科学的方法（かがくてきほうほう、)とは、少なくとも17世紀から科学を行う際に参照されてきた、知識を獲得するための経験的な方法である。歴史的には、古代から中世の世界を通じて数世紀にわたって発展してきた。科学的方法は、認知仮定が観察の解釈を歪める可能性があるため、厳密な懐疑主義と結びついた注意深い観察を伴う。科学的探究には、帰納的推論による検証可能な仮説の作成、実験と統計的分析による検証、そして結果に基づく仮説の調整または破棄が含まれる。
手順はによって異なるが、基礎となる過程は多くの場合類似している。より詳しく言えば、科学的方法には推測（仮説的説明）の作成、仮説の論理的帰結の予測、そしてそれらの予測に基づく実験または経験的観察の実施が含まれる with added notes. Reprinted with previously unpublished part, Collected Papers v. 6, paragraphs 452–85, The Essential Peirce v. 2, pp. 434–450, and elsewhere. N.B. 435.30 'living institution': Hibbert J. mis-transcribed 'living institution': ("constitution" for "institution")。仮説は、問いへの答えを求める過程で得られた知識に基づく推測である。仮説は非常に具体的な場合もあれば広範な場合もあるが、反証可能でなければならない。これは、仮説から導き出された予測と矛盾する実験や観察の可能な結果を特定できることを意味する。そうでなければ、仮説は有意義に検証することができない。
科学的方法はしばしば固定された一連の段階として提示されるが、実際には一般的な原則の集合を表している。すべての段階がすべての科学的探究で行われるわけではなく（また同じ程度でもなく）、必ずしも同じ順序で行われるわけでもない: "The scientific method 'is often misrepresented as a fixed sequence of steps,' rather than being seen for what it truly is, 'a highly variable and creative process' (AAAS 2000:18). The claim here is that science has general principles that must be mastered to increase productivity and enhance perspective, not that these principles provide a simple and automated sequence of steps to follow."William Whewell, History of Inductive Science (1837), and in Philosophy of Inductive Science (1840)。例えば、数多くの発見は科学的方法の教科書モデルに従わず、偶然が役割を果たしてきた。
歴史
科学的方法の歴史は、科学自体の歴史ではなく、科学的探究の方法論における変化を考察する。のための規則の発展は直線的ではなかった。科学的方法は科学の歴史を通じて激しく繰り返し議論の対象となり、著名な自然哲学者や科学者たちは科学的知識を確立するための様々なアプローチの優位性を主張してきた。
経験論と科学的方法の異なる初期の表現は、例えば古代のストア派、アリストテレス、エピクロスElizabeth Asmis (1985) Epicurus' Scientific Method. Cornell University Press、アルハゼン、アヴィケンナ、アル・ビールーニー、ロジャー・ベーコン、そしてオッカムのウィリアムなどの歴史を通じて見られる。
科学革命の16世紀から17世紀において、最も重要な発展の一つはフランシス・ベーコンとロバート・フックによる経験論の発展、ルネ・デカルトによって記述された理性主義的アプローチ、そして特にアイザック・ニュートンとその後継者たちによって際立った重要性を与えられた帰納主義であった。実験はフランシス・ベーコンによって提唱され、ジャンバッティスタ・デッラ・ポルタ、ヨハネス・ケプラー、そしてガリレオ・ガリレイによって実施された。懐疑論者の、観念論者および経験論者のジョン・ロック、ジョージ・バークリー、デイヴィッド・ヒュームによる理論的著作によって特別な発展が助けられた。C・S・パースは20世紀に仮説演繹モデルを定式化し、そのモデルはそれ以来重要な改訂を経てきた。
「科学的方法」という用語は19世紀に登場し、これは科学の重要な制度的発展の結果であり、「科学者」や「疑似科学」といった科学と非科学の間の明確な境界を確立する用語が現れたことによる。1830年代から1850年代にかけて、ベーコン主義が人気を博していた時期に、ウィリアム・ヒューウェル、ジョン・ハーシェル、ジョン・スチュアート・ミルのような博物学者たちは「帰納」と「事実」についての議論に従事し、どのように知識を生成するかに焦点を当てていた。19世紀後半から20世紀初頭にかけて、強力な科学理論が観察可能な領域を超えて拡張されたため、実在論対反実在論の議論が行われた。
現代の使用と批判的思考 「科学的方法」という用語は20世紀に一般的な使用となった。デューイの1910年の著書『（1910）』は一般的なガイドラインに影響を与え、辞書や科学の教科書に登場したが、その意味についてはほとんど合意がなかった。20世紀半ばには発展がみられたものの、1960年代から1970年代にかけて、トーマス・クーンやポール・ファイヤアーベントといった影響力のある科学哲学者たちが「科学的方法」の普遍性に疑問を投げかけ、それによって科学を同質で普遍的な方法とする考えを、多様で局所的な実践であるという考えに大きく置き換えた。特に、ポール・ファイヤアーベントは、1975年の著書『』の初版で、科学の普遍的な規則が存在することに反論した。カール・ポパーとガウチは、ファイヤアーベントの主張に同意しない。
後の立場として、物理学者リー・スモーリンの2013年のエッセイ「科学的方法は存在しない」があり、その中で彼は2つの倫理的原則を支持している。また、科学史家のダニエル・サースは2015年の著書『ニュートンのリンゴと科学についての他の神話』の章で、科学的方法は神話であるか、せいぜい理想化に過ぎないと結論付けた。神話は信念であるため、タレブが指摘するようにの対象となる。哲学者のとハワード・サンキーは、2007年の著書『科学的方法の理論』で、科学的方法をめぐる議論は続いており、ファイヤアーベントは『方法への挑戦』というタイトルにもかかわらず、方法の特定の規則を受け入れ、メタ方法論でそれらの規則を正当化しようとしたと主張した。
スタッドン（2017）は、アルゴリズム的な科学的方法がない場合に規則に従おうとすることは誤りであると主張し、その場合「科学は例を通じて最もよく理解される」とする。しかし、「実験による既存理論の反証」のようなアルゴリズム的方法は、アルハゼン（1027年）とその、そしてガリレオ（1638年）とその『新科学対話』および『天秤座』以来使用されており、これらは今でも科学的方法として存立している。
探究の要素
概要
thumb|upright=1|科学的方法はしばしば進行中のプロセスとして表現される。この図は一つの変形を表しており、他にも多くの変形がある。
科学的方法は、科学が実施される過程である: "The thesis of this book, as outlined in Chapter One, is that there are general principles applicable to all the sciences."。他の探究分野と同様に、科学（科学的方法を通じて）は以前の知識の上に構築され、時間をかけて研究対象の理解を統一することができる。このモデルは科学革命の基礎にあるものとして見ることができる: "There is a danger that must be avoided. ... If we wish to do justice to the historical enterprise, we must take the past for what it was. And that means we must resist the temptation to scour the past for examples or precursors of modern science. ...My concern will be with the beginnings of scientific theories, the methods by which they were formulated, and the uses to which they were put; ... "。
全体的な過程には、推測（仮説）の作成、その論理的帰結の予測、そして元の推測が正しかったかどうかを判断するためにそれらの予測に基づく実験の実施が含まれる。しかし、方法を定式化して表現することには困難がある。科学的方法はしばしば固定された一連の段階として提示されるが、これらの行動はより正確には一般的な原則である。すべての段階がすべての科学的探究で行われるわけではなく（また同じ程度でもなく）、必ずしも同じ順序で行われるわけでもない。
科学的探究の要素 科学的探究に使用される基本的な方法を概説する方法は複数ある。科学者集団と科学哲学者は、一般的に方法の構成要素について以下の分類に同意している。これらの方法論的要素と手順の組織は、社会科学よりも実験科学に特徴的である。それにもかかわらず、仮説の定式化、結果の検証と分析、新しい仮説の定式化のサイクルは、以下に記述されるサイクルに類似する。科学的方法は、情報が継続的に修正される反復的、循環的プロセスであるはこれを認識論的サイクルと呼ぶ。これらのサイクルは高度な抽象レベルで発生する可能性がある。一般的に、以下の要素を様々な組み合わせや寄与によって知識の進歩を発展させると認識されているPeirce, Charles S., Collected Papers v. 5, in paragraph 582, from 1898: "... [rational] inquiry of every type, fully carried out, has the vital power of self-correction and of growth. This is a property so deeply saturating its inmost nature that it may truly be said that there is but one thing needful for learning the truth, and that is a hearty and active desire to learn what is true."：
特性の解明（探究対象の観察、定義、測定） 仮説（観察と測定の理論的、仮説的説明） 予測（仮説または理論からの帰納的および演繹的推論） 実験（上記のすべての検証）
科学的方法の各要素は、起こりうる誤りに対して査読の対象となる。これらの活動は科学者が行うすべてを記述するものではないが、主に実験科学（例えば、物理学、化学、生物学、心理学）に適用される。上記の要素は教育システムにおいて「科学的方法」として教えられることが多い。
科学的方法は単一のレシピではない。それは知性、想像力、創造性を必要とする: "To raise new questions, new possibilities, to regard old problems from a new angle, requires creative imagination and marks real advance in science."。この意味で、それは盲目的に従うべき基準と手順の集合ではなく、むしろより有用で、正確で、包括的なモデルと方法を絶えず発展させている進行中のサイクルである。例えば、アインシュタインが特殊相対性理論と一般相対性理論を発展させた時、彼はニュートンの『プリンキピア』を決して反駁したり軽視したりしなかった。逆に、天文学的に巨大なもの、羽毛のように軽いもの、そして極めて高速なもの、つまりニュートンが観察できなかったすべての現象をアインシュタインの理論から取り除くと、残るのはニュートンの方程式である。アインシュタインの理論はニュートンの理論の拡張と改良であり、そのためニュートンの研究への信頼を高めるものである。
上記の4点の反復的で実用的な枠組みは、時として以下のようなガイドラインとして提示される：
問いを定義する 情報とリソースを収集する（観察する） 説明的仮説を形成する 再現可能な方法で実験を実施しデータを収集することにより仮説を検証する データを分析する データを解釈し、新しい仮説の出発点となる結論を導き出す 結果を公表する 再検証する（多くの場合、他の科学者によって行われる）
このステップバイステップの方法に内在する反復的サイクルは、ポイント3から6に進み、再び3に戻る。
このスキーマは典型的な仮説/検証方法を概説しているが、ポール・ファイヤアーベントを含む多くの科学の哲学者、歴史家、社会学者は、そのような科学的方法の記述は科学が実際に実践される方法とほとんど関係がないと主張する。
特性の解明
科学的方法の基本要素は、DNAの構造の発見（1944年から1953年にかけて起こった）からの以下の例によって説明される（frameless|22x22px|link=|alt=DNA labelでマークされ、インデントされている）。
frameless|22x22px|link=|alt=DNA label 1950年には、グレゴール・メンデルの研究から始まった遺伝的継承が数学的記述を持ち、DNAが遺伝情報を含んでいる（オズワルド・エイヴリーの「形質転換原理」）ことが知られていた。しかし、DNAにおける遺伝情報（すなわち遺伝子）の保存メカニズムは不明であった。ブラッグのケンブリッジ大学の研究室の研究者たちは、塩の結晶から始めて、より複雑な物質へと進みながら、様々な分子のX線回折写真を撮影した。数十年にわたって慎重に集められた手がかりを使用し、その化学組成から始めて、DNAの物理的構造を特徴付けることが可能であるはずで、X線画像がその手段となるだろうと判断された
科学的方法は、調査対象の次第に洗練された特性の解明に依存する（その対象はまたは「未知のもの」とも呼ばれる）。例えば、ベンジャミン・フランクリンはセントエルモの火が自然において電気的性質を持つと正しく推測したが、これを確立するには長い一連の実験と理論的変更が必要であった。対象の関連する特性を探求する一方で、慎重な思考にはいくつかの定義と観察が伴うこともある。これらの観察は、しばしば慎重な測定や計数を必要とし、広範な実証研究の形をとることがある。
は、「なぜ空は青いのか？」のような特定の観察の説明を指すことができるが、「この特定の病気を治療する薬をどのように設計できるか？」のように開かれたものでもありうる。この段階では、しばしば以前の実験からの証拠、個人的な科学的観察や主張、他の科学者の研究を見つけ評価することが含まれる。答えが既に知られている場合は、その証拠に基づいて異なる問いを立てることができる。科学的方法を研究に適用する際、良い問いを決定することは非常に困難である可能性があり、それは調査の結果に影響を与える この章では、研究の問いの異なる種類とそれらがどのように生み出されるかについても議論している。
体系的で慎重な関連量の測定または計数の収集は、錬金術のような疑似科学と、化学や生物学のような科学との間の重要な違いとなることが多い。科学的測定は通常、表にまとめられ、グラフ化され、または地図化され、相関や回帰などの統計的操作が行われる。測定は実験室のような管理された環境で行われるか、星や人口のような多かれ少なかれアクセスが困難または操作が不可能な対象について行われる。測定はしばしば温度計、分光器、粒子加速器、電圧計のような専門的なを必要とし、科学分野の進歩は通常それらの発明と改良と密接に結びついている。
定義 科学的な用語の定義は、時として自然言語での使用法とは大きく異なる。例えば、質量と重さは一般的な言説では意味が重なり合うが、力学では異なる意味を持つ。科学的量は多くの場合、その測定単位によって特徴付けられ、それらは研究を伝達する際に従来の物理単位で記述することができる。
新しい理論は、特定の用語が以前に十分に明確に定義されていなかったことに気付いた後に開発されることがある。例えば、アルベルト・アインシュタインの相対性理論に関する最初の論文は、と長さを決定する手段を定義することから始まる。これらの考えはアイザック・ニュートンによって「私は時間、空間、場所、運動を定義しない。なぜならそれらはすべての人によく知られているからである」として省略された。アインシュタインの論文は、それら（すなわち、運動から独立した絶対時間と長さ）が近似であることを示している。フランシス・クリックは、対象を特徴付ける際に、十分に理解されていないものを定義することは時期尚早である可能性があると注意を促しているCrick, Francis (1994), The Astonishing Hypothesis p. 20。クリックの意識の研究では、例えば自由意志を研究するよりも、におけるアウェアネスを研究する方が容易であることがわかった。彼の注意深い例は遺伝子であった。遺伝子は、ワトソンとクリックによるDNAの構造の画期的な発見以前には、はるかに理解が不十分であった。彼ら以前に遺伝子の定義に多くの時間を費やすことは非生産的であっただろう。
仮説の発展
frameless|22x22px|link=|alt=DNA label ライナス・ポーリングはDNAが三重らせんである可能性を提案した: October 1951 — "That's what a helix should look like!" Crick exclaimed in delight (This is the Cochran-Crick-Vand-Stokes theory of the transform of a helix).. The structure that we propose is a three-chain structure, each chain being a helix' – Linus Pauling"。この仮説はフランシス・クリックとジェームズ・D・ワトソンによっても検討されたが、破棄された。ワトソンとクリックがポーリングの仮説を知ったとき、彼らは既存のデータからポーリングが間違っていることを理解した: January 28, 1953 — Watson read Pauling's pre-print, and realized that in Pauling's model, DNA's phosphate groups had to be un-ionized. But DNA is an acid, which contradicts Pauling's model.。そしてポーリングはすぐにその構造に関する困難を認めることになるだろう仮説は、現象の説明の提案、あるいは一連の現象間の可能な相関を示唆する理由付けられた提案である。通常、仮説は数理モデルの形式を取る。時として、しかし必ずしもそうではないが、研究されている現象の特定の事例が何らかの特性を持つことを述べる存在文として、また現象のすべての事例が特定の特性を持つことを述べる全称文の形式を持つ因果的説明として定式化することもできる。
科学者は、研究中の現象に対する可能な説明を想像するために、自身の創造性、他分野からのアイデア、帰納的推論、ベイズ推論など、利用可能なあらゆる資源を自由に使用することができる。アルベルト・アインシュタインは「現象とその理論的原理の間には論理的な橋はない」と一度観察した。チャールズ・サンダース・パースは、アリストテレス（分析論前書、2.25）Aristotle (trans. 1853) Prior Analytics 2.25 via Wikisourceからページを借りて、「疑いの刺激」によって引き起こされる探究の初期段階を、もっともらしい推測を試みるアブダクションとして記述した。科学の歴史は、科学者たちが「ひらめき」やある種の直感を主張し、それが彼らのアイデアを支持または反証する証拠を探すよう動機付けた話で満ちている。マイケル・ポランニーはそのような創造性を方法論の議論の中心に据えた。
は以下のように観察している。
一般に、科学者は「」または「美しい」理論を探す傾向がある。科学者はしばしばこれらの用語を、既知の事実に従いながらも比較的単純で扱いやすい理論を指すために使用する。オッカムの剃刀は、等しく説明力のある仮説群の中から最も望ましいものを選ぶための経験則として機能する。
単一の仮説を検討することから生じる確証バイアスを最小限に抑えるために、は複数の代替仮説を検討する必要性を強調し、人工物を避けるレオン・レーダーマンは、教えることで、確証バイアスを避ける方法を説明する：チリのは、当初超新星1987aが実在するのではなく、機器の人工物である可能性（帰無仮説）を疑っていたが、外に出て肉眼でSN 1987aを観察することで帰無仮説を反証した。日本のカミオカンデ実験も、同時にSN 1987aからのニュートリノを独立に観測した。
仮説からの予測 frameless|22x22px|link=|alt=DNA label ジェームズ・D・ワトソン、フランシス・クリック、その他の研究者たちは、DNAがらせん構造を持つと仮説を立てた。これはDNAのX線回折パターンが「X字型」になることを意味していた: "ワトソンはタバコモザイクウイルスに関して、クリックのらせんの変換に関する研究に基づいて、らせんの回折パターンを生成するのに十分な研究を行った": 1952年6月 — ワトソンはTMVのX線写真の撮影に成功し、らせんの変換と一致する回折パターンを示した。この予測はコクラン、クリック、ヴァンドCochran W, Crick FHC and Vand V. (1952) "The Structure of Synthetic Polypeptides. I. The Transform of Atoms on a Helix", , 5, 581–586.（そしてストークスによって独立に）の研究から導かれた。コクラン-クリック-ヴァンド-ストークスの定理は、らせん構造からの回折がX字型のパターンを生成するという経験的観察に対して数学的説明を提供した。
彼らの最初の論文で、ワトソンとクリックは、彼らが提案した二重らせん構造がDNA複製のための単純なメカニズムを提供することも指摘し、「我々が仮定した特異的な塩基対形成が、遺伝物質の可能な複製機構を直ちに示唆することは我々の注意を逃れなかった」と書いている: Nature 1953年4月25日有用な仮説はすべて、演繹的推論を含む推論によって予測を可能にする。それは実験室での実験の結果や自然界での現象の観察を予測するかもしれない。予測は統計的なものであり、確率のみを扱うこともある。
このような予測の結果が現在未知であることが不可欠である。このような場合にのみ、成功した結果は仮説が真である確率を高める。結果が既に知られている場合、それは帰結と呼ばれ、仮説を定式化する際に既に考慮されているべきであった。
予測が観察や経験によってアクセス可能でない場合、仮説はまだ検証可能ではなく、厳密な意味で非科学的なままである。新しい技術や理論が必要な実験を実現可能にするかもしれない。例えば、他の知的生命体の存在に関する仮説は科学的に基づいた推測で説得力があるかもしれないが、この仮説を検証できる既知の実験は存在しない。したがって、科学自体はその可能性について僅かなことしか言えない。将来、新しい技術が実験的検証を可能にし、その推測が受け入れられた科学の一部となるかもしれない。
例えば、アインシュタインの一般相対性理論は、光が重力場で曲がること、そしてその曲がりの量が重力場の強さに正確な方法で依存することなど、時空の観察可能な構造について具体的な予測をいくつか行っている。アーサー・エディントンのは、ニュートンの重力理論よりも一般相対性理論を支持した1917年3月、王立天文学会は1919年5月29日の皆既日食が、アインシュタインの一般相対性理論を検証する好条件を提供するだろうと発表した。（ブラジル）への1つの探検隊と、エディントンのプリンシペ島への探検隊は一連の写真を得た。これらをとグリニッジ天文台で撮影された写真と比較したところ、光の偏向は1.69秒角と測定され、アインシュタインの机上の予測である1.75秒角と比較された。– Antonina Vallentin (1954), Einstein, as quoted by Samuel Rapport and Helen Wright (1965), Physics, New York: Washington Square Press, pp. 294–295.。
実験