روش علمی
در حقیقت با همه تحولاتی که در رابطه با روش علمی وجود داشته و دارد، حرکت مهم از دوران تمدن اسلامی شروع شده است. البته کلمه دانش را به جای همه معلومات بشر و معادل کلمه انگلیسی knowledge به کار می برم و کلمه علم را معادل کلمه انگلیسی science به کار می گیرم. در دوران تمدن اسلامی برخلاف دوران کلاسیک (زمان ارسطو و سقراط) سعی بر ترکیب تجربه و نظریه برای رسیدن به دانش بوده است. دانشمندان اسلامی توانایی کافی برای ساخت دستگاههایی برای انجام آزمایش و کمی کردن نتایج را داشتند. اولین دانشمندان اسلامی که کار علمی را به این صورت انجام می دادند جابرابن حیان (99 – 193 هجری) و الکندی (179-251 هجری) بودند. دانشمندان اسلامی سازنده اصطرلاب (جالب این که شبیه کلمه astrolab است و به یقین کلمه astronomy از این کلمه آمده است.) بودند که رصد نجومی را انجام می دادند.
ابن هیثم به کمک آزمایش و کمی نمودن آن نتایجی را به دست آورد که در کتاب «المناظر» آورده است. او نظر بطلمیوس و اقلیدس را در رابطه با دیدن نپذیرفت و نظر خودش را بیان نمود که صحیح است. از دید بطلمیوس و اقلیدس از چشم نوری بیرون می آید که در ترکیب با نور محیط دیدن را باعث می شود. ارسطو معتقد بود که اجسام ذراتی را به طرف چشم پرتاب می کنند که عامل دیدن است. ابن هیثم نظر داد که از اجسام نوری ساطح (منعکس) می شوند که به چشم رسیده و شخص آن را می بیند. او نظر داد که نور در یک محیط شفاف در خط راست حرکت می کند ولی زمانی که از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگری وارد می شود می شکند.
در حقیقت ابن هیثم با تردید به نظر گذشتگان و به کار گیری قیاس و استقرا و آزمایش توانست به حقایق جدید برسد و پایه گذار روش جدید در علم شد. از همه مهمتر این که ابن هیثم وارد هیچ بحث علمی که از راه تجربه و با استدلال ریاضی به دست آید نشد.
ابوریحان بیرونی که همدوره ابن هیثم بود نیز روش علمی ای را که متفاوت با دوران کلاسیک (افلاطون و ارسطو) بود برای زمینه های مختلف بیان نمود. او روش خود را در زمینه های مکانیک، معدن (کتاب الجواهر) و جامعه شناسی به کار برد. او اصرار به استفاده از جبر و هندسه در اثبات موضوع و انجام و تکرار آزمایش داشت. روش او بسیار نزدیک به روش علمی امروزی بود به ویژه که او به تکرار آزمایش معتقد بود و خطای انسان و خطای ابزار را در نظر می گرفت.
هم دوره با ابوریحان بیرونی و ابن هیثم، ابوعلی سینا با این که بخشی از روشهای دوران کلاسیک و به ویژه ارسطو را پذیرفته بود، اصرار به انجام آزمایش داشت. او در کتاب شفا، روش تحلیل پسین ارسطو را بحث کرده و برخی موارد آن را مردود می داند. او اضافه بر روش استقرای ارسطو ضرورت انجام آزمایش را مطرح می کند. برخلاف نظریه ابوریجان بیرونی و ابن هیثم که معتقد به تقدم آزمایش بر نظریه بودند، ابن سینا معتقد به تقدم نظریه بر آزمایش بود. البته دانشمندان اسلامی بعد از این سه نیز نظراتی در رابطه با روش علمی داشتند ولی چندان به اصول چیزی اضافه نشد.
دو قرن بعد (قرن سیزدهم میلادی)، زمانی که جهان اسلام در زیر تاخت و تاز مغولها بود، اروپاییان در قرون وسطی شروع به ترجمه آثار مانده از دوران کلاسیک و جهان اسلام نمودند. تقریبا همزمان با فروپاشی حکومت خلفای عباسی، راجر بیکن در سه کتاب که طبق درخواست پاپ تهیه کرده بود، نظر خود را در رابطه با روش علمی بیان نمود. او چرخه ای از مشاهده، فرض یا مدل سازی یا نظریه پردازی و آزمایش را بیان نمود. البته او نیز بیان نمود که هر کار علمی نیاز به تأیید مستقل دارد. خلاصه از نظرات او عبارتند از:
متخصصین (که تنها نظریه می دهند.)، عرف یا عادات، نظر عامه بی تجربه و پنهان نمودن نادانی خود برای مطرح کردن دانش را چهار عامل خطا دانست.
- دو روش برای علم وجود دارد. یکی علمی که از تجربه و دیگری علمی که با بحث و جدل به دست می آید.
- علمی که با بحث یا جدل به دست می آید هرگز ارضاء کننده نیست و به یقین نمی رسد.
- علمی که از تجربه به دست می آید، اولاً نتیجه را در عمل نشان می دهد. دوم اینکه حقیقتی را می یابد که ممکن بود هیچوقت حادث نشود. و در نهایت رازهای طبیعت را آشکار می کند و به ما اجازه می دهد که از گذشته و حال خبر داشته باشیم.
تا قرن هفدهم میلادی که دکارت، گالیله و نیوتون نقشهای مهمی را در روش علمی برداشتند، کارهایی در اروپا انجام شد. امروزه معماران روش علمی را می توان ابن هیثم، ابوریحان بیرونی، راجر بیکن، فرانسیس بیکن، دکارت، گالیله و نیوتون دانست.
تفکر گالیله را با یک مثال بیان می کنم. ارسطو معتقد بود اگر جسمی چند برابر سنگین تر از جسم دومی باشد، سرعت آن در سقوط آزاد چند برابر جسم سبکتر است. البته شاید با سقوط یک برگ درخت و یک گلوله بتوان این نتیجه را تایید کرد. ولی گالیله به این گونه استدلال می کند. فرض کنید دو جسم با وزنهای مختلف را به هم وصل کرده باشیم. طبق نظر ارسطو لازم است جسم سنگین تر با سرعت بیشتر حرکت کند. پس جسم سبکتر را به طرف پایین می کشد تا سرعتش بیشتر شود. جسم سبکتر با سرعت کمتر حرکت می کند پس جسم سنگینتر را به طرف بالا می کشد تا سرعتش کمتر شود. در صورتی که دو جسم به هم چسبیده باید سرعت بیشتری نسبت به هرکدام داشته باشد که غیر ممکن است.
البته دیگران هم نقشهایی داشته اند که در اینجا امکان بیان همه آنها نیست. امروزه روش علمی را چگونه در نظر می گیریم.
روش علمی را به صورت مراحلی که در اینجا آورده ام می توان خلاصه کرد.
- سوالی مطرح می شود. مثلاً رابطه زمان پیموده شده در یک مسافت ثابت زمانی که شتاب ثابت باشد چگونه است؟
- برای این موضوع، ضرورت دارد تحقیقی کنیم که آیا جواب داده شده است. (برای این مثال جواب مشخص است. ولی فرض کنید که نتیجه معلوم نیست.)
- فرضیه ای نیاز است. البته آنچه در اینجا به عنوان فرضیه مطرح می کنیم به نام مدل معروف است. مدل ما فرض می کند که شتاب مشتق دوم مسافت طی شده است.
- آزمایشی طراحی می کنیم. یک سطح شیبدار تهیه می کنیم که طول آن مثلاً 2 متر باشد. یک وزنه کوچکی از جنس استیل تهیه می کنیم. وزنه را در فواصل مختلف روی سطح شیبدار قرار می دهیم. در جدول موقعیت اولیه وزنه را نسبت به انتهای سطح شیبدار (به عنوان مثال) آورده ام.
- چند داده از این آزمایش می گیریم. به نظر می رسد که آزمایش مناسب انتخاب نشده است. راستی موضوع اصطکاک را حل نکرده ایم. روی سطح شیبدار را با روغن چرب می کنیم تا اصطکاک به حداقل ممکن برسد. می توانیم ماده دیگری را پیدا کنیم که اصطکاک را بیشتر بکاهد.
- دوباره آزمایش را تکرار می کنیم.
- نتایج جدید می گیریم. با مدل یا فرض مقایسه می کنیم. تقریبا سازگاری دارد.
- نتایج را گزارش می کنیم. به این معنی که در سمیناری مطرح می کنیم. در ژورنالی به چاپ می رسانیم.
- در ضمن به دنبال این مطلب که چرا جوابها دقیقا با مدل سازگار نیست رفته تا فرضیات یا مدل جدید مطرح کنیم و جواب بهتر بگیریم.
2 دیدگاه. جدید
استاد کلا شما خارج از دنیای فیزیک هستید. این که نوشتید کمی خارج از دنیای فیزیک جالب بود
پس باید می نوشتم «کلا خازج از دنیای فیزیک»