O MÉTODO CIENTÍFICO

1.2 O MÉTODO CIENTÍFICO

A ciência e os cientistas desconfiam de situações que desencorajam ou evitam o processo de falsificabilidade. Se uma afirmação ou explicação de um fenômeno não puder ser testada ou não atender aos padrões científicos, ela não será considerada ciência, mas sim uma pseudociência. A falsificação separa a ciência da pseudociência. Pseudociência é uma coleção de ideias que podem parecer científicas, mas não usam o método científico. Um exemplo de pseudociência é a astrologia, que é um sistema de crenças de que o movimento dos corpos celestes influencia o comportamento humano. Isso não deve ser confundido com a astronomia, que é o estudo científico dos corpos celestes e do cosmos. Existem muitas observações celestes associadas à astrologia, mas a astrologia não usa o método científico. As conclusões em astrologia não são baseadas em evidências e experimentos, e suas afirmações não são falsificáveis.

A ciência também é um processo social. Os cientistas compartilham suas ideias com colegas em conferências para obter orientação e feedback. O trabalho de pesquisa e os dados de um cientista são rigorosamente revisados ​​por muitos colegas qualificados antes da publicação. Os resultados da pesquisa não podem ser publicados por uma revista ou editora respeitável até que outros cientistas especialistas na área tenham determinado que os métodos são cientificamente sólidos e que as conclusões são razoáveis. A ciência tem como objetivo eliminar informações erradas, resultados de pesquisa inválidos e especulações selvagens. Assim, o processo científico é lento, cauteloso e conservador. Os cientistas não tiram conclusões precipitadas, mas esperam até que uma quantidade esmagadora de evidências de muitos pesquisadores independentes aponte para a mesma conclusão antes de aceitar um conceito científico.

A ciência é o reino de fatos e observações, não julgamentos morais. Os cientistas podem gostar de estudar tornados, mas sua opinião de que os tornados são emocionantes não é essencial para aprender sobre eles. Os cientistas aumentam nosso conhecimento tecnológico, mas a ciência não determina como ou se usamos esse conhecimento. Os cientistas aprenderam a construir uma bomba atômica, mas os cientistas não decidiram se ou quando usá-la. Os cientistas acumularam dados sobre o aquecimento das temperaturas; seus modelos mostraram as causas prováveis ​​desse aquecimento. No entanto, embora os cientistas concordem principalmente sobre as causas do aquecimento global, eles não podem forçar políticos ou indivíduos a aprovar leis ou mudar comportamentos. 

Para que a ciência funcione, os cientistas devem fazer algumas suposições. As regras da natureza, simples ou complexas, são as mesmas em todo o universo. Eventos, estruturas e formas naturais têm causas naturais, e evidências do mundo natural podem ser usadas para aprender sobre essas causas. Os objetos e eventos da natureza podem ser melhor compreendidos através de um estudo cuidadoso e sistemático. As ideias científicas podem mudar se coletarmos novos dados ou aprendermos mais. Uma ideia, mesmo a que é aceita hoje, pode precisar ser modificada ou totalmente substituída se novas evidências contradizerem as ideias científicas anteriores. No entanto, o corpo de conhecimento científico pode crescer e evoluir porque algumas teorias se tornam mais aceitas com testes repetidos ou antigas teorias são modificadas ou substituídas por novos conhecimentos.

A pesquisa científica pode ser feita para construir conhecimento ou resolver problemas e levar a descobertas científicas e avanços tecnológicos. A pesquisa pura geralmente ajuda no desenvolvimento da pesquisa aplicada. Às vezes, os resultados da pesquisa pura podem ser aplicados muito tempo depois que a pesquisa pura foi concluída. Às vezes, algo inesperado é descoberto enquanto os cientistas estão realizando suas pesquisas. Algumas ideias não são testáveis. Por exemplo, fenômenos sobrenaturais, como histórias de fantasmas, lobisomens ou vampiros, não podem ser testados. Os cientistas descrevem o que veem, seja na natureza ou em um laboratório.

O método científico é uma série de etapas que ajudam a investigar. Para responder a essas perguntas; os cientistas usam dados e evidências coletados de observações, experiências ou experimentos para responder suas perguntas.

No entanto, a investigação científica raramente prossegue na mesma sequência de etapas descritas pelo método científico. Por exemplo, a ordem das etapas pode mudar, porque mais perguntas surgem dos dados coletados. Ainda, para chegar a conclusões válidas, devem ser seguidos passos lógicos e repetíveis do método científico.

QUESTIONAMENTO CIENTÍFICO

A coisa mais importante que um cientista pode fazer é fazer perguntas.

O que torna o Monte St. Helens mais explosivo e perigoso do que o vulcão em Mauna Loa, no Havaí?

O que torna a falha de San Andreas diferente da falha de Wasatch?

Por que a Terra tem tantas formas de vida variadas, mas outros planetas no sistema solar não?

Quais impactos um planeta mais quente pode ter nos sistemas climáticos e climáticos?

A ciência da Terra pode responder a perguntas testáveis ​​sobre o mundo natural. O que torna uma pergunta impossível de testar? Algumas perguntas não testáveis ​​são se existem fantasmas ou se existe vida após a morte. Uma pergunta testável pode ser sobre como reduzir a erosão do solo em uma fazenda. Um agricultor já ouviu falar de um método de plantio chamado “plantio direto”. O uso desse processo elimina a necessidade de arar a terra. A pergunta do agricultor é: A agricultura de plantio direto reduzirá a erosão das terras agrícolas?

PESQUISA CIENTÍFICA

Um cientista primeiro tentará encontrar respostas para suas perguntas pesquisando o que já pode ser conhecido sobre o tópico. Esta informação permitirá ao cientista criar um bom projeto experimental. Se essa pergunta já foi respondida, a pesquisa pode ser suficiente ou pode levar a novas perguntas. Por exemplo, um agricultor pesquisa a lavoura direta na Internet, na biblioteca, na loja de suprimentos agrícola local e em outros lugares. Ela aprende sobre vários métodos de cultivo, que tipos de fertilizantes são melhores para usar e qual seria o melhor espaçamento entre culturas. Com sua pesquisa, ela também aprende que a agricultura no plantio direto pode ser uma maneira de reduzir as emissões de dióxido de carbono na atmosfera, o que ajuda na luta contra o aquecimento global.

HIPÓTESE

Com as informações coletadas da pesquisa de base, o cientista cria uma explicação plausível para sua pergunta, chamada de hipótese. A hipótese deve responder diretamente à pergunta em questão e deve ser testável. Ter uma hipótese orienta um cientista no projeto de experimentos e na interpretação de dados. Voltando ao agricultor, eles levantariam a hipótese de que o plantio direto reduzirá a erosão do solo em morros com declividade semelhante em comparação à técnica tradicional de agricultura, porque haverá menos distúrbios no solo.

COLEÇÃO DE DADOS

Para apoiar ou refutar uma hipótese, o cientista deve coletar dados. Uma grande quantidade de lógica e metodologia é usada para projetar testes para coletar dados, para que eles possam responder a perguntas científicas. Experimentos ou observações geralmente coletam dados e, às vezes, melhorias na tecnologia permitem que novos testes abordem melhor uma hipótese.

A observação é usada para coletar dados quando não é possível, por razões práticas ou éticas, realizar experimentos. As descrições escritas das observações são baseadas em dados qualitativos e esses dados são usados ​​para responder a perguntas críticas. Os cientistas usam muitos tipos diferentes de instrumentos para fazer medições quantitativas, geralmente baseadas na disciplina científica. Microscópios eletrônicos podem ser usados ​​para explorar pequenos objetos ou telescópios para aprender sobre o universo. Sondas ou drones fazem observações onde é perigoso ou impraticável demais para os cientistas irem.

A observação objetiva é sem viés pessoal e é observada da mesma forma por todos os indivíduos. Os seres humanos, por sua natureza, têm um viés; portanto, nenhuma observação é totalmente livre de viés; o objetivo é estar o mais livre de preconceitos possível. Uma observação subjetiva é baseada nos sentimentos e crenças de uma pessoa e é exclusiva para esse indivíduo. Ciência usa a observação quantitativa sobre a qualitativa sempre que possível.

Uma observação quantitativa pode ser medida e expressa com um número. As observações qualitativas não são numéricas, mas descrições verbais. Por exemplo, dizer que uma pedra é vermelha ou pesada é qualitativa. No entanto, medir a cor exata do vermelho ou medir a densidade da rocha (que pode ser atribuída à proporção de certos minerais na rocha) é quantitativo. É por isso que as medições quantitativas são muito mais úteis para os cientistas. Os cálculos podem ser feitos em números específicos, mas não em valores qualitativos. 

Um bom experimento deve ter um fator que possa ser manipulado ou alterado, chamado de variável independente. O restante dos fatores deve permanecer o mesmo, chamado controle experimental. O resultado do experimento, ou o que muda como resultado do experimento, é a variável dependente porque a variável "depende" da variável independente.

Retorne ao exemplo do agricultor. Ela decide experimentar em duas colinas separadas que têm inclinação íngreme e recebem quantidades semelhantes de sol. Em uma colina, o fazendeiro usa uma técnica agrícola tradicional que inclui a lavoura. Por outro lado, ela usa uma técnica de plantio direto, afastando as plantas e utilizando equipamentos especializados para plantio. As plantas nas duas colinas recebem quantidades idênticas de água e fertilizantes, e ela mede o crescimento das plantas nas duas colinas. Nesta experiência:

Qual é a variável independente?

Quais são os controles experimentais?

Qual é a variável dependente?

A variável independente é a técnica de cultivo - tradicional ou plantio direto - porque é isso que está sendo manipulado. Para uma comparação justa das duas técnicas de cultivo, as duas colinas devem ter a mesma inclinação e a mesma quantidade de fertilizante e água. Estes são os controles experimentais. A quantidade de erosão é a variável dependente. É o que o agricultor está medindo. Durante um experimento, os cientistas fazem muitas medições. Os dados na forma de números são quantitativos.

Os dados coletados de equipamentos avançados geralmente vão diretamente para o computador ou o cientista pode colocar os dados em um banco de dados. Os dados podem ser analisados ​​estatisticamente para determinar relacionamentos específicos entre diferentes categorias de dados. As estatísticas podem entender a variabilidade em um conjunto de dados.

Em quase todos os empreendimentos humanos, os erros são inevitáveis. Em um experimento científico, isso é chamado de erro experimental. Erros sistemáticos podem ser inerentes à configuração experimental, para que os números sejam sempre inclinados em uma direção. Por exemplo, uma balança sempre pode medir meia onça de altura. O erro desaparecerá se a balança for recalibrada. Erros aleatórios podem ocorrer porque uma medida não é analisada com precisão. Por exemplo, um cronômetro pode ser parado cedo ou tarde demais. Os erros de dados podem ser corrigidos fazendo várias medições e calculando a média delas. Se um resultado é inconsistente com os resultados de outras amostras e muitos testes foram realizados, é provável que tenha sido cometido um erro nessa experiência e o ponto de dados inconsistente possa ser descartado.

CONCLUSÕES

Os cientistas estudam gráficos, tabelas, diagramas, imagens, descrições e todos os outros dados disponíveis para tirar conclusões de seus experimentos. Existe uma resposta para a pergunta com base nos resultados do experimento? A hipótese foi apoiada? Alguns experimentos apoiam uma hipótese inteiramente, e outros não. Se uma hipótese é mostrada errada, o experimento não foi um fracasso porque todos os resultados experimentais contribuem para o conhecimento. Experimentos que apoiam ou não uma hipótese podem levar a mais perguntas e mais experimentos.

Vamos voltar ao fazendeiro novamente. Após um ano, o agricultor descobre que a erosão na colina tradicionalmente cultivada é 2,2 vezes maior que a erosão na colina de plantio direto. Ela também descobre que as plantas nas parcelas de plantio direto são mais altas e têm maiores quantidades de umidade no solo. A partir disso, ela decide se converter em plantio direto para futuras culturas. O agricultor continua pesquisando para ver quais outros fatores podem ajudar a reduzir a erosão.

TEORIA

À medida que os cientistas realizam experimentos e fazem observações para testar uma hipótese, ao longo do tempo eles coletam muitos pontos de dados. Se uma hipótese explica todos os dados e nenhum deles contradiz a hipótese, com o tempo a hipótese se torna uma teoria. Uma teoria científica é apoiada por muitas observações e não possui inconsistências significativas. Uma teoria deve ser continuamente testada e revisada pela comunidade científica. Uma vez desenvolvida, uma teoria pode ser usada para prever o comportamento. Uma teoria fornece um modelo de realidade que é mais simples que o próprio fenômeno. Mesmo uma teoria pode ser derrubada se dados conflitantes forem descobertos. No entanto, uma teoria de longa data que tem muitas evidências para apoiá-la tem menos probabilidade de ser derrubada do que uma teoria mais recente.

A ciência não prova nada além de uma sombra de dúvida. Os cientistas buscam evidências que apoiam ou refutam uma ideia. Se não houver evidência significativa para refutar uma ideia e muita evidência para apoiá-la, a ideia será aceita. Quanto mais linhas de evidência sustentarem uma ideia, maior será a probabilidade de ela resistir ao teste do tempo. O valor de uma teoria é quando os cientistas podem usá-la para oferecer explicações confiáveis ​​e fazer previsões precisas.

NEGAÇÃO CIENTÍFICA

Os cursos introdutórios de ciências geralmente lidam com a teoria científica aceita e ideias credíveis que se opõem às teorias aceitas de maneira padrão não são incluídas. Isso facilita para os alunos entenderem o material complexo. Um aluno que estuda mais uma disciplina encontrará controvérsias mais tarde. No entanto, no nível introdutório, a ciência estabelecida é apresentada. Esta seção sobre negação da ciência discute como alguns grupos de pessoas argumentam que algumas teorias científicas estabelecidas estão erradas, não com base no seu mérito científico, mas na ideologia do grupo.

Quando uma organização ou pessoa nega ou duvida do consenso científico sobre um assunto de maneira não científica, isso é chamado de negação científica. A lógica raramente se baseia em evidências científicas objetivas, mas em razões sociais, políticas ou econômicas subjetivas. A negação da ciência é um argumento retórico que foi aplicado seletivamente a questões às quais algumas organizações ou pessoas se opõem. Três questões (passadas e atuais) que demonstram isso são: 1) o ensino da evolução nas escolas públicas, 2) ligações precoces entre a fumaça do tabaco e o câncer e 3) as mudanças climáticas antropogênicas (causadas pelo homem). Destes, a negação das mudanças climáticas tem uma forte conexão com a ciência geográfica. Um negador do clima nega explicitamente ou dúvida das conclusões científicas da comunidade de cientistas que estudam especificamente o clima. 

A negação da ciência geralmente usa três argumentos retóricos, mas falsos. O primeiro argumento tenta minar a ciência, alegando que os métodos são falhos ou que a ciência é instável. A ideia de que a ciência está instável cria dúvida para um cidadão comum. Um senso de dúvida atrasa a ação. Os cientistas geralmente evitam reivindicar verdades universais e usam uma linguagem que transmite uma sensação de incerteza, porque as ideias científicas mudam à medida que mais evidências são descobertas. Essa evitação das verdades universais não deve ser confundida com a incerteza das conclusões científicas.

O segundo argumento ataca os pesquisadores com quem discordam. Eles afirmam que a ideologia e uma agenda econômica motivam as conclusões científicas. Eles alegam que os pesquisadores querem "obter mais financiamento para suas pesquisas" ou "expandir a regulamentação governamental". Esse é um argumento ad hominem no qual o caráter de uma pessoa é atacado, em vez do mérito de sua argumentação.

O terceiro argumento é exigir cobertura igual da mídia para uma visão "equilibrada" na tentativa de validar a falsa controvérsia. Isso inclui tempo igual no currículo educacional. Por exemplo, o último argumento retórico exigiria que explicações para a evolução ou mudança climática fossem discutidas juntamente com alternativas religiosas ou antropogênicas, mesmo quando há pouca evidência científica apoiando as alternativas. As conclusões baseadas no método científico não devem ser confundidas com conclusões alternativas baseadas em ideologias. Dois métodos inteiramente diferentes para concluir a natureza estão envolvidos e não pertencem um ao outro no mesmo curso.

A formação de novas conclusões com base no método científico é a única maneira de mudar as conclusões científicas. Não ensinaríamos geologia da Terra Plana, juntamente com tectônica de placas, porque os Terra Planos não seguem o método científico. Usar o fato de os cientistas evitarem verdades universais e mudarem suas ideias à medida que mais evidências são descobertas é como o processo científico funciona e não deve ser visto como significando que a ciência está instável. Por causa do analfabetismo científico generalizado, esses argumentos são usados ​​por aqueles que desejam suprimir a ciência e desinformar o público em geral.

Em um caso clássico de negação da ciência, os argumentos retóricos foram usados ​​nas décadas de 50, 60 e 70 pela indústria do tabaco e seus cientistas para negar as ligações entre tabaco e câncer. Uma vez que ficou claro que a indústria do tabaco não podia mostrar que o tabaco não causava câncer, sua próxima estratégia era criar um sentimento de "dúvida" na ciência. Eles sugeriram que a ciência ainda não estava totalmente compreendida e que a questão precisava de mais estudos. Assim, a ação legislativa deve ser adiada. Esse falso senso de "dúvida" é o componente principal que engana o público e impede a ação. Atualmente, isso está sendo empregado por aqueles que negam o envolvimento humano nas mudanças climáticas.