Mis asi see on, mida nimetatakse teaduseks?

"Mis asi see on, mida nimetatakse teaduseks? Arutlus teaduse olemusest ja seisundist ning teaduslikest meetoditest" ("What is this thing called science?") on Alan Chalmersi filosoofiaraamat, mis on mõeldud sissejuhatuseks teadusfilosoofiasse üliõpilaste ja teadlaste jaoks, kuid esitab ka oma seisukoha. Raamatust sai bestseller ja klassikaline teos, seda on laialdaselt kasutatud ülikooliõpikuna ja seda on tõlgitud paljudesse keeltesse.
Raamatu esimene trükk ilmus 1976 Queensland University Pressi ja Open University Pressi väljaandel. Teine, ümbertöötatud trükk ilmus 1982 samade kirjastuste ja Hacketti väljaandel. Kolmas, ümbertöötatud trükk ilmus 1999 Queensland University Pressi ja Open University Pressi väljaandel ja neljas, ulatusliku järelsõnaga trükk ilmus 2013. 
Raamatu 2. trüki on eesti keelde tõlkinud Kristin Sarv (toimetajad Rein Vihalemm ja Leili Punga; Erast Parmasto ja Rein Vihalemma järelsõnad). Raamat ilmus Ilmamaa väljaandel 1998.

Sissejuhatus

Teadus (loodusteadus) on suure au sees. Laialdaselt arvatakse, et teaduses ja selle meetodites on midagi erilist. Mõttekäikude või uurimistöö nimetamisega teaduslikuks tahetakse öelda, et neil on teatud väärtus või erilist laadi usaldatavus. Raamat püüab vastata küsimusele, kas teaduses on siis midagi erilist ja kui, mis see on, ning mis on "teaduslik meetod".
Sotsiaalteadustes ja humanitaarteadustes loodavad paljud, et füüsika edu saab jäljendada, kui mõista selle meetodit ja see sõnastada ning rakendada seda sotsiaal- ja humanitaarteadustele. Tekib aga ka küsimus, kas selline meetodi ülekandmine on legitiimne. 
On arvatud, et teaduse teeb eriliseks see, et see on tuletatud faktidest, mitte isiklikust arvamusest. See arvamus põhineb võib-olla sellel, et erinevalt kunstiteoste väärtuse võrdlemisest põhineb teaduslike teooriate väärtuse võrdlemine faktidel. Selgub, et tees, et teaduse eripära on põhinemine kogemuse faktidel, on õigustatud ainult suurte reservatsioonidega, kui üldse. Osutub kahtlaseks, kas vaatlused ja katsed annavad ühemõttelisi ja kindlaid fakte, ning saab õigustada väidet, et faktide põhjal ei saa teaduslikku teadmist lõplikult tõestada ega lõplikult ümber lükata. Argumendid põhinevad vaatluse ja loogilise arutlemise loomusel ja võimalustel ning teaduse ajalool ja tänapäeva teaduse praktikal. Teaduse suured saavutused on saadud viisidel, mida standardsed teadusfilosoofia teooriad ette ei näe. Reaktsioonina sellele on mõned loobunud teaduse pidamiseks mõistuspäraseks tegevuseks, mis kasutab erilist meetodit. Umbes niisugusest reaktsioonist sündis Paul Feyerabendi raamat "Against Method" (1975). Kõige äärmuslikuma vaate järgi, mida on Feyerabendi hilistest töödest välja loetud, puuduvad teadusel erijooned, mis võimaldavad pidada teda seesmiselt kõrgemaks näiteks antiikmütoloogiast ja voodoo'st. Teaduse au sees pidamist on peetud tänapäeva usundiks. On väidetud, et teooriate valiku määravad indiviidide subjektiivsed väärtused ja soovid. Feyerabendi skepsist jagavad uuemad autorid, kellel on sotsioloogiline või postmodernistlik vaatekoht. Selles raamatus on püütud Feyerabendi jt väljakutsetest iva kätte saada, kuid anda teadusekäsitus, mis toob välja teaduse erijooned.

Üks laialt levinud tervemõistuslik vaade teadusele

Suur osa sellest, mis tavaliselt eeldatakse sisalduvat lauses "teadus tuletatakse faktidest", osutub mittekaitstavaks, kuid autor püüab sõnastada selle versiooni, mis on kaitstav. 
Eeldatakse, et faktid on väited maailma kohta, mida saab meeli hoolikalt ja eelarvamusteta kasutades kindlaks teha. Nii kindlaks tehtud faktid on teadusele kindlaks, objektiivseks aluseks. Kui mõttekäigud, mis viivad faktidelt loodusseaduste ja teooriateni, mis moodustavad teadusliku teadmise, on õiged, siis ka saadav teadmine on kindel ja objektiivne. Mõjukas väide on olnud ka see, et moodne teadus tekkis 17. sajandi alguses tänu sellele, et teaduses hakati tõsiselt võtma teaduse aluseks vaatlusfakte. Varem olevat teadmine põhinenud suuresti autoriteedil, eriti Aristotelese ja Piibli autoriteedil.
Seda vaadet on püüdnud formaliseerida empiristid ja positivistid. Briti empiristid olid seisukohal, et kogu teadmine tuleb tuletada ideedest, mis on vaimusse istutatud meeltetajuga. Ka positivistide järgi tuleb teadmine tuletada kogemuse faktidest. Loogilised positivistid püüdsid positivistlikku vaadet formaliseerida, pöörates suurt tähelepanu teadusliku teadmise ja faktide vahelise suhte loogilisele vormile. 
Selle vaate juures on kaks probleemi, nimelt 1) mis on faktide loomus ja kuidas teadlased neile ligi pääsevad ja 2) kuidas teadmine faktidest tuletatakse. 
Tavalise vaate järgi:
a) faktid on hoolikale eelarvamusteta vaatlejale meelte kaudu otseselt antud;
b) faktid eelnevad teooriale ja on teooriast sõltumatud;
c) faktid on teaduslikule teadmisele kindlaks ja usaldatavaks aluseks. 
Osutub, et igal väitel on raskused ning need väited on aktsepteeritavad paremal juhul suurte reservatsioonidega.

Nägemine on uskumine

Vaatluse näiteks on siin võetud vaatlemine nägemise abil. 
Tavalise empiristliku teadusekäsituse järgi 1) on vaatlejal enam-vähem otsene ligipääs mõnele faktile maailma kohta, sest aju registreerib need nägemise käigus, ja 2) kaks sama objekti või vaatepilti samast kohast vaatavat vaatlejat näevad ühte ja sama asja, sest nägemisprotsess on ühesugune. Osutub, et see pilt on eksitav.

Nägemiskogemusi ei määra ainult vaadatav objekt

Tavalise vaate järgi annab nägemine otseselt faktid välismaailma kohta. Kui kogu lugu oleks selles, kuidas nägemine füüsikaliselt ja füsioloogiliselt töötab, siis vaadatava loomus määraks selle, mida nähakse, ning sama vaatepildiga vaatlejatel oleksid alati samad nägemuselamused. 
Ent on palju tõendeid, mis näitavad, et see pole nii, isegi kui kujutised võrkkestal langevad kokku. On jooniseid, mida saab näha erinevate asjade kujutistena, ja see, mida nähakse, ei sõltu kujutisest võrkkestal. Ja mõned Aafrika hõimud ei näe kolmemõõtmeliste esemete perspektiivsetes kahemõõtmelistes kujutistes kolmemõõtmelisi esemeid. Sama lugu on piltmõistatustega, mida nähakse enne ja pärast lahendamist erinevalt. Paistab, et seda, mida vaatleja näeb, mõjutab mingis mõttes tema varasem kogemus. Võidakse küsida, mis on neil otsitud näidetel pistmist teadusega. Ka teaduses on olukordi, kus see, mida nähakse, sõltub vaatleja kogemustest, teadmistest ja ootustest. Seda implitseerib ka see, et pädevaks vaatlejaks (näiteks mikroskoobiga vaatajaks, röntgeniülesvõtete vaataja) tuleb õppida. Oskuslikul ja kogenud vaatlejal on teistsugused tajukogemused kui algajal. 
See on vastuolus sõna-sõnalt mõistetud väitega, et tajumused saadakse otseselt meeltest. Tavaline vastuväide on, et vaatlejad näevad küll sama asja, kuid tõlgendavad seda erinevalt. Chalmers väidab vastu, et vaatlejal on otsene ja vahetu kokkupuude ainult oma kogemustega, ja need varieeruvad vastavalt vaatleja teadmistele ja ootustele. Kujutis võrkkestal võib küll sama olla, kuid sellega vaatlejal otsest tajukokkupuudet ei ole. 
Tavalise vaate pooldajatel on põhjendamatu, tõenditega vastuolus olev eeldus, et kujutis võrkkestal määrab tajukogemuse üheselt. 
Autor ei taha väita, et me võime näha mida tahes, sõltumata kujutisest võrkkestal, vaid seda, et nägemist mõjutab veel vaimu või aju siseolek, mis sõltub meie kultuurilisest kasvatusest. See mõju ei ole aga nii suur, et see teeks suhtlemise ja teaduse võimatuks. Ja kõik vaatlejad näevad ikkagi üht ja sama asja selles mõttes, et nad näevad endast sõltumatult olemasoleva maailma sama osa.

Vaadeldavad faktid väidetena väljendatuna

Tavakeeles võidakse fakti all mõista kas fakti väljendavat väidet või asjade seisu, mida see väide tähistab. Kui väidetakse, et teadus põhineb faktidel või tuletatakse faktidest, siis peetakse silmas esimest tähendust. Eristada tuleb ka faktiväiteid tajumustest, mis võivad ajendada nende väidete aktsepteerimist. Alles faktiväidetele saaks teadust rajada.   
Kui faktidel peab olema väidete kuju, siis tundub väide, et faktid on meelte kaudu otseselt antud, väärana. Vaatlusväited ei ole ju meelte kaudu antud ega jõua ajju. Vaatlusväite sõnastamiseks ja sellega nõustumiseks peab vaatlejal olema kohane mõistestik ja oskus seda kohaselt rakendada. Laps peab näiteks õuna mõiste õppides omandama, ja selle käigus saab ta õunte kohta palju teada. Sellepärast tundub, et ei saa eeldada, et kõigepealt tuleb vaadelda fakte õunte kohta, ja siis saab neist faktidest tuletada teadmise, sest väidetena sõnastatud faktid eeldavad palju teadmist õunte kohta. Või näiteks, botaanik oskab vaadelda taimede kohta rohkem fakte kui võhik, sest tal on täiuslikum mõistestik, sest ta tunneb paremini botaanikat. Botaanika tundmine on faktiliseks baasiks olevate vaatlusväidete sõnastamise eeltingimus. Eeldusi a) ja b) ei saa sellisel kujul aktsepteerida. Et vaatlusväited eeldavad teadmist, siis ei saa olla nii, et kõigepealt tehakse faktid kindlaks ja siis tuletatakse nendest teadmine.

Miks peaksid faktid teooriale eelnema?

Kui tõlgendada väidet, et teadus tuletatakse faktidest, nii, et enne teadmise tuletamist tuleb faktid kindlaks teha, siis see osutub nii rumalaks mõtteks, et ükski tõsine teadusfilosoof ei hakkaks seda kaitsma. Tõepoolest, tajumused sõltuvad mingil määral varasematest teadmistest ning seega valmisolekust ja ootustest, ja vaatlusväited eeldavad kohast mõistestikku. Et kindlaks teha olulisi fakte, peame otsima teatud laadi teadmist või lahendama teatud probleeme. Selle üle, millised faktid on olulised, saab otsustada olemasoleva teadmise põhjal.    
Kuidas saab päästa ideed, et teadus põhineb faktidel? Üks asi on see, kas meil on olemas mõisted vaatlusväidete sõnastamiseks, teine asi on nende väidete tõesus või väärus. Asjaolu, et oluliste vaatlusväidete sõnastamiseks on tarvis teadmist, jätab lahtiseks küsimuse, millised niiviisi sõnastatud väited pärinevad vaatlusest, millised mitte. Nii et mõtet, et teadmine peaks põhinema faktidel, ei saa õõnestada asjaoluga, et neid fakte kirjeldavate väidete otsimine ja sõnastamine sõltub teadmisest. 
Kui vaatlusväidete tõesuse või vääruse saab kindlaks teha otseselt vaatluse teel, siis sõltumata sellest, kuidas need väited sõnastati, tundub, et niiviisi kinnitatud vaatlusväited annavad teaduslikule teadmisele olulise faktilise baasi.

Vaatlusväidete ekslikkus

Kas on õigustatud eeldada, et vaatlusväidete tõesuse või vääruse saab vaatluse abil probleemideta kindlaks teha? 
Probleemid võivad tekkida sellest, et eri vaatlejatel ei pruugi olla sama vaatepildi tajumisel samad tajumused, ja siis võivad tekkida lahkarvamused vaadeldavate asjade seisude kohta. Kuidas hoolimata sellistest raskustest saada teadusele kindlat vaatluslikku baasi? 
Raskused seoses teaduse vaatlusliku baasi usaldatavusega tulevad ka sellest, et otsustused vaatlusväidete adekvaatsuse kohta on mõnel moel sõltuvad eeldatavatest teadmistest, nii et need otsustused osutuvad ekslikeks. Näiteks arvati varem, et vaadeldakse otseselt tuld kui elementi või ainet. Kui teadmine, millest võetakse mõisted, mida vaatluste kirjeldamiseks kasutatakse, on vigane, siis on ka neid mõisteid eeldavad vaidlusväited vigased. Enne kui taibati, et Maa liigub, oli väide "maa seisab paigal" vaatlustega kinnitatud fakt. Tuleb välja, et teadusrevolutsioon ei toonud kaasa mitte ainult teooria muutumise, vaid ka muutuse selles, mida peetakse vaadeldavateks faktideks. Koperniku ideest, et Maa pöörleb ümber Päikese, järeldub, et Veenuse ja Marsi näiv läbimõõt muutuvad aasta jooksul tunduvalt. Koperniku arvutuste järgi pidi erinevus olema Marsi puhul kuni umbes 8-kordne ja Veenuse puhul kuni umbes 6-kordne. Hoolikas vaatlus palja silmaga ei näidanud aga Veenuse puhul mingit erinevust, Marsi puhul ei ületanud erinevus kahte korda. Nii et Veenuse näiva läbimõõdu muutumatus sai otsese vaatlusliku kinnituse. Raamatu "De revolutionibus" ühe eessõna autor Andreas Osiander kasutas seda fakti argumendina selle kasuks, et Koperniku teooriat ei tule sõna-sõnalt võtta. Nüüd on teada, et silm ei ole tumedal taustal olevate väikeste valgusallikate suuruse hindamisel usaldatav. Galileo Galilei kinnitas Koperniku ennustust teleskoobi abil. See on näide sellest, kuidas teadmiste ja tehnika areng võimaldas parandada vea vaadeldavates faktides. See illustreerib seda, et kui öelda, et teaduslik teadmine põhineb faktidel, siis tuleb möönda, et ka faktid on ekslikud ja parandatavad ning teaduslik teadmine ja faktid, millel need põhinevad, on teineteisest sõltuvad.         
Loosung "teadus tuletatakse faktidest" pidi tabama intuitsiooni, et teadusliku teadmise eriline staatus tuleb osalt sellest, et ta rajaneb kindlal alusel, nimelt vaatlusega kindlaks tehtud faktidel. Üks raskus on seotud sellega, et tajumusi mõjutavad vaatleja taust ja ootused, nii et see, mis ühe jaoks tundub vaadeldav fakt, ei pruugi teise jaoks seda olla. Teine raskus tuleb sellest, et otsustused vaatlusväidete tõesuse kohta sõltuvad sellest, mida juba teatakse või eeldatakse, nii et vaadeldavad faktid muutuvad sama ekslikeks kui eeldused, mis nende aluseks on. Nii et võib-olla teaduse vaadeldav baas ei ole nii otsene ja kindel, kui tavaliselt arvatakse. Järgmises peatükis püütakse neid kartusi leevendada.

Vaatlus: passiivne ja privaatne või aktiivne ja avalik?

Paljud filosoofid peavad vaatlust passiivseks ja privaatseks. Seda sooritab indiviid, kes paneb hästi tähele, mida taju talle esitab. Et kaks vaatlejat ei pääse teineteise tajumustele ligi, siis nad ei saa omavahel arutada nende faktide kehtivust, mida need väidetavalt kindlaks teevad.  
Selline arusaam ei pea paika igapäevaelu taju puhul, rääkimata teadusest. Tajumuse kehtivuse kindlakstegemiseks tehakse hulk asju, millest paljud on automaatsed ja võib-olla teadvustamata. Nägemise käigus skaneeritakse esemeid, liigutatakse pead, et kontrollida oodatavaid vaatepildi muutusi, jne. Kui ei olda kindel, kas nähakse aknast välja või peegeldust aknal, siis liigutatakse pead, et näha, kuidas see muudab vaatepildi suunda. Kui kaheldakse, kas see, mis tajumuste põhjal tundub, on kehtiv, siis probleem kõrvaldatakse mitmesuguse tegevusega. Kui ei olda kindel, kas tegu on tomatiga või selle optilise kujutisega, siis saab seda katsuda ning vajaduse korral maitsta ja lõigata.  
Kui Robert Hooke ja Henry Powers vaatasid vast leiutatud mikroskoobiga väikesi putukaid, siis olid neil algul sageli lahkarvamused selles, mida nad nägid. Hooke pani tähele, et mõned lahkarvamused tulevad erinevast valgustusest. Ühes valguses paistab kärbse silm aukudega kaetud võrena, teises koonustega kaetud pinnana ja kolmandas püramiididega kaetud pinnana. Probleemi lahendamiseks võttis Hooke ette praktilisi sekkumisi. Et vältida sätenduse ja peegelduste moonutavat mõju, valgustas ta näidiseid ühtemoodi, kasutades soolalahuses hajutatud küünlavalgust. Ta valgustas ka näidiseid mitme nurga alt, et näha, milliseid tunnuseid see ei mõjuta. Mõnesid putukaid tuli brändiga uinutada, et nad oleksid liikumatud, kuid kahjustamata. Hooke'i raamat "Micrographia" sisaldab palju kirjeldusi ja joonistusi. Need olid ja on avalikud, teised saavad neid kontrollida, kritiseerida ja täiendada. Kui mõne valgustuse puhul paistab, et kärbse silm on kaetud aukudega, siis seda asjade seisu ei saa oma tajumusi hästi tähele panev vaatleja kasulikult hinnata. Hooke näitas, mida saab teha, et niisugustel puhkudel nähtumuste ehtsust kontrollida, ja neid protseduure saab teha igaüks, kellel on vastavad kalduvused ja oskused. Lõpuks saadakse vaadeldavad faktid kärbse silma ehituse kohta, mis on aktiivse ja avaliku protseduuri tulemus.  
Taju subjektiivsed aspektid ei pruugi olla teaduse jaoks lahendamatuks probleemiks. Raskusi, mis tulevad vaatlejate tajumuste erinevusest, saab suuresti kõrvaldada vastava tegevusega. Indiviidide tajuotsustused võivad olla ebausaldatavad. Teaduses korraldatakse vaadeldav olukord nii, et neile otsustustele tuginetakse minimaalselt või üldse mitte. Näiteks paistab kuu kõrgel taevas palju väiksemana kui horisondil. Tegelikult sellist suuruseerinevust ei ole. Kuuketta nurkläbimõõtu saab kontrollida vaatetoruga, milles on skaala ja traatvõrestik. Selgub, et nurkläbimõõdus olulist erinevust pole.

Galilei ja Jupiteri kaaslased

Galileo Galilei väitis, et oli oma teleskoobiga näinud Jupiteri nelja kaaslast (Galilei kuud), aga tal oli raske teisi oma vaatluste kehtivuses veenda. Asi oli oluline, sest üks argument Koperniku heliotsentrilise maailmasüsteemi vastu oli see, et kui Maa tiirleks ümber Päikese, siis Kuu jääks maha. Kui Jupiteril on kaaslased, siis see argument langeb ära, sest ka Koperniku vastased usuvad, et Jupiter liigub. Galilei veenis oma võistlejaid Jupiteri kaaslaste olemasolus kahe aastaga. Ta kinnitas teleskoobi külge korrapäraselt asetsevate horisontaal- ja vertikaaljoontega skaala, mis asetses vaatleja suunas ning mida sai piki teleskoopi edasi-tagasi nihutada. Vaatleja üks silm vaatas teleskoopi, teine skaalat. Skaalat valgustas lambike. Teleskoop suunati Jupiterile ning skaalat nihutati nii, et Jupiter paistis kohakuti skaala keskmise ruuduga. Nüüd oli kaaslase asend skaalal näha, kusjuures lugem tähendas seda, mitme Jupiteri läbimõõdu kaugusel kaaslane Jupiterist oli. See oli mugav ühik, sest planeedi näiv läbimõõt muutub koos planeedi kaugusega Maast. Galilei registreeris Jupiteri saatvate "tähekeste" käitumist ning näitas, et andmed on kooskõlas oletusega, et tegu on kaaslastega, mis tiirlevad kindla perioodiga ümber Jupiteri. Lisaks mõõtmisele vaadeldi nende vaateväljalt kadumist planeedi taha või ette või planeedi varju. Galileil olid tugevad argumendid oma vaatluste tõepärasuse kasuks. Kui oleks tegu olnud teleskoobi tekitatud illusiooniga, siis oleks olnud raske seletada, miks see tekkis ainult Jupiteri lähedal. Argumendiks oli ka mõõtmiste kooskõlalisus ja korratavus ning ühitatavus oletusega, et kaaslased tiirlevad ümber Jupiteri kindla perioodiga. Kvantitatiivseid andmeid kinnitasid ka sõltumatud vaatlejad. Galilei oskas ka ennustada kaaslaste tulevasi asendeid ning üleminekuid ja varjutusi, ning ka nende ennustuste õigsust kinnitasid sõltumatud vaatlejad. Varsti olid kaasaegsed pädevad vaatlejad (ka algsed vastased) veendunud teleskoopiliste vaatluste tõepärasuses (oli küll ka vaatlejaid, kellel ei õnnestunudki Jupiteri kaaslasi silmata). Galilei sai viidata praktilistele, objektiivsetele testidele. Kuigi tema argumendid polnud võib-olla lõplikult otsustavad, olid need võrreldamatult tugevamad kui nende omad, kes pidasid tema vaatlusi teleskoobi tekitatud illusioonideks või artefaktideks.

Vaadeldavad faktid on objektiivsed, kuid ekslikud

Vaadeldava fakti mõistet saab kaitsta nii. Vaatlusväide moodustab fakti, mis väärib teaduse baasi sissevõtmist, kui teda saab meeltega otseselt testida ja ta teeb need testid edukalt läbi. Otsene testimine tähendab seda, et testimine seisneb rutiinsetes objektiivsetes protseduurides, mis ei nõua vaatlejalt peeni subjektiivseid otsustusi. Testide rõhutamine toob välja vaatlusväidete õigustamise aktiivse, avaliku iseloomu. Nii ehk saab tabada vaatlustega probleemitult kindlaks tehtud fakti mõistet. Näiteks pikkust saab mõõdupuu abil nägemist hoolikalt kasutades väikese mõõtmisvea piires kindlalt mõõta. 
Vaadeldavad faktid on mingil määral ekslikud ja revideeritavad. Kui väidet peetakse vaadeldavaks faktiks, sest see on seni kõik testid edukalt läbi teinud, siis see ei tähenda, et ta tingimata teeks läbi uued testid, mis teadmiste ja tehnika arengu tõttu võimalikuks saavad. Vaatlused, mis sobivad teadusliku teadmise baasiks, on objektiivsed, sest neid saab otseste protseduuridega avalikult testida, ja ekslikud, sest neid võivad õõnestada tulevikus võimalikuks saavad uued testid.
Galilei pakkus välja objektiivse meetodi tähe läbimõõdu mõõtmiseks. Ta riputas enda ja tähe vahele pillikeele täpselt sellisele kaugusele, et pillikeel varjas tähe ära. Siis on keelel ja tähel sama nurkläbimõõt. Praegu on teada, et need tulemused ei ole usaldatavad, sest tähe näivad mõõtmed tulevad täielikult atmosfääri- ja muudest müradest ning neil pole kindlat seost tähe tegelike mõõtmetega. Galilei mõõtmised põhinesid varjatud eeldustel, mis on nüüdseks tagasi lükatud. Ent sel tagasilükkamisel pole pistmist taju subjektiivsusega. Need vaatlused olid selles mõttes objektiivsed, et need sisaldasid rutiinseid protseduure, mis annaksid praegugi suuresti sama tulemuse.  
See, et teadusel puudub eksimatu vaatluslik baas, ei tule ainult taju subjektiivsusest.

Mitte lihtsalt faktid, vaid asjassepuutuvad faktid

Oletame, et meeli hoolikalt kasutades saab fakte kindlaks teha. Kas selliste faktide olemasolu lahendab teaduse faktilise baasi probleemi? Kas sellistest faktidest tuletataksegi teaduslik teadmine? Osutub, et mitte. 
Teaduses ei ole tarvis mitte lihtsalt fakte, vaid asjassepuutuvaid fakte. Enamik vaatlusega kindlakstehtavaid fakte on teaduse jaoks mitteasjassepuutuvad. See, millised faktid puutuvad asjasse, oleneb teaduse arengu seisust. Teadus esitab küsimusi, ja ideaaljuhul annab vaatlus vastused. Asjassepuutumine seisneb osalt selles. 
Maailmas toimuvad korraga paljud protsessid, mis mõjutavad üksteist keerulisel moel. Neid protsesse ei ole võimalik mõista, kui vaadelda hoolikalt tavalisi ja loomulikke sündmusi. Selleks et saada looduses toimuvate protsesside äratundmiseks ja iseloomustamiseks vajalikke asjassepuutuvaid fakte, on üldjuhul tarvis praktilist sekkumist, et püüda isoleerida uuritav protsess ning elimineerida teiste protsesside mõju. See ongi katsete tegemine. Teaduse baasiks olevad faktid peavad olema katsete tulemused.

Katsetulemuste saamine ja ajakohastamine

Katsetulemused ei ole otseselt antud, neid ei ole kerge saada. Uue olulise katse tegemine võib võtta kuid või isegi aastaid. Kui katsetulemused moodustavad faktid, millel teadus põhineb, siis need ei ole meeltega otseselt antud. Nende saamiseks tuleb vaeva näha, ja see nõuab suuri teadmisi ja oskusi, katse ja eksituse meetodil katsetamist ning olemasoleva tehnika kasutamist. Ka otsustused katsetulemuste adekvaatsuse üle ei ole otsesed. Katsed on adekvaatsed ainult juhul, kui katse skeem on sobiv ja häirivad tegurid on kõrvaldatud. Selleks jälle on tarvis teada, mis need häirivad tegurid on ja kuidas neid kõrvaldada. Mis tahes puudujääk asjassepuutuvates teadmistes nende tegurite kohta võib viia ebaadekvaatse katse ja vigaste järeldusteni. Nii et katsefaktid on teooriaga olulises mõttes seotud. Seega on katsetulemused ekslikud ning neid saab ajakohastada või asendada. Need võivad tehnika arengu tõttu vananeda, need võidakse tagasi lükata mõistmise paranemise tõttu (katse skeemi hakatakse pidama ebaadekvaatseks) ja neid võidakse asjasse mittepuutuvatena ignoreerida, kui teoreetiline mõistmine on nihkunud.

Teaduse eksperimentaalse baasi teisenemine: näited ajaloost

19. sajandi viimasel veerandil pakkus teadlastele suurt huvi katoodkiirte loomus. Heinrich Hertz tegi 1880. aastatel rea katseid, millest ta järeldas, et katoodkiired ei ole laetud osakeste voog, sest paistis, et nende suunaga risti olevas elektriväljas nad ei kaldu kõrvale. Praegu peetakse seda järeldust vääraks ja neid katseid ebaadekvaatseteks. Enne sajandi lõppu tegi Joseph John Thomson katsed, millega ta näitas veenvalt, et elektri- ja magnetväljad kallutavad katoodkiiri kõrvale nagu laetud osakeste voogu, ning mõõtis osakeste elektrilaengu ja massi suhte. Katsetulemusi parandada ja kõrvale jätta võimaldas parem tehnika ja olukorrast parem arusaamine. Elektronid, millest katoodkiired koosnevad, saavad gaaslahendustorus leiduvaid gaasimolekule ioniseerida (neist elektrone välja lüüa); ioonid saavad metallplaatidele koguneda ning tekitada katse seisukohast liigseid elektrivälju. Nähtavasti nende väljade tõttu Hertzil ei õnnestunudki kiirte kõrvalekallet tekitada. Thompson eemaldas paranenud vaakumitehnikaga (jääkgaasi eemaldamine pindadelt küpsetamise teel ja eemaldamine torust vaakumpumba abil) torust rohkem molekule ning paigutas elektroodid paremini. Sama gaasirõhu juures nagu Hertzil ei täheldanud ka Thompson kiirte kõrvalekaldumist. Hertzil oli oma teadmiste juures alus uskuda, et rõhk on piisavalt madal ja torul on sobiv ehitus. Alles arenenuma teooria ja tehnika seisukohast oli tema katse puudulik. Ka tänapäeva katsed võivad hiljem puudulikuks osutuda. 
Aastal 1888 sai Hertz esimesena raadiolained, mis kinnitasid James Clerk Maxwelli elektromagnetismiteooriat. Hertzi tulemused on enamikus aspektides tänapäevalgi aktsepteeritavad ja olulised, ent mõned tema tulemused tuli asendada ja mõned tema peamistest tõlgendustest tuli tagasi lükata. Ka see illustreerib katsetulemuste revideeritavust ja parandatavust. Hertz mõõtis saadud seisulainete lainepikkust ning arvutas selle järgi nende kiiruse. Tuli välja, et õhus levivad need kiiremini kui juhtmetes ja valguse kiirusest kiiremini; Maxwelli teooriast aga tulenes ennustus, et need levivad nii õhus kui ka juhtmetes valguse kiirusega. Nagu Hertz juba kahtlustaski, olid tulemuseed ebaadekvaatsed, sest lained peegeldusid labori seintelt tagasi, nii et tekkis soovimatu interferents. Aga suuremaid ruume tema käsutuses polnud. Mõne aasta pärast tehti katsed, kus lainepikkuse ja ruumi mõõtmete suhe oli väiksem, ning saadi tulemused, mida Maxwelli teooria ennustas. Katsetulemused ei pea olema ainult adekvaatsed (täpsed), vaid ka kohased ehk olulised. Tavaliselt kavandatakse katsed nii, et tulemused heidaksid valgust mõnele olulisele küsimusele. Otsustused selle kohta, mis on oluline küsimus ja kas konkreetne katsete seeria vastab sellele adekvaatselt, sõltuvad sellest, kuidas praktilist ja teoreetilist olukorda mõistetakse. Võistlevate elektromagnetismiteooriate olemasolu ning asjaolu, et üks võistlejatest ennustas raadiolainete levimist valguse kiirusega, tegi Hertzi katse lainete kiirust mõõta oluliseks; lainete peegeldumise mõistmine võimaldas taibata, et Hertzi katseplaan ei olnud sobiv. Hertzi kiirusemõõtmiste tagasilükkamisel pole mingit pistmist inimtajuga. Pole mingit alust kahelda Hertzi vaatluste täpsuses. Neid tulemusi võib pidada objektiivseteks selles mõttes, et igaüks, kes neid kordab, saab sarnased tulemused. 
Sellal kui Hertz tegi katseid raadiolainetega, võistlesid omavahel Maxwelli teooria, mille järgi elektrilised ja magnetilised olekud on eetri mehaanilised olekud, ja teooriad, mille järgi elektrivoolud, elektrilaengud ja magnetid mõjutavad üksteist kaugmõju teel ilma eetri vahenduseta. Maxwelli teooria ennustas raadiolainete levikut valguse kiirusega. See andis Hertzi tulemustele teoreetilise olulisuse. Raadiolained kinnitasid muu hulgas eetri olemasolu. Hiljem sai Albert Einsteini erirelatiivsusteooria läbi ilma eetrita. Hertzi tulemusi peetakse praegugi Maxwelli teooriat kinnitavateks, kuid nüüd on jutt selle uuest versioonist, mille järgi eetrit ei ole ning elektri- ja magnetväli on omaette reaalsused. 
19. sajandi teise poole keemias peeti oluliseks mõõta looduslike keemiliste elementide ja ühendite molekulkaalu. Algselt eeldati, et molekulkaalud on vesiniku aatomkaalu kordsed; William Prouti esitatud Prouti hüpoteesi järgi kõik aatomid koosnevadki vesinikuaatomitest. Hiljem mõisteti, et looduslikud elemendid on isotoopide segud proportsioonides, millel pole erilist teoreetilist tähtsust, ning seetõttu pole ka nende aatomkaalu täpsel mõõtmisel teoreetilist tähtsust. Need mõõtmised olid küll väga adekvaatsed ja täpsed, ent osutusid asjakohatuteks ja ebaolulisteks.
Teaduse kohaseks aluseks olevate katsetulemuste kogumit ajakohastatakse pidevalt. Vanad katsetulemused heidetakse ebaadekvaatsetena kõrvale ja asendatakse adekvaatsematega, sest kas katse ei arvestanud kõigi kõrvaliste mõjudega, mõõtmisviis ei olnud piisavalt tundlik, osutus, et katse ei lahenda probleemi, või siis osutus, et küsimuseasetus ise ei olnud õige. Seega teadus ei rajane kindlatel alustel, kusjuures enamasti ei ole asi inimtaju ebatäiuslikkuses.

Katse kui teaduse ebaadekvaatne alus

Seda, et katsetulemused on teooriasõltelised ning ekslikud ja revideeritavad, võib võtta tõsise ohuna arusaamale, et teaduslik teadmine on selle poolest eriline, et see toetub mingil eriti nõudlikul ja veenval moel kogemusele. Kui teadmise eksperimentaalne alus on ekslik ja revideeritav, siis peab seda olema ka sellel põhinev teadmine. Pealegi on siin tsirkulaarsuse oht, sest katsetulemuste adekvaatsuse üle otsustatakse teooriate põhjal ja teooriaid tõendavad needsamad katsetulemused. Sellepärast tundub väga võimalik, et teaduses pole piisavalt vahendeid, et lahendada võistlevate teooriate pooldajate vaheline vaidlus katsetulemuste põhjal.   
Tuleb möönda, et teooria ja katse on seotud viisil, mis sisaldab tsirkulaarset argumenti. Kui Chalmers oli õpetaja, siis õpilased pidid tegema järgmise katse. Hoburaudmagneti pooluste vahele oli riputatud elektrivoolu all olev pool, mis sai vabalt pöörelda ümber pooluseid ühendava sirgega risti oleva telje. Pool oli osa vooluringist, mis sisaldas vooluallikat, ampermeetrit elektrivoolu tugevuse mõõtmiseks ning muudetava takistusega takistit, mille abil sai voolutugevust reguleerida. Ülesanne oli mõõta magneti kõrvalekalle voolutugevuse eri väärtuste korral ning joonistada graafik. Õige graafik oli sirge tõusuga 2. Chalmers taipas aga, et katse on tsirkulaarne. Ampermeetri sees on magneti pooluste vahele riputatud pool, milles olev elektrivool kallutab magnetit nii, et see paneb ampermeetri osuti skaalal nihkuma. Nii et ampermeetri kasutamisega juba eeldati katsetulemust.   
Sama näite abil saab aga ka näidata, et tsirkulaarsust ei pruugi olla. Voolutugevust oleks saanud mõõta ka teisel viisil. Kõik katsed eeldavad mingeid teooriaid, mille apil otsustatakse, kas katseplaan on adekvaatne ja kas mõõteriistad mõõdavad seda, mida tarvis. Aga eeldatavad teooriad ei pea olema needsamad, mida kontrollitakse, ja mõistlik oleks eeldada, et hea katseplaan tagab, et ei ole. 
Peale selle, katsetulemused määrab maailm, mitte teooriad, järgmises mõttes. Katse annab positiivse või negatiivse tulemuse ja me ei saa panna tulemust oma teooriaid kinnitama. Katsed annavad erinevad tulemused katse erineva korralduse tõttu, mitte katse tegijate erinevate teooriate tõttu. Sellepärast saabki katsete abil teooriaid kontrollida. Tõsi küll, olulisi tulemusi on raske saada ja need on ekslikud, ja nende tähendus pole alati selge. Aga teooriate kontrollimisel katsetulemuste abil on siiski mõte. Ja teaduse ajaloos on näiteid, kus sellega on edukalt hakkama saadud.

Sissejuhatus

Oletame, et teaduses saab kohased faktid kindlaks teha. Nüüd tekib küsimus, kuidas nendest saab tuletada teadusliku teadmise. Tuli välja, et pole mõistlik arvata, et see käib nii, et kõigepealt tehakse faktid kindlaks ja siis luuakse teooria, mis on nendega kooskõlas. Nüüd on küsimus teooria loogilises sõltuvuses faktidest. Kõige tugevam võimalik väide oleks see, et teooriat saab faktidest loogiliselt tuletada, st tõestada, et see järeldub faktidest. Sellist väidet pole võimalik põhjendada.

Teised probleemid induktsionismiga

Nimetame positsiooni, mille järgi teaduslik teadmine tuleb tuletada mingit liiki induktiivse järeldamise teel, induktsionismiks, ning selle pooldajaid induktsionistideks. 
Sellel vaatel on see tõsine raskus, et pole täpseid tingimusi, millel üldistus on saadud hea induktiivse järeldamise teel, seega pole selge, milles induktsioon seisneb. 
On ka teisi probleeme.
Kui võtta tänapäeva teaduslikku teadmist sõna-sõnalt, siis tuleb tunnistada, et palju sellest käib vaadeldamatu kohta. Jutt on näiteks prootonitest, elektronidest, geenidest, DNA molekulidest. Kuidas saab seda sobitada induktsionismiga? Tundub, et induktsioon ei võimalda saada vaadeldavate faktide põhjal teadmist vaadeldamatu kohta. Induktsionist peaks siis hülgama suure osa tänapäeva teadusest. 
Paljudel teaduslikel seadustel, näiteks gravitatsiooniseadusel, on täpsete matemaatiliselt formuleeritud seaduste kuju. Aga mõõtmised, mille abil on saadud nende seaduste vaadeldavad tõendid, on ebatäpsed. 
Kolmas probleem on induktsiooniprobleem, mis tekib eeldusel, et kogu teaduslik teadmine peab olema õigustatud deduktiivse loogikaga või tuletatud kogemusest. Probleemi tõstatas David Hume. Kuidas õigustada induktsiooni ennast? Lähtume sellest, et õigustada on võimalik ainult loogika või kogemuse abil. Me nägime juba, et loogikaga induktsiooni õigustada ei saa. Seega kuidas õigustada induktsiooni kogemuse abil? Kui öelda, et kogemus näitab, et induktsiooni teel on paljudel juhtudel saadud seadusi, mida on paljudel juhtudel väga edukalt rakendatud hästi töötavate instrumentide konstrueerimisel ja ennustuste tegemisel ja nähtuste seletamisel, siis saab vastu väita, et see argument põhineb induktsioonil, nii et induktsiooni õigustamiseks kasutatakse induktsiooni ennast, mis on täiesti mitterahuldav.
Üks ettepanek induktsiooniprobleemi vältimiseks on nõrgendada nõuet, et teadusliku teadmise tõesust tuleb tõestada, ning rahuldada väitega, et tõendite valguses saab näidata, et teaduse väited on tõenäoliselt tõesed. Siis saab induktsiooniprintsiibi niimoodi ümber sõnastada: kui on vaadeldud suurt arvu A-sid väga mitmekesistes tingimustes ja kui eranditult kõigil neil A-del on omadus B, siis tõenäoliselt kõigil A-del on omadus B. Aga niimoodi induktsiooniprobleemist mööda ei pääse. Ka ümbersõnastatul kujul on induktsiooniprintsiip üldväide, ka selle õigustamiseks läheks tarvis induktsiooni. Induktsiooniprintsiibi sellisel kujul on teinegi probleem. Kui me tahame täpsustada seaduste või teooriate tõenäosust konkreetsete tõendite valguses, siis tundub usutav, et kui seadus on vaatlustega paremini toetatud, siis seaduse tõenäosus suureneb. Aga tavalist tõenäosusteooriat kasutades on raske vältida järeldust, et iga üldise seaduse tõenäosus on null sõltumata tõenditest. Et tõendeid vaatlusväiteid on lõplik arv ja seadus käib lõpmatu arvu võimalike juhtumite kohta, siis tõenäosus on lõpliku arvu jagatis lõpmatusega. Või teisiti vaadates, kui on antud lõplik arv vaatlusväiteid, siis on alati lõpmata palju üldväiteid (hüpoteese), mis on sellega ühitatavad. Järelikult on igaühel neist tõenäosus null. 
Ilmnes, et induktsionismil on kahesugused probleemid. Esimesed seisnevad selles, et tuleb täpsustada, mis täpselt on adekvaatne induktiivne järeldamine. Teised on seotud tsirkulaarsusega induktsiooni õigustamise katsetes. Chalmers peab esimest tüüpi probleeme tõsisemateks, sest igasugune katse esitada teaduse teooria põrkub paratamatult tsirkulaarsuse probleemi taolistele probleemidele. Kui me otsime õigustust igale printsiibile, mida me kasutame, siis oleme paratamatult hädas, sest me ei saa anda ratsionaalset argumenti ratsionaalse argumendi kasuks, eeldamata seda, mida me tahame näidata. Isegi loogika kasuks ei saa argumenteerida ilma petitio principii'ta. Aga seda, milles seisneb kehtiv deduktiivne arutlus, saab väga täpselt öelda, erinevalt heast induktiivsest arutlusest.

Sissejuhatus

Karl Popper oli falsifikatsionismi, induktsionismi alternatiivi kõige jõulisem kaitsja. Ta õppis 1920ndatel Viinis, ajal, mil Viini ring formuleeris loogilist positivismi. Kokkupõrked selle liikme Rudolf Carnapi ja Popperi pooldajate vahel iseloomustasid teadusfilosoofiat 1960ndateni. Popperit tegi induktsionismi suhtes umbusklikuks see, kuidas psühhoanalüütikud ja marksistid toetasid oma teooriaid, tõlgendades mitmesuguseid juhtumeid oma teooria järgi ning väitsid, et see toetab nende teooriaid. Popperile tundus, et need teooriad ei saa kunagi eksida, sest nad on nii paindlikud, et kõik on nendega ühitatav. Nii et need tegelikult ei seleta midagi, sest nad ei välista midagi. Popper võrdles seda sellega, kuidas Arthur Eddington 1919 kontrollis Albert Einsteini üldrelatiivsusteooriat, mis ennustas, et valguskiired Päikesest lähedalt möödudes painduvad. Seetõttu peaks Päikese poolt paistev täht paistma nihkes oma tegeliku asukoha suhtes. Eddington otsis seda nihet, vaadates tähte päikesevarjutuse ajal, kui Päikeselt valgust ei paista. Nihet vaadeldigi ja Einsteini teooria leidis kinnitust. Popper juhtis tähelepanu sellele, et see ei oleks pruukinud nii olla, sest see teooria välistas teatud mõeldavad vaatlused. Kontrollimine seadis teooria ohtu. Popper tegi järelduse, et tõelised teaduslikud teooriad teevad konkreetseid ennustusi ning välistavad hulga asjade seise. Nii tuli ta mõttele, et teaduslikud teooriad on falsifitseeritavad. Falsifikatsioonid tunnistavad vabalt, et vaatlust juhib teooria ja vaatlus eeldab teooriat. Nad hülgavad väite, et saab näidata, et mingi teooria on vaatluslike tõendite valguses tõene või tõenäoliselt tõene. Teooriad on spekulatiivsed ja esialgsed oletused või äraarvamised, mida inimaru loob, püüdes ületada eelmiste teooriate raskusi mõnede maailma aspektide adekvaatse seletamisega. Kui spekulatiivne teooria on välja pakutud, saab seda vaatluste ja katsetega halastamatult proovile panna. Teooriad, mis vastu ei pea, tuleb kõrvale jätta ning asendada uute spekulatiivsete oletustega. Teaduse progress toimub katse ja eksituse teel, oletuste ja kummutuste kaudu. Ainult kõige kohasemad teooriad jäävad ellu. Kuigi teooria kohta pole kunagi õigustust öelda, et ta on tõene, saab loodetavasti öelda, et ta on parim saadaolev. Induktsiooni üle ei pea falsifikatsionistid pead murdma, sest nende järgi teadus ei kasuta induktsiooni.

Üks loogiline kaalutlus falsifikatsionismi kasuks

Deduktsiooni abil pole võimalik jõuda vaatlusväidetelt üleüldiste seadusteni, küll aga on võimalik deduktsiooni abil jõuda üksikväidetelt üldiste seaduste ja teooriate vääruseni. Näiteks kui vaadeldi mittemusta ronka, siis sellest järeldub kehtiva arutlusega, et "kõik rongad on mustad" on väär. Üldväidete väärust saab dedutseerida sobivatest üksikväidetest.

Falsifitseeritavus kui kriteerium teooriate jaoks

Falsifikatsionist näeb teadust hüpoteeside komplektina, mis on esialgselt ette pandud eesmärgiga täpselt kirjeldada või seletada maailma mõne aspekti käitumist. Et hüpoteesil või hüpoteeside komplektil võiks olla teadusliku seaduse või teooria staatus, peab ta olema falsifitseeritav. Hüpotees on falsifitseeritav, kui on olemas loogiliselt võimalik vaatlusväide või vaatlusväidete komplekt, mis on sellega vastuolus, st kui selle tõesus kindlaks tehakse, siis see falsifitseerib hüpoteesi. Mittefalsifitseeritavad on näiteks tautoloogiad, tõesed matemaatika väited ja "võimalik on õnn spordikihlvedudes". Falsifikatsionistid nõuavad teaduslike hüpoteeside falsifitseeritavust, sest seadus või teooria on informatiivne ainult juhul, kui ta välistab mingeid võimalikke vaatlusväiteid. Mittefalsifitseeritav väide ei ütle maailma kohta midagi. Tüüpilised loodusteaduse väited on falsifitseeritavad. Popper väitis, et vähemalt mõned marksistliku ajalooteooria, Sigmund Freudi psühhoanalüüsi ja Alfred Adleri psühholoogia väited on mittefalsifitseeritavad. Adleri teooria järgi motiveerivad inimeste tegusid alaväärsustunded. Mees seisab kärestikulise jõe kaldal, laps kukub vette. Mees kas hüppab jõkke last päästma või mitte. Kui hüppab, siis see toetab Adleri teooriat: mehel oli alaväärsustunde tõttu tarvis näidata, et ta on vapper. Kui ei hüppa, siis see toetab Adleri teooriat: alaväärsustunde tõttu oli mehel tarvis näidata, et ta suudab rahulikult pealt vaadata, kuidas laps upub. Kui see karikatuur iseloomustab seda, kuidas Adleri teooria töötab, siis see teooria ei ole falsifitseeritav. Armastava Jumala olemasolu saab teha ühitatavaks katastroofi toimumisega, tõlgendades katastroofi proovilepaneku või karistusena. Paljusid loomade käitumise näiteid võib võtta tõenditena selle kasuks, et loomad on kavandatud täitma funktsiooni, milleks nad on ette nähtud. Falsifikatsionist kritiseerib sääraseid teooriaid. Et teoorial oleks informatiivne sisu, peab ta riskima falsifitseerimisega.

Falsifitseeritavuse aste, selgus ja täpsus

Hea teaduslik seadus või teooria on falsifitseeritav, sest ta väidab maailma kohta midagi määratletut. Mida falsifitseeritavam teooria on, seda parem. Mida rohkem teooria väidab, seda rohkem on potentsiaalseid võimalusi selle falsifitseerimiseks. Väga hea teooria esitab väga mitmekesiseid väiteid maailma kohta, nii et ta on väga falsifitseeritav, kuid paneb falsifitseerimisele vastu. Näiteks seadus, et kõik planeedid tiirlevad ümber Päikese mööda ellipseid, on falsifitseeritavam kui seadus, et Marss tiirleb ümber Päikese mööda ellipsit. Newtoni seadused koos gravitatsiooniseadusega on falsifitseeritavamad kui Kepleri seadused. Newtoni teooria on falsifikatsionisti meelest parem, sest ta pani ikka falsifitseerimisele vastu. Väga falsifitseeritavaid teooriaid, mis pole falsifitseeritud, tuleb eelistada vähem falsifitseeritavatele teooriatele. Falsifitseeritud teooriad tuleb halastamatult hüljata. Teadus esitab väga falsifitseeritavaid hüpoteese, mida seejärel püütakse visalt falsifitseerida. Popper eelistab julget oletust truismidele, sest ta peab seda ainsaks võimaluseks, kuidas vigadest õppida; leides, et oletus on väär, jõuame tõele lähemale. Et universaalsete seaduste ja teooriate tuletamine vaatlusväidetest on võimatu, kuid nende vääruse dedutseerimine on võimalik, siis falsifikatsioonid on teaduse löövad saavutused, suured kasvupunktid. Falsifikatsionist julgustab rutakaid spekulatsioone, kui need on falsifitseeritavad ja falsifitseerimise korral need hüljatakse. See vastandub induktsionistide ettevaatlikule hoiakule, mis lubab teadusesse ainult neid teooriaid, mille tõesust või tõenäolist tõesust on näidatud; kogemuse vahetutest tulemustest tuleb ainult nii kaugele edasi minna, kui viib legitiimne induktsioon. Falsifikatsionist aga ütleb, et looduse saladusi saab paljastada ainult teravmeelsete ja läbitungivate teooriate abil. Mida rohkem ja mida spekulatiivsemaid teooriaid maailmaga võrreldakse, seda rohkem on võimalusi suurteks edusammudeks. Pole ohtu, et teooriaid sigineb liiga palju, sest kõik ebaadekvaatsed jäetakse kõrvale. Kõrge falsifitseeritavuse astme nõudest järeldub, et teooriad peavad olema selgelt formuleeritud ja täpsed. Kui pole selge, mida teooria väidab, siis saab vaatluse või katse tulemusi alati tõlgendada teooria kasuks. Poliitikud ja ennustajad väldivad vigu sellega, et teevad oma väited nii ebamäärasteks, et neid saab alati tõlgendada tegeliku asjade käiguga ühitatavatena. Mida täpsemad on teooria väited, seda parem, sest teooria on seda falsifitseeritavam.

Falsifikatsionism ja progress

Teadus alustab probleemidest, mis on seotud maailma mõnede aspektide käitumise seletamisega. Teadlased esitavad probleemi lahendamiseks falsifitseeritavaid hüpoteese, mida seejärel kritiseeritakse ja testitakse. Mõned kõrvaldatakse ruttu, teised osutuvad edukamaks. Viimaseid kritiseeritakse ja testitakse veel rangemalt. Kui hüpotees, mis on mitmekesistele testidele edukalt vastu pidanud, lõpuks falsifitseeritakse, on tekkinud uus probleem, mis on loodetavasti kaugel esialgsest lahendatud probleemist. See kutsub leiutama uusi hüpoteese, ja nii lõputult edasi. Teooria kohta ei saa kunagi öelda, et see oleks tõene, kui hästi ta ka poleks rangetele testidele vastu pidanud, kuid loodetavasti saab öelda, et praegune teooria on eelkäijatest parem, sest ta peab vastu testidele, mis falsifitseerisid eelkäijad.  
Teadus algab probleemidest, mida tekitab enam-vähem otsene vaatlus. Kas siis ka mitte falsifikatsionisti jaoks ei alga teadus vaatlusest? Ei. Vaatlused on problemaatilised ainult mõne teooria valguses. Teadus ei alga paljast vaatlusest. 
Nahkhiired lendavad kergesti ja kiiresti, vältides
takistusi, ja püüavad putukaid. Ometi on neil nõrgad silmad ja nad lendavad enamasti öösiti. See tundub falsifitseerivat usutava teooria, et loomad näevad silmadega. Võib esitada hüpoteesi, et nahkhiired lendavad öösel tõhusalt siiski tänu silmadele. Seda saab testida: kui nad orienteeruvad tänu silmadele, siis nad kinniseotud silmadega ei orienteeru. Selgub aga, et nad orienteeruvad kinniseotud silmadega sama hästi, nii et hüpotees on falsifitseeritud. Nüüd esitatakse hüpotees, et mängus on kõrvad. Kõrvad topitakse kinni, ja nüüd on orienteerumisvõime tugevasti kahjustatud. See toetab hüpoteesi. Hüpotees tehakse täpsemaks, nii et seda on kergem falsifitseerida: nahkhiir kuuleb oma piiksutamise kaja. Neil topitakse suu kinni, ja jälle nad ei orienteeru, nii et hüpotees saab toetust. Nüüd on leitud probleemile esialgne lahendus, kuigi katsega pole tõestatud, kuidas nahkhiired lendamisel kokkupõrkeid väldivad. Võib olla tegureid, mis näitavad, et hüpotees on väär. Võib-olla nahkhiir ei aisti kaja mitte kõrvadega, vaid kõrvade lähedal asuvate tundlike piirkondadega. Võib-olla eri liiki nahkhiired tajuvad takistusi väga erinevalt.    
Teaduse progress Aristotelesest Isaac Newtonini ja Newtonist Albert Einsteinini on umbes niisugune. Aristotelese füüsika suutis seletada mitmekesiseid nähtusi. Rasked esemed kukuvad maapinnale, sest nad püüdlevad oma loomuliku koha poole maailma keskel. Pumpade töö on seletatav sellega, et vaakum pole võimalik. Aristotelese füüsika falsifitseeriti mitmel moel: ühtlaselt liikuva laeva mastist kukutatud kivid kukuvad tekile masti jalamil, mitte sellest eemale, nagu Aristotelese teooria ennustab. On näha, et Jupiteri kaaslased (Galilei kuud) ei tiirle mitte ümber Maa, vaid ümber Jupiteri. Newtoni füüsika osutus paremaks teooriaks kui Aristotelese oma. See seletas kõike seda, mida Aristotelese teooriagi, kuid ka Aristotelese teooria jaoks problemaatilisi nähtusi. Peale selle seletas see nähtusi, mida Aristotelese teooria ei puudutanud, näiteks loodete ja Kuu asukoha vahelist seost ning gravitatsioonijõu erinevust eri kõrgustel üle merepinna. Kaheks sajandiks jäi Newtoni teooria edukaks: seda ei õnnestunud falsifitseerida toetudes selle ennustuste väärusele. Selle teooria abil avastati isegi uus planeet Neptuun. Jätkuvaid katseid teooriat falsifitseerida kroonis siiski edu. See ei seletanud Merkuuri näiva orbiidi üksikasju ega kiiresti liikuvate elektronide massi muutumist gaaslahenduslampides. Albert Einsteini relatiivsusteooria seletas nähtusi, mis Newtoni teooriat falsifitseerivad, ja ka nähtusi, mida Newtoni teooria seletab, ja ennustas uusi nähtusi. Erirelatiivsusteooria ennustas massi suurenemist kiiruse kasvades ning massi ja energia samaväärsust, üldrelatiivsusteooria ennustas valguskiirte paindumist tugevas gravitatsiooniväljas. Katsed Einsteini teooriat selle ennustuste väärust näidates falsifitseerida ebaõnnestusid. See pole seni õnnestunud, ja kui see õnnestub, on see füüsika progressis uus samm.  
Teaduse kasvu, progressi mõiste on teaduse falsifikatsionistlikus teoorias keskne.

Suhtelised, mitte absoluutsed falsifitseeritavuse astmed

Ei piisa, kui öelda, et mida falsifitseeritavam hüpotees on, seda parem. Tuleb lisada, et hüpotees peab olema falsifitseeritavam kui hüpotees, mille asemele seda pakutakse. Ei küsita mitte lihtsalt seda, kas ja kui falsifitseeritav teooria on ja kas ta on falsifitseeritud, vaid seda, kas uus teooria on vana teooria elujõuline asendus. Teooria väärib kaalumist, kui ta on vanast falsifitseeritavam, eriti kui ta ennustab mõnd uut liiki nähtust, mida vana ei puuduta. Rõhuasetus teooriate jada falsifitseeritavusastmete võrdlusel, mis tuleneb rõhuasetusest kasvaval ja evolveeruval teadmiste korpusel, võimaldab mööda minna falsifitseeritavuse mõõtmise probleemist. Teooria absoluutse falsifitseeritavuse mõõtu pole kerge määratleda, sest teooria potentsiaalseid falsifitseerijaid on lõpmata palju. Seaduste või teooriate falsifitseeritavuse astmed on aga tihti võrreldavad. Falsifikatsionist tahaks, et ta saaks ideaaljuhul ütelda, et teooriate jada, mis moodustab falsifitseeritavate teooriate ajaloolise evolutsiooni, koosneb teooriatesest, millest igaüks on falsifitseeritavam kui tema eelkäija.

Kasvav falsifitseeritavus ja ad hoc-modifikatsioonid

Nõue, et teaduse progreseerudes oleksid selle teooriad järjest falsifitseeritavamad, sisukamad ja informatiivsemad, välistab teooriate modifikatsioonid, mille ainus otstarve on kaitsta teooriat ähvardava falsifitseerimise eest. Modifikatsiooni, näiteks uue postulaadi lisamist või mõne postulaadi muutmist, millel pole uusi testitavaid järelmeid, nimetatakse ad hoc-modifikatsiooniks.  
Sai toidab. Kui nisu kasvatatakse tavalisel moel, sellest tehakse saia tavalisel moel ja seda süüakse tavalisel moel, siis selle sööjad saavad toidetud. Ühes Prantsusmaa külas toimus küll kõik tavaliselt, aga paljud saia sööjad jäid haigeks ja surid. Teooria falsifitseeriti. Kui nüüd asendada see teooriaga "Sai toidab, välja arvatud too partii", siis see on ad hoc-modifikatsioon. Modifitseeritud teooriat ei saa testida nii, et see poleks ka vana teooria testimine. Modifitseeritud hüpotees on vähem falsifitseeritav kui vana.  
Galileo Galilei vaatles oma teleskoobiga Kuud ning leidis, et Kuu ei ole sile kera, vaid selle pinnal on palju mägesid ja kraatreid. Tema oponent, kes oli Aristotelese pooldaja, möönis, et asjad paistavad nii, kuid see ähvardas fundamentaalset arusaama, et taevakehad on täpselt kerakujulised. Ta pani ette, et Kuul on nähtamatu aine, mis täidab kraatrid ja katab mäed, nii et Kuu on täiesti kerakujuline. Galilei küsis, kuidas selle aine olemasolu kindlaks teha, ja sai vastuseks, et seda ei saagi kindlaks teha. Tegu on ad hoc-modifikatsiooniga. Galilei vastas, et Kuul on küll nähtamatu aine, aga see on jaotunud nii, et ta teeb mäed mitu korda kõrgemaks, kui nad paistavad. Ad hoc-vahendite leiutamine teooriate kaitseks on viljatu.
Enne Antoine Lavoisier'd oli flogistoniteooria standardne põlemise teooria: põlemisel eraldub ainetest flogiston. Avastati aga, et paljud ained muutuvad põledes kergemaks. Üks viis raskusest ülesaamiseks oli omistada flogistonile negatiivne kaal. Kui seda hüpoteesi saab testida ainult ainete kaalumisega enne ja pärast põlemist, siis see on ad hoc-modifikatsioon.    
Sai toidab. Asendame selle teooria modifikatsiooniga: sai toidab, välja arvatud teatud seenega [järgneb täpsustus] saastatud sai. See ei ole ad hoc modifikatsioon, vaid on sõltumatult testitav. 
Uraani liikumise vaatlused näitasid, et selle orbiit lahkneb tunduvalt Newtoni gravitatsiooniteooria põhjal ennustatust. Raskuse ületamiseks esitasid Urbain Le Verrier ja John Couch Adams hüpoteesi, et Uraani naabruses on avastamata planeet, mis Uraani gravitatsiooniliselt mõjutab. See modifikatsioon ei olnud ad hoc. Oli võimalik hinnata planeedi asukohta, ning modifikatsiooni testimiseks sai uut planeeti vastavast piirkonnast otsida. Gottfried Galle nägi esimesena uut planeeti, mida tuntakse Neptuuni nime all.

Kinnitus teaduse falsifikatsionistlikus teoorias

Eksklusiivne tähelepanu falsifitseerimisele ei esita rafineerituma falsifikatsionisti positsiooni õigesti. Sõltumatult testitav katse päästa Newtoni teooriat spekulatiivse hüpoteesiga oli edukas sellepärast, et Neptuuni avastamine kinnitas seda, mitte sellepärast, et seda oleks falsifitseeritud. On viga pidada julgeid falsifitseeritavaid oletusi teaduse olulise edasimineku võimalusteks, ja Popperit tuleb selles parandada. Ühes äärmuses on teooriad, millel on julgete riskantsete oletuste kuju, teises äärmuses on ettevaatlikud oletused, millega ei kaasne olulist riski. Mõlemal juhul on nii, et kui teooria testi läbi ei tee, siis on ta falsifitseeritud, ja kui teeb, siis on ta kinnitatud. Olulisi edusamme tehakse siis, kui kinnitatakse julgeid oletusi või falsifitseeritake ettevaatlikke oletusi. Esimest liiki juhtumid on informatiivsed ja annavad teadusesse suure panuse lihtsalt sellepärast, et nad tähistavad millegi ennekuulmatu või ebatõenäoliseks peetu avastamist. Ettevaatlike oletuste falsifitseerimine on informatiivne sellepärast, et see teeb kindlaks, et miski mida peeti probleemitult tõeseks, on tegelikult väär. Bertrand Russelli tõestus (Russelli paradoks), et naiivne hulgateooria, mis põhines peaaegu enesestmõistetavatena tunduvatel propositsioonidel on vastuoluline, on näide näiliselt riskivaba oletuse informatiivsest falsifitseerimisest.  
Enne kui pidada uut julget teooriat falsifitseeritud teooria adekvaatseks asenduseks, peab see tegema uusi ennustusi, mis leiavad kinnitust. Paljud metsikud ja rutakat spekulatsioonid ei ela testimist üle ega anna panust teadusliku teadmise kasvu, aga mõni niisugune spekulatsioon, mis mida vaatlus või katse siiski kinnitab, jääb tähiseks teadmise kasvu ajaloos.

Julgus, uudsus ja taustteadmine

See, mis teaduse ühel staadiumil on julge oletus, ei ole seda enam mõnel hilisemal staadiumil. Kui nimetada mõnel teaduse ajaloo staadiumil üldtunnustatud teooriate kogumit taustteadmiseks, siis võib öelda, et oletus on julge, kui selle väited on taustteadmise valguses ebatõenäolised. Üldrelatiivsusteooria oli 1915. aastal julge, sest taustteadmine ütles, et valgus levib sirgjooneliselt, üldrelatiivsusteooria aga väitis, et tugevas gravitatsiooniväljas valguskiired painduvad. Mikołaj Koperniku teooria oli 1543. aastal julge, sest see oli vastuolus tausteeldusega, et Maa on liikumatu ja paikneb universumi keskmes. Praegu seda julgeks ei peetaks. Ka ennustuste julgus sõltub taustteadmisest. Nad on julged, kui nad räägivad nähtusest, mida taustteadmises pole või mille see koguni välistab. Neptuuni ennustamine 1846. aastal oli julge, sest taustteadmises seda planeeti ei olnud. Siméon Poissoni ennustus, mille ta tegi 1818 Augustin Fresneli valguse laineteooria põhjal, nimelt et kui läbipaistmatut ketast teise ketta poolt kohaselt valgustada, siis selle keskmesse ilmub hele täpp (Poissoni täpp), oli uudne, sest valguse korpuskulaarteooria, mis oli taustteadmine, välistas selle. Taustateadmise mõiste võimaldab näha, et julge oletuse kinnitamine ja ettevaatliku oletuse falsifitseerimine toimuvad korraga. Taustteadmine koosneb ettevaatlikest hüpoteesidest, sest seda peetakse mitteproblemaatiliseks. Julge oletuse kinnitamine toob kaasa taustteadmise mingi osa falsifitseerimise.

Kinnituse induktsionistliku ja falsifikatsionistliku kontseptsiooni võrdlus

Kuigi kinnitusel on rafineeritud falsifikatsionismis oma koht, jääb see ikkagi falsifikatsionismiks: teooriaid saab falsifitseerida ja hüljata, kuid mitte kindlaks teha nende tõesust või tõenäolist tõesust. Teaduse eesmärk on teooriaid falsifitseerida ning asendada need teooriatega, mis peavad testidele paremini vastu. Uute teooriate kinnitused tõendavad, et need on vanadest paremad. IIsi teooriaid tuleb testida uute julgete teooriate abiga leiutatud testidega. Et falsifikatsionistid rõhutavad teadmise kasvu, siis nad mõistavad kinnitust oluliselt teistmoodi kui induktsionistid. Äärmusliku induktsionismi järgi määrab teooriat kinnitavate juhtumite tähtsuse ainult kinnitatud vaatlusväidete ja nende poolt toetatava teooria loogiline suhe. Johann Gottfried Galle vaatlus ei toeta Newtoni teooriat rohkem kui tänapäevased Neptuuni vaatlused. Toetuse suurus ja teooria tõenäosus sõltuvad kindlakstehtud kinnitavate juhtumite arvust. Sellest järeldub, et arvutud kukkuvate kivide, planeetide asendite jne vaatlused on mõttekas teaduslik tegevus. Falsifikatsionismi järgi aga sõltub kinnituste tähtsus ajaloolisest kontekstist. Kinnitus on oluline, kui see on taustteadmise valguses ebatõenäoline.

Falsifikatsionismi paremus võrreldes induktsionismiga

Mõned faktid, eriti katsetulemused, on teooriast sõltuvad ja ekslikud. See õõnestab induktivismi, mille järgi teadusel peab olema probleemitu ja antud faktiline alus. Falsifikatsionist tunnistab, et ka faktid on ekslikud. Ta tõstab siiski esile need faktiväited, mis on ränkadele testidele vastu pidanud. Teaduse faktiline alus on küll ekslik, aga falsifikatsionistide jaoks pole see nii suur probleem kui induktsionistide jaoks, sest falsifikatsionistid taotlevad ainult pidevat paranemist teaduses, mitte tõesuse ega tõenäolise tõesuse tõestust. Induktivistidel on raske öelda, mis on hea induktiivse järelduse kriteeriumid, sellepärast on neil ka raske öelda, millistel tingimustel faktid teooriat oluliselt toetavad. Falsifikatsionistid saavad aga öelda, et faktid toetavad teooriat oluliselt, kui need on selle teooria ränk test. Sinna kuuluvad uute ennustuste kinnitused. See seletab, miks katsete kordamine teooria empiirilist toetust oluliselt ei suurenda; äärmuslikel induktivistidel on seda raske seletada. Induktsionistil on raske seletada, kuidas saab vaadeldavatest faktidest järeldada mittevaadeldava teadmist; falsifikatsionistil seda raskust pole. Väiteid mittevaadeldava kohta saab testida ning seega toetada nende uudseid järeldusi uurides. Induktsionistil on raske iseloomustada ja õigustada induktiivseid järeldusi, mis peavad näitama, et teooria on tõene või tõenäoliselt tõene. Falsifikatsionist väldib seda probleemi, öeldes, et teadus ei kasuta induktsiooni. Deduktsiooni kasutatakse selleks, et leida teooria järeldused, mida testida. Testid aga ei näita, et teooria on tõene või tõenäoliselt tõene, vaid paremal juhul seda, et ta on oma eelkäijast parem.

Loogilisest olukorrast tulenevad probleemid

Kui tehakse kindlaks, et on üks must luik, siis falsifitseeritakse teooria, et kõik luiged on valged. Keerulisemate näidete puhul tekivad probleemid. Vaatlusväite O tõesusest järeldub, et teooria, millest järeldub, et O on väär, on väär. Aga vaatlusväited on teooriast sõltuvad ja ekslikud. Sellepärast ei pruugi teooria ikkagi väär olla. Saab öelda ainult, et kas teooria või vaatlusväide on väär, kuid jääb lahtiseks, kumb. Hüljata võidakse ka vaatlusväide. Nii juhtuski, kui Koperniku teooria säilitati, ning palja silma vaatlused Veenuse ja Marsi mõõtmete kohta, mis olid selle teooriaga vastuolus, hüljati. Kui tahes kindlatel vaatluslikel või eksperimentaalsetel alustel mingi faktiväide ka ei ole, ei saa välistada võimalust, et teaduse progress näitab selle ebadekvaatsust. Järelikult ei saa teooriaid vaatlusega otseselt ja lõplikult falsifitseerida. 
Reaalne teooria ei ole üks väide, vaid üldväidete komplekt. Selleks et teooriat eksperimentaalselt testida, ei piisa teooria väidetest, vaid on tarvis abieeldusi, näiteks seadused ja teooriad, millele alluvad kasutatavad instrumendid. Ennustuse dedutseerimiseks on tarvis ka algtingimusi (katse korralduse kirjeldus). Kui näiteks astronoomiateooriat testitakse, vaadeldes teleskoobis mõne planeedi asendit, ning ennustus määrab teleskoobi orientatsiooni, mille puhul planeeti nähakse, siis ennustuse eelduste seas on peale teooria enda algtingimused (näiteks planeedi ja Päikese varasemad asendis), abieeldused (näiteks need, mis võimaldavad teha korrektsioone, mis arvestavad valguse murdumist atmosfääris) jne. Kui ennustus osutub vääraks, siis loogika võimaldab öelda ainult, et vähemalt üks eeldustest peab olema väär, kuid mitte seda, milline. Teooriat ei saa lõplikult falsifitseerida. Seda nimetatakse Duhemi-Quine'i teesiks. 
Uraani orbiidi anomaaliate puhul ei olnud asi mitte Newtoni teoorias, vaid algtingimustes, mis ei arvestanud Neptuuni olemasolu. Teine näide. Tycho Brahe väitis, et on Koperniku teooria kummutanud, järgmise argumendiga. Kui Maa tiirleb ümber Päikese, siis suund, millest kinnistähte Maalt vaadeldakse, peab aasta vältel muutuma (aastaparallaks). Brahel ei õnnestunud seda vaadelda, kuigi tema instrumendid olid ajastu täpseimad. Tagantjärele võib öelda, et asi oli ühes Brahe abieelduses: ta hindas vahemaad tähtedeni palju väiksemaks, kui see tegelikult on. Aastaparallaks on nii väike, et see polnud Brahe instrumentidega avastatav. Kolmas näide. Imre Lakatos esitas järgmise mõtteeksperimendi. Einsteini-eelsel ajal võtab füüsik eeldusteks Newtoni mehaanika koos gravitatsiooniseadusega ja algtingimused ning arvutab vastavastatud väikeplaneedi trajektoori. Aga planeet hälbib sellest. Kas füüsik teeb järelduse, et Newtoni füüsika on kummutatud? Ei. Ta oletab, et mingi tundmatu planeet häirib väikeplaneedi liikumist. Ta arvutab selle massi, orbiidi jne ning palub eksperimentaalastronoomil seda oletust kontrollida. Aga see planeet on nii väike, et see pole suuremategi teleskoopidega avastatav. Eksperimentaalastronoom taotleb granti suurema teleskoobi ehitamiseks. Kolme aasta pärast on teleskoop valmis. Aga planeeti ikkagi ei avastata. Kas teadlane hülgab Newtoni teooria ja häiriva planeedi oletuse? Ei. Ta teeb oletuse, et kosmilise tolmu pilv varjab planeeti meie eest. Ta arvutab pilve asendi ja omadused ning taotleb grandi, et saata kosmosesond oma arvutusi testima. Aga pilve ei leita. Kas teadlane hülgab Newtoni füüsika ja oma oletused? Ei. Ta oletab, et selles piirkonnas on magnetväli, mis häiris sondi instrumente. Saadetakse uus sond. Magnetvälja ei leita. Kas Newtoni füüsika loetakse ümberlükatuks? Ei. Kas esitatakse uus teravmeelne hüpotees või... kogu lugu unustatakse. Kui pidada seda lugu usutavaks, siis see illustreerib, kuidas teooriat saab alati falsifitseerimise eest kaitsta, lükates falsifitseerimise mõne muu eelduse peale.

Falsifikatsioon on ebaadekvaatne ajaloolistel põhjustel

Kui teadlased oleksid falsifikatsionistide metodoloogiat rangelt järginud, siis poleks teooriaid, mida peetakse 
parimateks teooriate näideteks, üldse välja töötatud, sest need oleks varakult hüljatud. Iga teooria puhul võib leida vaatlusväiteid, mis olid mingil ajal üldtunnustatud ja mida peeti teooriaga vastuolus olevaks. Neid teooriaid siiski ei hüljatud, ja see oli teadusele õnneks. Newtoni gravitatsiooniteooriat falsifitseerisid Kuu orbiidi vaatlused. Alles 50 aasta pärast leiti, et asi pole Newtoni teoorias. Hiljem teati, et teooria on vastuolus Merkuuri orbiidi üksikasjadega, kuid teooriat ei hüljatud. Lõpuks selgus, et just teooria on väär. Teine näide (pärineb Imre Lakatosilt). Bohri aatomiteooria varajased versioonid olid vastuolus vaatlusega, et aine saab olla stabiilne kauem kui 10–8 sekundit. Selle teooria järgi tiirleva negatiivse laenguga elektronid ümber positiivse laenguga aatomituumade. Aga klassikalise elektromagnetismi teooria järgi, mida Bohri teooria eeldas, peaksid tiirlevad elektronid kiirgama, mistõttu elektronid peaksid kaotama energiat ja aatomituuma kukkuma. See peaks toimuma 10–8 s jooksul. Õnneks jäi Niels Bohr hoolimata sellest falsifikatsioonis oma teooriale kindlaks. Kolmas näide. Kui James Clerk Maxwell 1859 avaldas gaaside kineetilise teooria esimesed üksikasjad, tunnistas kohe, et gaaside erisoojuste mõõtmised falsifitseerivad seda. Kõik olulised sündmused kineetilises teoorias toimusid pärast seda falsifitseerimist. Neljas näide on Koperniku pööre.

Koperniku pööre

16. sajandi alguses leiutas Mikołaj Kopernik uue astronoomia, mille järgi Maa tiirleb koos planeetidega ümber Päikese (heliotsentriline maailmasüsteem). Selleks ajaks, kui Koperniku süsteem sai õigustuse, oli Aristotelese maailmavaade asendatud Newtoni omaga. Selle pooleteistkümne sajandi jooksul toimunud teooriavahetuse üksikasjad ei toeta induktsionistide ega falsifikatsionistide metodoloogiat ning näitavad, et on tarvis teistsugust, võib-olla keerulisemat teaduse ja selle kasvu teooriat. Kui Kopernik 1543 oma uue astronoomia üksikasjad esimest korda avaldas, oli palju argumente, mida sai selle vastu esitada, ja seda ka tehti. 
Aristotelese järgi koosneb maailm kuualusest piirkonnast, mis ulatub Maa keskmest Kuu orbiidini, ja kuuülesest piirkonnast, mis ulatub Kuu orbiidist tähtede sfäärini, mis on maailma välispiir. Sellest väljaspool pole midagi, ka mitte ruumi. Tühi ruum pole Aristotelese järgi võimalik. Kõik kuuülese maailma objektid koosnevad hävimatust elemendist eetrist, millel on loomupärane kalduvus liikuda ümber maailma keskme täiuslikult ringjooneliselt. Ptolemaiose astronoomia modifitseeris ja laiendas seda põhiideed. Et planeetide vaatluste tulemused polnud ringjooneliste Maa-kesksete orbiitidega kooskõlas, tõi Ptolemaios sisse epitsüklid, ringjooned, mida mööda planeedid tiirlesid ümber keskmete, mis tiirlesid ringjooneliselt ümber Maa. Epitsüklitele võidi omakorda lisad epitsükleid jne, kuni saadi süsteem, mis on vaatlustega kooskõlas ning mille järgi saab planeetide asendeid ennustada. Kuualusele piirkonnale on omane muutumine, kasv ja lagunemine, tekkimine ja hävimine. Kõik ained seal koosnevad neljast elemendist õhust, maast, tulest ja veest, mille proportsioonid segus määravad aine omadused. Igal elemendil on maailmas loomulik koht: maal maailma keskmel, veel maa pinnal, õhul vahetult maa pinna kohal ja tulel õhu kohal Kuu orbiidi lähedal. Järelikult on igal kuualusel objektil vastavalt oma elementide proportsioonile loomulik koht. Kivid koosnevad põhiliselt maast ja nende loomulik koht on Maa keskme lähedal. Leegid koosnevad põhiliselt tulest ja nende loomulik koht on Kuu orbiidi lähedal. Kõigil objektidel on kalduvus liikuda sirgjooneliselt üles või alla oma loomuliku koha poole, kividel otse alla, leekidel otse üles. Kõik muud liikumised vajavad põhjust. Näiteks noolt tuleb vibust lasta ja kaarikuid hobustega vedada.             
Kõige tõsisem oli torniargument. Kui Maa pöörleb ümber oma telje, nagu see Koperniku järgi on, siis iga punkt Maa pinnal liigub sekundiga kaugele. Kui lasta kivil tornist kukkuda, siis ta liigub loomuliku liikumisega Maa keskme poole. Torn läheb kaasa Maa pöörlemisega. Selleks ajaks, kui kivi maapinnale kukub, peab torn olema eemaldunud, nii et kivi peab kukkuma tornist eemale. Aga kivi kukub maapinnale torni jalami juurde. Järelikult Maa ei pöörle ja Koperniku teooria on väär. Teine argument on niisugune. Kui Maa ei pöörle, miks siis sellel olevad lahtised esemed ei paisku eemale nagu kivid pöörlevalt rattalt? Ja kui Maa tiirleb ümber Päikese, miks ta siis Kuud maha ei jäta? On veel argumendid, et puudub aastaparallaks ning Marsi ja Veenuse mõõtmed palja silmaga vaadates aasta jooksul ei muutu. Nende argumentide tõttu olid Koperniku teooria pooldajad suurtes raskustes. Kopernik ise oli Aristotelese metafüüsikas liiga sees, et neile küsimustele adekvaatselt vastata.   
Mida sai 1543. aastal Koperniku teooria kasuks öelda? Mitte kuigi palju. Teooria oli ligitõmbav peamiselt sellepärast, et see seletas mitut planeetide liikumise omadust, mida Ptolemaiose teooria sai seletada ainult väga kunstlikult. Jutt on planeetide retrograadsest liikumisest ja sellest, et erinevalt teistest planeetidest jäävad Veenus ja Merkuur alati Päikese lähedusse. Ptolemaios seletas retrograadseid liikumisi mõnevõrra ad hoc, lisades spetsiaalsed epitsüklid. Koperniku süsteem ei vajanud sellist kunstlikku käiku, vaid järeldub sellest, et Maa ja planeedid koos tiirlevad Päikese ümber kinnistähtede taustal. Merkuuri ja Veenuse lähedust Päikesele seletab see, et Merkuuri ja Veenuse orbiidid on Päikesele lähemal kui Maa oma. Ptolemaiose süsteemis tuleb selle seletamiseks Päikese, Merkuuri ja Veenuse orbiit kunstlikult kokku siduda. Nii et Koperniku süsteemi kasuks rääkisid mõned matemaatilised eelised. Muus osas olid süsteemid nii lihtsuse kui ka ennustusliku täpsuse seisukohast enam-vähem ühe pulga peal. Et ringjoonelised Päikese-kesksed orbiidid pole vaatlusega kooskõlas, siis vajas ka Kopernik epitsükleid, umbes sama palju kui Ptolemaios. Aastal 1543 ei saanud matemaatilise lihtsuse argumente pidada adekvaatseks pareeringuks mehaanilistele ja astronoomilistele argumentidele Koperniku süsteemi vastu. Siiski tõmbas Koperniku süsteem mitut matemaatiliste võimetega loodusfilosoofi ligi, ja järgmise saja aasta jooksul kaitsti seda üha edukamalt. Kõige suurema panuse andis Galileo Galilei. Esiteks vaatles ta taevast teleskoobiga ning muutis vaatlusandmeid, mida Koperniku teoorial oli tarvis seletada. Teiseks pani ta aluse uuele mehaanikale, mille abil sai mehaanilistele argumentidele vastu väita. Kui Galilei 1609 ehitas oma esimesed teleskoobid, avastas ta, et on palju palja silmaga nähtamatuid tähti, Jupiteril on kaaslased ning Kuud katavad mäed ja kraatrid. Marsi ja Veenuse näivad mõõtmed muutuvad, nagu Koperniku süsteemist järeldubki. Hiljem avastas ta, et Veenusel on faasid nagu Kuulgi, mida Koperniku süsteem seleta, Ptolemaiose süsteem mitte. Jupiteri kaaslased hajutasid argumendi, et Kuu käib liikuva Maaga kaasas, sest nüüd oli Ptolemaiose süsteemi pooldajatel sama probleem Jupiteri kaaslastega. Kuu Maa-sarnane pind õõnestas Aristotelese eristust täiusliku hävimatu taeva ja häviva maa vahel. Veenuse faaside avastamine toetas Koperniku teooriat ja tekitas Ptolemaiose teooriale uue probleemi. 
Teleskoobiga tehtud vaatlused vähendasid Koperniku teooria raskusi. Aga nendega käis kaasas tõe epistemoloogiline probleem: miks peaks teleskoobiga tehtud vaatlusi eelistama palja silmaga tehtud vaatlustele? Üks vastus sellele võiks kasutada teleskoobi optilist teooriat, mis seletab selle suurendavaid omadusi ning ka mitmesuguseid aberratsioone. Aga Galilei selleks optikateooriat ei kasutanud. Esimese selleks sobiva optikateooria töötas välja Galilei kaasaegne Johannes Kepler, hiljem seda täiustati. Teine võimalus vastata oli demonstreeria teleskoobi tõhusust, fokuseerides selle kaugetele tornidele, laevadele jne, ning näidata, kuidas ta suurendab ning teeb objektid selgemalt nähtavaks. Aga siin on järgmine raskus. Kui maiseid objekte teleskoobiga vaadata, siis saab vaadeldavat objekti aberratsioonidest eraldada, sest vaatleja teab, kuidas objekt välja näeb. Taevasse vaatamisel see nii ei ole. Galilei joonistusel Kuu pinna kohta on kraatreid, mida pole olemas. Küllap oli tegu Galilei ebatäiusliku teleskoobi aberratsioonidega. Nii et teleskoopiliste vaatluste õigustamine polnud lihtne. Galilei oponendid, kes tema vaatlusi küsimärgi alla panid, ei olnud rumalad kangekaelsed reaktsionäärid. Õigustused olid tulemas ning muutusid seda adekvaatsemaks, mida paremaid teleskoope konstrueeriti ja mida rohkem optikateooriat arendati. Aga see võttis aega.   
Galilei suurim panus teadusesse oli tema töö mehaanikas. Ta pani aluse osale Newtoni mehaanikast, mis oli tulemas Aristotelese mehaanika asemele. Ta tegi selget vahet kiiruse ja kiirenduse vahel ning väitis, et vabalt langevad esemed liiguvad konstantse kiirendusega, mis ei sõltu nende kaalust, läbides vahemaa, mis on võrdeline langemise aja ruuduga. Ta eitas Aristotelese väidet, ei igasugune liikumine nõuab põhjust. Ta väitis, et horisontaalselt mööda Maaga kontsentrilist joont liikuv ese ei kiireneks ega aeglustuks, sest ta ei tõuseks ega langeks. Ta uuris mürsu liikumist, lahutades selle horisontaalseks konstantse kiirusega liikumiseks ja vertikaalseks allapoole suunatud kiirendusega liikumiseks. Ta näitas, et mürsu trajektoor on parabooli kujuline. Ta töötas välja suhtelise liikumise mõiste, ning väitis, et süsteemi ühtlast liikumist pole võimalik mehaaniliste vahenditega avastada, kasutamata väljapoole süsteemi jäävat taustpunkti. Need avastused tegi ta järk-järgult poole sajandi jooksul. Tema süsteem kulmineerus 1638 avaldatud raamatus "Kaks uut teadust". Galilei mõtestas ja täpsustas oma arusaamu illustratsioonide ja mõtteeksperimentidega. Mõnikord kirjeldas ta tegelikke katseid, näiteks kerade veeretamist kaldpinnast alla. On vaieldud, kui palju katseid ta tegi. 
Galilei uus mehaanika võimaldas Koperniku süsteemi mõnede vastuväidete eest kaitsta. Torni tipus hoitav ese jagab torniga ringliikumist ümber Maa keskme ning jätkab seda liikumist ka pillatuna, kuni jõuab maapinnani torni jalamil. Galilei väitis, et tema vaateid horisontaalliikumise kohta saab tõendada, lastes kivil kukkuda ühtlaselt liikuva laeva mastist ning täheldades, et see jõuab tekini masti jalamil, kuigi ta ei väitnud, et on selle katse teinud. Seda, miks lahtised objektid pöörleva keha pinnalt laiali ei lenda, Galileil hästi seletada ei õnnestunud. 
Kuigi põhiosa Galilei teadustööst oli mõeldud Koperniku teooria kinnitamiseks, ei leiutanud Galilei ise üksikasjalikku astronoomiat, ning paistis, et ta eelistab Aristotelese eeskujul ringjoonekujulisi orbiite.                      
Selles suunas tegi suure läbimurde Galilei kaasaegne Johannes Kepler, avastades, et iga planeedi orbiiti saab esitada ellipsina, mille ühes fookuses on Päike. Nõnda sai ta lahti epitsüklitest, mida olid sunnitud kasutama nii Ptolemaios kui ka Kopernik. Ptolemaiose geotsentrilises maailmasüsteemis selline lihtsustus võimalik ei ole. Kepleri käsutuses olid Tycho Brahe vaatlusandmed planeetide asendite kohta, mis olid Kopernikule teada olevatest täpsemad. Kepler avastas kolm planeetide liikumise seadust (Kepleri seadused).  
Galilei ja Kepler nihutasid teooriate võrdlust Koperniku teooria kasuks. Oli aga tarvis veel töötada, et teooria omandaks kindla füüsikalise aluse. Newton sai Galilei, Kepleri jt tööd kasutades rajade vajaliku füüsika, mille ta avaldas raamatus "Principia" 1687. Ta formuleeris jõu mõiste, mille järgi jõud ei ole mitte liikumise, vaid kiirenduse põhjus (see arusaam oli ähmasel kujul olemas ka Galilei ja Kepleri kirjutistes). Newton asendas Galilei vaated inertsi kohta oma lineaarse inertsi seadusega, mille järgi kehad jätkavad oma sirgjoonelist liikumist, kui neile ei mõju ükski jõud. Newtoni teine suurem panus oli gravitatsiooniseadus. See võimaldas Newtonil Kepleri seaduste ligikaudset õigsust ja Galilei vaba langemise seadust. Newtoni süsteemis olid taevakehade ja maiste kehade vald ühendatud, mõlemad liikusid Newtoni seaduste järgi. Newtoni füüsikat oli nüüd võimalik astronoomias üksikasjalikult rakendada. Nüüd oli võimalik näiteks uurida Kuu orbiidi üksikasju, võttes arvesse Kuu lõplikke mõõtmeid, Maa pöörlemist, võbisemist ümber oma telje jne. Oli ka võimalik uurida planeetide hälbeid Kepleri seadustest Päikese lõpliku massi, planeetidevaheliste jõudude jne tõttu. See andis Newtoni järglastele kaheks sajandiks tööd. 
Ei induktivistid ega falsifikatsionistid ei paku teaduse teooriat, mis oleks Koperniku pöördega ühitatav. Uued mõisted jõud ja inerts ei tekkinud hoolika uurimise ja katsete tegemise tulemusena ega ka üha uute julgete oletuste falsifitseerimise tulemusena. Uue teooria varajastest formuleeringutest, kus oli ebatäiuslikult sõnastatud uusi arusaamu, ei loobutud ning neid arendati edasi näiliste falsifikatsioonide kiuste. Alles pärast uue füüsika väljatöötamist sai uut teooriat vaatluste ja katsetega üksikasjadeni kokku sobitada. Ühtki teaduse teooriat ei saa pidada ligikaudugi adekvaatseks, kui ta sääraste teguritega ei arvesta.

Falsikatsionistliku demarkatsioonikriteeriumi ebaadekvaatsused ja Popperi vastus

Popperi demarkatsioonikriteerium teaduse ja pseudoteaduse vahel nägi ette, et teooria peab olema falsifitseeritav. Aga sellisel kujul on seda liiga lihtne saavutada. Ajalehehoroskoopides on falsifitseeritavaid väiteid, näiteks: "uus austaja paneb sinu silmad särama ja parandab sinu seltskonnaelu". Fundamentalistlik kristlus, mis võtab Piiblit sõna-sõnalt, väidab, et Jumal lõi mered ja asustas need kaladega; kui meresid või kalu ei oleks, oleks see väide falsifitseeritud. Popper ise märgib, et Freudi teooriat, mille järgi unenäod on soovide täitumised, võivad falsifitseerida õudusunenäod.
Falsifikatsionist võib vastata, et teooriad peavad olema mitte ainult falsifitseeritavad, vaid nad ka ei tohi olla falsifitseeritud. See jätab horoskoopide väited ja Popperi väitel Freudi teooria teaduslike väidete seast välja. Aga siis jäävad välja ka teooriad, mida falsifikatsionistid tahavad teaduslike hulka arvata, sest enamik teaduslikke teooriaid on vastuolus mõne aktsepteeritud vaatlusega. Nii et rafineeritud falsifikatsionisti järgi võib näivate falsifikatsioonide puhul teooriaid modifitseerida ja isegi teooriate juurde jääda, lootuses, et probleem tulevikus lahendatakse. Popper ütleb: "Ma olen alati rõhutanud vajadust mingi dogmatismi järele: dogmaatikul on oluline etendada olulist osa. Kui me hakkame liiga kergesti kritiseerima, siis me ei saa kunagi teada, kus on meie teooriate tõeline jõud." Chalmersi arvates näitab see passus, kui suurtes raskustes falsifikatsionism oli. Falsifikatsionism rõhutas teaduse kriitilisust. Et polnud selge, kui kindlalt teooriat falsifitseeriti, möönab Popper, et sageli tuleb teooria hoolimata näilisest falsifitseerimisest teooria alles jätta, nii et ka dogmatismil on positiivne roll. Mis siis falsifikatsionismist üldse alles jääb? Ja kui nii kriitiline kui ka dogmaatiline hoiak jäävad alles, mis siis üldse välistatakse?

Teooriad kui struktuurid

Induktsionism ja falsifikatsionism lähenevad teadusele liiga lokaalselt, mõistmata suurte teooriate arengu keerukust. Alates 1960ndatest sai tavaliseks järeldada, et adekvaatsem teaduse teooria peab lähtuma teoreetilise raamistiku mõistmisest.
Üks põhjus, miks peeti vajalikuks hakata nägema teooriaid struktuuridena, tuleb teaduse ajaloost. Oluliste teaduste evolutsiooni ja progressi struktuur ei mahu induktsionismi ja falsifikatsionismi raamidesse. Üldisem, filosoofiline argument on tihedalt seotud sellega, kuidas vaatlus sõltub teooriast. Et vaatlusväiteid tuleb väljendada mingi teooria keeles, siis need väited ja nendes figureerinud mõistetele on nii täpsed ja informatiivsed kui teooria, mille keeles neid väljendatakse. Näiteks on Isaac Newtoni massimõistel on täpsem tähendus kui näiteks demokraatiamõistel. On usutav, et asi on selle mõiste konkreetselt määratletud rollis täpses teoorias Newtoni mehaanikas, aga teooriad, milles esineb demokraatiamõiste, on ebamäärased. Järelikult on tarvis sidusalt struktureeritud teooriaid. Mõiste tähenduse sõltuvust selle teooria struktuurist, milles ta esineb, ja mõiste täpsuse sõltuvust teooria täpsusest ja sidususastmest saab teha usutavaks, märkides, kuidas alternatiivsed viisid, kuidas mõiste võiks tähenduse omandada, on piiratud. Üks alternatiiv on vaade, et mõisted omandavad tähenduse definitsioonist. See ei saa olla tähenduse saamise fundamentaalne viis, sest mõisteid saab defineerida ainult teiste mõistete kaudu, mille tähendused on antud, ja tuleb välja jõuda mõisteteni, mille tähendus on teada teisiti. Newton ei saanud defineerida massi ja jõudu juba olemasolevate mõistete kaudu. Ta pidi vana mõistestiku asendama uuega. Teine alternatiiv on see, et mõisted omandavad tähenduse ostensiivse definitsiooni abil. Aga ei ole usutav, et näiteks massi ja elektrivälja saaks ostensiivselt defineerida. Väidet, et mõisted saavad tähenduse vähemalt osaliselt rollist, mis neil on teoorias, saab toetada järgmiste ajalooliste mõttekäikudega. Katsel ei olnud Galileo Galilei mehaanikauuenduses võtmerolli. Paljud katsed, millest ta räägib, on mõtteeksperimendid. See võib tunduda paradoksaalne neile, kelle järgi uued teooriad tekivad katse tulemusena, aga on mõistetav, et täpseid katseid saab teha ainult siis, kui on olemas täpne teooria, mis annab ennustusi täpsete vaatlusväidete kujul. Võidakse väita, et Galilei oli andmas suurt panust uue mehaanika rajamisse ja hiljem osutus, et see teooria toetab üksikasjalikke katseid. Siis pole ime, et ta ei töötanud mitte üksikasjalike katsetega, vaid mõtteeksperimentide, analoogiate ja illustreerivate metafooridega. Võib väita, et mõisted kujunevad tavaliselt nii, et algul tekib ebamäärane idee, seejärel muutub see järk-järgult selgemaks, sedamööda kuidas teooria muutub täpseks ja sidusamaks.  
Elektrivälja mõiste kujunemist võib käsitada nii, et see toetab seda vaadet. Kui Michael Faraday selle 19. sajandi esimesel poolel kasutusele võttis, oli see väga ebamäärane ning seda väljendati mehaaniliste analoogide abil, rääkides pingul nööridest ning "pingest", "võimsusest" ja "jõust". Kui elektrivälja seos teiste elektromagnetiliste suurustega täpsustus, muutus mõiste määratletumaks. Kui James Clerk Maxwell võttis mehaaniliste analoogiate abil kasutusele nihkevoolu mõiste, siis sai teooria teha sidusaks Maxwelli võrranditega, mis määratlesid kõikide elektromagnetiliste suuruste vahelise seose. Varsti saadi eetrist lahti ning väljad jäid sõltumatuteks selgelt määratletud mõisteteks.

Thomas Kuhni tutvustus

Induktsionismile ja falsifikatsionismile esitas väljakutse Thomas Kuhn raamatus "Teadusrevolutsioonide struktuur", mille esimene trükk ilmus 1962 ning selgitava järelsõnaga teine trükk 1970. Tema vaated on jäänud mõjukaks. Kuhn alustas füüsikuna ning pööras siis tähelepanu teaduse ajaloole, mis vapustas tema arusaama teadusest. Ta leidis, et ajalugu ei kinnita ei induktsionismi ega falsifikatsionismi. Ta püüdis luua teaduse teooriat, mis on ajalooga rohkem kooskõlas. Ta rõhutas teaduse progressi revolutsioonilisust, mõistes teadusrevolutsiooni all ühe teoreetilise struktuuri asendamist teisega, mis pole sellega ühitatav. Samuti pidas ta tähtsaks teaduskogukondade sotsioloogilisi jooni. 
Kuhni järgi liigub teaduse progress järgmise skeemi järgi: eelteadus, normaalteadus, kriis, revolutsioon, uus normaalteadus, uus kriis. Teaduse kujunemisele eelnev korrapäratu ja mitmekesine tegevus struktureerub ja omandab suuna, kui teaduskogukond hakkab pooldama ühtainsat paradigmat. Paradigma koosneb üldistest teoreetilistest eeldustest ja seadustest ning nende rakendamise tehnikatest, mille teatud teaduskogukonna liikmed omaks võtavad. Paradigma raames tehakse normaalteadust. Normaalteadlased artikuleerivad ja arendavad paradigmat, püüdes seletada tegeliku maailma aspekte, mis ilmnevad katsetulemustena. Vältimatult tekivad raskused ja näivad falsifikatsioonid. Kui raskused lähevad käest ära, tekib kriis. Kriis lahendatakse, kui tekib täiesti uus paradigma, mida hakkab pooldama üha rohkem teadlasi, kuni vana paradigma hüljatakse. See katkestus on teadusrevolutsioon. Uue paradigmaga kordub sama.

Paradigmad ja normaalteadus

Küps teadus allub üheleainsale paradigmale, mis seab selles teaduses legitiimse töö standardid. See koordineerib ja suunab normaalteadlaste "peamurdmisülesannete lahendamist". Normaalteaduse traditsiooni toetada suutva paradigma olemasolu eristab teadust mitteteadusest. Newtoni mehaanika, laineoptika ja klassikaline elektromagnetism on paradigmad ja teadused. Sotsioloogial suurelt jaolt paradigma puudub ja see ei ole teadus. 
Paradigmas on eksplitsiitsed fundamentaalsed seadused ja teoreetilised eeldused ja nende rakendamise standardsed viisid. Näiteks Newtoni mehaanika paradigmas on ka meetodid, kuidas rakendada Newtoni seadust planeetide liikumistele, pendlitele, piljardipallide kokkupõrgetele jne. Paradigmas on ka instrumendid ja nende kasutamise tehnikad, mida on tarvis, et siduda seadused reaalse maailmaga. Newtoni paradigma kasutamiseks astronoomias on heakskiidetud teleskoopide liigid koos nende kasutamise tehnikatega ning mitmesugused tehnikad nende abiga kogutud andmete korrigeerimiseks. Paradigmasse kuuluvad veel mõned väga üldised metafüüsilised printsiibid, mis tööd paradigma raames suunavad. 19. sajandil valitsesid Newtoni paradigmat niisugused eeldused nagu "Kogu füüsilist maailma tuleb seletada mehaanilise süsteemina, mis toimib mitmesuguste jõudude mõjul Newtoni liikumisseaduste diktaadi all"; René Descartesi programm 17. sajandil sisaldas printsiipi: "Tühjust ei ole ja füüsiline universum on suur kellavärk, milles kõik jõud võtavad tõuke kuju." Ja kõigis paradigmades on ka mõned väga üldised metodoloogilised ettekirjutused, nagu "Tee tõsiseid katseid viia oma paradigmat loodusega vastavusse" või "Võta ebaõnnestumisi selles tõsiste probleemidena".
Normaalteadus püüab paradigmat artikuleerida, et parandada selle vastavust loodusele. Paradigmas on alati nii palju ebatäpsusi ja lahtisi otsi, et säärast tööd on palju. Normaalteadus on Kuhni järgi peamurdmisülesannete lahendamine, mis allub paradigma reeglitele. Need ülesanded on teoreetilised ja praktilised. Näiteks Newtoni paradigmas on teoreetilised peamurdmisülesanded näiteks matemaatiliste tehnikate leiutamine juhuks, kui planeedile mõjub mitu külgetõmbejõudu, ja Newtoni seaduste rakendamine vedelike ja gaaside liikumisele. Eksperimentaalsete peamurdmisülesannete seas oli teleskoopiliste vaatluste täpsuse parandamine ning katsetehnikate väljatöötamine gravitatsioonikonstandi usaldatavaks mõõtmiseks. Normaalteadlased peavad eeldama, et paradigma annab vahendid peamurdmisülesannete lahendamiseks. Kui ülesannet ei õnnestu lahendada, siis viga ei ole paradigmas, vaid teadlases. Ülesandeid, mida kuidagi lahendada ei õnnestu, ei võeta falsifikatsioonidena, vaid anomaaliatena. Kuhni järgi on kõigis paradigmades anomaaliaid (näiteks Koperniku teoorias Veenuse näiv suurus ja Newtoni teoorias Merkuuri orbiit) ning ta lükkab igasuguse falsifikatsionismi tagasi. Normaalteadlased peavad olema paradigma suhtes ebakriitilised, muidu nad ei saaks keskenduda paradigma artikuleerimisele ja looduse süvauurimisele. 
See, et aluste asjus pole lahkarvamusi, eristabki normaalteadust eelteadusest. Viimast iseloomustavad täielik lahkarvamus ja pidev vaidlus aluste üle, nii et tööga süvitsi minna pole võimalik. Teooriaid on peaaegu sama palju kui uurijaid ning iga teoreetik peab otsast alustama ning oma lähenemist õigustama. Kuhn toob näiteks Isaac Newtoni eelse optika. Vanaajast kuni Newtonini oli palju igasuguseid valguse loomuse teooriaid. Üksmeelele ei jõutud enne, kui Newton esitas oma korpuskulaarteooria. Eelteaduse aegsed konkureerivad teoreetikud olid eri meelt ka selles, missugused vaadeldavad nähtused on asjasse puutuvad. Tunnistades paradigma rolli vaadeldavate nähtuste otsimises ja tõlgendamises, tunnistab Kuhn vaatluse ja katse sõltuvust teooriast. 
Kuhni järgi ei piirdu paradigma sellega, mida saab sõnastada reeglite ja juhenditega. Ta viitab Ludwig Wittgensteini arutlusele mängu mõiste üle "Filosoofilistes uurimustes". Wittgensteini järgi pole võimalik esitada mängu piisavaid ja tarvilikke tingimusi. Kuhni väitel on sama lugu paradigmaga. Kui püüda mõnd konkreetset paradigmat täpselt ja sõnaselgelt esitada, siis tuleb alati välja, et mõni sellesse paradigmasse kuuluv töö ei vasta sellele iseloomustusele. See aga ei muuda Kuhni väitel paradigma mõistet mittelegitiimseks. Teadlased õpivad paradigmat tundma teadusliku hariduse kaudu. Lahendades standardseid ülesanded, tehes standardseid katseid ja lõpuks uurimistööd juhendaja käe all, tutvutakse paradigma meetodite, tehnikate ja standarditega. Teadlaseks saaja ei oska omandatud meetodeid ja oskusi sõnastada, nii nagu puuseppmeistergi ei oska täielikult kirjeldada, mis tema oskuste taga on. Suur osa normaalteadlase teadmisest on vaikiv, nagu tõi välja Michael Polanyi. Selle tõttu, kuidas tüüpilisi normaalteadlasi ette valmistatakse ja kuidas neid on tarvis ette valmistada, et nad tõhusalt töötaksid, ei tea nad oma paradigma täpset loomust ja nad ei oska seda sõnastada. Aga see ei tähenda, nagu teadlane ei suudaks paradigma eeldusi sõnastada, kui vajadus peaks tekkima. Sellisel juhul tuleb püüda sõnastada paradigmas kätkevad üldised seadused ning metafüüsilised ja metodoloogilised printsiibid, et kaitsta neid alternatiivide eest, mille toob kaada ähvardav uus paradigma.

Kriis ja revolutsioon

Normaalteadlased töötavad enesekindlalt paradigmaga piiritletud alas. Paradigma määrab probleemid ja meetodid, mille adekvaatsuses probleemide lahendamiseks teadlased on kindlad. Kui nad süüdistavad paradigmat selles, et probleemi ei õnnestu lahendada, siis nad on nagu puusepp, kes süüdistab oma tööriistu. Ebaõnnestumisi tuleb aga ette, ja need võivad lõpuks minna nii tõsiseks, et paradigma satub kriisi, mis võib viia paradigma hülgamiseni ning asendamisega ühitamatu alternatiiviga.  
See iseenesest, et paradigmas on lahendamata peamurdmisülesandeid, pole veel kriis. Paradigmades on alati raskusi (anomaaliaid). Ainult teatud tingimustel võib see hakata õõnestama usaldust paradigma vastu. Anomaaliat võib pidada eriti tõsiseks, kui see tabab paradigma aluseid ning paneb püsivalt vastu katsetele seda kõrvaldada. Kuhn toob näiteks James Clerk Maxwelli elektromagnetismiteooria probleemid seoses eetriga ning Maa liikumisega selle suhtes 19. sajandi lõpu poole. Näiteks on ka probleemid, mida komeedid tekitasid Aristotelese kosmoloogiale, mille järgi kuuülene maailm koosneb omavahel seotud taevasfääridest, mille materjal on eeter. Anomaaliaid peetakse tõsiseks ka juhul, kui nad on tähtsad mõne tungiva ühiskondliku vajaduse seisukohast. Ptolemaiose astronoomia probleemid olid Koperniku ajal tõsised kalendrireformi vajaduse tõttu. Anomaalia tõsidust mõjutab ka see, kui kaua ta kõrvaldamiskatsetele vastu paneb. Kriisi algust mõjutab ka tõsiste anomaaliate arv.   
Kui anomaaliates hakatakse nägema tõsist probleemi paradigma jaoks, algab "väljendunud professionaalse ebakindluse" periood. Probleeme püütakse lahendada aina radikaalsemal viisil ning paradigma reegleid aina lõdvendatakse. Normaalteadlased hakkavad pidama filosoofilisi ja metafüüsilisi vaidlusi, ning püüavad paradigma vaatekohast kahtlasi uuendusi kaitsta filosoofiliste argumentidega. Teadlased hakkavad rahulolematust valitseva paradigmaga ning ebamugavustunnet avalikult väljendama. Wolfgang Pauli kirjutas 1924. aasta paiku sõbrale, et tal on nii raske, et ta soovib, et ta oleks näiteks komöödiafilminäitleja, kes pole füüsikast midagi kuulnud. 
Kui paradigma pooldajad kaotavad usu paradigmasse, siis on aeg küps revolutsiooniks. Kriis on seda sügavam, kui ilmub võistlev paradigma. Uus paradigma või selle esialgne idee ilmub järsku mõne asjaosalise peas. See on vanast väga erinev ja sellega ühitamatu. Põhjalikud erinevused võivad olla mitut laadi. Aristotelese paradigma järgi jaguneb maailm hävimatuks ja muutumatuks kuuüleseks maailmaks ning hävivaks ja muutlikuks kuualuseks maailmaks; hilisemate paradigmade järgi koosneb kogu maailm ühesugustest ainetest. Antoine Lavoisier' eelse keemia järgi on olemas flogiston, mis põlemisel eraldub; Lavoisier' uue paradigma järgi flogistoni ei ole, kuid on hapnik, millel on põlemises teistsugune roll. James Clerk Maxwelli elektromagnetismiteooria järgi täidab kogu ruumi eeter, Albert Einsteini erirelatiivsusteooria järgi eetrit ei ole.  
Võistlevad paradigmad peavad legitiimseks või mõttekaks erinevaid küsimusi. Flogistoni kaalu küsimus oli flogistoniteooria pooldajate jaoks tähtis, Lavoisier' jaoks tühi. Planeetide massi küsimused oli Newtoni paradigma jaoks fundamentaalsed, Aristotelese paradigmade jaoks ketserlikud. Maa kiirus eetri suhtes oli enne Einsteini sügavalt tähtis probleem, Einstein hajutas selle.   
Paradigmadel on ka erinevad ja ühitamatud standardid. Newtoni paradigma lubas seletamatut kaugmõju, kuid René Descartesi pooldajad pidasid seda metafüüsiliseks ja isegi okultseks. Põhjuseta liikumine oli Aristotelese jaoks mõttetus ja Newtoni jaoks aksiomaatiline. Keemiliste elementide muundumisel on tänapäeva tuumafüüsikas (ning keskaja alkeemias ja 17. sajandi mehaanilises filosoofia) tähtis koht, kuid see on täielikus vastuolus John Daltoni atomistika programmiga. Tänapäeva mikrofüüsikas on aktsepteeritud määramatus, millel Newtoni programmis pole kohta.    
Seda, kuidas teadlased mingit maailma aspekti näevad, suunab paradigma, milles nad töötavad. Kuhn väidab, et võistlevate paradigmade pooldajad "elavad eri maailmades". Ta toob tõenduseks asjaolu, et lääne astronoomid märkasid, registreerisid ja arutasid muutusi taevas alles pärast Koperniku teooria esitamist. Aristotelese paradigma ei näinud ette muutusi taevas ja nii neid ka ei vaadeldud. Kui muutusi märgati, seletati neid häiretena atmosfääri ülaosas.   
Teadlaste üleminekut ühelt paradigmalt ühitamatule alternatiivile võrdleb Kuhn geštaldivahetuse või usulise pöördumisega. Ei ole puhtloogilist argumenti, mis tõestaks ühe paradigma üleolekut teisest ning sunniks niimoodi ratsionaalset teadlast paradigmat vahetama. Üks põhjus, miks niisugune tõestus ei ole võimalik, on see, et teadlane otsustab teooria eeliste üle mitmesuguse tegurite mõjul. Üksikteadlase otsus sõltub sellest, millistele teguritele ta annab prioriteedi. Nende tegurite seas on lihtsus, seos mõne tungiva ühiskondliku vajadusega, võime lahendada mõnd konkreetset laadi probleemi jne. Üht teadlast võib Koperniku teooria ligi tõmmata teatud matemaatiliste omaduste lihtsuse tõttu, teist kalendrireformi võimalikkuse tõttu, kolmandat võib peletada teadlikkus probleemidest, mille see maapealsete nähtuste seletamisel kaasa toob, neljas võib selle teooria tagasi lükata usulistel kaalutlustel. Teine põhjus tuleb sellest, et võistlevate paradigmade pooldajad pooldavad erinevaid standardeid ja metafüüsilisi printsiipe. Kumbki paradigma on omaenda standardite järgi parem. Ühe argumendid teist ei veena, sest teine ei tunnista esimese eeldusi. 
Sellepärast võrdleb Kuhn teadusrevolutsioone poliitiliste revolutsioonidega: nende eesmärk on muuta poliitilisi institutsioone viisil, mida need keelavad. Valik võistlevate paradigmade vahel osutub valikuks ühitamatute eluviiside vahel ning ükski argument ei saa olla loogiliselt ega isegi mitte tõenäosuslikult sundiv. See aga ei tähenda, nagu argumendid ei võiks teadlaste otsuseid mõjutada. 
Seda, millised tegurid panevad teadlasi paradigmat vahendada, tuleb Kuhni arvates avastada psühholoogiliselt ja sotsioloogiliselt. Pole ühte argumenti, mis ütleks, millal ratsionaalne teadlane peaks paradigmat vahetama. Võistlevate programmide pooldajad näevad maailma erinevalt ja kirjeldavad seda eri keeltes. Argumentide ja arutelude eesmärk pole sundimine, vaid veenmine. See ongi Chalmersi arvates Kuhni väidetud paradigmade ühismõõdutuse taga. 
Teadusrevolutsioon seisneb selles, et teooriat vahetab teadlaskogukond tervikuna, nii et jäävad üksnes vähesed teisitimõtlejad, kes uuest teadlaskogukonnast välja jäävad ning põgenevad võib-olla mõnda filosoofiaosakonda ja igatahes lõpuks surevad.

Normaalteaduse ja revolutsioonide funktsioon

Võib jääda mulje, nagu Kuhn püüaks lihtsalt kirjeldada teooriaid või paradigmasid ja teadlaste tegevust. Sellisel juhul oleks Kuhni teaduseteoorial vähe väärtust. Kui kirjeldust ei kujunda mingi teooria, siis ei öelda, milliseid tegevusi ja tegevuste tulemusi tuleb teaduse nime all kirjeldada. Ent Kuhni jutt ei tule ainult teadlaste töö kirjeldusest. Ta peab seda teaduse teooriaks, sest ta seletab oma koostisosade funktsiooni. Kuhni järgi on normaalteadusel ja revolutsioonidel paratamatud funktsioonid, mis teadusel tahes-tahtmata nii või teisiti täita tuleb.   
Normaalteaduse perioodid annavad teadlastele võimaluse arendada teooria esoteerilisi üksikasju. Töötades paradigmas, mille aluseid nad peavad enesestmõistetavaks, saavad nad teha tööd, mis on vajalik paradigma viimiseks loodusega kooskõlla. Just usu tõttu paradigma adekvaatsusesse saavad teadlased pühenduda peamurdmisülesannete lahendamisele, vaidlemata fundamentaalsete eelduste ja meetodite legitiimsuse üle. Sellepärast peab normaalteadus olema suuresti ebakriitiline.    
Kui kõik teadlased jääksid normaalteadlasteks, siis jääks teadusharu ühe paradigma lõksu. See oleks viga, sest pole aprioorset põhjendit, miks peaks üks paradigma olema täiuslik või isegi parim võimalik. Ei ole induktiivseid protseduute täiuslikult adekvaatsete paradigmadeni jõudmiseks. Järelikult peab teaduses olema vahend, kuidas parema paradigmani välja murda. See on revolutsioonide funktsioon. Kui mittevastavus paradigma ja looduse vahel muutub tõsiseks, on teaduse tõhuseks progressiks tarvis kogu paradigma välja vahetada. Progress revolutsioonide kaudu on Kuhni alternatiiv induktsionismi poolt väidetavale kumulatiivsele progressile (tehakse vaatlusi, kujunevad uued mõisteid, vanu täiustatakse, avastatakse uusi seadusi). Kuhni järgi viimane ignoreerib paradigmade rolli vaatluse ja katse suunamisel. Just paradigmade läbiva mõju tõttu peab paradigmade vahetus olema revolutsiooniline.  
Kuhni paradigmad ei ole nii täpsed, et neid saaks asendada sõnaselge reeglite komplektiga. Eri teadlased või teadlaste rühmad võivad väga hästi tõlgendada paradigmat erinevalt. Samas olukorras ei jõua kõik teadlased sama järelduseni ega võta kasutusele sama strateegiat. Riskid jaotatakse teadlaskogukonnas laiali ning õnnestumise võimalus kasvab.

Kuhni teadusekäsituse eelised

Kuhni idee järgi toimub teaduses probleemide lahendamine raamistikus, mida põhilises küsimärgi alla ei seata. Teadusharus, milles aluseid pidevalt Popperi vaimus kahtluse alla seatakse, on oluline progress ebatõenäoline, sest printsiibid ei püsi vaidlustamata piisavalt kaua. Tore on küll rääkida, kuidas Einstein oma originaalsuse ja julgusega viis teadust kangelaslikult edasi, aga ei maksa unustada, et oli tarvis töötada kakssada aastat Newtoni paradigmas ja sada aastat elektri ja magnetismi teooriates, et ilmneksid probleemid, mille Einstein ära tundis ja lahendas. Aluste pidev kritiseerimine ei ole omane mitte teadusele, vaid filosoofiale. 
Kui võrrelda Kuhni ja Popperi katset tabada astroloogia erinevust teadusest, siis Kuhni teooria on veenvam, nagu Deborah Mayo (Error and the Growth of Experimental Knowledge) veenvalt näitas. Popperi järgi saab astroloogiat nimetada mitteteaduseks kas sellepärast, et ta pole falsiftseeritav, või sellepärast, et ta on falsifitseeritud. Esimene ei tööta, sest renessansiajal, mil astroloogiat tõsiselt praktiseeriti, tegi ta falsifitseeritavaid ennustusi, mida sageli falsifitseeritigi. Aga kui astroloogia viimase põhjal mitteteaduseks kuulutada, siis tuleks samadel põhjustel seda teha ka füüsika, keemia ja bioloogiaga. Kuhni järgi on erinevus selles, et näiteks astronoomid saavad vääradest ennustustest õppida, astroloogid mitte. Astronoomid saavad täiustada instrumente, otsida häiritusi, postuleerida avastamata planeete või Kuu mittekerakujulisust jne ning töötada siis üksikasjadega, et näha, kas need muudatused kõrvaldavad probleemi. Astroloogidel selliseid vigadest õppimise vahendeid ei ole. Neid vahendeid võibki tõlgendada ühise paradigmana, mis võimaldab normaalteaduse traditsiooni. Nii et "normaalteadus" on teaduses oluline element.    
Teadusrevolutsiooni mõiste abil rõhutas Kuhn teaduse progressi mittekumulatiivsust. Juba Popper rõhutas, et teaduse progressi käigus vahetatakse teooriaid välja. Popperil on see lihtsalt ühe väidete komplekti vahetamine teisega, aga Kuhni revolutsiooni käigus muutuvad ka maailmataju ja teooria hindamise standardid. Üleminekul Aristotelese paradigmalt Newtoni omale ei võetud fundamentaalsete tõenditena enam mitte paljaste meelte tõendeid optimaalsetes tingimustes, vaid instrumentide ja katsete abil saadud tõendeid. 
Kuhnil on kahtlemata õigus, et on olemas teadusevolutsioonid, kus muutub ka see, millest maailma eeldatakse koosnevat ning millist laadi tõendeid ja seletusviise peetakse kohaseks. Iga adekvaatne teadusliku progressi teooria peab ka seletama, kuidas revolutsiooni käigus tehtud muudatusi saab käsitada progressiivsetena. Kuhn rõhutas, et see, mida pidada probleemiks, võib eri paradigmades olla erinev, nagu ka lahenduste adekvaatsuse standardid. Aga milliste standardite järgi siis saab otsustada, et üks paradigma on teisest parem ning selle omaksvõtt teise asemel on progress? Mis mõttes teadus revolutsioonide kaudu progresseerub?

Kuhni ambivalentsus revolutsioonide kaudu toimuva progressi asjus

Kuhn on selles küsimuses kurikuulsalt kahemõtteline. Pärast "Teadusrevolutsioonide struktuuri" avaldamist süüdistati Kuhni selles, et ta esitas teaduse progressi kohta relativistliku vaate. See tähendas, et Kuhni teooria järgi ei ole küsimusel, kas uus paradigma on vanast parem, kindlat neutraalset vastust, vaid see sõltub otsustust tegeva indiviidi, rühma või kultuuri väärtustest. Kuhnile see süüdistus ei meeldinud ning 2. trükile lisatud postskriptumis ta püüdis relativismist distantseeruda. Ta kirjutas, et hilisemad teooriad on vanadest paremad, et nad lahendavad peamurdmisülesandeid sageli üsna erinevates keskkondades, millele neid rakendatakse. Aga see kriteerium on problemaatiline, sest see, mida pidada peamurdmisülesandeks ja selle lahenduseks, on paradigmasõlteline ja Kuhn pakub mujal kriteeriumideks hoopis lihtsust, ulatust ja ühitatavust teiste erialadega. Paljusid kohti raamatus saab lugeda relativismi kaitsvatena ja teaduse progressi ratsionaalse kriteeriumi olemasolu eitavana. Üleminek ühelt paradigmalt teisele on geštaldi vahetus või usuline pöördumine, mis on ratsionaalse valiku vastand. Ka rõhutamine, et teaduse loomus tuleb avastada seesmiselt sotsioloogiliselt, uurides teadlaste rühma loomust, avastades selle väärtused, mida see sallib ja põlgab, viib relativismini, kui juhtub, et eri rühmad väärtustavad, sallivad ja põlgavad eri asju. Nii teadmissotsioloogia pooldajad tavaliselt Kuhni tõlgendavadki, arendades tema vaated sõnaselgeks relativismiks.      
Chalmers leiab, et Kuhni postskriptumis on kaks lõime, millest üks on relativistlik, teine mitte. See jätab kaks võimalust. Esimene on arendada relativistlikku lõime, sealhulgas teadust sotsioloogiliselt uurida, mida Kuhn ise ei teinud. Teine on relativismi ignoreerida ning Kuhn niimoodi ümber kirjutada, et see oleks ühitatav teaduse progressiga. See nõuaks vastust küsimusele, mis mõttes teooria väljavahetamine on progress.

Objektiivne teadmine

Kuhn ütleb, et paradigmavahetus peab toimuma kas ühekorraga (kuigi mitte tingimata hetkega) või üldse mitte. Kuidas see saab nii olla? Ühest küljest teab Kuhn, et teadusrevolutsioon kestab tükk aega, mille jooksul tehakse palju teoreetilist ja eksperimentaalset tööd. See nähtub Kuhni enda raamatust "Copernican Revolution". Teisest küljest, Kuhni võrdlused geštaldivahetuse ja usulise pöördumisega näitavad, mis mõttes muutus toimub ühekorraga. Chalmers arvab, et Kuhn ajab siin segi kaks teadmise liiki. Esimeses tähenduses on see vaimuseisund, millestki teadlik olemine. Sellega on seotud ka uskumine, aktsepteerimine, mis on samuti vaimuseisund ja hoiak. Chalmers nimetab seda subjektiivseks teadmiseks ning eristab objektiivsest teadmisest. Propositsioonidel on "objektiivseid" omadusi, mis ei sõltu sellest, kas neid teatakse, (vastuolulisus, omavaheline vastuolu, järeldumine). Indiviidide tajukogemused ja neist tingitud uskumused erinevad vaatlusväidetest, mida toetavateks neid võidakse pidada. Viimased on avalikult testitavad ja vaieldavad. Teadmiste korpusesse mingis staadiumis kuuluvatel propositsioonidel võib samuti olla omadused, millest sellega töötavad inimesed ei pruugi olla teadlikud. Tänapäeva füüsika on nii keeruline, et seda ei saa samastada ühe inimese või rühma teadmistega. Paljud teadlased annavad füüsika kasvusse ja artikuleerimisse oma panuse nagu katedraali ehitavad töölised. Pilvedes hõljuv teoreetik ei pruugi olla teadlik mõne eksperimentaalse leiu tähtsusest tema teooriale. Struktuuri osade vahelised objektiivsed seosed on sõltumatud sellest, kas indiviidid on sellest seosest teadlikud. Sageli avastatakse teooria ootamatud järelmid, näiteks eksperimentaalne ennustus või vastuolu teise teooriaga, hilisema tööga. Näiteks avastas ja tõestas Siméon Poisson, et Augustin-Jean Fresneli valgusteooriast järeldub ere täpp vastavalt valgustatud läbipaistmatu ketta varjuküjel; Fresnel ei olnud sellest teadlik. Avastati ka mitmesugused vastuolud Fresneli teooria ja Newtoni valguse korpuskulaarteooria vahel. Näiteks ennustas esimene, et valgus liigub õhus kiiremini kui vees, teine vastupidist. Objektiivsed on ka katsedisainid ja protseduurid, metodoloogilised reeglid ja matemaatilised süsteemid. Indiviidid saavad neid kõrvutada ja kasutada, muuta ja kritiseerida. Üksikteadlane on silmitsi objektiivsete teadmiste olukorraga ning nende abil tuleb tal püüda seda muuta ja parandada. (Objektiivsuse all mõeldakse siin ainult sõltumatust inimeste vaimuseisunditest.) Kuigi Chalmers järgib siin Karl Popperit ("Objective Knowledge", ptk 3 ja 4), ei tegele ta küsimusega, mis mõttes need objektiivsed omadused on olemas. 
Suur osa Kuhni jutust paadigmade kohta sobib objektiivse teadmise poolele: peamurdmisülesannete lahendamine, anomaaliad, standardid ja metafüüsilised eeldused. Küsimus sellest, mis mõttes üks paradigma on teisest parem, on küsimus paradigmade vahelisest objektiivsest suhtest. Kuhni raamatus räägitakse aga ka subjektiivsest teadmisest, nimelt siis, kui jutt on geštaldivahetusest. Chalmers paneb ette, et kui jutt on teaduse loomusest ja sellest, mis mõttes teadust võib nimetada progresseeruvaks, siis tuleb piirduda paradigmade ja nendevaheliste suhete objektiivse iseloomustamisega ning geštaldivahetused kõrvale jätta. Enamasti Kuhn just sellega tegelebki. See, kuidas saab öelda, et üks paradigma on teisest parem, erineb küsimusest, kuidas või miks üksikud teadlased vahetavad paradigmat. Kui tahta üldse leida, mis mõttes teadus progresseerub, tuleb tegelda esimese küsimusega. Sellepärast pole Chalmers rahul Kuhni raamatu 2. trüki 13. peatüki katsega võidelda relativismisüüdistuse vastu keskendumisega väärtushinnangule ja teooria valikule.

Imre Lakatosi tutvustus

Imre Lakatos tuli 1950ndate lõpus Ungarist Inglismaale ja sattus seal Karl Popperi mõju alla. Lakatosi sõnul Popper muutis tema elu. Peagi taipas Lakatos Popperi falsifikatsionismi raskusi. 1960. aastate keskpaigaks sai Lakatos teadlikuks Thomas Kuhni alternatiivsest vaatest teadusele. Popperi ja Kuhni vaadetel on palju ühist. Mõlemad vastustavad positivistlikke, induktsionistlikke teaduseteooriaid. Mõlemad annavad teooriale (või paradigmale) vaatluse ja katse ees prioriteedi. Lakatos jätkas seda traditsiooni, otsides viisi, kuidas Popperi falsifikatsionismi niimoodi teisendada, et raskustest lahti saada. Ta võttis üle ka mõned Kuhni ideed, kuid lükkas tema relativismi täielikult tagasi. Kuhni paradigmade asemel on tal uurimisprogrammid ("Falsification and the Methodology of Scientific Research Programmes", 1970).

Lakatosi uurimisprogrammid

Popperi falsifikatsionismil on see raskus, et pole selge, millist eeldust tuleb näiva falsifikatsiooni korral süüdistada. Kui jätta see iga teadlase meelevalda, siis on raske aru saada, kuidas küpsed teadused saavad koordineeritult ja sidusalt progresseeruda. Lakatosi vastus on, et kõik teaduse osad ei ole võrdväärsed. Ühed seadused või printsiibid on teistest fundamentaalsemad. Mõned on nii fundamentaalsed, et need peaaegu määratlevad teadust. Sellepärast ebaõnnestumist nende kaela ei aeta. Süüdlast otsitakse vähem fundamentaalsete eelduste seast. Teadust võib siis käsitada fundamentaalsete printsiipide programmilise arendamisena. Probleemide lahendamiseks modifitseeritakse vajaduse korral perifeerseid eeldusi. Need pingutused jäävad ühe ja sama uurimisprogrammi raamesse. Fundamentaalseid printsiipe nimetas Lakatos uurimisprogrammi kõvaks tuumaks. Kõva tuum on uurimisprogrammile kõige iseloomulikum. Näiteks Mikołaj Koperniku programmi kõva tuum oli oletus, et Maa ja planeedid tiirlevad ümber paigalseisva Päikese ning Maa teeb ööpäeva jooksul ühe täispöörde ümber oma telje. Isaac Newtoni füüsika kõva tuum on Newtoni seadused ja gravitatsiooniseadus. Karl Marxi ajaloolise materialismi kõva tuum võiks olla oletus, et suurt ühiskondlikku muutust tuleb seletada klassivõitlusega ning klasside loomuse ja võitluse üksikasjad määrab lõppkokkuvõttes majanduslik baas. 
Kõvale tuumale tuleb lisada täiendavad eeldused, et saaks teha kindlaid ennustusi. Peale sõnaselgete oletuste ja eelduste kuuluvad sinna ka algtingimuste eeldused. Näiteks Koperniku programmi kõvale tuumale tuli lisada arvukad epitsüklid ning tuli muuta hinnangut tähtede kaugusele Maast. Alguses oli programmis ka eeldus, et palja silmaga saab tähtede ja planeetide asendit, mõõtmeid ja heledust täpselt määrata. Kui vaatlused on programmiga vastuolus, siis tuleb see panna lisaeelduste, mitte kõva tuuma arvele. Lakatos nimetas lisaeelduste kogumit kaitsevööks. Teadlaste metodoloogilised otsused teevad kõva tuuma mittefalsifitseeritavaks. Näiteks Koperniku programmi kaitsevööd muudeti, asendades epitsüklid elliptiliste orbiitidega ja palja silma andmed teleskoobi andmetega. Ka algtingimusi muudeti: muudeti tähtede kauguse hinnangut ja lisati uusi planeete. 
Lakatos jagas uurimisjuhised uurimisprogrammi raames negatiivseks heuristikaks ja positiivseks heuristikaks. Negatiivne heuristika ütleb, mida pole soovitatav teha. Teadlastel ei ole soovitatav kõva tuuma puutuda. Kui keegi seda teeb, siis ta on programmist välja astunud. Kui Tycho Brahe oletas, et planeedid tiirlevad ümber Päikese ja Päike tiirleb ümber Maa, siis ta astus Koperniku programmist välja. Positiivne heuristika ütleb, mida on soovitatav teha. See annab juhiseid, kuidas kõva tuuma lisaeeldustega täiendada ja kuidas kaitsevööd modifitseerida, et programm seletaks ja ennustaks vaadeldavaid nähtusi. Peale sobivate abihüpoteeside lisamise tuleb välja töötada adekvaatsed eksperimenteerimis- ja matemaatilised tehnikad. Näiteks Koperniku programmis oli algusest peale selge, et on tarvis matemaatilisi tehnikaid epitsüklite arvutamiseks ja paremaid tehnikaid planeetide asendi vaatlemiseks. Lakatosi järgi kasutati Newtoni gravitatsiooniteooria varajases arengujärgus positiivset heuristikat, mis sisaldas juhist, et tuleb alustada lihtsatest. idealiseeritud juhtumitest ning kui nende puhul on teoreetilised probleemid lahendatud, minna keerulisemate, realistlikumate juhtumite juurde. Newton vaatles kõigepealt punktikujulise planeedi ellipsikujulist liikumist ümber paigalseisva punktikujulise Päikese. Seejärel võttis ta arvesse, et vastastikuse külgetõmbe tõttu liigub ka Päike. Edasi võttis ta arvesse planeetide mõõtmed ning käsitas neid keradena. Seejärel võttis ta arvesse ka planeetide pöörlemist ja planeetide omavahelist külgetõmmet. Kui ta sinnamaani oli jõudnud, hakkas ta kontrollima teooria ja vaatluse vahelist vastavust. Et vastavus polnud piisav, võttis ta arvesse ka seda, et planeedid pole kerakujulised. Positiivses heuristikas oli ka eksperimentaalne komponent: tuleb välja töötada täpsemad teleskoobid ning abiteooriad nende kasutamiseks astronoomias, näiteks selleks, et arvestada valguse murdumist Maa atmosfääris. Algusest peale oli soovitav konstrueerida aparatuur, mis võimaldaks registreerida gravitatsiooni maiste objektide vahel (Cavendishi eksperiment). Teiseks näiteks toob Lakatos Bohri aatomiteooria. 
Lakatosi näidetes muutub vaatluslik kontrollimine oluliseks alles suhteliselt hilises staadiumis. Uurimisprogrammi algstaadiumis vaatlustest ei hoolita, isegi kui vaatlused näivad seda falsifitseerivat. Uurimisprogramm peab saama võimaluse oma potentsiaal täielikult realiseerida. Tuleb rajada sobiv kaitsevöö. Koperniku programmis kuulus sellesse adekvaatne mehaanika ja adekvaate optika. Kui programmi areng on jõudnud sinnamaale, et on mõtet seda eksperimentaalselt kontrollida, siis on Lakatosi järgi põhiline tähtsus kinnitustel, mitte falsifikatsioonidel. Uurimisprogrammi väärtust näitab see, kui palju ta pakub uudseid ennustusi, mis leiavad kinnitust. Newtoni programm leidis kinnitust Neptuuni avastamisega ning Halley komeedi tagasitulekuga ennustatud ajal. Ebaõnnestunud ennustused, nagu Newtoni varajased Kuu orbiidi arvutused, näitavad lihtsalt, et kaitsevööga tuleb rohkem tööd teha.    
Programmi väärtuse teine näitaja on see, et positiivne heuristika on piisavalt sidus, et selle järgi saaks uurimistööd edasi viia. Lakatosi meelest on marksismil ja Sigmund Freudi psühholoogial küll olemas teine väärtuse tunnus, kuid esimene puudub; tänapäeva sotsioloogial seevastu on küll mingil määral esimene, kuid puudub teine. Igatahes on progresseeruv uurimisprogramm selline, mis säilitab sidususe ning viib vähemalt vahetevahel uudsete ennustusteni, mis leiavad kinnitust, ja degenereeruv uurimisprogramm selline, mis kaotab sidususe või ei vii uudsetele ennustustele, mis leiavad kinnitust. Teadusrevolutsioonile vastab Lakatosil degenereeruva programmi asendamine progresseeruvaga.

Metodoloogia programmi sees ja programmide võrdlus

Töö uurimisprogrammi raames sisaldab kaitsevöö laiendamist ja muutmist hüpoteeside lisamise ja sõnastamise teel. Sellised käigud on lubatavad, kui tegu ei ole ad hoc-hüpoteesidega. Kui Leverrier ja Adams nägid kõrvalekaldeid ennustustest Uraani orbiidis, siis nad muutsid kaitsevööd, oletades, et algtingimused pole õiged ning Uraani lähedal on tundmatu planeet, mis häirib tema orbiiti. See käik oli kooskõlas Lakatosi metodoloogiaga, sest see oli kontrollitav. Aga Lakatosi järgi oleksid lubatavad olnud ka teistsugused reaktsioonid: süü oleks võinud panna näiteks uut tüüpi aberratsioonile, eeldusel, et see oletus oleks olnud kontrollitav. Mida rohkem selliseid võimalikke käike oleks olnud, seda parem, sest seda suurem oleks olnud õnnestumise võimalus (kusjuures õnnestumine oleks olnud uutele ennustustele kinnituse leidmine). Kui aga näiteks oleks öeldud, et Uraanil ongi selline loomulik orbiit, siis see oleks olnud ad hoc-hüpotees. Samuti välistab Lakatosi metodoloogia käigud, millega kõva tuum maha jäetakse. Näiteks kui keegi oleks oletanud, et Uraani ja Päikese vaheline külgetõmme ei allu Newtoni gravitatsiooniseadusele, siis see oleks olnud Newtoni programmist väljumine.
Lakatosi metodoloogia on mõeldud selle kaose väktimiseks, mille tekitab piiramatu oletuste ja ümberlükkamiste meetod. Kõva tuum ja positiivne heuristika hoiavad korda alal. Kui seda meetodit järgida ja esineb uudseid ennustusi, mis leiavad kinnitust, siis uurimine progresseerub. Otsus hüpotees säilitada või tagasi lükata sõltub katsetulemustest. Vaatluse suhestamine hüpoteesiga ei ole kuigi probleemne, sest kõva tuum ja positiivne heuristika määravad stabiilse vaatluskeele. 
Kuhn ei osanud selgelt öelda, mille poolest uus paradigma on vanast parem, nii et ta sai ainult viidata teadlaskogukonna autoriteedile. Lakatos aga otsis aga uurimisprogrammidest sõltumatut standardit, mille järgi mitterelativistlikult öelda, et teadus progresseerub. Tema järgi vahetatakse progressi puhul degenereeruv programm välja progresseeruva vastu; programm vahetatakse välja uusi nähtusi tõhusamalt ennustava programmi vastu.

Uudsed ennustused

Nagu Lakatos hakkas taipama, ei ole uudse ennustuse mõiste nii lihtne, nagu algul tundub. Popperi kontekstis on ennustus uudne, kui see üldtunnustatud teadmises ei figureeri või on sellega vastuolus. Popperi meelest panevad uudsed ennustused teooria proovile just sellepärast, et need on valdavate ootustega vastuolus. Aga osutub, et selline arusaam uurimisprogrammi progresseeruvuse iseloomustamiseks ei sobi. Nimelt on olukordi, kus uurimisprogrammi väärtust näitab selle võime seletada nähtusi, mis on juba hästi teada, mitte uudsed Popperi mõttes. Planeetide liikumisel on omadusi, mis on antiikajast teada, mida aga seletati adekvaatselt alles Koperniku teooriaga: planeetide retrograadne liikumine ning asjaolu, et nad on just selle ajal kõige heledamad, ja asjaolu, et Veenus ja Merkuur ei paista kunagi Päikesest kaugel. Kvalitatiivselt on need nähtused Koperniku teooriaga algusest peale seletatud, Ptolemaiose teoorias aga tuleb selleks sisse tuua spetsiaalsed epitsüklid. Ka Lakatos pidas seda selle üheks tähtsamaks näitajaks, et Koperniku süsteem on parem, aga see ennustus ei olnud uudne, sest need asjaolud olid ammu teada. Koperniku teooria esimene uudne ennustus, mis kinnitust leidis, oli tõenäoliselt aastaparallaksi vaatlus, aga see Lakatosi ei aita, sest see leidis aset alles 19. sajandi, kui Koperniku teooria paremust oli juba aktsepteeritud. On ka teisi näiteid. Üks väheseid vaatlusi, millega saadi toetada Albert Einsteini üldrelatiivsusteooriat, oli Merkuuri orbiidi periheeli pretsessioon, mis oli ammu teada ja üldtunnustatud. Üks kvantmehaanika muljetavaldavamaid omadusi oli võime seletada gaaside kiirgusspektreid, mis olid juba pool sajandit teada. Nende näidete puhul võiks öelda, et tegu pole mitte uudsete nähtuste ennustustega, vaid nähtuste uudsete ennustustega. Elie Zahari ("Why did Einstein's Programme supersede Lorentz's?") kaalutluste valguses hakkas Lakatos taipama, et uudsete ennustuste teooriat tuleb muuta. Kui hinnatakse, mil määral mingid vaadeldavad nähtused toetavad mingit teooriat või programmi, siis on ajalooliselt sattumuslik ega ole filosoofiliselt oluline, kumb on enne, kas teooria või nende nähtuste teadmine. Einsteini teooria seletab nii Merkuuri orbiiti kui ka valguskiirte paindumist gravitatsiooniväljas; pole oluline, et üks oli enne teada, teine mitte. Üksikasjade üle on vaielnud näiteks Alan Musgrave ja John Worrall, aga üldine intuitsioon on lihtne. Ptolemaios seletas retrograadset liikumist kunstlikult, Kopernik loomulikult. Loevad teooria või programmi need ennustused, mis on loomulikud. Selle intuitsiooni taga peitub võib-olla mõte, et tõendi toetavad teooriat, kui need ilma teooriata sisaldaksid seletamatuid kokkulangevusi. Kuidas saaks Koperniku teooria seletada planeetide liikumise kõiki vaadeldavaid üldisi omadusi, kui ta poleks põhijoontes õige? See argument ei tööta aga Ptolemaiose teooria puhul: isegi kui ta on täiesti väär, saab ta nähtusi epitsüklite abil seletada (John Worrall). Sellepärast tuleb Lakatosi metodoloogia ümber sõnastada nii: programm on progresseeruv niivõrd, kui ta teeb loomulikke ennustusi, mis leiavad kinnitust.

Metodoloogia kontrollimine ajaloo põhjal

Lakatos leidis nagu Kuhngi, et teaduse teooria peaks suutma teaduse ajalugu mõtestada. Kui aga tõlgendada seda vajadust valimatult, siis taandub hea teadusfilosoofia teaduse täpsele kirjeldusele. Siis ta ei saa öelda, mis on teadusele olemuslik, ega eristada head ja halba teadust. Popperi ja Lakatosi meelest oli Kuhni teooria puhtkirjeldav ning seetõttu puudulik. Erinevalt Lakatosist leidis Popper, et teaduse ajalooga ei saa mingit teadusfilosoofiat õigustada. 
Lakatosi positsioon artiklis "History of Science and Its Rational Reconstruction" on järgmine. Teaduse ajaloos on episoode, mis on probleemitult progresseeruvad, nii et see on näha enne igasugust keerulist teadusfilosoofiat. Kui keegi eitab, et Galilei füüsika on parem kui Aristotelese oma ja Einsteini füüsika parem kui Newtoni oma, siis ta kasutab sõna "teadus" teistmoodi kui meie. Selleks et küsida, kuidas teadust kõige paremini kategoriseerida, peab meil olema teooriaeelne arusaam sellest, mis on teadus, ja see peab sisaldama võimet ära tunda suuri teaduslikke saavutusi. Siis me saame nõuda, et teaduse filosoofia või metodoloogia oleks nendega ühitatav. Iga teadusfilosoofia peaks sisaldama arusaama, miks Galilei saavutused astronoomias ja füüsikas olid suured edusammud. Kui selgub, et Galilei astronoomias muutis seda, mida pidada vaadeldavaks faktiks, ja mehaanikas toetus rohkem mõtteeksperimentidele kui reaalsetele katsetele, siis see on probleem nendele filosoofiatele, mille järgi teaduse progress on kumulatiivne, on kindlate vaatlusfaktide kuhjamine ja nendest ettevaatlike üldistuste tegemine. Lakatosi varajast metodoloogiat võib kritiseerida selle eest, et ta kasutas sellist arusaama uudsest ennustusest, mis ei võimalda aru saada, mis mõttes Koperniku astronoomia oli progresseeruv. Sel alusel kritiseerib Lakatos positivismi ja falsifikatsionismi ning õigustab oma teooriat. Uurimisprogrammide metodoloogia suudab mõtestada ka teisi episoode, mis varem mõistatuseks jäid. Mõistatuslik on olnud näiteks see, et valguse laineteooria, mille esitas Thomas Young 19. sajandi alguses, leidis vähe toetajaid, paarkümmend aastat hilisem Augustin-Jean Fresneli teooria sai aga üldtunnustatuks. John Worrall toetab Lakatosi positsiooni, näidates, et Youngi teoorial ei olnud loomulikku katselist kinnitust, Fresnelil aga oli, ning Fresneli laineteoorial oli palju parem positiivne heuristika, sest ta oskas kasutusele võtta matemaatilised vahendid. Paljud Lakatosi õpilased püüdsid tema metodoloogiat samas vaimus toetada. Lakatos hakkas oma metodoloogia põhivooruseks pidama seda, et see aitab teadusajaloolasi. Ajaloolane peab leidma üles uurimisprogrammid, iseloomustama nende kõva tuuma ja kaitsevööd ning kirjeldama nende progresseerumist või degenereerumist. Nii saab näidata, kuidas teadus progresseerub programmidevahelises võistluses.  
Lakatos ja tema järgijad heitsid tõesti kasulikku valgust mõningatele füüsika klassikalistele episoodidele. Kuigi Lakatosi metodoloogia võib teadusajaloolastele nõu anda, ei olnud Lakatos seda kavandanud nõuandeks teadlastele. 
Teooriaid ei tule näivate falsifikatsioonide tõttu tagasi lükata, sest süü ei pruugi olla teoorias, ja üksikud õnnestumised ei tee teooriat alatiseks väärtuslikuks. Sellepärast hakkaski Lakatos rääkima uurimisprogrammidest, millele antakse arenemiseks aega ja mis võivad hakata pärast degenereerumist progresseeruma või ümberpöördult. (Koperniku teooria degenereerus pärast algseid õnnestumisi sada aastat, kuni Galilei ja Kepler puhusid sellele elu sisse.) Aga siis ei saa Lakatosi metodoloogia teadlastele nõu anda, kas loobuda mingist programmist või eelistada üht teisele. Teadlasel ei ole irratsionaalne jääda töötama degenereeruva programmiga, kui ta arvab, et seda on võimalik ellu äratada. Uurimisprogramme saab võrrelda ainult ajaloolises tagasivaates. Lakatos hakkaski eristama uurimisprogrammide hindamist (mida saab teha ainult ajaloolises tagasivaates), ja teadlastele nõu andmist, mis pole tema metodoloogia nõuanne: "teaduses pole hetkeratsionaalsust".

Probleemid Lakatosi metodoloogiaga

On põhjust kahelda Lakatosi metodoloogia kirjelduslikus adekvaatsuses. 
Kas näiteks teadusajaloos leiduvad kõvad tuumad? Aeg-ajalt püüavad teadlased probleeme lahendada, kohandades oma teooria või programmi aluseid. Näiteks nihutas Kopernik Päikest pisut planeetide orbiitide keskme poole, laskis Kuul tiirelda ümber Maa, mitte ümber Päikese, ning kohendas mitmel moel epitsüklilisi liikumisi, nii et need polnud enam ühtlased. Mis siis täpselt Koperniku programmi kõva tuum oli? 19. sajandil oli tõsiseid katseid toime tulla näiteks Merkuuri probleemiga, muutes gravitatsiooniseadust. Nii et ka Lakatosi põhinäidetes leidub kõva tuuma rikkumisi.        
Sügavam probleem on see, kas tõesti on olemas need metodoloogilised otsused, millest Lakatos räägib (kõva tuum tehakse mittefalsifitseeritavaks metodoloogiliste otsustega). Lakatos ei tõenda nende olemasolu, ja pole ka päris selge, kuidas seda saaks tõendada. See küsimus on Lakatose jaoks tähtis, sest siin on tema ja Kuhni positsiooni erinevus. Nad on ühel meelel, et teadlased töötavad koordineeritult mingis raamistkus. Kuhni meelest peab selle, kuidas ja miks nad seda teevad, välja selgitama sotsioloogiline analüüs. Lakatose meelest viib see talumatu relativismini. Tema meelest loovad sidususe metodoloogilised otsused. Lakatos ei tõenda, et need on olemas, ega ütle selgelt, mis mõttes saab neid pidada ratsionaalseteks.  
Lakatos tahtis anda kindlat vastust küsimusele, mis on teadusliku teadmise eripära. Ta väitis, et teadusfilosoofia keskne probleem on anda universaalsed tingimused, millel teooria on teaduslik. Ta pidas seda lähedalt seotuks teaduse ratsionaalsuse probleemiga ning arvas, et selle lahendamine näitab, millal mingi teooria aktsepteerimine on ratsionaalne, millal mitte. Ta leidis, et on andnud uurimisprogrammi progresseerumise ja stagneerumise kriteeriumid ning reeglid uurimisprogrammide kõrvaldamiseks. Ent tema metodoloogia ei suutnud neid ootusi täita. Tal pole reegleid uurimisprogrammide kõrvaldamiseks, sest on ratsionaalne jääda degenereeruva programmi juurde lootuses, et see saab uuesti edukaks. Ja kui oli teaduslik jääda sajaks aastaks Koperniku teooria juurde, miks siis ei võiks tänapäeva marksistid (keda Lakatos ühtelugu ründab) olla teaduslikud?
Lakatos ja tema järgijad tegid juhtumiuuringuid viimase kolme sajandi füüsika kohta. Aga kui niimoodi toetatud metodoloogiaga otsustatakse teiste valdkondade, näiteks marksismi või astroloogia üle, siis eeldatakse ilma argumendita, et kui mingi uurimisvaldkond tahab olla teaduslik, siis talle peavad olema omased füüsika põhilised jooned. Nii kritiseeris Lakatosi Paul Feyerabend ("On the Critique of Scientific Reason"). Füüsika saab isoleerida üksiku mehhanismi (gravitatsioon, elektromagnetilised jõud, elementaarosakeste põrkumisel toimivad mehhanismid jne) ning kontrollitud katse tehistingimustes. Inimesi ja ühiskondi üldiselt nii kohelda ei saa ilma, et uurimisobjekt hävitataks. Et elusolendite funktsioneerimine nõuab suurt keerukust, siis on oodata, et bioloogiagi on füüsikast oluliselt erinev.
Sotsiaalteadustes on loodav teadmine ise uuritava süsteemi oluline koostisosa. Näiteks majandusteooriad võivad mõjutada turuosaliste käitumist. Füüsikas sellist komplikatsiooni ei ole.  
Uurimuses "Newton's effect on scientific standards" väidab Lakatos, et Newton muutis teaduse standardeid viisil, mida Lakatos peab progressiivseks. Aga see on vastuolus tema eeldusega, et teadust tuleb hinnata mingi universaalse kriteeriumi järgi. Millise standardi järgi oli Newtoni standardimuutus progressiivne?