Tieteellinen menetelmä

Tieteellinen menetelmä on tieteen tekemisessä käytettävä järjestelmällinen menettelytapa, jonka avulla pyritään luomaan uutta tietoa ja täsmentämään vanhempaa tietoa. Tieteellinen menetelmä ei ole yksinkertainen työohje vaan viitteistö siitä, kuinka tiedettä kannattaa tai tulee harjoittaa. Se myös käytännössä poikkeaa suuresti eri tieteenalojen välillä.
Sosiologian isänä pidetty Auguste Comte totesi: ”Tieteen metodi on havaintoja ja teoriaa — sopivassa suhteessa.”
Tieteellistä menetelmää tutkii tieteenfilosofiassa metodologia eli menetelmäoppi.
Tavoite.
Tieteellinen menetelmä pyrkii selittämään (esimerkiksi luonnossa ilmeneviä) tapahtumia toistettavissa olevalla tavalla ja niin, että tätä voidaan käyttää hyödyllisten ennusteiden tekemisessä. Tämä tapahtuu havaintojen ja/tai kokeiden kautta. Kokeilla pyritään simuloimaan luonnossa ilmeneviä tapahtumia kontrolloiduissa olosuhteissa. Tieteellinen menetelmä tarjoaa objektiivisen menetelmän ratkaisujen löytämiseksi erilaisiin ongelmiin tieteen ja tekniikan eri aloilla.
Tieteellinen malli.
Ilmiöistä tehtyjen havaintojen perusteella tieteilijät voivat muodostaa tieteellisiä malleja. Tieteellinen malli on idealisaatio, joka kuvaa tutkittua systeemiä tietystä näkökulmasta. Malleilla ilmiöitä pyritään kuvaamaan loogisina tai matemaattisina esityksinä. Kun empiiristä aineistoa kerätään, tieteilijä voi muodostaa hypoteesin, joka selittää ilmiön. Tätä kuvausta voidaan käyttää sellaisen ennusteen tekemisessä, jota voidaan testata kokeellisesti. Jos hypoteesi osoittautuu epätyydyttäväksi, sitä voidaan kehitellä edelleen tai se voidaan hylätä.
Asenteiden vaikutuksen minimointi.
Kokeiden tuloksia tulkitessa on mahdollista, että tieteilijällä on taipumus suosia jotain tuloksia toisten ohi. Tämä ei kuitenkaan saisi vaikuttaa tulkintaan. Tieteellisen menetelmän tiukalla noudattamisella pyritään minimoimaan tieteilijän omien asenteiden vaikutus kokeen lopputulokseen. Eräitä keinoja ovat kokeiden huolellinen suunnittelu sekä koetulosten ja tehtyjen johtopäätösten perusteellinen vertaisarviointi. Kun koetulokset on julkaistu, ne ovat koko tiedeyhteisön arvioitavissa.
Hypoteesista teoriaksi.
Kun hypoteesi on selvinnyt kokeista, se voidaan ottaa osaksi tieteellistä teoriaa. Teoriat ovat loogisesti esitettyjä, sisäisesti johdonmukaisia malleja tai kehikkoja jonkin ilmiön käyttäytymisen kuvaamiseksi. Teoria kuvaa tyypillisesti laajemman ilmiöjoukon käyttäytymistä kuin hypoteesi. Teoria siis yleensä sitoo useita hypoteeseja yhteen. Teorioiden muotoilussa voidaan hyödyntää muun muassa sellaisia periaatteita kuin säästäväisyyden periaate. Teorioita testataan toistuvasti selvittämällä, kuinka koottu aineisto (tosiasiat) sopivat teoriaan. Kun teoria selviää suhteellisen suuresta määrästä empiirisiä havaintoja, siitä tulee tieteellinen yleistys, jota voidaan pitää verifioituna.
Teorioiden falsifiointi.
Toisin kuin matemaattiset totuudet, tieteelliset teoriat ovat empiirisiä ja näin aina avoinna falsifioinnille, mikäli uutta todistusaineistoa esitetään. Jopa kaikkein perustavimmanlaatuiset teoriat voivat osoittautua epätäydellisiksi tai vääriksi, jos uudet havainnot eivät ole yhteensopivia niiden kanssa. Tämän prosessin kannalta on keskeistä se, että kaikki uusi tutkimus on julkisesti saatavilla, mikä mahdollistaa sen, että monet toisistaan riippumatta toimivat tutkijat voivat jatkuvasti arvioida tutkimuksia ja toistaa suoritettuja kokeita. Vain näin voidaan määrittää, kuinka luotettavia koetulokset ovat.
Isaac Newtonin laki vetovoimasta on tunnettu esimerkki luonnonlaista, joka osoittautui myöhemmin ei-yleispäteväksi — se ei päde tilanteissa, joissa liikkeen nopeus on lähellä valonnopeutta tai liike tapahtuu lähellä voimakkaita painovoimakenttiä; näiden olosuhteiden ulkopuolella newtonilainen klassinen mekaniikka on täysin pätevä malli liikkeestä ja painovoimasta, kun taas yleinen suhteellisuusteoria selittää samat ilmiöt kuin Newtonin lait, ja lisäksi paljon muuta. Siksi yleistä suhteellisuusteoriaa pidetään nykyään kattavampana teoriana.