อเนื่อง พัฒนาแบบจำลองและวิธีการที่มีประโยชน์ แม่นยำ และครอบคลุมมากขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น เมื่อไอน์สไตน์พัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป เขาไม่ได้ปฏิเสธหรือลดทอนคุณค่าของ ทฤษฎีของนิวตันแต่อย่างใดในทางตรงกันข้าม หากนำสิ่งที่มวลมหาศาล วัตถุเบาเหมือนขนนก และวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วมาก ออกจากทฤษฎีของไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่นิวตันไม่สามารถสังเกตได้ สมการของนิวตันก็จะยังคงอยู่ ทฤษฎีของไอน์สไตน์เป็นการขยายและปรับปรุงทฤษฎีของนิวตัน และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มความเชื่อมั่นในงานของนิวตัน

บางครั้งมีการเสนอแผนการ วนซ้ำ^{[ 50 ]}เชิงปฏิบัติ^{[ 16 ]}ของประเด็นทั้งสี่ข้างต้นเป็นแนวทางในการดำเนินการ: ^{[ 54 ]}

1. กำหนดคำถาม
2. รวบรวมข้อมูลและทรัพยากร (สังเกตการณ์)
3. สร้างสมมติฐานอธิบาย
4. ทดสอบสมมติฐานโดยการทำการทดลองและเก็บรวบรวมข้อมูลในลักษณะที่สามารถทำซ้ำได้
5. วิเคราะห์ข้อมูล
6. วิเคราะห์ข้อมูลและสรุปผลเพื่อใช้เป็นจุดเริ่มต้นในการสร้างสมมติฐานใหม่
7. เผยแพร่ผลลัพธ์
8. การทดสอบซ้ำ (ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ มักทำ)

วงจรการทำซ้ำที่แฝงอยู่ในวิธีการทีละขั้นตอนนี้จะเริ่มจากจุดที่ 3 ไปยังจุดที่ 6 แล้วกลับมาที่จุดที่ 3 อีกครั้ง

แม้ว่าโครงร่างนี้จะสรุปวิธีการตั้งสมมติฐาน/ทดสอบทั่วไป^{[ 55 ]}แต่นักปรัชญา นักประวัติศาสตร์ และนักสังคมวิทยาด้านวิทยาศาสตร์หลายคน รวมถึงPaul Feyerabend [ ^{h ] อ้าง}ว่าคำอธิบายวิธีการทางวิทยาศาสตร์ดังกล่าวมีความเกี่ยวข้องเพียงเล็กน้อยกับวิธีการที่วิทยาศาสตร์ถูกนำไปปฏิบัติจริง

องค์ประกอบพื้นฐานของวิธีการทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นได้จากตัวอย่างต่อไปนี้ (ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างปี 1944 ถึง 1953) จากการค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอ (ทำเครื่องหมายและเว้นวรรคไว้)

ในปี พ.ศ. 2493 เป็นที่ทราบกันว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมมีคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ โดยเริ่มจากการศึกษาของเกรกอร์ เมนเดลและดีเอ็นเอมีข้อมูลทางพันธุกรรม ( หลักการเปลี่ยนแปลง ของออสวาลด์ เอเวอรี ) ^{[ 57 ]}แต่กลไกการเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม (เช่น ยีน) ในดีเอ็นเอยังไม่ชัดเจน นักวิจัยใน ห้องปฏิบัติการ ของแบรกก์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้สร้าง ภาพ การเลี้ยวเบน ของ รังสีเอกซ์ ของ โมเลกุลต่างๆโดยเริ่มจากผลึกเกลือ และดำเนินการต่อไป ยังสารที่ซับซ้อนมากขึ้น โดยใช้เบาะแสที่รวบรวมอย่างพิถีพิถันมานานหลายทศวรรษ โดยเริ่มจากองค์ประกอบทางเคมี พบว่าน่าจะสามารถระบุโครงสร้างทางกายภาพของดีเอ็นเอได้ และภาพรังสีเอกซ์จะเป็นเครื่องมือ^{[ 58 ]}

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ขึ้นอยู่กับการกำหนดลักษณะที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ของสิ่งที่กำลังศึกษา ( สิ่งที่กำลังศึกษาอาจเรียกว่าปัญหาที่ยังแก้ไม่ตกหรือสิ่งที่ยังไม่รู้ก็ได้) ^{[ C ]}ตัวอย่างเช่นเบนจามิน แฟรงคลินคาดการณ์ได้อย่างถูกต้องว่าไฟเซนต์เอลโมมีลักษณะเป็นไฟฟ้าแต่ต้องใช้การทดลองและการเปลี่ยนแปลงทางทฤษฎีหลายครั้งกว่าจะพิสูจน์ได้ ในขณะที่กำลังค้นหาคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของสิ่งที่กำลังศึกษา การคิดอย่างรอบคอบอาจรวม ถึง คำจำกัดความและการสังเกตด้วยการสังเกตเหล่านี้มักต้องการการวัด อย่างระมัดระวัง และ/หรือการนับ ซึ่งอาจอยู่ในรูปแบบของการวิจัยเชิงประจักษ์ ที่ กว้างขวาง

คำถามทางวิทยาศาสตร์สามารถหมายถึงคำอธิบายของการสังเกต เฉพาะ อย่าง^{[ C ]}เช่น "ทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้า?" แต่ก็อาจเป็นคำถามปลายเปิดได้เช่นกัน เช่น "ฉันจะออกแบบยาเพื่อรักษาโรคนี้ได้อย่างไร?" ขั้นตอนนี้มักเกี่ยวข้องกับการค้นหาและประเมินหลักฐานจากการทดลองก่อนหน้านี้ การสังเกตหรือการยืนยันทางวิทยาศาสตร์ส่วนบุคคล ตลอดจนผลงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ หากทราบคำตอบแล้ว ก็สามารถตั้งคำถามใหม่ที่สร้างขึ้นจากหลักฐานนั้นได้ เมื่อนำวิธีการทางวิทยาศาสตร์มาใช้ในการวิจัย การกำหนดคำถามที่ดีอาจเป็นเรื่องยากมาก และจะส่งผลต่อผลลัพธ์ของการวิจัย^{[ 59 ]}

การเก็บรวบรวมข้อมูลการวัดหรือการนับปริมาณที่เกี่ยวข้องอย่างเป็นระบบและรอบคอบ มักเป็นความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิทยาศาสตร์เทียมเช่น วิชาเล่นแร่แปรธาตุ กับวิทยาศาสตร์ เช่น เคมีหรือชีววิทยา การวัดทางวิทยาศาสตร์มักถูกจัดทำเป็นตาราง กราฟ หรือแผนที่ และมีการดำเนินการทางสถิติ เช่นการหาความสัมพันธ์และการถดถอย การวัดอาจทำในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ เช่น ห้องปฏิบัติการ หรือทำกับวัตถุที่เข้าถึงได้ยากหรือควบคุมได้ยาก เช่น ดวงดาวหรือประชากรมนุษย์ การวัดมักต้องใช้เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ เฉพาะทาง เช่นเทอร์โมมิเตอร์สเปกโทรสโคป เครื่อง เร่งอนุภาคหรือโวลต์มิเตอร์และความก้าวหน้าของสาขาวิทยาศาสตร์มักเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการประดิษฐ์และการพัฒนาเครื่องมือเหล่า นี้

ฉันไม่คุ้นเคยกับการพูดอะไรอย่างมั่นใจหลังจากสังเกตเพียงแค่หนึ่งหรือสองครั้ง

คำจำกัดความทางวิทยาศาสตร์ของคำศัพท์บางคำอาจแตกต่างอย่างมากจากความหมาย ที่ใช้ใน ภาษาพูดทั่วไปตัวอย่างเช่นมวลและน้ำหนักมีความหมายทับซ้อนกันในภาษาพูดทั่วไป แต่มีความหมายที่แตกต่างกันในทางกลศาสตร์ปริมาณทางวิทยาศาสตร์มักมีลักษณะเฉพาะด้วยหน่วยวัดซึ่งสามารถอธิบายได้ในภายหลังโดยใช้หน่วยทางกายภาพทั่วไปเมื่อสื่อสารผลงานนั้น

บางครั้งทฤษฎีใหม่ ๆ ถูกพัฒนาขึ้นหลังจากตระหนักว่าคำศัพท์บางคำยังไม่ได้รับการกำหนดอย่างชัดเจนเพียงพอมาก่อน ตัวอย่างเช่นบทความแรกของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เกี่ยวกับทฤษฎี สัมพัทธภาพเริ่มต้นด้วยการกำหนดความพร้อมกันและวิธีการกำหนดความยาวแนวคิดเหล่านี้ถูกละเลยโดยไอแซค นิวตันโดยกล่าวว่า "ฉันไม่ได้กำหนดเวลาอวกาศ สถานที่ และการเคลื่อนที่ให้เป็นที่รู้จักกันดีสำหรับทุกคน" จากนั้นบทความของไอน์สไตน์ก็แสดงให้เห็นว่าสิ่งเหล่านี้ (เช่น เวลาสัมบูรณ์และความยาวที่ไม่ขึ้นกับการเคลื่อนที่) เป็นเพียงการประมาณค่าฟรานซิส คริกเตือนเราว่าเมื่ออธิบายลักษณะของเรื่องใดเรื่องหนึ่ง อาจเป็นการด่วนเกินไปที่จะกำหนดสิ่งใดสิ่งหนึ่งเมื่อยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้^{[ 61 ]}ในการศึกษาเรื่องจิตสำนึก ของคริก เขาพบว่าการศึกษาความตระหนักในระบบการมองเห็น นั้นง่าย กว่าการศึกษาเจตจำนงเสรีตัวอย่างเช่น ตัวอย่างที่เขาเตือนคือยีน ยีนนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้มากนักก่อนการค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอของวัตสันและคริก การเสียเวลาไปกับการกำหนดนิยามของยีนก่อนหน้านั้น คงจะส่งผลเสียมากกว่าผลดี

Linus Paulingเสนอว่า DNA อาจเป็นเกลียวสามชั้น^{[ 62 ] [ 63 ]}สมมติฐานนี้ได้รับการพิจารณาโดยFrancis CrickและJames D. Watson เช่นกัน แต่ถูกปฏิเสธ เมื่อ Watson และ Crick ทราบถึงสมมติฐานของ Pauling พวกเขาก็เข้าใจจากข้อมูลที่มีอยู่ว่า Pauling ผิด^{[ 64 ]}และ Pauling จะยอมรับในไม่ช้าถึงความยากลำบากของเขาเกี่ยวกับโครงสร้างนั้น

สมมติฐานคือคำอธิบายที่เสนอแนะเกี่ยวกับปรากฏการณ์ หรืออีกนัยหนึ่งคือข้อเสนอที่มีเหตุผลซึ่งชี้ให้เห็นถึงความสัมพันธ์ที่เป็นไปได้ระหว่างปรากฏการณ์ต่างๆ โดยปกติแล้ว สมมติฐานจะมีรูปแบบเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์บางครั้ง แต่ไม่เสมอไป สมมติฐานอาจอยู่ในรูปของข้อความแสดงการมีอยู่ซึ่งระบุว่าปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาในบางกรณีมีลักษณะเฉพาะบางอย่าง และมีคำอธิบายเชิงสาเหตุ ซึ่งมีรูปแบบทั่วไปเป็นข้อความแสดงสากลซึ่งระบุว่าปรากฏการณ์ทุกกรณีมีลักษณะเฉพาะบางอย่าง

นักวิทยาศาสตร์มีอิสระที่จะใช้ทรัพยากรใด ๆ ก็ตามที่พวกเขามี ไม่ว่าจะเป็นความคิดสร้างสรรค์ของตนเอง แนวคิดจากสาขาอื่น ๆการให้เหตุผลแบบอุปนัยการอนุมานแบบเบย์เซียนและอื่น ๆ เพื่อจินตนาการถึงคำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาอยู่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เคยสังเกตว่า "ไม่มีสะพานตรรกะระหว่างปรากฏการณ์และหลักการทางทฤษฎี" ^{[ 65 ] [ i ]}ชาร์ลส์ แซนเดอร์ส เพียร์ซยืมแนวคิดจากอริสโตเติล ( Prior Analytics , 2.25 ) ^{[ 67 ]}อธิบายขั้นตอนเริ่มต้นของการสืบสวนซึ่งถูกกระตุ้นโดย "ความสงสัย" ที่จะลองเดาอย่างมีเหตุผล ว่าเป็นการให้เหตุผลแบบอนุมาน [ ^{68 ] : II, หน้า 290} ประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์เต็มไปด้วยเรื่องราวของนักวิทยาศาสตร์ที่อ้างว่า "ได้รับแรงบันดาลใจอย่างฉับพลัน" หรือลางสังหรณ์ ซึ่งกระตุ้นให้พวกเขามองหาหลักฐานเพื่อสนับสนุนหรือหักล้างความคิดของพวกเขาไมเคิล โพลานีทำให้ความคิดสร้างสรรค์ดังกล่าวเป็นจุดศูนย์กลางของการอภิปรายเกี่ยวกับระเบียบวิธี

วิลเลียม เกลนสังเกตว่า^{[ 69 ]}

ความสำเร็จของสมมติฐาน หรือคุณูปการต่อวิทยาศาสตร์ ไม่ได้อยู่ที่เพียงแค่ "ความจริง" ที่รับรู้ได้ หรือพลังในการแทนที่ ครอบคลุม หรือลดทอนแนวคิดก่อนหน้าเท่านั้น แต่บางทีอาจอยู่ที่ความสามารถในการกระตุ้นการวิจัยที่จะช่วยให้กระจ่าง...ข้อสันนิษฐานที่คลุมเครือและพื้นที่ที่ไม่ชัดเจน

โดยทั่วไป นักวิทยาศาสตร์มักมองหาทฤษฎีที่ " สง่างาม " หรือ " สวยงาม " นักวิทยาศาสตร์มักใช้คำเหล่านี้เพื่ออ้างถึงทฤษฎีที่สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ทราบอยู่แล้ว แต่ก็ยังค่อนข้างเรียบง่ายและจัดการได้ง่าย หลักการของอ็อกแคม (Occam's Razor)ใช้เป็นหลักเกณฑ์ในการเลือกทฤษฎีที่เหมาะสมที่สุดจากกลุ่มสมมติฐานที่มีความสามารถในการอธิบายได้ ดีพอๆ กัน

เพื่อลดอคติในการยืนยันที่เกิดจากการพิจารณาสมมติฐานเดียวการอนุมานที่แข็งแกร่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการพิจารณาสมมติฐานทางเลือกหลายข้อ^{[ 70 ]}และหลีกเลี่ยงสิ่งประดิษฐ์^{[ 71 ]}

เจมส์ ดี. วัตสัน , ฟรานซิส คริกและคนอื่นๆ ตั้งสมมติฐานว่า DNA มีโครงสร้างแบบเกลียว ซึ่งหมายความว่ารูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของ DNA จะมีลักษณะเป็นรูปตัว 'x' ^{[ 72 ] [ 73 ]}การคาดการณ์นี้มาจากผลงานของ Cochran, Crick และ Vand ^{[ 74 ]} (และโดยอิสระจาก Stokes) ทฤษฎีบท Cochran-Crick-Vand-Stokes ให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์สำหรับการสังเกตเชิงประจักษ์ที่ว่าการเลี้ยวเบนจากโครงสร้างแบบเกลียวทำให้เกิดรูปแบบรูปตัว x ในบทความฉบับแรกของพวกเขา วัตสันและคริกยังตั้งข้อสังเกตว่า โครงสร้าง เกลียวคู่ที่พวกเขาเสนอเป็นกลไกที่ง่ายสำหรับการจำลองแบบ DNAโดยเขียนว่า "เราไม่ได้มองข้ามไปว่าการจับคู่เฉพาะที่เราตั้งสมมติฐานไว้นั้นชี้ให้เห็นถึงกลไกการคัดลอกที่เป็นไปได้สำหรับสารพันธุกรรมทันที" ^{[ 75 ]}

สมมติฐานที่มีประโยชน์ใดๆ จะช่วยให้สามารถคาดการณ์ ได้ โดยใช้เหตุผลรวมถึงเหตุผลเชิงอนุมาน [ ^{j ] สมมติฐาน}ดังกล่าวอาจคาดการณ์ผลลัพธ์ของการทดลองในห้องปฏิบัติการหรือการสังเกตปรากฏการณ์ในธรรมชาติ การคาดการณ์อาจเป็นเชิงสถิติและเกี่ยวข้องกับความน่าจะเป็นเท่านั้น

สิ่งสำคัญคือผลลัพธ์ของการทดสอบการคาดการณ์ดังกล่าวจะต้องยังไม่ทราบในขณะนี้ เฉพาะในกรณีนี้เท่านั้นที่ผลลัพธ์ที่ประสบความสำเร็จจะเพิ่มโอกาสที่สมมติฐานจะเป็นจริง หากทราบผลลัพธ์แล้ว จะเรียกว่าผลที่ตามมา และควรนำมาพิจารณาตั้งแต่ตอนตั้งสมมติฐานแล้ว

หากการคาดการณ์ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยการสังเกตหรือประสบการณ์ สมมติฐานนั้นก็ยังไม่สามารถทดสอบได้และดังนั้นจึงยังคงไม่เป็นวิทยาศาสตร์ในความหมายที่แท้จริง เทคโนโลยีหรือทฤษฎีใหม่ๆ อาจทำให้การทดลองที่จำเป็นเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น ในขณะที่สมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตทรงปัญญาชนิดอื่นๆ อาจน่าเชื่อถือด้วยการคาดการณ์บนพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ แต่ไม่มีการทดลองใดที่รู้จักสามารถทดสอบสมมติฐานนี้ได้ ดังนั้น วิทยาศาสตร์เองจึงแทบจะพูดอะไรไม่ได้เกี่ยวกับความเป็นไปได้นั้น ในอนาคต เทคนิคใหม่ๆ อาจช่วยให้สามารถทดสอบเชิงทดลองได้ และการคาดการณ์นั้นก็จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยอมรับในที่สุด

ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ของไอน์สไตน์ ทำนายโครงสร้างที่สังเกตได้ของกาลอวกาศ ไว้หลายประการ เช่นแสงจะโค้งงอในสนามโน้มถ่วงและปริมาณการโค้งงอจะขึ้นอยู่กับความแรงของสนามโน้มถ่วงนั้นอย่างแม่นยำ การสังเกตการณ์ ของอาร์เธอร์ เอดดิงตันในช่วงสุริยุปราคาในปี 1919สนับสนุนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมากกว่าแรงโน้ม ถ่วงแบบนิว ตัน^{[ 76 ]}

วัตสันและคริกได้นำเสนอข้อเสนอเบื้องต้น (และไม่ถูกต้อง) เกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA ให้กับทีมจากคิงส์คอลเลจลอนดอนซึ่งประกอบด้วยโรซาลินด์ แฟรงคลิน , มอริซ วิลกินส์และเรย์มอนด์ กอสลิงแฟรงคลินสังเกตเห็นข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับปริมาณน้ำในทันที ต่อมาวัตสันได้เห็นภาพถ่ายของแฟรงคลิน 51ซึ่งเป็นภาพการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์โดยละเอียด ซึ่งแสดงให้เห็นรูปร่างตัว X ^{[ 77 ] [ 78 ]}และสามารถยืนยันได้ว่าโครงสร้างเป็นแบบเกลียว^{[ 79 ] [ 80 ] [ k ]}

เมื่อทำการคาดการณ์แล้ว ก็สามารถตรวจสอบได้ด้วยการทดลอง หากผลการทดสอบขัดแย้งกับการคาดการณ์ สมมติฐานที่เกี่ยวข้องกับการคาดการณ์นั้นก็จะถูกตั้งคำถามและมีความน่าเชื่อถือน้อยลง บางครั้งการทดลองอาจดำเนินการไม่ถูกต้องหรือไม่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีเมื่อเทียบกับการทดลองที่สำคัญหากผลการทดลองยืนยันการคาดการณ์ สมมติฐานก็จะถือว่ามีแนวโน้มที่จะถูกต้องมากขึ้น แต่ก็อาจยังผิดอยู่และต้องได้รับการทดสอบเพิ่มเติมต่อ ไป การควบคุมการทดลองเป็นเทคนิคในการจัดการกับข้อผิดพลาดในการสังเกต เทคนิคนี้ใช้ความแตกต่างระหว่างตัวอย่างหรือการสังเกตหรือประชากรหลายๆ ตัวอย่างภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน เพื่อดูว่าอะไรเปลี่ยนแปลงหรืออะไรยังคงเหมือนเดิม เราเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขสำหรับการวัดเพื่อช่วยแยกแยะสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปหลักการของมิลล์สามารถช่วยเราหาปัจจัยสำคัญได้^{[ 84 ]}การวิเคราะห์ปัจจัยเป็นเทคนิคหนึ่งในการค้นหาปัจจัยสำคัญในผลกระทบ

การทดลองอาจมีรูปแบบที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับการคาดการณ์ อาจเป็นการทดลองแบบคลาสสิกในห้องปฏิบัติการ การศึกษา แบบปกปิดสองทางหรือการขุดค้น ทางโบราณคดี แม้แต่การนั่งเครื่องบินจากนิวยอร์กไปปารีสก็เป็นการทดลองที่ทดสอบ สมมติฐาน ทางอากาศพลศาสตร์ที่ใช้ในการสร้างเครื่องบินเช่นกัน

These institutions thereby reduce the research function to a cost/benefit,^[85] which is expressed as money, and the time and attention of the researchers to be expended,^[85] in exchange for a report to their constituents.^[86] Current large instruments, such as CERN's Large Hadron Collider (LHC),^[87] or LIGO,^[88] or the National Ignition Facility (NIF),^[89] or the International Space Station (ISS),^[90] or the James Webb Space Telescope (JWST),^[91][92] entail expected costs of billions of dollars, and timeframes extending over decades. These kinds of institutions affect public policy, on a national or even international basis, and the researchers would require shared access to such machines and their adjunct infrastructure.^[ε][93]

Scientists assume an attitude of openness and accountability on the part of those experimenting. Detailed record-keeping is essential, to aid in recording and reporting on the experimental results, and supports the effectiveness and integrity of the procedure. They will also assist in reproducing the experimental results, likely by others. Traces of this approach can be seen in the work of Hipparchus (190–120 BCE), when determining a value for the precession of the Earth, while controlled experiments can be seen in the works of al-Battani (853–929 CE)^[94] and Alhazen (965–1039 CE).^[95][l][b]

จากนั้น Watson และ Crick ได้สร้างแบบจำลองของพวกเขา โดยใช้ข้อมูลนี้ร่วมกับข้อมูลที่ทราบก่อนหน้านี้เกี่ยวกับองค์ประกอบของ DNA โดยเฉพาะอย่างยิ่งกฎการจับคู่เบสของ Chargaff ^{[ 83 ]}หลังจากการทดลองที่ไม่ประสบผลสำเร็จจำนวนมาก ถูกผู้บังคับบัญชาห้ามไม่ให้ดำเนินการต่อ และการเริ่มต้นที่ผิดพลาดหลายครั้ง^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]} Watson และ Crick ก็สามารถอนุมานโครงสร้างพื้นฐานของDNA ได้ โดยการสร้างแบบ จำลองที่เป็น รูปธรรมของรูปร่างทางกายภาพของ นิวคลี โอไทด์ที่ประกอบขึ้นเป็น DNA ^{[ 83 ] [ 100 ] [ 101 ]}พวกเขาได้รับคำแนะนำจากความยาวพันธะที่Linus PaulingและRosalind Franklin ได้อนุมานไว้จาก ภาพการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์

วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการที่ทำซ้ำได้ ในทุกขั้นตอน สามารถปรับปรุงความถูกต้องและความแม่นยำได้ดังนั้นบางแง่มุมอาจนำไปสู่การที่นักวิทยาศาสตร์ทำซ้ำส่วนก่อนหน้าของกระบวนการ การที่ไม่สามารถสร้างสมมติฐานที่น่าสนใจได้ อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องกำหนดนิยามของเรื่องที่กำลังพิจารณาใหม่ การที่สมมติฐานไม่สามารถสร้างการคาดการณ์ที่น่าสนใจและทดสอบได้ อาจนำไปสู่การพิจารณาใหม่เกี่ยวกับสมมติฐานหรือนิยามของเรื่อง การที่การทดลองไม่ให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องพิจารณาใหม่เกี่ยวกับวิธีการทดลอง สมมติฐาน หรือนิยามของเรื่อง

วิธีการทำซ้ำแบบนี้สามารถกินเวลาหลายทศวรรษและบางครั้งก็หลายศตวรรษเอกสารที่ตีพิมพ์สามารถนำมาต่อยอดได้ ตัวอย่างเช่น ในปี 1027 อัลฮาเซนจากการวัดการหักเหของแสง สามารถสรุปได้ว่าอวกาศมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศนั่นคือ "มวลของท้องฟ้ามีความหนาแน่นน้อยกว่ามวลของอากาศ" ^{[ 14 ]}ในปี 1079 บทความเรื่องสนธยาของอิบนุ มุอา ธ สามารถสรุปได้ว่าชั้นบรรยากาศของโลกมีความหนา 50 ไมล์ โดยอาศัย การ หักเหของแสงอาทิตย์ในชั้นบรรยากาศ^{[ m ]}

ด้วยเหตุนี้ วิธีการทางวิทยาศาสตร์จึงมักถูกมองว่าเป็นวัฏจักร – ข้อมูลใหม่นำไปสู่การจำแนกลักษณะใหม่ และวัฏจักรของวิทยาศาสตร์ก็ดำเนินต่อไป การวัดที่รวบรวมได้สามารถจัดเก็บส่งต่อ และนำไปใช้โดยผู้อื่นได้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อาจเริ่มต้นงานวิจัยของตนเองและเข้าร่วมกระบวนการในขั้นตอนใดก็ได้ พวกเขาอาจนำลักษณะเฉพาะมาใช้และกำหนดสมมติฐานของตนเอง หรืออาจนำสมมติฐานมาใช้และอนุมานการคาดการณ์ของตนเอง บ่อยครั้งที่การทดลองไม่ได้ดำเนินการโดยบุคคลที่ทำการคาดการณ์ และลักษณะเฉพาะนั้นอิงจากการทดลองที่ทำโดยผู้อื่น ผลการทดลองที่ตีพิมพ์แล้วยังสามารถใช้เป็นสมมติฐานในการคาดการณ์ความสามารถในการทำซ้ำได้อีกด้วย

วิทยาศาสตร์เป็นกิจการทางสังคม และงานทางวิทยาศาสตร์มักได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์เมื่อได้รับการยืนยันแล้ว ที่สำคัญคือ ผลการทดลองและทฤษฎีต้องได้รับการทำซ้ำโดยผู้อื่นภายในชุมชนวิทยาศาสตร์ นักวิจัยได้สละชีวิตเพื่อวิสัยทัศน์นี้จอร์จ วิลเฮล์ม ริชมันน์เสียชีวิตจากฟ้าผ่าลูกไฟ (1753) ขณะพยายามทำซ้ำการทดลองเล่นว่าวในปี 1752 ของเบนจามิน แฟรงคลิน^{[ 103 ]}

หากการทดลองไม่สามารถทำซ้ำเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกัน นั่นหมายความว่าผลลัพธ์เดิมอาจผิดพลาด ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่การทดลองเดียวจะถูกทำซ้ำหลายครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีตัวแปรที่ไม่สามารถควบคุมได้หรือข้อบ่งชี้อื่นๆ ของข้อผิดพลาดในการทดลองสำหรับผลลัพธ์ที่สำคัญหรือน่าประหลาดใจ นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อาจพยายามทำซ้ำผลลัพธ์ด้วยตนเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากผลลัพธ์เหล่านั้นมีความสำคัญต่องานของพวกเขาเอง^{[ 104 ]}การทำซ้ำกลายเป็นประเด็นถกเถียงในวิทยาศาสตร์สังคมและวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์ ซึ่งมีการให้การรักษาแก่กลุ่มบุคคล โดยทั่วไปกลุ่มทดลองจะได้รับการรักษา เช่น ยา และกลุ่มควบคุมจะได้รับยาหลอกจอห์น ไอโออันนิดิสในปี 2548 ชี้ให้เห็นว่าวิธีการที่ใช้ทำให้เกิดการค้นพบมากมายที่ไม่สามารถทำซ้ำได้^{[ 105 ]}

การตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ (Peer review ) —การประเมินงานวิจัยโดยผู้เชี่ยวชาญที่ไม่เปิดเผยตัวตน—ประเมินความน่าเชื่อถือของการทดลองมากกว่าการรับรองความถูกต้องวารสารบางฉบับขอให้ผู้ทำการทดลองจัดทำรายชื่อผู้ทรงคุณวุฒิที่อาจตรวจสอบได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นสาขาเฉพาะทาง ผู้เชี่ยวชาญจะตรวจสอบวิธีการและแบบแผน หากได้รับการอนุมัติ (บางครั้งอาจต้องมีการทดลองเพิ่มเติม) ชื่อเสียงของวารสารที่ตีพิมพ์งานนั้นจะบ่งบอกถึงคุณภาพที่รับรู้ได้^{[ n ]}

โดยทั่วไปนักวิทยาศาสตร์จะระมัดระวังในการบันทึกข้อมูลของตน ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่ส่งเสริมโดยLudwik Fleck (1896–1961) และคนอื่นๆ^{[ 106 ]}แม้ว่าจะไม่จำเป็นโดยทั่วไป แต่พวกเขาอาจถูกขอให้ส่งข้อมูลนี้ให้กับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ที่ต้องการทำซ้ำผลลัพธ์ดั้งเดิมของพวกเขา (หรือบางส่วนของผลลัพธ์ดั้งเดิม) ซึ่งรวมถึงการแบ่งปันตัวอย่างการทดลองใดๆ ที่อาจหาได้ยาก^{[ 107 ]}เพื่อป้องกันวิทยาศาสตร์ที่ไม่ดีและข้อมูลที่เป็นการฉ้อโกง หน่วยงานให้ทุนวิจัยของรัฐบาล เช่นมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและวารสารวิทยาศาสตร์ รวมถึงNatureและScienceมีนโยบายว่านักวิจัยต้องเก็บรักษาข้อมูลและวิธีการของตนไว้ เพื่อให้นักวิจัยคนอื่นๆ สามารถทดสอบข้อมูลและวิธีการ และต่อยอดจากการวิจัยที่เคยมีมาก่อนการเก็บรักษาข้อมูลทางวิทยาศาสตร์สามารถทำได้ที่หอจดหมายเหตุแห่งชาติหลายแห่งในสหรัฐอเมริกาหรือศูนย์ข้อมูลโลก

หลักการพื้นฐานของวิทยาศาสตร์คือการมุ่งมั่นเพื่อความถูกต้องแม่นยำและยึดมั่นในความซื่อสัตย์สุจริต ส่วนความเปิดเผยนั้นเป็นเรื่องที่ขึ้นอยู่กับระดับ ความเปิดเผยถูกจำกัดด้วยความเข้มงวดของลัทธิสงสัยนิยม และแน่นอนว่ายังมีเรื่องของสิ่งที่ไม่ใช่วิทยาศาสตร์เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย

ในปี 2013 Smolin สนับสนุนหลักการทางจริยธรรมมากกว่าการให้คำจำกัดความที่อาจจำกัดของกฎเกณฑ์การสืบสวน^{[ δ ]}แนวคิดของเขาอยู่ในบริบทของวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล ซึ่งทำให้ความซื่อสัตย์มีความสำคัญมากขึ้น และส่งผลให้ความสามารถในการทำซ้ำ มีความสำคัญมากขึ้นตามไปด้วย เขาคิดว่าวิทยาศาสตร์เป็นความพยายามร่วมกันของชุมชน โดยผู้ที่ได้รับการรับรองและทำงานอยู่ภายในชุมชนเขายังเตือนถึงการประหยัดที่มากเกินไปอีกด้วย

ก่อนหน้านี้ Popper ได้นำหลักการทางจริยธรรมไปไกลกว่านั้น โดยถึงขั้นให้คุณค่ากับทฤษฎีก็ต่อเมื่อสามารถพิสูจน์ได้ว่าผิด Popper ใช้เกณฑ์การพิสูจน์ได้ว่าผิดเพื่อแยกทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ออกจากทฤษฎีเช่นโหราศาสตร์ ทั้งสอง "อธิบาย" การสังเกต แต่ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์มีความเสี่ยงที่จะทำนายว่าถูกต้องหรือผิด: ^{[ 108 ] [ 109 ]}

"ผู้ที่ไม่เต็มใจที่จะเปิดเผยความคิดของตนให้เสี่ยงต่อการถูกหักล้างนั้น ไม่ได้มีส่วนร่วมในเกมแห่งวิทยาศาสตร์"

วิทยาศาสตร์มีข้อจำกัด ข้อจำกัดเหล่านั้นมักถูกมองว่าเป็นคำตอบของคำถามที่อยู่นอกขอบเขตของวิทยาศาสตร์ เช่น ความเชื่อ วิทยาศาสตร์ยังมีข้อจำกัดอื่นๆ อีกด้วย เนื่องจากวิทยาศาสตร์พยายามที่จะสร้างข้อความที่เป็นจริงเกี่ยวกับความเป็นจริง^{[ 110 ]}ธรรมชาติของความจริงและการอภิปรายเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างข้อความทางวิทยาศาสตร์กับความเป็นจริงนั้น ควรจะกล่าวถึงในบทความเกี่ยวกับปรัชญาของวิทยาศาสตร์ในที่นี้ ข้อจำกัดที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อโดยตรงจะปรากฏให้เห็นในการสังเกตความเป็นจริง

ข้อจำกัดตามธรรมชาติของการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์คือไม่มีการสังเกตที่บริสุทธิ์ เนื่องจากต้องใช้ทฤษฎีในการตีความข้อมูลเชิงประจักษ์ และการสังเกตจึงได้รับอิทธิพลจากกรอบแนวคิดของผู้สังเกต^{[ 112 ]}เนื่องจากวิทยาศาสตร์เป็นโครงการที่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ จึงทำให้เกิดความยากลำบาก กล่าวคือ อาจมีการสรุปผลที่ผิดพลาดเนื่องจากข้อมูลมีจำกัด

ตัวอย่างในที่นี้คือการทดลองของเคปเลอร์และบราเฮ ซึ่งแฮนสันใช้เพื่ออธิบายแนวคิดนี้ แม้จะสังเกตเห็นพระอาทิตย์ขึ้นเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองก็สรุปผลที่แตกต่างกัน— ความเป็นอัตวิสัยระหว่าง กัน นำไปสู่ข้อสรุปที่แตกต่างกันโยฮันเนส เคปเลอร์ใช้ วิธีการสังเกตของ ไทโค บราเฮซึ่งก็คือการฉายภาพดวงอาทิตย์ลงบนกระดาษผ่านช่องรับแสงรูเข็ม แทนที่จะมองดวงอาทิตย์โดยตรง เขาไม่เห็นด้วยกับข้อสรุปของบราเฮที่ว่าสุริยุปราคาเต็มดวงเป็นไปไม่ได้ เพราะเขารู้ว่ามีบันทึกทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับสุริยุปราคาเต็มดวงอยู่ ตรงกันข้ามกับบราเฮ เขาจึงสรุปว่าภาพที่ได้จะมีความแม่นยำมากขึ้นเมื่อช่องรับแสงใหญ่ขึ้น—ข้อเท็จจริงนี้ในปัจจุบันเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบระบบออปติก^{[ d ]}ตัวอย่างทางประวัติศาสตร์อีกประการหนึ่งคือการค้นพบดาวเนปจูนซึ่งได้รับการยกย่องว่าค้นพบโดยใช้คณิตศาสตร์เพราะผู้สังเกตการณ์ก่อนหน้านี้ไม่รู้ว่าพวกเขากำลังมองอะไรอยู่^{[ 113 ]}

ความพยายามทางวิทยาศาสตร์สามารถจำแนกได้เป็นการแสวงหาความจริงเกี่ยวกับโลกธรรมชาติหรือการขจัดข้อสงสัยเกี่ยวกับโลกธรรมชาติ อย่างแรกคือการสร้างคำอธิบายโดยตรงจากข้อมูลเชิงประจักษ์และตรรกะ ส่วนอย่างหลังคือการลดทอนคำอธิบายที่เป็นไปได้^{[ ζ ]}ได้มีการกล่าวไว้ข้างต้นแล้วว่าการตีความข้อมูลเชิงประจักษ์นั้นขึ้นอยู่กับทฤษฎี ดังนั้นทั้งสองแนวทางจึงไม่ใช่เรื่องง่าย

องค์ประกอบที่พบได้ทั่วไปในวิธีการทางวิทยาศาสตร์คือประสบการณ์นิยมซึ่งถือว่าความรู้ถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสังเกต ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์สรุปจากการสังเกต ซึ่งขัดแย้งกับรูปแบบของเหตุผลนิยม ที่เข้มงวด ซึ่งถือว่าความรู้ถูกสร้างขึ้นโดยสติปัญญาของมนุษย์ ต่อมา Popper ได้ชี้แจงว่าความรู้ถูกสร้างขึ้นบนทฤษฎีก่อนหน้า^{[ 115 ]}วิธีการทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นถึงจุดยืนที่ว่าเหตุผลเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์เฉพาะเรื่องได้ มันปฏิเสธอย่างชัดเจนถึงข้ออ้างที่ว่าการเปิดเผยหลักคำสอนทางการเมืองหรือศาสนาการอ้างอิงถึงประเพณี ความเชื่อที่แพร่หลาย สามัญสำนึก หรือทฤษฎีที่ยึดถืออยู่ในปัจจุบัน เป็นวิธีการเดียวที่เป็นไปได้ในการพิสูจน์ความจริง^{[ 16 ] [ 82 ]}

ในปี พ.ศ. 2420 ^{[ 51 ]}ซี.เอส. เพียร์ซได้อธิบายลักษณะของการสืบสวนโดยทั่วไปว่าไม่ใช่การแสวงหาความจริงโดยตรงแต่เป็นการดิ้นรนเพื่อก้าวพ้นจากความสงสัยที่น่ารำคาญและขัดขวางซึ่งเกิดจากความประหลาดใจ ความไม่เห็นด้วย และอื่นๆ และเพื่อบรรลุถึงความเชื่อที่มั่นคง ซึ่งความเชื่อนั้นก็คือความเชื่อที่ตนพร้อมที่จะลงมือปฏิบัติ มุมมอง เชิงปฏิบัติ ของเขา ได้วางกรอบการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ให้เป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่กว้างขึ้น และถูกกระตุ้นเช่นเดียวกับการสืบสวนโดยทั่วไปโดยความสงสัยที่แท้จริง ไม่ใช่เพียงแค่ความสงสัยทางวาจาหรือ "ความสงสัยเกินจริง" ซึ่งเขาถือว่าไร้ประโยชน์^{[ o ]} "ความสงสัยเกินจริง" ที่เพียร์ซโต้แย้งในที่นี้ แน่นอนว่าเป็นเพียงอีกชื่อหนึ่งของความสงสัยแบบคาร์เทเซียนที่เกี่ยวข้องกับเรเน่ เดส์การ์ตส์มันเป็นเส้นทางเชิงวิธีการไปสู่ความรู้ที่แน่นอนโดยการระบุสิ่งที่ไม่อาจสงสัยได้

การกำหนดวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เข้มงวดไม่ได้สอดคล้องกับรูปแบบของประสบการณ์นิยม เสมอไป ซึ่งข้อมูลเชิงประจักษ์จะถูกนำเสนอในรูปแบบของประสบการณ์หรือความรู้เชิงนามธรรมในรูปแบบอื่น ๆ ดังเช่นในการปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน การใช้แบบจำลองทางวิทยาศาสตร์และการพึ่งพาประเภทและทฤษฎีเชิงนามธรรมมักได้รับการยอมรับ ในปี 2010 ฮอว์คิงเสนอว่าแบบจำลองความเป็นจริงของฟิสิกส์ควรได้รับการยอมรับก็ต่อเมื่อพิสูจน์ได้ว่าสามารถทำนายได้อย่างมีประโยชน์ เขาเรียกแนวคิดนี้ว่าสัจนิยมที่ขึ้นอยู่กับแบบ จำลอง ^{[ 118 ]}

ส่วนต่อไปนี้จะสำรวจความเชื่อและอคติก่อน จากนั้นจึงกล่าวถึงเหตุผลเชิงตรรกะที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์^{[ 119 ]}

การควบม้าอย่างรวดเร็วดังที่แสดงในภาพวาดนี้ ( Théodore Géricault , 1821) นั้นเป็นของปลอมโปรดดูรายละเอียดด้านล่าง

ภาพถ่าย " ม้ากำลังเคลื่อนไหว"ของ มูยบริดจ์ ในปี 1878 ถูกนำมาใช้เพื่อตอบคำถามว่าเท้าทั้งสี่ข้างของม้าที่กำลังวิ่งนั้นลอยจากพื้นพร้อมกันหรือไม่ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการใช้ภาพถ่ายเป็นเครื่องมือทดลองทางวิทยาศาสตร์

ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์มักกำหนดให้ทดสอบสมมติฐาน ภายใต้สภาวะ ควบคุมทุกครั้งที่เป็นไปได้ ซึ่งมักเป็นไปได้ในบางสาขา เช่น วิทยาศาสตร์ชีวภาพ และทำได้ยากกว่าในสาขาอื่นๆ เช่น ดาราศาสตร์

การปฏิบัติการควบคุมการทดลองและการทำซ้ำได้นั้นอาจส่งผลให้ผลกระทบที่อาจเป็นอันตรายจากสถานการณ์ลดลง และในระดับหนึ่งก็อาจลดอคติส่วนบุคคลได้ ตัวอย่างเช่น ความเชื่อที่มีอยู่ก่อนแล้วอาจเปลี่ยนแปลงการตีความผลลัพธ์ได้ เช่นอคติในการยืนยันซึ่งเป็นฮิวริสติกที่ทำให้บุคคลที่มีความเชื่อเฉพาะเจาะจงมองเห็นสิ่งต่างๆ ในลักษณะที่สนับสนุนความเชื่อของตน แม้ว่าผู้สังเกตการณ์คนอื่นอาจไม่เห็นด้วยก็ตาม (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ คนมักจะสังเกตเห็นสิ่งที่ตนคาดหวังว่าจะสังเกตเห็น) ^{[ 39 ]}

กระบวนการคิดถูกกระตุ้นด้วยความสงสัย และจะหยุดลงเมื่อเกิดความเชื่อมั่น

ตัวอย่างทางประวัติศาสตร์คือความเชื่อที่ว่าขาของ ม้า ที่กำลังวิ่งเหยาะๆจะกางออกเมื่อไม่มีขาใดของม้าแตะพื้นเลย จนถึงขั้นที่ผู้สนับสนุนความเชื่อนี้นำภาพนี้ไปใส่ไว้ในภาพวาดอย่างไรก็ตาม ภาพถ่ายแบบหยุดการเคลื่อนไหวภาพแรกของการวิ่งเหยาะๆ ของม้าโดยEadweard Muybridgeแสดงให้เห็นว่าความเชื่อนี้ไม่ถูกต้อง และขาของม้าจะชิดกัน^{[ 120 ]}

อคติของมนุษย์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่มีบทบาทคือ ความชอบในข้อความใหม่ที่น่าประหลาดใจ (ดูการอ้างอิงถึงความแปลกใหม่ ) ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการค้นหาหลักฐานว่าสิ่งใหม่นั้นเป็นจริง^{[ 121 ]}ความเชื่อที่ได้รับการยืนยันไม่ดีอาจถูกเชื่อและนำไปปฏิบัติโดยใช้หลักการคิดแบบง่ายๆ ที่ไม่เข้มงวดนัก^{[ 122 ]}

โกลด์ฮาเบอร์และนีเอโตตีพิมพ์ในปี 2010 ข้อสังเกตว่าหากโครงสร้างทางทฤษฎีที่มี "หัวข้อที่อยู่ใกล้เคียงกันจำนวนมากถูกอธิบายโดยการเชื่อมโยงแนวคิดทางทฤษฎี โครงสร้างทางทฤษฎีนั้นจะมีความแข็งแกร่งมากขึ้น ซึ่งทำให้ยากขึ้นเรื่อยๆ – แม้ว่าจะไม่มีทางเป็นไปไม่ได้เลย – ที่จะล้มล้าง" ^{[ 123 ]}เมื่อมีการสร้างเรื่องเล่า องค์ประกอบต่างๆ ก็จะน่าเชื่อถือได้ง่ายขึ้น^{[ 124 ] [ 40 ]}

เฟล็ก (1979)หน้า 27 ตั้งข้อสังเกตว่า "คำและแนวคิดเดิมทีเป็นความเท่าเทียมกันทางเสียงและจิตใจของประสบการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกัน ... แนวคิดเบื้องต้นเหล่านี้ในตอนแรกมักจะกว้างเกินไปและไม่เฉพาะเจาะจงเพียงพอ ... เมื่อระบบความคิดเห็นที่สมบูรณ์และปิดสนิทซึ่งประกอบด้วยรายละเอียดและความสัมพันธ์มากมายได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว มันจะต้านทานสิ่งใดก็ตามที่ขัดแย้งกับมันได้อย่างยั่งยืน" บางครั้ง ความสัมพันธ์เหล่านี้มีองค์ประกอบที่สันนิษฐานไว้ก่อนหรือมีข้อบกพร่องทางตรรกะหรือวิธีการอื่น ๆ ในกระบวนการที่สร้างความสัมพันธ์เหล่านั้นขึ้นมาในที่สุดโดนัลด์ เอ็ม. แมคเคย์ได้วิเคราะห์องค์ประกอบเหล่านี้ในแง่ของข้อจำกัดของความแม่นยำในการวัด และได้เชื่อมโยงองค์ประกอบเหล่านั้นกับองค์ประกอบเชิงเครื่องมือในหมวดหมู่ของการวัด^{[ η ]}

แนวคิดเรื่องการให้เหตุผลสองแบบที่ตรงข้ามกันสำหรับความจริงได้ปรากฏขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เช่น การวิเคราะห์กับการสังเคราะห์ การไม่ขยายความ/การขยายความ หรือแม้แต่การยืนยันและการตรวจสอบ (และยังมีวิธีการให้เหตุผลแบบอื่นอีก) แบบหนึ่งคือการใช้สิ่งที่สังเกตได้เพื่อสร้างความจริงพื้นฐาน และอีกแบบหนึ่งคือการอนุมานหลักการที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นจากความจริงพื้นฐานเหล่านั้น^{[ 125 ]}

การให้เหตุผลแบบนิรนัยได้ข้อสรุปเฉพาะจากหลักการทั่วไปที่กำหนดไว้แล้ว—ถ้าสมมติฐานเป็นจริง ข้อสรุปก็ต้องเป็นจริง การให้เหตุผลแบบอุปนัยสร้างหลักการทั่วไปจากสิ่งที่สังเกต—ข้อสรุปมีความน่าจะเป็นแต่ไม่รับประกัน การสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ใช้ทั้งสองอย่าง: อุปนัยสร้างสมมติฐานจากสิ่งที่สังเกต นิรนัยทำนายผลลัพธ์ที่สามารถทดสอบได้ กระบวนการนี้ต้องการความสงสัยอย่างเข้มงวดเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ เพราะสมมติฐานทางปัญญาอาจบิดเบือนการตีความการรับรู้เบื้องต้น^{[ 126 ]}

ตัวอย่างของการใช้เหตุผลแบบอุปนัยและนิรนัยสามารถพบได้ในประวัติศาสตร์ของทฤษฎีแรงโน้มถ่วง [ ^{p ] ต้อง}ใช้เวลาหลายพันปีในการวัดจาก นักดาราศาสตร์ ชาวคาลเดียอินเดียเปอร์เซียกรีกอาหรับและยุโรปเพื่อบันทึกการเคลื่อนที่ของโลก อย่าง สมบูรณ์^{[ q ]} จาก นั้นเคปเลอร์ ( และคนอื่นๆ) ก็สามารถสร้างทฤษฎีในช่วงแรกของพวกเขาได้โดยการสรุปข้อมูลที่รวบรวมมาแบบอุปนัยและนิวตันก็สามารถรวมทฤษฎีและการวัดก่อนหน้านี้เข้าด้วยกันเป็นผลลัพธ์ของกฎการเคลื่อนที่ ของเขา ในปี 1727 ^{[ r ]}

อีกตัวอย่างหนึ่งของการอนุมานเชิงอุปมานที่พบได้ทั่วไปคือ การสังเกตพบตัวอย่างค้านต่อทฤษฎีปัจจุบัน ซึ่งนำไปสู่ความจำเป็นในการคิดค้นแนวคิดใหม่เลอ แวร์ริเยร์ในปี 1859 ชี้ให้เห็นปัญหาเกี่ยวกับจุดใกล้ ดวงอาทิตย์ที่สุด ของดาวพุธซึ่งแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีของนิวตันนั้นไม่สมบูรณ์อย่างน้อยที่สุด ความแตกต่างที่สังเกตได้ของการหมุนควง ของดาวพุธ ระหว่างทฤษฎีของนิวตันกับการสังเกต เป็นหนึ่งในสิ่งที่ไอน์สไตน์ นึกถึง ในฐานะที่เป็นการทดสอบเบื้องต้นที่เป็นไปได้ของทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา การคำนวณเชิงสัมพัทธภาพของเขาตรงกับการสังเกตมากกว่าทฤษฎีของนิวตันมาก^{[ s ]}แม้ว่าแบบจำลองมาตรฐานทางฟิสิกส์ในปัจจุบันจะชี้ให้เห็นว่าเรายังไม่ทราบอย่างน้อยบางแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีของไอน์สไตน์ แต่ทฤษฎีนี้ยังคงใช้ได้จนถึงทุกวันนี้และกำลังถูกสร้างขึ้นโดยการอนุมานเชิงนิรนัย

การสันนิษฐานว่าทฤษฎีหนึ่งเป็นจริงและต่อยอดจากทฤษฎีนั้นเป็นตัวอย่างทั่วไปของการให้เหตุผลแบบนิรนัย การสร้างทฤษฎีจากผลงานของไอน์สไตน์อาจกล่าวได้ง่ายๆ ว่า 'เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่ากรณีนี้ตรงตามเงื่อนไขที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป/พิเศษใช้ได้ ดังนั้นข้อสรุปของทฤษฎีนี้จึงใช้ได้ด้วย' หากมีการแสดงให้เห็นอย่างถูกต้องแล้วว่า 'กรณีนี้' ตรงตามเงื่อนไข ข้อสรุปก็จะตามมา การขยายความในเรื่องนี้คือการสันนิษฐานว่ามีคำตอบสำหรับปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข การให้เหตุผลแบบนิรนัยที่อ่อนกว่านี้จะถูกนำไปใช้ในการวิจัยในปัจจุบัน เมื่อนักวิทยาศาสตร์หลายคนหรือแม้แต่ทีมวิจัยต่างค่อยๆ แก้ไขกรณีเฉพาะต่างๆ เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีที่ใหญ่กว่า ซึ่งมักจะเห็นการแก้ไขสมมติฐานซ้ำแล้วซ้ำเล่าเมื่อมีหลักฐานใหม่ๆ ปรากฏขึ้น

วิธีการนำเสนอการให้เหตุผลแบบอุปนัยและนิรนัยในลักษณะนี้ แสดงให้เห็นถึงส่วนหนึ่งว่าทำไมวิทยาศาสตร์จึงมักถูกนำเสนอว่าเป็นวัฏจักรของการทำซ้ำ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่ารากฐานของวัฏจักรนั้นอยู่ที่การให้เหตุผล ไม่ใช่เพียงแค่การปฏิบัติตามขั้นตอนเท่านั้น

ข้ออ้างเกี่ยวกับความจริงทางวิทยาศาสตร์สามารถถูกโต้แย้งได้สามวิธี: โดยการพิสูจน์ว่าเท็จ โดยการตั้งคำถามถึงความแน่นอน หรือโดยการยืนยันว่าข้ออ้างนั้นไม่สอดคล้องกัน^{[ t ]}ความไม่สอดคล้องกันในที่นี้หมายถึงข้อผิดพลาดภายในตรรกะ เช่น การกล่าวว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามเป็นจริง การพิสูจน์ว่าเท็จคือสิ่งที่ Popper เรียกว่าการทำงานที่ซื่อสัตย์ของการคาดเดาและการหักล้าง^{[ 36 ]} — ความแน่นอนอาจเป็นจุดที่ความยากลำบากในการแยกแยะความจริงออกจากความไม่จริงเกิดขึ้นได้ง่ายที่สุด

การวัดทางวิทยาศาสตร์รวมถึง การประมาณค่า ความไม่แน่นอนซึ่งคำนวณผ่านการวัดซ้ำ การแพร่กระจายข้อผิดพลาดจากปริมาณพื้นฐาน หรือข้อจำกัดของการสุ่มตัวอย่าง ความไม่แน่นอน^{[ 85 ]}การนับสิ่งของอาจแสดงถึงตัวอย่างของปริมาณที่ต้องการ โดยมีความไม่แน่นอนที่ขึ้นอยู่กับวิธีการสุ่มตัวอย่างที่ใช้และจำนวนตัวอย่างที่นำมา

ในกรณีที่การวัดไม่แม่นยำ จะมีเพียง "ความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น" เท่านั้นที่แสดงออกมาในข้อสรุปของการศึกษา แต่สถิติแตกต่างออกไปการสรุปผลทางสถิติแบบอุปนัยจะใช้ข้อมูลจากตัวอย่างและคาดการณ์ข้อสรุปทั่วไป ซึ่งต้องมีการพิสูจน์และตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วน อาจกล่าวได้ว่าแบบจำลองทางสถิติมีประโยชน์แต่ไม่เคยแสดงถึงสถานการณ์ทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์

ในการวิเคราะห์ทางสถิติ อคติที่คาดหวังและไม่คาดหวังถือเป็นปัจจัยสำคัญ^{[ 131 ]}คำถามวิจัยการรวบรวมข้อมูล หรือการตีความผลลัพธ์ ล้วนต้องได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนมากกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีเหตุผล แบบจำลองทางสถิติต้องผ่านกระบวนการตรวจสอบความถูกต้องซึ่งอาจกล่าวได้ว่าการตระหนักถึงอคติที่อาจเกิดขึ้นนั้นสำคัญกว่าตรรกะที่เข้มงวดเสียอีก เพราะข้อผิดพลาดทางตรรกะนั้นหาได้ง่ายกว่าในการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญ^{[ u ]}โดยทั่วไปแล้ว การอ้างถึงความรู้เชิงเหตุผล โดยเฉพาะสถิติ ต้องนำมาพิจารณาในบริบทที่เหมาะสม^{[ 126 ]}ดังนั้น ข้อความง่ายๆ เช่น 'แพทย์ 9 ใน 10 คนแนะนำ' จึงมีคุณภาพที่ไม่แน่นอน เพราะไม่ได้พิสูจน์วิธีการที่ใช้

การขาดความคุ้นเคยกับวิธีการทางสถิติอาจส่งผลให้เกิดข้อสรุปที่ผิดพลาด ละเว้นตัวอย่างง่ายๆ^{[ v ]}ความน่าจะเป็นหลายๆ อย่างที่โต้ตอบกันนั้น ตัวอย่างเช่น ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์^{[ 133 ]}แสดงให้เห็นถึงการขาดความเข้าใจที่ถูกต้องทฤษฎีบทของเบย์สเป็นหลักการทางคณิตศาสตร์ที่แสดงให้เห็นว่าความน่าจะเป็นที่มีอยู่จะถูกปรับอย่างไรเมื่อได้รับข้อมูลใหม่ปรากฏการณ์เด็กชายหรือเด็กหญิงเป็นตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ในการแสดงความรู้การประมาณค่าแบบเบย์เซียนของข้อมูลร่วมกันระหว่างตัวแปรสุ่มเป็นวิธีหนึ่งในการวัดการพึ่งพา ความเป็นอิสระ หรือการพึ่งพาซึ่งกันและกันของข้อมูลที่กำลังตรวจสอบ^{[ 134 ]}

นอกเหนือจาก วิธีการสำรวจที่มักเกี่ยวข้องกับการวิจัยภาคสนาม แล้ว แนวคิดนี้เมื่อรวมกับการให้เหตุผลเชิงความน่าจะเป็นจะถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาสาขาวิทยาศาสตร์ที่วัตถุวิจัยไม่มีสถานะที่แน่นอน ตัวอย่างเช่น ในกลศาสตร์ เชิงสถิติ

แบบจำลองสมมติฐาน-อนุมานหรือวิธีการทดสอบสมมติฐาน หรือวิธีการทางวิทยาศาสตร์แบบ "ดั้งเดิม" นั้น ตามชื่อที่บ่งบอก คือ อาศัยการสร้างสมมติฐานและการทดสอบสมมติฐานเหล่านั้นผ่านการให้เหตุผลแบบอนุมานสมมติฐานที่ระบุถึงผลลัพธ์ ซึ่งมักเรียกว่าการคาดการณ์ที่สามารถพิสูจน์ได้ว่าผิดผ่านการทดลองนั้น มีความสำคัญอย่างยิ่งในที่นี้ เพราะสิ่งที่ถูกทดสอบไม่ใช่สมมติฐาน แต่เป็นผลลัพธ์ของสมมติฐานนั้นเอง^{[ 135 ]}โดยพื้นฐานแล้ว นักวิทยาศาสตร์จะพิจารณาผลลัพธ์เชิงสมมติฐานที่ทฤษฎี (ที่อาจเกิดขึ้น) มีอยู่ และพิสูจน์หรือหักล้างผลลัพธ์เหล่านั้นแทนที่จะเป็นตัวทฤษฎีเอง หาก การทดสอบ เชิงทดลองของผลลัพธ์เชิงสมมติฐานเหล่านั้นแสดงให้เห็นว่าเป็นเท็จ ก็จะตามมาด้วยตรรกะว่าส่วนหนึ่งของทฤษฎีที่บ่งชี้ถึงผลลัพธ์เหล่านั้นก็เป็นเท็จเช่นกัน อย่างไรก็ตาม หากผลลัพธ์เหล่านั้นแสดงว่าเป็นจริง ก็ไม่ได้พิสูจน์ทฤษฎีนั้นอย่างเด็ดขาด

ตรรกะ ของการทดสอบนี้คือสิ่งที่ทำให้วิธีการสืบสวนนี้สามารถให้ เหตุผลแบบนิรนัยได้ สมมติฐานที่กำหนดขึ้นนั้นถือว่า 'เป็นจริง' และจากข้อความที่ 'เป็นจริง' นั้น จะมีการอนุมานถึงผลลัพธ์ หากการทดสอบต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์นั้นเป็นเท็จ ก็หมายความว่าสมมติฐานนั้นเป็นเท็จเช่นกัน หากการทดสอบแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์นั้นเป็นจริง ก็จะได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าการทดสอบที่เป็นบวกในที่นี้อย่างดีที่สุดจะบ่งชี้อย่างชัดเจน แต่ไม่ได้พิสูจน์สมมติฐานที่ทดสอบอย่างเด็ดขาด เนื่องจากอนุมานแบบนิรนัย (A ⇒ B) ไม่เท่ากันแบบนั้น มีเพียง (¬B ⇒ ¬A) เท่านั้นที่เป็นตรรกะที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ที่เป็นบวกของพวกมัน ดังที่ Hempel กล่าวไว้ ให้ "การสนับสนุน การยืนยัน หรือการรับรองอย่างน้อยบางส่วน" ^{[ 136 ]}นี่คือเหตุผลที่Popperยืนยันว่าสมมติฐานที่นำมาใช้จะต้องสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นเท็จ เนื่องจากการทดสอบที่ประสบความสำเร็จนั้นแทบจะไม่บ่งบอกอะไรเลยหากเป็นอย่างอื่น ดังที่กิลลีส์กล่าวไว้ว่า "ทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จคือทฤษฎีที่รอดพ้นจากการถูกกำจัดผ่านการพิสูจน์ความเท็จ" ^{[ 135 ]}

การให้เหตุผลแบบนิรนัยในรูปแบบการสืบสวนนี้บางครั้งจะถูกแทนที่ด้วยการให้เหตุผลแบบอุปนัยซึ่งเป็นการค้นหาคำอธิบายที่น่าเชื่อถือที่สุดผ่านการอนุมานเชิงตรรกะ ตัวอย่างเช่น ในทางชีววิทยา ซึ่งมีกฎทั่วไปน้อย^{[ 135 ]}เนื่องจากการอนุมานที่ถูกต้องนั้นอาศัยสมมติฐานที่มั่นคง^{[ 126 ]}

แนวทางการอุปนัยในการหาความจริงทางวิทยาศาสตร์เริ่มมีชื่อเสียงขึ้นมาครั้งแรกโดยฟรานซิส เบคอนและโดยเฉพาะอย่างยิ่งไอแซค นิวตันและผู้ที่ตามมา^{[ 137 ]}หลังจากการก่อตั้งวิธีการ HDแล้ว มักจะถูกมองข้ามไปว่าเป็นเหมือน "การสำรวจหาปลา" ^{[ 135 ]} ถึงแม้ว่า วิธีการอุปนัยจะยังคงใช้ได้ในระดับหนึ่ง แต่ในปัจจุบันวิธีการอุปนัยมักจะแตกต่างจากวิธีการในอดีตมาก เนื่องจากขนาดของข้อมูลที่รวบรวมได้ทำให้วิธีการนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยส่วนใหญ่มักเกี่ยวข้องกับโครงการขุดค้นข้อมูลหรือโครงการสังเกตการณ์ขนาดใหญ่ ในทั้งสองกรณีนี้ มักจะไม่ชัดเจนเลยว่าผลลัพธ์ของการทดลองที่เสนอจะเป็นอย่างไร ดังนั้นความรู้จึงเกิดขึ้นหลังจากรวบรวมข้อมูลผ่านการให้เหตุผลแบบอุปนัย^{[ r ]}

ในขณะที่วิธีการสืบสวนแบบดั้งเดิมทำทั้งสองอย่าง วิธีการแบบอุปนัยมักจะกำหนดคำถามวิจัย เท่านั้น ไม่ใช่สมมติฐาน หลังจากคำถามเริ่มต้นแล้ว จะมีการกำหนด "วิธีการเก็บรวบรวมข้อมูลที่มีประสิทธิภาพสูง" ที่เหมาะสม ประมวลผลและ "ทำความสะอาด" ข้อมูลที่ได้มา และสรุปผลในภายหลัง "การเปลี่ยนจุดเน้นนี้ยกระดับข้อมูลให้มีบทบาทสูงสุดในการเปิดเผยข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ด้วยตัวมันเอง" ^{[ 135 ]}

ข้อดีของวิธีการอุปนัยเหนือกว่าวิธีการสร้างสมมติฐานคือ โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นอิสระจาก "ความคิดที่นักวิจัยมีมาก่อน" เกี่ยวกับหัวข้อของพวกเขา ในทางกลับกัน การให้เหตุผลแบบอุปนัยนั้นมักเกี่ยวข้องกับระดับความแน่นอนเสมอ เนื่องจากข้อสรุปทั้งหมดที่ให้เหตุผลแบบอุปนัยนั้น^{[ 135 ]}อย่างไรก็ตาม ระดับความแน่นอนนี้สามารถสูงถึงระดับที่ค่อนข้างสูงได้ ตัวอย่างเช่น ในการกำหนดจำนวนเฉพาะขนาด ใหญ่ ซึ่งใช้ในซอฟต์แวร์การเข้ารหัส^{[ 138 ]}

การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์หรือการให้เหตุผลแบบ allochthonous โดยทั่วไปคือการกำหนดสมมติฐานตามด้วยการสร้างโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ที่สามารถทดสอบได้แทนการทำการทดลองในห้องปฏิบัติการทางกายภาพ แนวทางนี้มีปัจจัยหลักสองประการ ได้แก่ การทำให้ง่ายขึ้น/การสรุป และประการที่สองคือชุดของกฎความสอดคล้อง กฎความสอดคล้องจะกำหนดว่าแบบจำลองที่สร้างขึ้นจะสัมพันธ์กับความเป็นจริงอย่างไร—ความจริงได้มาอย่างไร และขั้นตอนการทำให้ง่ายขึ้นที่ดำเนินการในการสรุปของระบบที่กำหนดนั้นมีจุดประสงค์เพื่อลดปัจจัยที่ไม่เกี่ยวข้องและลดข้อผิดพลาดที่ไม่คาดคิด^{[ 135 ]}ขั้นตอนเหล่านี้ยังสามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจปัจจัยสำคัญของระบบได้ ว่าความประหยัดสามารถดำเนินไปได้ไกลแค่ไหนจนกว่าระบบจะเปลี่ยนแปลงได้ยากขึ้นเรื่อยๆ และมีเสถียรภาพมากขึ้น ความประหยัดและหลักการที่เกี่ยวข้องจะได้รับการสำรวจเพิ่มเติมด้านล่าง

เมื่อการแปลเป็นคณิตศาสตร์เสร็จสมบูรณ์แล้ว แบบจำลองที่ได้จะสามารถนำมาวิเคราะห์แทนระบบที่สอดคล้องกันได้โดยใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์และการคำนวณล้วนๆ ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์นี้แน่นอนว่าเป็นไปในลักษณะทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ และจะถูกแปลกลับไปยังระบบที่มีอยู่จริงโดยใช้กฎการจับคู่ที่กำหนดไว้ก่อนหน้านี้—การวนซ้ำตามการตรวจสอบและการตีความผลการค้นพบ วิธีการให้เหตุผลของแบบจำลองดังกล่าวส่วนใหญ่จะเป็นการอนุมานทางคณิตศาสตร์—แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้นเสมอไป ตัวอย่างเช่นการจำลองมอนเตคาร์โล การจำลองเหล่านี้สร้างข้อมูลเชิงประจักษ์ "โดยพลการ" และถึงแม้ว่าอาจจะไม่สามารถเปิดเผยหลักการสากลได้ แต่ก็ยังสามารถเป็นประโยชน์ได้^{[ 135 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การสืบสวนทางวิทยาศาสตร์มุ่งหวังที่จะได้รับความรู้ในรูปแบบของคำอธิบายที่สามารถทดสอบได้^{[ 139 ] [ 81 ]}ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เพื่อทำนายผลลัพธ์ของการทดลองในอนาคต สิ่งนี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับหัวข้อที่กำลังศึกษา และต่อมาสามารถใช้ความเข้าใจนั้นเพื่อแทรกแซงกลไกเชิงสาเหตุ (เช่น การรักษาโรค) ยิ่งคำอธิบายสามารถทำนายได้ดีเท่าใด ก็ยิ่งมีประโยชน์มากขึ้นเท่านั้น และมีแนวโน้มที่จะอธิบายหลักฐานได้ดีกว่าทางเลือกอื่น ๆ คำอธิบายที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด – คำอธิบายที่อธิบายและทำนายได้อย่างแม่นยำในหลากหลายสถานการณ์ – มักเรียกว่าทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์^{[ C ]}

ผลการทดลองส่วนใหญ่ไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในความเข้าใจของมนุษย์ การปรับปรุงความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เชิงทฤษฎีมักเกิดจากกระบวนการพัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไปตามกาลเวลา บางครั้งอาจครอบคลุมสาขาวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกัน^{[ 140 ]}แบบจำลองทางวิทยาศาสตร์มีความแตกต่างกันในขอบเขตที่ได้รับการทดสอบเชิงทดลองและระยะเวลาที่ใช้ รวมถึงการยอมรับในชุมชนวิทยาศาสตร์ โดยทั่วไปแล้ว คำอธิบายจะได้รับการยอมรับเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากมีหลักฐานสะสมมากขึ้นในหัวข้อใดหัวข้อหนึ่ง และคำอธิบายดังกล่าวพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าทางเลือกอื่นในการอธิบายหลักฐาน บ่อยครั้งที่นักวิจัยรุ่นต่อมาจะปรับปรุงคำอธิบายใหม่เมื่อเวลาผ่านไป หรือรวมคำอธิบายเข้าด้วยกันเพื่อสร้างคำอธิบายใหม่

ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับผลการค้นพบเชิงประจักษ์และอาจถูกหักล้างได้หากการสังเกตการณ์เชิงทดลองใหม่ๆ ไม่สอดคล้องกับสิ่งที่พบ นั่นคือ ไม่มีทฤษฎีใดที่จะถือได้ว่าเป็นทฤษฎีสุดท้ายอย่างแท้จริง เนื่องจากอาจมีการค้นพบหลักฐานใหม่ที่ขัดแย้งกันได้ หากพบหลักฐานดังกล่าว อาจมีการเสนอทฤษฎีใหม่ หรือ (โดยทั่วไปแล้ว) พบว่าการปรับเปลี่ยนทฤษฎีเดิมก็เพียงพอที่จะอธิบายหลักฐานใหม่ได้ ความแข็งแกร่งของทฤษฎีนั้นเกี่ยวข้องกับระยะเวลาที่ทฤษฎีนั้นคงอยู่โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงหลักการสำคัญ

ทฤษฎีต่างๆ อาจถูกรวมเข้ากับทฤษฎีอื่นๆ ได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น กฎของนิวตันอธิบายการสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวเคราะห์เป็นเวลาหลายพันปีได้อย่างสมบูรณ์แบบอย่างไรก็ตาม ต่อมากฎเหล่านี้ถูกกำหนดให้เป็นกรณีพิเศษของทฤษฎีทั่วไป (ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ) ซึ่งอธิบายทั้งข้อยกเว้น (ที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถอธิบายได้) ของกฎของนิวตัน และทำนายและอธิบายการสังเกตการณ์อื่นๆ เช่น การเบี่ยงเบนของแสงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงดังนั้น ในบางกรณี การสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นอิสระและไม่เกี่ยวข้องกันสามารถเชื่อมโยงกันได้ โดยรวมเข้าด้วยกันด้วยหลักการที่มีพลังในการอธิบายเพิ่มขึ้น^{[ 141 ] [ 123 ]}

เนื่องจากทฤษฎีใหม่ๆ อาจมีความครอบคลุมมากกว่าทฤษฎีก่อนหน้า และด้วยเหตุนี้จึงสามารถอธิบายได้มากกว่าทฤษฎีก่อนหน้า ทฤษฎีที่ตามมาจึงอาจสามารถตอบสนองมาตรฐานที่สูงกว่าได้โดยการอธิบายการสังเกตที่มากกว่าทฤษฎีก่อนหน้า^{[ 141 ]}ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีวิวัฒนาการอธิบายความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลกวิธีที่สายพันธุ์ปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม และรูปแบบ อื่นๆ อีกมากมาย ที่สังเกตได้ในโลกธรรมชาติ^{[ 142 ] [ 143 ]}การปรับเปลี่ยนครั้งสำคัญล่าสุดคือการรวมเข้ากับพันธุศาสตร์เพื่อสร้างการสังเคราะห์วิวัฒนาการสมัยใหม่ในการปรับเปลี่ยนครั้งต่อๆ มา ทฤษฎีนี้ยังได้รวมเอาแง่มุมต่างๆ ของสาขาอื่นๆ อีกมากมาย เช่นชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุล

ในระหว่างช่วงเวลาของประวัติศาสตร์ ทฤษฎีหนึ่งได้เข้ามาแทนที่อีกทฤษฎีหนึ่ง และบางทฤษฎีได้เสนอแนะให้มีการศึกษาเพิ่มเติม ในขณะที่บางทฤษฎีดูเหมือนจะพอใจเพียงแค่การอธิบายปรากฏการณ์ เหตุผลที่ทฤษฎีหนึ่งเข้ามาแทนที่อีกทฤษฎีหนึ่งนั้นไม่ได้ชัดเจนหรือเรียบง่ายเสมอไป ปรัชญาของวิทยาศาสตร์รวมถึงคำถามที่ว่า: เกณฑ์ใดบ้างที่ทำให้ทฤษฎี 'ดี'คำถามนี้มีประวัติศาสตร์อันยาวนาน และนักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาหลายคนได้พิจารณาถึงมัน วัตถุประสงค์คือเพื่อให้สามารถเลือกทฤษฎีหนึ่งว่าดีกว่าอีกทฤษฎีหนึ่งโดยไม่นำเอาอคติทางความคิดเข้า มาเกี่ยวข้อง ^{[ 144 ]}แม้ว่านักคิดที่แตกต่างกันจะเน้นแง่มุมที่แตกต่างกัน^{[ ι ]}ทฤษฎีที่ดีนั้นต้องมีความถูกต้อง สอดคล้องกันภายใน อธิบายได้เกินกว่าข้อมูลที่ต้องการ รวมปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน และเป็นประโยชน์ต่อการวิจัย เมื่อหลักฐานเชิงประจักษ์มีจำกัด นักวิทยาศาสตร์จะนิยมความเรียบง่ายและการสังเกตที่ไม่เปลี่ยนแปลง บางครั้งนักวิทยาศาสตร์จะระบุเกณฑ์ที่เป็นอัตวิสัยมากของ "ความสง่างามเชิงรูปแบบ" ซึ่งสามารถบ่งชี้ถึงสิ่งต่างๆ ได้หลายอย่าง

เป้าหมายในที่นี้คือการทำให้การเลือกระหว่างทฤษฎีมีความเป็นกลางมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เกณฑ์เหล่านี้มีองค์ประกอบที่เป็นอัตวิสัย และควรพิจารณาว่าเป็นเพียงแนวทางมากกว่าจะเป็นข้อสรุปที่แน่นอน^{[ κ ]}นอกจากนี้ เกณฑ์เช่นนี้ไม่จำเป็นต้องตัดสินระหว่างทฤษฎีทางเลือกต่างๆ เสมอไป อ้างอิงจากBird : ^{[ 150 ]}

“เกณฑ์ดังกล่าวไม่สามารถกำหนดทางเลือกทางวิทยาศาสตร์ได้ ประการแรก คุณลักษณะใดของทฤษฎีที่ตรงตามเกณฑ์เหล่านี้อาจเป็นที่ถกเถียงกันได้ ( เช่นความเรียบง่ายเกี่ยวข้องกับข้อผูกพันทางภววิทยาของทฤษฎีหรือรูปแบบทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีหรือไม่) ประการที่สอง เกณฑ์เหล่านี้ไม่แม่นยำ ดังนั้นจึงมีช่องว่างให้เกิดความไม่เห็นด้วยเกี่ยวกับระดับความถูกต้องของเกณฑ์เหล่านั้น ประการที่สาม อาจมีความไม่เห็นด้วยเกี่ยวกับวิธีการให้น้ำหนักเกณฑ์เหล่านี้ต่อกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกณฑ์เหล่านั้นขัดแย้งกัน”

นอกจากนี้ ยังเป็นที่ถกเถียงกันว่าทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่ตรงตามเกณฑ์ทั้งหมดเหล่านี้หรือไม่ ซึ่งอาจหมายถึงเป้าหมายที่ยังไม่บรรลุผล ตัวอย่างเช่น ในขณะนี้ยังไม่มีทฤษฎีใดที่สามารถอธิบายการสังเกตที่มีอยู่ทั้งหมดได้อย่างครบถ้วน^{[ 151 ] [ 152 ]}

ความต้องการของทฤษฎีที่ดีได้รับการถกเถียงกันมาหลายศตวรรษ อาจย้อนกลับไปก่อนมีดโกนของอ็อกแคมเสียอีก^{[ w ]}ซึ่งมักถูกมองว่าเป็นคุณลักษณะของทฤษฎีที่ดี วิทยาศาสตร์พยายามที่จะเรียบง่าย เมื่อข้อมูลที่รวบรวมมาสนับสนุนคำอธิบายหลายอย่าง คำอธิบายที่ง่ายที่สุดสำหรับปรากฏการณ์หรือการสร้างทฤษฎีที่ง่ายที่สุดจะได้รับการแนะนำโดยหลักการของความประหยัด^{[ 153 ]}นักวิทยาศาสตร์ถึงกับเรียกการพิสูจน์ที่เรียบง่ายของข้อความที่ซับซ้อนว่า สวยงาม

เราไม่ควรยอมรับสาเหตุของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติมากไปกว่าสาเหตุที่ถูกต้องและเพียงพอที่จะอธิบายปรากฏการณ์เหล่านั้นได้

แนวคิดเรื่องความประหยัดไม่ควรถูกตีความว่าหมายถึงความตระหนี่อย่างสมบูรณ์ในการแสวงหาความจริงทางวิทยาศาสตร์ กระบวนการทั่วไปเริ่มต้นจากจุดตรงข้ามกับการมีคำอธิบายที่เป็นไปได้จำนวนมากและความไม่เป็นระเบียบโดยทั่วไป ตัวอย่างสามารถเห็นได้ในกระบวนการของPaul Krugman ซึ่งระบุอย่างชัดเจนถึง "การกล้าที่จะทำตัวงี่เง่า" เขาเขียนว่าในงานของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีใหม่ของการค้าระหว่างประเทศ เขา ได้ทบทวนงานก่อนหน้าด้วยกรอบความคิดที่เปิดกว้างและขยายมุมมองเริ่มต้นของเขาไปในทิศทางที่ไม่น่าเป็นไปได้ เมื่อเขามีแนวคิดที่เพียงพอแล้ว เขาจะพยายามทำให้ง่ายขึ้นและค้นหาสิ่งที่ได้ผลท่ามกลางสิ่งที่ไม่ได้ผล สิ่งที่เฉพาะเจาะจงสำหรับ Krugman ในที่นี้คือการ "ตั้งคำถามกับคำถาม" เขาตระหนักว่างานก่อนหน้าได้ใช้แบบจำลองที่ผิดพลาดกับหลักฐานที่มีอยู่แล้ว โดยแสดงความคิดเห็นว่า "ความคิดเห็นที่ชาญฉลาดถูกละเลย" ^{[ 154 ]}ดังนั้นจึงสัมผัสถึงความจำเป็นในการเชื่อมช่องว่างระหว่างอคติทั่วไปกับความคิดอื่นๆ^{[ 155 ]}

มีดโกนของอ็อกแคมอาจจัดอยู่ในหมวดหมู่ "ความสง่างามที่เรียบง่าย" แต่สามารถโต้แย้งได้ว่าความประหยัดและความสง่างามนั้นดึงไปในทิศทางที่แตกต่างกัน การแนะนำองค์ประกอบเพิ่มเติมอาจทำให้การกำหนดทฤษฎีง่ายขึ้น ในขณะที่การทำให้ออนโทโลยีของทฤษฎีง่ายขึ้นอาจนำไปสู่ความซับซ้อนทางไวยากรณ์ที่เพิ่มขึ้น^{[ 149 ]}

บางครั้งการปรับเปลี่ยนเฉพาะกิจของแนวคิดที่ล้มเหลวอาจถูกมองข้ามไปเพราะขาด "ความสง่างามอย่างเป็นทางการ" การอ้างถึงสิ่งที่อาจเรียกว่า "สุนทรียศาสตร์" นั้นยากที่จะอธิบาย แต่โดยพื้นฐานแล้วเป็นเรื่องของความคุ้นเคย อย่างไรก็ตาม การโต้แย้งโดยอิงจาก "ความสง่างาม" นั้นเป็นที่ถกเถียง และการพึ่งพาความคุ้นเคยมากเกินไปจะทำให้เกิดความหยุดนิ่ง^{[ 146 ]}

หลักการของความไม่เปลี่ยนแปลงเป็นหัวข้อสำคัญในงานเขียนทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาฟิสิกส์ มาตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 เป็นอย่างน้อย^{[ θ ]}แนวคิดพื้นฐานในที่นี้คือ โครงสร้างที่ดีที่ควรค้นหาคือโครงสร้างที่ไม่ขึ้นอยู่กับมุมมอง ซึ่งเป็นแนวคิดที่เคยปรากฏมาก่อนแล้ว เช่น ในวิธีการหาความแตกต่างและความสอดคล้องของมิลล์ ซึ่งวิธีการเหล่านี้จะถูกอ้างอิงกลับมาอีกครั้งในบริบทของความแตกต่างและความไม่เปลี่ยนแปลง^{[ 156 ]}แต่ดังที่มักเป็นเช่นนั้น มีความแตกต่างระหว่างสิ่งที่ถือเป็นข้อพิจารณาพื้นฐานกับสิ่งที่ได้รับน้ำหนัก หลักการของความไม่เปลี่ยนแปลงได้รับน้ำหนักก็ต่อเมื่อทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ซึ่งลดทุกสิ่งให้เหลือเพียงความสัมพันธ์และโดยพื้นฐานแล้วไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้^{[ 157 ] [ x ]}ดังที่เดวิด ดอยช์กล่าวไว้ในปี 2009 ว่า "การค้นหาคำอธิบายที่ยากต่อการเปลี่ยนแปลงคือต้นกำเนิดของความก้าวหน้าทั้งหมด" ^{[ 148 ]}

ตัวอย่างหนึ่งสามารถพบได้ในการทดลองทางความคิดของไอน์สไตน์การทดลองเกี่ยวกับห้องทดลองที่ลอยอยู่ในอวกาศว่างเปล่าเป็นตัวอย่างของการสังเกตที่ไม่เปลี่ยนแปลงที่มีประโยชน์ เขาจินตนาการถึงการไม่มีแรงโน้มถ่วงและผู้ทดลองที่ลอยอยู่ในห้องทดลองอย่างอิสระ — หากมีสิ่งใดดึงห้องทดลองขึ้นไปข้างบนด้วยความเร่งสม่ำเสมอ ผู้ทดลองจะรับรู้แรงที่เกิดขึ้นว่าเป็นแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม สิ่งนั้นจะรู้สึกถึงงานที่จำเป็นในการเร่งความเร็วห้องทดลองอย่างต่อเนื่อง^{[ x ]}จากการทดลองนี้ ไอน์สไตน์สามารถเทียบมวลโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่กฎของนิวตันอธิบายไม่ได้ และเป็น "ข้อโต้แย้งที่ทรงพลังในช่วงแรกสำหรับสมมติฐานทั่วไปของทฤษฎีสัมพัทธภาพ" ^{[ 158 ]}

คุณลักษณะที่บ่งบอกถึงความเป็นจริงนั้น มักจะเป็นความไม่เปลี่ยนแปลงของโครงสร้างบางอย่างที่ไม่ขึ้นอยู่กับแง่มุมหรือการฉายภาพ

การอภิปรายเรื่องความไม่เปลี่ยนแปลงในฟิสิกส์มักจะเกิดขึ้นในบริบทที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นของสมมาตร^[ 157 ^{] ตัวอย่างของไอ น์}สไตน์ข้างต้น ในภาษาของมิลล์จะเป็นข้อตกลงระหว่างค่าสองค่า ในบริบทของความไม่เปลี่ยนแปลง มันคือตัวแปรที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงผ่านการแปลงหรือการเปลี่ยนแปลงมุมมองบางอย่าง และการอภิปรายที่เน้นสมมาตรจะมองมุมมองทั้งสองเป็นระบบที่แบ่งปันแง่มุมที่เกี่ยวข้องและดังนั้นจึงสมมาตร

หลักการที่เกี่ยวข้องในที่นี้คือความสามารถในการพิสูจน์ความเท็จและความสามารถในการทดสอบสิ่งที่ตรงข้ามกับสิ่งที่เปลี่ยนแปลงได้ยาก คือทฤษฎีที่ไม่สามารถพิสูจน์ความเท็จได้ ซึ่งเป็นความรู้สึกผิดหวังที่ Wolfgang Pauliแสดงออกมาอย่างชัดเจนว่าทฤษฎีเหล่านั้น " ไม่ได้ผิดด้วยซ้ำ " ความสำคัญของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่สามารถพิสูจน์ความเท็จได้นั้นได้รับการเน้นย้ำเป็นพิเศษในปรัชญาของ Karl Popper มุมมองที่กว้างขึ้นในที่นี้คือความสามารถในการทดสอบ เนื่องจากรวมถึงสิ่งแรกและอนุญาตให้พิจารณาถึงข้อควรปฏิบัติเพิ่มเติม^{[ 159 ] [ 160 ]}

ปรัชญาของวิทยาศาสตร์พิจารณาตรรกะพื้นฐานของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ สิ่งที่แยกวิทยาศาสตร์ออกจากสิ่งที่ไม่ใช่วิทยาศาสตร์และจริยธรรมที่แฝงอยู่ในวิทยาศาสตร์ มีข้อสมมติพื้นฐานที่ได้มาจากปรัชญาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงอย่างน้อยหนึ่งคน^{[ D ] [ 161 ]}ซึ่งเป็นพื้นฐานของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ กล่าวคือ ความเป็นจริงนั้นเป็นกลางและสอดคล้องกัน มนุษย์มีความสามารถในการรับรู้ความเป็นจริงได้อย่างแม่นยำ และมีคำอธิบายที่สมเหตุสมผลสำหรับองค์ประกอบต่างๆ ของโลกแห่งความเป็นจริง^{[ 161 ]}ข้อสมมติเหล่านี้จากธรรมชาตินิยมเชิงวิธีการเป็นพื้นฐานที่วิทยาศาสตร์สามารถยึดถือได้ ทฤษฎีปฏิฐานนิยม เชิง ตรรกะ ประสบการณ์ นิยมการพิสูจน์ความเท็จและทฤษฎีอื่นๆ ได้วิพากษ์วิจารณ์ข้อสมมติเหล่านี้และให้คำอธิบายทางเลือกเกี่ยวกับตรรกะของวิทยาศาสตร์ แต่แต่ละทฤษฎีก็ถูกวิพากษ์วิจารณ์เช่นกัน

มีแนวคิดเชิงปรัชญาสมัยใหม่หลายประเภทและความพยายามในการกำหนดนิยามของวิธีการทางวิทยาศาสตร์^{[ λ ]}ประเภทหนึ่งคือความพยายามของกลุ่มที่เชื่อ ในความเป็น เอกภาพ ซึ่งโต้แย้งว่ามีนิยามที่เป็นเอกภาพซึ่งมีประโยชน์ (หรืออย่างน้อยก็ 'ใช้ได้' ในทุกบริบทของวิทยาศาสตร์) กลุ่ม ที่เชื่อ ในพหุนิยมซึ่งโต้แย้งว่าระดับของวิทยาศาสตร์นั้นกระจัดกระจายเกินไปจนนิยามสากลของวิธีการนั้นไม่มีประโยชน์ และกลุ่มที่โต้แย้งว่าความพยายามในการกำหนดนิยามนั้นเป็นอันตรายต่อการไหลเวียนของความคิดอย่างเสรีอยู่ แล้ว

นอกจากนี้ ยังมีมุมมองเกี่ยวกับกรอบทางสังคมที่วิทยาศาสตร์ดำเนินอยู่ และผลกระทบของสภาพแวดล้อมทางสังคมต่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ อีกทั้งยังมี "วิธีการทางวิทยาศาสตร์" ที่ได้รับความนิยมจากดิวอี้ในหนังสือHow We Think (1910) และคาร์ล เพียร์สันในหนังสือ Grammar of Science (1892) ซึ่งถูกนำมาใช้ในด้านการศึกษาโดยปราศจากการวิพากษ์วิจารณ์อย่างเพียงพอ

ลัทธิพหุนิยมทางวิทยาศาสตร์เป็นแนวคิดหนึ่งในปรัชญาวิทยาศาสตร์ ที่ปฏิเสธ ความเป็นเอกภาพต่างๆ ที่เสนอขึ้นมาเกี่ยวกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์และเนื้อหาทางวิทยาศาสตร์ นักพหุนิยมทางวิทยาศาสตร์เชื่อว่าวิทยาศาสตร์ไม่ได้เป็นเอกภาพในด้านใดด้านหนึ่งหรือมากกว่านั้นดังต่อไปนี้: อภิปรัชญาของเนื้อหาทางวิทยาศาสตร์ ญาณวิทยาของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ หรือวิธีการและแบบจำลองการวิจัยที่ควรใช้ นักพหุนิยมบางคนเชื่อว่าพหุนิยมมีความจำเป็นเนื่องจากธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ บางคนกล่าวว่าเนื่องจากสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆมีความหลากหลายอยู่แล้วในทางปฏิบัติ จึงไม่มีเหตุผลที่จะเชื่อว่าความหลากหลายนี้ผิดจนกว่าจะมีการพิสูจน์ความเป็นเอกภาพที่เฉพาะ เจาะจง โดย อาศัยประสบการณ์ สุดท้ายนี้ บางคนเชื่อว่าควรอนุญาตให้มีพหุนิยมด้วย เหตุผล เชิงบรรทัดฐานแม้ว่าความเป็นเอกภาพจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎีก็ตาม

การรวมเป็นหนึ่งเดียวในวิทยาศาสตร์ถือเป็นหลักการสำคัญของลัทธิปฏิฐานนิยมเชิงตรรกะ [ ^{163 ] [ 164 ] นัก}ปฏิฐานนิยมเชิงตรรกะที่แตกต่างกันตีความหลักคำสอนนี้ในหลายวิธี เช่น เป็น วิทยานิพนธ์ แบบลด ทอนนิยมที่ว่าวัตถุที่ วิทยาศาสตร์เฉพาะทางศึกษาจะลดลงเหลือวัตถุของโดเมนวิทยาศาสตร์พื้นฐานทั่วไปที่สันนิษฐานว่ามากกว่า ซึ่งมักคิดว่าเป็นฟิสิกส์ เป็นวิทยานิพนธ์ที่ว่าทฤษฎีและผลลัพธ์ทั้งหมดของวิทยาศาสตร์ต่างๆ สามารถหรือควรจะแสดงออกมาในภาษาทั่วไปหรือ "ภาษาแสลงสากล" หรือเป็นวิทยานิพนธ์ที่ว่าวิทยาศาสตร์เฉพาะทางทั้งหมดมีวิธีการทางวิทยาศาสตร์ร่วมกัน^{[ y ]}

การพัฒนาแนวคิดนี้ประสบปัญหาเนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่รวดเร็วได้เปิดมุมมองใหม่ๆ มากมายในการมองโลก

ข้อเท็จจริงที่ว่ามาตรฐานความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ไม่เพียงแต่ทำให้ปรัชญาวิทยาศาสตร์ยากขึ้นเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดปัญหาต่อความเข้าใจวิทยาศาสตร์ของสาธารณชนด้วย เราไม่มีวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่ตายตัวให้ยึดถือและปกป้อง

พอล เฟเยอร์เบนด์ได้ศึกษาประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ และนำไปสู่การปฏิเสธว่าวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการที่มีระเบียบวิธีอย่างแท้จริง ในหนังสือAgainst Method ปี 1975 ของเขา เขาโต้แย้งว่าคำอธิบายใดๆ ของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไม่สามารถครอบคลุมวิธีการและแนวทางทั้งหมดที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ได้ และไม่มีกฎเกณฑ์ทางระเบียบวิธี ที่มีประโยชน์และปราศจากข้อยกเว้นใด ๆ ที่ควบคุมความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ โดยสรุปแล้ว เขากล่าวว่าสำหรับวิธีการหรือบรรทัดฐานทางวิทยาศาสตร์ใดๆ ก็ตาม เราสามารถพบเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ที่การละเมิดวิธีการนั้นมีส่วนช่วยให้วิทยาศาสตร์ก้าวหน้าได้ เขาพูดติดตลกว่า หากผู้เชื่อในวิธีการทางวิทยาศาสตร์ต้องการแสดงกฎเกณฑ์เดียวที่ใช้ได้ทั่วโลก ก็ควรจะเป็น ' อะไรก็ได้ ' ^{[ 166 ]}อย่างไรก็ตาม ดังที่ได้มีการโต้แย้งมาก่อนหน้านี้แล้ว วิธีนี้ไม่คุ้มค่าผู้แก้ปัญหาและนักวิจัยจะต้องใช้ทรัพยากรอย่างรอบคอบในระหว่างการสืบสวน^{[ E ]}

ข้อสรุปทั่วไปที่ขัดแย้งกับวิธีการที่เป็นทางการพบได้จากการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการสัมภาษณ์นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแนวคิดเรื่องวิธีการของพวกเขา การวิจัยนี้ระบุว่านักวิทยาศาสตร์มักประสบปัญหาในการพิจารณาว่าหลักฐานที่มีอยู่สนับสนุนสมมติฐานของพวกเขาหรือไม่ ซึ่งเผยให้เห็นว่าไม่มีการจับคู่โดยตรงระหว่างแนวคิดเชิงวิธีการที่ครอบคลุมและกลยุทธ์ที่แม่นยำเพื่อชี้นำการดำเนินการวิจัย^{[ 168 ]}

ในการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์แนวคิดเรื่องวิธีการทางวิทยาศาสตร์ทั่วไปและสากลนั้นมีอิทธิพลอย่างมาก และการศึกษาจำนวนมาก (ในสหรัฐอเมริกา) แสดงให้เห็นว่ากรอบวิธีการนี้มักเป็นส่วนหนึ่งของแนวคิดวิทยาศาสตร์ของทั้งนักเรียนและครู^{[ 169 ] [ 170 ]}นักวิทยาศาสตร์ได้โต้แย้งแบบแผนการศึกษาแบบดั้งเดิมนี้ เนื่องจากมีความเห็นพ้องกันว่าองค์ประกอบตามลำดับของการศึกษาและมุมมองที่เป็นหนึ่งเดียวของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้สะท้อนถึงวิธีการทำงานจริงของนักวิทยาศาสตร์^{[ 171 ] [ 172 ] [ 173 ]}องค์กรสำคัญของนักวิทยาศาสตร์ เช่น สมาคมส่งเสริมวิทยาศาสตร์แห่งอเมริกา (AAAS) ถือว่าวิทยาศาสตร์เป็นส่วนหนึ่งของประเพณีศิลปศาสตร์ในการเรียนรู้ และความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์นั้นรวมถึงความเข้าใจในปรัชญาและประวัติศาสตร์ ไม่ใช่แค่เพียงวิทยาศาสตร์ที่แยกออกมา^{[ 174 ]}

วิทยาศาสตร์สร้างความรู้ได้อย่างไรนั้นได้รับการสอนในบริบทของ "วิธีการ" ทางวิทยาศาสตร์ (เอกพจน์) มาตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 ระบบการศึกษาต่างๆ รวมถึงแต่ไม่จำกัดเฉพาะสหรัฐอเมริกา ได้สอนวิธีการทางวิทยาศาสตร์ในฐานะกระบวนการหรือขั้นตอนที่มีโครงสร้างเป็นลำดับขั้นตอนที่ชัดเจน: ^{[ 178 ]}การสังเกต สมมติฐาน การทำนาย การทดลอง

วิธีการทางวิทยาศาสตร์เวอร์ชันนี้ได้รับการยอมรับมานานแล้วว่าเป็นมาตรฐานในระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษา รวมถึงวิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์ด้วย^{[ 180 ]}เป็นที่เชื่อกันมานานแล้วว่าเป็นอุดมคติที่ไม่ถูกต้องของโครงสร้างการสืบสวนทางวิทยาศาสตร์บางอย่าง^{[ 175 ]}

การศึกษาวิทยาศาสตร์แบบดั้งเดิมถูกวิพากษ์วิจารณ์ว่านำเสนอวิธีการที่เรียบง่ายเกินไปและเป็นแบบเดียว โดยเน้นการทดลองมากเกินไป ละเลยบริบททางสังคม และเสนอแนะการสร้างความรู้โดยอัตโนมัติผ่านขั้นตอนเชิงกระบวนการ^{[ 181 ] [ 182 ]}

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้ปรากฏอยู่ในมาตรฐานการศึกษาของสหรัฐอเมริกาปี 2013 ( NGSS ) ซึ่งมาแทนที่มาตรฐานปี 1996 ( NRC ) อีกต่อไป อย่างไรก็ตาม มาตรฐานเหล่านี้ก็มีอิทธิพลต่อการศึกษาวิทยาศาสตร์ในระดับนานาชาติเช่นกัน^{[ 181 ]}และมาตรฐานที่วัดผลได้เปลี่ยนไปจากวิธีการทดสอบสมมติฐานเพียงอย่างเดียวไปสู่แนวคิดที่กว้างขึ้นของวิธีการทางวิทยาศาสตร์^{[ 183 ]}วิธีการทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้ ซึ่งมีรากฐานมาจากแนวปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่ญาณวิทยา ถูกอธิบายว่าเป็น 3 มิติของแนวปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม แนวคิดที่เชื่อมโยงกัน (แนวคิดสหวิทยาการ) และแนวคิดหลักของแต่ละสาขาวิชา^{[ 181 ]}

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ อันเป็นผลมาจากการอธิบายที่เรียบง่ายและเป็นสากล มักถูกมองว่ามีสถานะเหมือนตำนาน เป็นเครื่องมือในการสื่อสาร หรืออย่างดีที่สุดก็คืออุดมคติ^{[ 38 ] [ 172 ]}แนวทางการศึกษาได้รับอิทธิพลอย่างมากจากหนังสือHow We Think (1910)ของ John Dewey ^{[ 35 ]} Van der Ploeg (2016) ระบุว่ามุมมองของ Dewey เกี่ยวกับการศึกษาถูกนำมาใช้เพื่อส่งเสริมแนวคิดเรื่องการศึกษาของพลเมืองที่แยกออกจาก "การศึกษาที่ดี" โดยอ้างว่าการอ้างอิงถึง Dewey ในการโต้แย้งดังกล่าวเป็นการตีความ (ของ Dewey) ที่ไม่เหมาะสม^{[ 184 ]}

The sociology of knowledge is a concept in the discussion around scientific method, claiming the underlying method of science to be sociological. King explains that sociology distinguishes here between the system of ideas that govern the sciences through an inner logic, and the social system in which those ideas arise.^[μ][i]

A perhaps accessible lead into what is claimed is Fleck's thought, echoed in Kuhn's concept of normal science. According to Fleck, scientists' work is based on a thought-style, that cannot be rationally reconstructed. It gets instilled through the experience of learning, and science is then advanced based on a tradition of shared assumptions held by what he called thought collectives. Fleck also claims this phenomenon to be largely invisible to members of the group.^[188]

Comparably, following the field research in an academic scientific laboratory by Latour and Woolgar, Karin Knorr Cetina has conducted a comparative study of two scientific fields (namely high energy physics and molecular biology) to conclude that the epistemic practices and reasonings within both scientific communities are different enough to introduce the concept of "epistemic cultures", in contradiction with the idea that a so-called "scientific method" is unique and a unifying concept.^[189][z]

On the idea of Fleck's thought collectives sociologists built the concept of situated cognition: that the perspective of the researcher fundamentally affects their work; and, too, more radical views.

Norwood Russell Hanson, alongside Thomas Kuhn and Paul Feyerabend, extensively explored the theory-laden nature of observation in science. Hanson introduced the concept in 1958, emphasizing that observation is influenced by the observer's conceptual framework. He used the concept of gestalt to show how preconceptions can affect both observation and description, and illustrated this with examples like the initial rejection of Golgi bodies as an artefact of staining technique, and the differing interpretations of the same sunrise by Tycho Brahe and Johannes Kepler. Intersubjectivity led to different conclusions.^[112][d]

Kuhn และ Feyerabend ยอมรับงานบุกเบิกของ Hanson ^{[ 193 ] [ 194 ]}แม้ว่ามุมมองของ Feyerabend เกี่ยวกับพหุนิยมเชิงวิธีการจะรุนแรงกว่าก็ตาม คำวิจารณ์เช่นจาก Kuhn และ Feyerabend กระตุ้นให้เกิดการอภิปรายซึ่งนำไปสู่การพัฒนาโปรแกรมที่แข็งแกร่งซึ่งเป็นแนวทางทางสังคมวิทยาที่พยายามอธิบายความรู้ทางวิทยาศาสตร์โดยไม่ต้องอ้างอิงถึงความจริงหรือความถูกต้องของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ โปรแกรมนี้ตรวจสอบว่าความเชื่อทางวิทยาศาสตร์ถูกกำหนดโดยปัจจัยทางสังคม เช่น อำนาจ อุดมการณ์ และผลประโยชน์อย่างไร

การ วิพากษ์วิจารณ์วิทยาศาสตร์ของลัทธิ โพสต์โมเดิร์นเองก็เป็นหัวข้อของการโต้เถียงอย่างรุนแรง การถกเถียงที่ดำเนินอยู่นี้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อสงครามวิทยาศาสตร์เป็นผลมาจากค่านิยมและสมมติฐานที่ขัดแย้งกันระหว่าง มุมมองของลัทธิ โพสต์โมเดิร์นและ ลัทธิ สัจนิยมนักโพสต์โมเดิร์นโต้แย้งว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นเพียงวาทกรรมที่ปราศจากการอ้างความจริงพื้นฐานใดๆ ในทางตรงกันข้าม นักสัจนิยมในชุมชนวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าวิทยาศาสตร์เปิดเผยความจริงที่แท้จริงและพื้นฐานเกี่ยวกับความเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์ได้เขียนหนังสือหลายเล่มที่กล่าวถึงปัญหานี้และท้าทายข้ออ้างของนักโพสต์โมเดิร์นในขณะที่ปกป้องวิทยาศาสตร์ในฐานะวิธีการที่ถูกต้องในการได้มาซึ่งความจริง^{[ 195 ]}

ประมาณร้อยละ 33 ถึง 50 ของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ ทั้งหมด นั้นคาดว่าจะเกิดขึ้นโดยบังเอิญมากกว่าที่จะเป็นการแสวงหา นี่อาจเป็นคำอธิบายว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์จึงมักกล่าวว่าพวกเขาโชคดี^{[ 9 ]}นักวิทยาศาสตร์เองในศตวรรษที่ 19 และ 20 ก็ยอมรับบทบาทของโชคหรือความบังเอิญในการค้นพบ^{[ 10 ]}หลุยส์ ปาสเตอร์ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้กล่าวคำพูดที่มีชื่อเสียงว่า "โชคเข้าข้างผู้ที่มีจิตใจเตรียมพร้อม" แต่นักจิตวิทยาบางคนได้เริ่มศึกษาความหมายของการ "เตรียมพร้อมสำหรับโชค" ในบริบททางวิทยาศาสตร์ งานวิจัยแสดงให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์ได้รับการสอนฮิวริสติกส์ต่างๆ ที่มีแนวโน้มที่จะใช้ประโยชน์จากโอกาสและสิ่งที่ไม่คาดคิด^{[ 9 ] [ 197 ]}นี่คือสิ่งที่Nassim Nicholas Talebเรียกว่า "ความต้านทานต่อความเปราะบาง" ในขณะที่ระบบการตรวจสอบบางระบบมีความเปราะบางเมื่อเผชิญกับข้อผิดพลาดของมนุษย์อคติของมนุษย์ และความสุ่ม วิธีการทางวิทยาศาสตร์นั้นไม่เพียงแต่ทนทานหรือแข็งแกร่งเท่านั้น แต่ยังได้รับประโยชน์จากความสุ่มดังกล่าวในหลายๆ ด้าน (มันมีความต้านทานต่อความเปราะบาง) Taleb เชื่อว่ายิ่งระบบมีความเปราะบางมากเท่าไร ก็ยิ่งจะเจริญรุ่งเรืองในโลกแห่งความเป็นจริงมากขึ้นเท่านั้น^{[ 198 ]}

เควิน ดันบาร์ นักจิตวิทยา กล่าวว่ากระบวนการค้นพบมักเริ่มต้นด้วยการที่นักวิจัยพบข้อผิดพลาดในการทดลองของพวกเขา ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดเหล่านี้ทำให้นักวิจัยพยายามแก้ไขสิ่งที่พวกเขาคิดว่าเป็นข้อผิดพลาดในวิธีการของพวกเขา ในที่สุด นักวิจัยก็ตัดสินใจว่าข้อผิดพลาดนั้นเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและเป็นระบบเกินกว่าจะเป็นเรื่องบังเอิญ ลักษณะที่มีการควบคุมสูง ระมัดระวัง และอยากรู้อยากเห็นของวิธีการทางวิทยาศาสตร์จึงทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการระบุข้อผิดพลาดที่เป็นระบบและเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องดังกล่าว ณ จุดนี้ นักวิจัยจะเริ่มคิดถึงคำอธิบายเชิงทฤษฎีสำหรับข้อผิดพลาด โดยมักจะขอความช่วยเหลือจากเพื่อนร่วมงานในสาขาความเชี่ยวชาญที่แตกต่างกัน^{[ 9 ] [ 197 ]}

เมื่อวิธีการทางวิทยาศาสตร์ใช้สถิติเป็นส่วนสำคัญของเครื่องมือ จะมีปัญหาทางคณิตศาสตร์และปัญหาในทางปฏิบัติที่อาจส่งผลเสียต่อความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์ของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เรื่องนี้ได้รับการอธิบายไว้ในบทความทางวิทยาศาสตร์ยอดนิยมในปี 2005 เรื่อง " Why Most Published Research Findings Are False " โดยJohn Ioannidisซึ่งถือเป็นพื้นฐานของสาขาวิทยาศาสตร์ขั้นสูง^{[ 132 ]}งานวิจัยจำนวนมากในวิทยาศาสตร์ขั้นสูงพยายามที่จะระบุการใช้สถิติที่ไม่ดีและปรับปรุงการใช้งาน ตัวอย่างเช่น การใช้ค่า p ในทางที่ผิด^{[ 199 ]}

ประเด็นที่ยกขึ้นมานั้นมีทั้งด้านสถิติและด้านเศรษฐกิจ ในด้านสถิติ ผลการวิจัยมีโอกาสน้อยที่จะเป็นจริงเมื่อการศึกษาขนาดเล็กและเมื่อมีความยืดหยุ่นอย่างมากในการออกแบบการศึกษา คำจำกัดความ ผลลัพธ์ และวิธีการวิเคราะห์ ในด้านเศรษฐกิจ ความน่าเชื่อถือของผลการวิจัยจะลดลงในสาขาที่มีผลประโยชน์ทางการเงิน อคติ และการแข่งขันสูงในหมู่ทีมวิจัย ส่งผลให้ผลการวิจัยส่วนใหญ่ถูกพิจารณาว่าเป็นเท็จในการออกแบบและสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิจัยทางการแพทย์สมัยใหม่ ซึ่งมักดำเนินการในพื้นที่ที่มีโอกาสน้อยมากทั้งก่อนและหลังการศึกษาที่จะได้ผลลัพธ์ที่เป็นจริง อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อท้าทายเหล่านี้ การค้นพบใหม่ส่วนใหญ่จะยังคงเกิดขึ้นจากการวิจัยที่สร้างสมมติฐานซึ่งเริ่มต้นด้วยโอกาสก่อนการศึกษาที่ต่ำหรือต่ำมาก สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าการขยายขอบเขตความรู้จะขึ้นอยู่กับการสำรวจพื้นที่นอกกระแสหลัก ซึ่งโอกาสแห่งความสำเร็จอาจดูน้อยในตอนแรก^{[ 132 ]}

วิทยาศาสตร์ที่นำมาประยุกต์ใช้กับระบบที่ซับซ้อนอาจเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต่างๆ เช่นสหวิทยาการทฤษฎีระบบทฤษฎีการควบคุมและ การสร้างแบบจำลอง ทาง วิทยาศาสตร์

โดยทั่วไป วิธีการทางวิทยาศาสตร์อาจยากที่จะนำไปใช้อย่างเคร่งครัดกับระบบที่หลากหลายและเชื่อมโยงกัน รวมถึงชุดข้อมูลขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แนวปฏิบัติที่ใช้ในบิ๊กดาต้าเช่นการวิเคราะห์เชิงทำนายอาจถือว่าขัดแย้งกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์^{[ 200 ]}เนื่องจากข้อมูลบางส่วนอาจถูกตัดพารามิเตอร์ที่อาจมีความสำคัญในสมมติฐานทางเลือกสำหรับการอธิบาย ดังนั้นข้อมูลที่ถูกตัดออกไปจึงใช้ได้เพียงเพื่อสนับสนุนสมมติฐานว่างในการประยุกต์ใช้การวิเคราะห์เชิงทำนายเฟล็ก (1979)หน้า 38–50 ตั้งข้อสังเกตว่า " การค้นพบทางวิทยาศาสตร์จะไม่สมบูรณ์หากปราศจากการพิจารณาแนวปฏิบัติทางสังคมที่กำหนดเงื่อนไขนั้น" ^{[ 201 ]}

วิทยาศาสตร์คือกระบวนการรวบรวม เปรียบเทียบ และประเมินแบบจำลองที่เสนอโดยเทียบกับสิ่งที่สังเกตได้แบบจำลองอาจเป็นการจำลอง สูตรทางคณิตศาสตร์หรือเคมี หรือชุดขั้นตอนที่เสนอ วิทยาศาสตร์ก็เหมือนกับคณิตศาสตร์ตรงที่นักวิจัยในทั้งสองสาขาพยายามแยกแยะสิ่งที่ทราบจากสิ่งที่ไม่ทราบในแต่ละขั้นตอนของการค้นพบ แบบจำลองในทั้งวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์จำเป็นต้องมีความสอดคล้องกันภายในและควรจะสามารถพิสูจน์ได้ว่าผิด (สามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่จริง) ในคณิตศาสตร์ ข้อความไม่จำเป็นต้องได้รับการพิสูจน์ ในขั้นตอนนี้ ข้อความนั้นจะเรียกว่าข้อสันนิษฐาน^{[ 202 ]}

งานทางคณิตศาสตร์และงานทางวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแรงบันดาลใจซึ่งกันและกันได้^{[ 44 ]}ตัวอย่างเช่น แนวคิดทางเทคนิคของเวลาเกิดขึ้นในวิทยาศาสตร์และความไร้กาลเวลาเป็นลักษณะเด่นของหัวข้อทางคณิตศาสตร์ แต่ในปัจจุบันข้อสันนิษฐานของปวงกาเรได้รับการพิสูจน์แล้วโดยใช้เวลาเป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์ที่วัตถุสามารถไหลได้ (ดูการไหลของริชชี ) ^{[ 203 ]}

อย่างไรก็ตาม ความเชื่อมโยงระหว่างคณิตศาสตร์กับความเป็นจริง (และวิทยาศาสตร์ในขอบเขตที่อธิบายความเป็นจริง) ยังคงคลุมเครือบทความของEugene Wigner เรื่อง " The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences " เป็นบทความที่รู้จักกันดีในประเด็นนี้จากนักฟิสิกส์ผู้ได้รับรางวัลโนเบล อันที่จริง ผู้สังเกตการณ์บางคน (รวมถึงนักคณิตศาสตร์ที่มีชื่อเสียงบางคน เช่นGregory Chaitinและคนอื่นๆ เช่นLakoff และ Núñez ) ได้เสนอแนะว่าคณิตศาสตร์เป็นผลมาจากอคติของผู้ปฏิบัติงานและข้อจำกัดของมนุษย์ (รวมถึงข้อจำกัดทางวัฒนธรรม) คล้ายกับมุมมองหลังสมัยใหม่ของวิทยาศาสตร์^{[ 204 ]}

งานของGeorge Pólya เกี่ยวกับ การแก้ปัญหา [ ^{205 ]}การสร้างการพิสูจน์^ทาง คณิตศาสตร์ และฮิวริสติก^{[ 206 ] [ 207 ]}แสดงให้เห็นว่าวิธีการทางคณิตศาสตร์และวิธีการทางวิทยาศาสตร์แตกต่างกันในรายละเอียด แต่ก็ยังคล้ายคลึงกันในการใช้ขั้นตอนแบบวนซ้ำหรือแบบเรียกซ้ำ

ในมุมมองของ Pólya การทำความเข้าใจ เกี่ยวข้องกับการอธิบายคำจำกัดความที่ไม่คุ้นเคยด้วยคำ ^พูดของตนเอง การใช้รูปทรงเรขาคณิต และการตั้งคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่เราทราบและไม่ทราบอยู่แล้วการวิเคราะห์ซึ่ง Pólya นำมาจากPappus [ ^{208 ]}เกี่ยวข้องกับการสร้างข้อโต้แย้งที่สมเหตุสมผลอย่างอิสระและแบบฮิวริสติกการทำงานย้อนกลับจากเป้าหมายและการวางแผนสำหรับการสร้างการพิสูจน์การสังเคราะห์คือการอธิบายรายละเอียดทีละขั้นตอน อย่างเคร่งครัด แบบยุคลิด^{[ 209 ]}ของการพิสูจน์การทบทวนเกี่ยวข้องกับการพิจารณาและตรวจสอบผลลัพธ์และเส้นทางที่นำไปสู่ผลลัพธ์นั้นอีกครั้ง

โดยอ้างอิงจากงานของ Pólya, Imre Lakatosโต้แย้งว่านักคณิตศาสตร์ใช้ความขัดแย้ง การวิจารณ์ และการแก้ไขเป็นหลักการในการปรับปรุงงานของพวกเขา^{[ 210 ] [ ν ]}ในทำนองเดียวกันกับวิทยาศาสตร์ ที่แสวงหาความจริง แต่ไม่พบความแน่นอน ในProofs and Refutationsสิ่งที่ Lakatos พยายามสร้างคือไม่มีทฤษฎีบทใดในคณิตศาสตร์ที่ไม่เป็นทางการที่เป็นที่สุดหรือสมบูรณ์แบบ ซึ่งหมายความว่าในคณิตศาสตร์ที่ไม่ใช่สัจพจน์ เราไม่ควรคิดว่าทฤษฎีบทนั้นเป็นจริงในที่สุด เพียงแต่ยังไม่ พบ ตัวอย่างค้านเมื่อพบตัวอย่างค้าน กล่าวคือ สิ่งที่ขัดแย้ง/ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีบท เราจะปรับทฤษฎีบท อาจขยายขอบเขตความถูกต้องของมัน นี่เป็นวิธีที่ความรู้ของเราสะสมอย่างต่อเนื่อง ผ่านตรรกะและกระบวนการของการพิสูจน์และการหักล้าง (อย่างไรก็ตาม หากมีการกำหนดสัจพจน์สำหรับสาขาคณิตศาสตร์ สิ่งนี้จะสร้างระบบตรรกะ —Wittgenstein 1921 Tractatus Logico-Philosophicus 5.13; Lakatos อ้างว่าการพิสูจน์จากระบบดังกล่าวเป็นสัจพจน์ กล่าวคือเป็นจริงทางตรรกะภายในโดยการเขียนรูปแบบใหม่ดังที่ Poincaré ได้แสดงให้เห็น ซึ่งได้สาธิตเทคนิคการแปลงรูปแบบที่เป็นจริงทางสัจพจน์ (เช่นลักษณะเฉพาะของออยเลอร์ ) ไปเป็นหรือออกจากรูปแบบจากโฮโมโลยี [ ^{211 ] หรือ}ในเชิงนามธรรมมากขึ้น จากพีชคณิตโฮโมโลยี^{[ 212 ] [ 213 ] [ ν ]}

ลากาตอสเสนอแนวคิดเกี่ยวกับความรู้ทางคณิตศาสตร์โดยอิงจากแนวคิดเรื่องฮิวริสติก ของโพลยา ในหนังสือ Proofs and Refutationsลากาตอสได้ให้กฎพื้นฐานหลายข้อสำหรับการค้นหาข้อพิสูจน์และตัวอย่างค้านสำหรับข้อสันนิษฐาน เขาคิดว่า ' การทดลองทางความคิด ' ทางคณิตศาสตร์เป็นวิธีที่ถูกต้องในการค้นพบข้อสันนิษฐานและข้อพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์^{[ 215 ]}

เมื่อเกาส์ ถูกถามว่าเขาได้ ทฤษฎีบท ของเขามาได้อย่างไร เขาตอบว่า "durch planmässiges Tattonieren" (ผ่านการทดลองที่เป็นรูปธรรมอย่างเป็นระบบ ) ^{[ 216 ]}

• การปฏิบัติที่อิงตามหลักฐาน  – ระเบียบวิธีเชิงปฏิบัติ และการคิดค้นเชิงสร้างสรรค์อย่างเป็นระบบ (SIT)
• เค้าโครงของวิธีการทางวิทยาศาสตร์
• ระเบียบวิธีวิจัย (การศึกษาเกี่ยวกับการวิจัย) และการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ ( อภิวิทยาศาสตร์ )
• การวิจัยเชิงปริมาณ  – กระบวนการทั้งหมดสำหรับการนำเสนอข้อเท็จจริงเชิงประจักษ์ในรูปแบบตัวเลข
• ความโปร่งใสและอคติ ในการวิจัย
• กฎทางวิทยาศาสตร์  – ข้อความที่อ้างอิงจากการสังเกตเชิงประจักษ์ซ้ำๆ ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติบางอย่าง
• ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์
• ความสามารถในการทดสอบ  – ความสามารถในการตรวจสอบทฤษฎีผ่านการทดลอง

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์

เว็บไซต์วิกิบุ๊กมีหนังสือเกี่ยวกับหัวข้อ: วิธีการทางวิทยาศาสตร์

Wikiversity มีแหล่งข้อมูลการเรียนรู้เกี่ยวกับการคิดอย่างเป็นวิทยาศาสตร์

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์

• แอนเดอร์เซน, ฮันเน ; เฮปเบิร์น, ไบรอัน. "วิธีการทางวิทยาศาสตร์"ในซัลตา, เอ็ดเวิร์ด เอ็น. (บรรณาธิการ). สารานุกรมปรัชญาแห่งสแตนฟอร์ด . ISSN  1095-5054 . OCLC  429049174 .
• Fieser, James; Dowden, Bradley (บรรณาธิการ). "การยืนยันและการเหนี่ยวนำ" . สารานุกรมปรัชญาออนไลน์ . ISSN  2161-0002 . OCLC  37741658 .
• วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่PhilPapers
• ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ในโครงการปรัชญาออนโทโลยีแห่งรัฐอินเดียนา
• บทนำสู่ศาสตร์: การคิดเชิงวิทยาศาสตร์และวิธีการทางวิทยาศาสตร์เก็บถาวรเมื่อ 2018-01-01 ที่Wayback Machineโดย Steven D. Schafersman
• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ณมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์
• วิธีการทางวิทยาศาสตร์จากมุมมองทางปรัชญา
• ความหนักแน่นทางทฤษฎีโดย พอล นิวอลล์ ที่ห้องสมุดกาลิเลียน
• การบรรยายเรื่องวิธีการทางวิทยาศาสตร์ โดย เกร็ก แอนเดอร์สัน (จัดเก็บเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2549)
• การใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ในการออกแบบโครงงานวิทยาศาสตร์
• วิธีการทางวิทยาศาสตร์หนังสือออนไลน์โดย ริชาร์ด ดี. จาร์ราร์ด
• ริชาร์ด เฟย์นแมน กล่าวถึงกุญแจสู่ศาสตร์แห่งวิทยาศาสตร์ (หนึ่งนาทีสามวินาที) จากการบรรยายที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์
• การบรรยายเรื่องวิธีการทางวิทยาศาสตร์โดย นิค จอช คาเรียน, เควิน พาเดียน , ไมเคิล เชอร์เมอร์และริชาร์ด ดอว์กินส์ (จัดเก็บเมื่อวันที่ 11 พฤษภาคม 2013)
• "เรารู้ได้อย่างไรว่าอะไรคือความจริง?" (วิดีโอแอนิเมชั่น; 2:52)