자연계에 관한 정보를 수집하는 데는 한 가지 이상의 방법이 있지만 과학적 방법은 예측을 전개하고 검증하는 체계적인 과정이다. 우리는 우리들의 일상 문제를 해결하는 일에 이미 과학적 방법을, 혹은 적어도 그 요소의 일부를 사용하고 있을 것이다. 때로 우리는 의식적으로 생각하지 못한 가운데 과학적 방법의 단계를 밟아나간다.
1단계 : 관찰과 일반화
우리가 주변의 세계를 관찰하고 배운 내용에 근거하여 일반화를 하게 될 때 우리는 귀납적 추론(특수한 사실로부터 일반적 사실을 끌어냄)을 이용한 것이다. 우리는 보통 이것을 전혀 생각하지 않으며 우리가 관찰하고 일반화한 것을 어떤 형태로든 공식적인 언어로 기록하지 않는다. 우리는 여름보다 더 추운 날씨를 관찰했었기 때문에 (특수한 사실의 관찰) 우리는 겨울이 여름보다 항상 더 추울 것이라고 확신한다(일반화), 평범한 경험과 확실한 과학과의 차이는 과학이 검증할 수 있는 예측을 전개하기 위해 일반화를 사용한다는 것이다. 생물학적 연구를 예를 들어 두 개의 관찰과 하나의 일반화를 살펴보도록 하자.
관찰 1 : 특정 약물(X 약물이라 함)을 투여한 쥐는 그렇지 않은 쥐에 비해 혈압이 낮다.
관찰 2 : 별도의 연구에서, 캐나다의 과학자 X 약물이 개와 고양이에서 혈압을 낮춘다고 보고했다.
일반화 : X 약물은 모든 포유류의 혈압을 낮춘다.
2단계 : 가설 설정
가설을 만들기 위해서 관찰과 일반화가 사용된다. 가설은 자연계에 관한 임시 진술이다. 중요한 것은, 가설이 검증 가능한 연역적 추론으로 이끌 수 있는 진술이란 것이다.
가설 : X 약물은 고혈압인 사람에게 안전하고 효과적인 치료법이 될 것이다.
3단계 : 검증 가능한 예측 전개
검증할 수 없는 가설은 허풍이나 한가지로 쓸모없는 추측에 지나지 않는다. 그러나 많은 가설들은 매우 결정적이거나 포괄적이어서 다양한 조건 하에서 그들을 검증할 수 있는 방법들이 있게 마련이다.
예를 들면, 적어도 X약물이 많은 다른 조건 하에서 상당한 수의 사람들에게서 검증되기 전까지 우리는 X 약물이 모든 사람에게 모든 조건 하에서 안전하고 효과적이라고 확신할 수 없을 것이다. 가설에 확신을 가지기 위해서는 가설에 근거한 검증이 가능한 예측을 전개해야 하며 그것들을 하나씩 검증해야 한다.
예측 : 만약 X 약물이 고혈압인 사람에게 안전하고 효과적인 치료법이라면, 고혈압인 사람이 X 약물을 하루에 10mg씩 복용하면 1개월 안에 혈압이 떨어진 것이다.
이 예측은 아주 상세하다는 것에 주목하자. 이 보기에서 예측은 약물의 양, 검증하게 될 환자의 건강 상태, 예측이 맞을 경우 기대되는 약물의 효과, 검증에 드는 정확한 시간을 상세히 나타냈다. 이러한 특이성이 예측이 참인지 거짓인지, 긍정인지 부정인지를 검증할 수 있게 해준다.
4단계 : 실험 또는 관찰
예측이 참인지 거짓인지는 관찰이나 실험을 통해 결정된다. 실험은 예측을 검증하기 위해 면밀히 계획되고 수행된 자연계에 대한 활동이다. 우리가 수행한 실험(또는 관찰)은 예측의 특성 성질에 따라 달라진다.
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