2: Наука як спосіб розуміння природного світу

Last updated
Save as PDF

Page ID: 30076

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Після завершення цієї глави ви зможете

Опишіть природу науки і її корисність в поясненні природного світу.
Розрізняють факти, гіпотези, теорії.
Викладіть методологію науки, включаючи важливість тестів, покликаних спростувати гіпотези.
Обговоріть важливість невизначеності в багатьох наукових прогнозах та актуальність цього для екологічних суперечок.

Природа науки

Науку можна визначити як систематичне дослідження будови і функціонування природного світу, включаючи як його фізичні, так і біологічні ознаки. Наука - це також стрімко розширюється звід знань, кінцевою метою якого є відкриття найпростіших загальних принципів, здатних пояснити величезну складність природи. Ці принципи можуть бути використані, щоб отримати уявлення про світ природи і зробити прогнози про майбутні зміни.

Наука - відносно недавній спосіб пізнання про природні явища, багато в чому замінивши впливи менш об'єктивних методів і світоглядів. Основними альтернативами науці є системи переконань, які є впливовими у всіх культурах, включаючи ті, що засновані на релігії, моралі та естетиці. Ці системи переконань спрямовані насамперед на різні цілі, ніж наука, такі як пошук сенсу, що виходить за межі простого існування, вивчення того, як люди повинні поводитися, і розуміння цінності художнього вираження.

Сучасна наука еволюціонувала від способу навчання під назвою натурфілософія, який був розроблений класичними греками і займався раціональним дослідженням існування, знань і явищ. Однак у порівнянні з сучасною наукою дослідження з натурфілософії використовували нескладні технології і методи і не були особливо кількісними, іноді передбачаючи лише застосування логіки.

Сучасна наука почалася з систематичних досліджень відомих вчених XVI і XVII ст., таких як:

Микола Коперник (1473-1543), польський астроном, який задумав сучасну теорію Сонячної системи
Вільям Гілберт (1544-1603), англієць, який працював над магнетизмом
Галілео Галілей (1564-1642), італієць, який проводив дослідження фізики об'єктів в русі, а також астрономії
Вільям Харві (1578-1657): англієць, який описав циркуляцію крові
Ісаак Ньютон (1642-1727): англієць, який зробив важливий внесок у розуміння гравітації та природи світла, сформулював закони руху та розробив математику числення

Індуктивна та дедуктивна логіка

Англійський філософ Френсіс Бекон (1561-1626) також мав великий вплив на розвиток сучасної науки. Бекон не був фактичним практиком науки, але був сильним прихильником його нових методологій. Він сприяв застосуванню індуктивної логіки, при якій висновки виробляються з накопичуються доказів досвіду і результатів експериментів. Індуктивна логіка може призвести до уніфікуючих пояснень на основі великих тіл даних і спостережень за явищами. Розглянемо наступну ілюстрацію індуктивної логіки, застосованої до екологічної теми:

Спостереження 1: Морські ссавці біля атлантичного узбережжя Канади мають великі залишки ДДТ та інших хлорованих вуглеводнів у своєму жирі та інших тканині організму.
Спостереження 2: Так само роблять морські ссавці біля Британської Колумбії.
Спостереження 3: Як і в Північному Льодовитому океані, хоча і в менших концентраціях.

Індуктивний висновок: Існує широке забруднення морських ссавців хлорованими вуглеводнями. Подальші дослідження можуть продемонструвати, що забруднення є глобальним явищем. Це говорить про потенційно важливу екологічну проблему.

На відміну від цього, дедуктивна логіка передбачає прийняття одного або декількох початкових припущень, а потім зробити логічні висновки з цих приміщень. Отже, істинність дедуктивного висновку залежить від правдивості вихідних припущень. Якщо ці припущення ґрунтуються на неправдивій інформації або на неправильному надприродному переконанні, то будь-які виведені висновки, ймовірно, будуть неправильними. Розглянемо наступну ілюстрацію дедуктивної логіки:

Припущення 1: TCDD, надзвичайно токсична хімічна речовина сімейства діоксинів, отруйна, коли вона присутня навіть у найменших концентраціях у їжі та воді - навіть одна молекула може спричинити токсичність.
Припущення 2: Вплив всього, що є отруйним навіть у найменших концентраціях, небезпечно.
Припущення 3: Ніякого небезпечного впливу не слід допускати.

Дедуктивний висновок 1: Ніякого впливу TCDD не є безпечним.
Дедуктивний висновок 2: Не слід допускати викидів TCDD.

Два висновки узгоджуються з первісними припущеннями. Однак є розбіжності серед висококваліфікованих вчених щодо цих припущень. Багато токсикологів вважають, що вплив TCDD (та будь-яких інших потенційно токсичних хімічних речовин) повинен перевищувати поріг біологічної толерантності до того, як це призведе до отруєння (див. Розділ 15). На відміну від цього, інші вчені вважають, що навіть найменший вплив TCDD несе в собі певний ступінь токсичного ризику. Таким чином, сила дедуктивної логіки залежить від прийняття і істинності вихідних припущень, з яких випливають її висновки.

Взагалі, індуктивна логіка грає в сучасній науці набагато сильнішу роль, ніж дедуктивна логіка. Однак в обох випадках корисність будь-яких висновків сильно залежить від точності будь-яких спостережень та інших даних, на яких вони базувалися. Погані дані можуть призвести до неточного висновку через застосування індуктивної логіки, як і недоречні припущення в дедуктивній логіці.

Цілі науки

Широкими цілями науки є розуміння природних явищ і пояснення того, як вони можуть змінюватися з плином часу. Для досягнення цих цілей вчені проводять дослідження, засновані на інформації, висновках та висновках, розроблених шляхом систематичного застосування логіки, як правило, індуктивного роду. Як такі вчені ретельно спостерігають за природними явищами і проводять експерименти.

Вища мета наукових досліджень полягає в формулюванні законів, які описують роботу Всесвіту в загальних рисах. (Наприклад, див. Розділ 4 для опису законів термодинаміки, які стосуються перетворень енергії серед різних її станів.) Універсальні закони поряд з теоріями і гіпотезами (див. Нижче) використовуються для розуміння і пояснення природних явищ. Однак багато природних явищ надзвичайно складні і ніколи не можуть бути повністю зрозумілі з точки зору фізичних законів. Особливо це стосується способів організації та функціонування організмів та екосистем.

Наукові дослідження можуть бути чистими або застосованими. Чиста наука рухається інтелектуальною цікавістю — це безперешкодний пошук знань і розуміння, без урахування його корисності для людського добробуту. Прикладна наука більш цілеспрямована і займається практичними труднощами і проблемами того чи іншого роду. Прикладна наука може вивчити, як вдосконалити технології, або сприяти управлінню природними ресурсами, або зменшити забруднення або інші екологічні збитки, пов'язані з діяльністю людини.

Факти, гіпотези та експерименти

Факт - це подія або річ, яка, безумовно, відомо, трапилася, існувала і була правдою. Факти ґрунтуються на досвіді і наукових доказах. На відміну від цього, гіпотеза є запропонованим поясненням виникнення якогось явища. Вчені формулюють гіпотези як твердження, а потім перевіряють їх за допомогою експериментів та інших форм досліджень. Гіпотези розробляються з використанням логіки, висновку та математичних аргументів з метою пояснення спостережуваних явищ. Однак завжди повинна бути можливість спростувати наукову гіпотезу. Таким чином, гіпотеза про те, що «коти настільки розумні, що заважають людині її виявити», не може бути логічно спростована, і тому це не наукова гіпотеза.

Теорія - це більш широке поняття, яке відноситься до набору пояснень, правил і законів. Вони підтверджуються великою кількістю спостережних та експериментальних доказів, що призводить до надійних висновків. Нижче наведено деякі найвідоміші теорії в науці:

теорія гравітації, вперше запропонована Ісааком Ньютоном (1642-1727)
теорія еволюції шляхом природного відбору, опублікована одночасно в 1858 році двома англійськими натуралістами, Чарльзом Дарвіном (1809-1882) і Альфредом Расселом Уоллесом (1823-1913)
теорія відносності, ідентифікована німецько-швейцарським фізиком Альбертом Ейнштейном (1879-1955)

Знамениті теорії, подібні до цих, сильно підтримуються великими доказами, і вони, ймовірно, зберігатимуться протягом тривалого часу. Однак ми не можемо сказати, що ці (або будь-які інші) теорії відомі з упевненістю як правдиві - деякі майбутні експерименти можуть ще фальсифікувати навіть ці відомі теорії.

Науковий метод починається з ідентифікації питання, пов'язаного з будовою або функцією природного світу, який зазвичай розробляється за допомогою індуктивної логіки (рис. 2.1). Питання трактується з точки зору існуючої теорії, формулюються конкретні гіпотези для пояснення характеру і причин природного явища. Дослідження можуть включати спостереження, зроблені в природі, або ретельно контрольовані експерименти, і результати зазвичай дають вченим підстави відхиляти гіпотези, а не приймати їх. Більшість гіпотез відкидаються через те, що їх прогнози не підтверджуються в ході досліджень. Будь-які життєздатні гіпотези додатково розглядаються за допомогою додаткових досліджень, знову ж таки значною мірою включають експерименти, покликані спростувати їх прогнози. Після того, як велика кількість доказів накопичується на підтримку гіпотези, її можна використовувати для підтвердження оригінальної теорії.

Малюнок 2.1. Діаграматичне представлення наукового методу. Науковий метод починається з питання, пов'язує це питання з теорією, формулює гіпотезу, а потім суворо перевіряє цю гіпотезу. Джерело: Модифікований з Рейвен і Джонсон (1992).

Науковий метод полягає лише у дослідженні питань, які можуть бути критично розглянуті шляхом спостереження та експерименту. Отже, наука не може вирішити ціннісні питання, такі як сенс життя, добро проти зла, існування та якості Бога чи будь-якої іншої надприродної істоти чи сили.

Експеримент - це тест або дослідження, яке покликане надати докази на підтримку або, бажано, проти гіпотези. Природний експеримент проводиться шляхом спостереження за фактичними варіаціями явищ в природі, а потім розробкою пояснень шляхом аналізу можливих причинно-наслідкових механізмів. Маніпулятивний експеримент передбачає навмисну зміну факторів, які висуваються гіпотезами для впливу на явища. Маніпуляції ретельно плануються і контролюються, щоб визначити, чи будуть відбуватися передбачені відповіді, тим самим розкриваючи причинно-наслідкові зв'язки.

На сьогоднішній день найбільш корисні робочі гіпотези в наукових дослідженнях покликані спростувати, а не підтримувати. Нульова гіпотеза - це специфічне перевірене дослідження, яке заперечує щось, що мається на увазі основна досліджувана гіпотеза. Якщо нульові гіпотези не будуть усунені на основі протилежних доказів, ми не можемо бути впевнені в головній гіпотезі.

Це важливий аспект наукового дослідження. Наприклад, певна гіпотеза може бути підтверджена багатьма підтверджуючими експериментами або спостереженнями. Однак це не служить для «доведення» гіпотези - скоріше, воно лише підтримує її умовне прийняття. Як тільки чітко визначена гіпотеза фальсифікується відповідним чином розробленим і добре проведеним експериментом, вона спростовується на весь час. Саме тому експерименти, покликані спростувати гіпотези, є ключовим аспектом наукового методу.

Революційні досягнення в розумінні можуть статися, коли важлива гіпотеза або теорія відкидаються через відкриття науки. Наприклад, як тільки було виявлено, що Земля не рівна, стало можливим впевнено плисти за видимий горизонт, не боячись впасти з краю світу. Інший приклад полягав у відкритті Коперника, що планети нашої Сонячної системи обертаються навколо Сонця, і пов'язане з цим поняття, що Сонце є звичайною зіркою серед багатьох - ці революційні ідеї замінили раніше домінуючу ідею, що планети, Сонце та зірки оберталися навколо Землі.

Томас Кун (1922-1995) був філософом науки, який підкреслив важливу роль «наукових революцій» у досягненні великих успіхів у нашому розумінні природного світу. По суті, Кун (1996) сказав, що наукова революція відбувається, коли усталена теорія жорстко перевіряється, а потім руйнується під накопичується вагою нових фактів і спостережень, які неможливо пояснити. Це робить оригінальну теорію застарілою, її замінить новою, більш поінформованою парадигмою (тобто сукупністю припущень, концепцій, практик та цінностей, які є способом перегляду реальності та поділяються інтелектуальною спільнотою).

Змінна - це фактор, який, як вважають, впливає на природне явище. Наприклад, вчений може припустити, що продуктивність врожаю пшениці потенційно обмежена такими змінними, як наявність води або поживних речовин, таких як азот і фосфор. Деякі з найпотужніших наукових експериментів передбачають маніпулювання ключовими (або контролюючими) змінними та порівняння результатів цих методів лікування з контролем, яким не маніпулювали. У щойно описаному прикладі специфічну змінну, яка контролює продуктивність пшениці, може бути ідентифікована шляхом проведення експерименту, в якому тестові популяції забезпечуються різною кількістю води, азоту та фосфору, окремо та в поєднанні, а потім порівнюючи результати з неманіпульованими контроль.

У деяких відношеннях, однак, пояснення наукового методу, запропонованого вище, трохи некритично. Це, можливо, передбачає занадто впорядковане прогресування з точки зору логічного, об'єктивного експериментування та порівняння альтернативних гіпотез. Це, по суті, важливі складові наукового методу. Тим не менш, важливо розуміти, що розуміння та особисті упередження вчених також є значними у поведінці та прогресі науки. У більшості випадків вчені проектують дослідження, які, на їхню думку, будуть «працювати», щоб дати корисні результати та сприяти впорядкованому просуванню знань у своїй галузі. Карл Поппер (1902-1994), європейський філософ, зазначив, що вчені, як правило, використовують свою «образну попередню концепцію» роботи природного світу для розробки експериментів на основі їх інформованих уявлень. Це означає, що ефективні вчені повинні бути більш ніж обізнаними та технічно кваліфікованими — вони також повинні бути здатні до певної проникливої творчості при формуванні своїх ідей, гіпотез та досліджень.

Зображення 2.1. Експеримент - це контрольоване дослідження, призначене для надання доказів або, бажано, проти гіпотези про роботу природного світу. Цей лабораторний експеримент піддав тестові популяції трави різним концентраціям токсичної хімічної речовини.

невизначеність

Багато наукових досліджень передбачає збір спостережень шляхом вимірювання явищ в природному світі. Ще один важливий аспект науки передбачає складання прогнозів щодо майбутніх значень змінних. Такі прогнози вимагають певного розуміння взаємозв'язків між змінними та їх впливовими факторами, а також останніх закономірностей змін. Однак багато видів наукової інформації та прогнозів схильні до неточності. Це відбувається тому, що виміряні дані часто є наближеннями істинних значень явищ, і прогнози рідко виконуються точно. На точність спостережень і прогнозів впливають різні фактори, особливо ті, які описані в наступних розділах.

передбачуваність

Вважається, що деякі явища мають універсальний характер і послідовні всюди і коли вони точно вимірюються. Одним з кращих прикладів такої універсальної постійної є швидкість світла, яка завжди має значення 2,998 × 10 ⁸ метрів в секунду, незалежно від того, де вона вимірюється або від швидкості тіла, з якого випромінюється світло. Точно так само певні відносини, що описують перетворення енергії і речовини, відомі як закони термодинаміки (глава 4), завжди дають достовірні прогнози.

Однак більшість природних явищ не настільки послідовні - залежно від обставин, є винятки із загальних прогнозів щодо них. Ця обставина особливо стосується біології та екології, суміжних галузей науки, в яких майже всі загальні прогнози мають винятки. Насправді закони або об'єднуючі принципи біології або екології ще не відкриті, на відміну від кількох шановних законів і 11 універсальних констант фізики. З цієї причини біологи та екологи мають великі труднощі, роблячи точні прогнози щодо реакції організмів та екосистем на зміну навколишнього середовища. Ось чому біологи та екологи іноді кажуть, що мають «фізичну заздрість».

Здебільшого неточності біології та екології виникають через те, що ключові функції контролюються комплексами погано вивчених, а іноді і непізнаних впливів навколишнього середовища. Отже, прогнози щодо майбутніх значень біологічних та екологічних змінних або причин змін рідко точні. Наприклад, навіть незважаючи на те, що екологи на сході Канади вже кілька років стежать за чисельністю популяції ялинового бруньки (важливого шкідника хвойних лісів), вони не можуть точно передбачити його майбутню чисельність на окремих насадженнях лісу або в більших регіонах. Це пояснюється тим, що на велику кількість цієї молі впливає комплекс факторів навколишнього середовища, включаючи деревно-видовий склад, вік лісу, велику кількість його хижаків і паразитів, кількість бажаних продуктів харчування, погоду в критичні періоди року та використання інсектицидів для скорочення його популяцій (див. Глава 21). Біологи і екологи не до кінця розуміють цю складність, і, можливо, ніколи не зрозуміють.

Варіативність

Багато природних явищ сильно мінливі в просторі і часі. Це стосується фізичних та хімічних змінних, а також біологічних та екологічних. Наприклад, у лісі кількість сонячного світла, що досягає землі, сильно змінюється з часом, залежно від години дня та сезону року. Він також змінюється просторово, залежно від щільності листя над будь-яким місцем, де вимірюється сонячне світло. Так само щільність конкретного виду риб у річці зазвичай змінюється у відповідь на зміни умов проживання та інші впливи. Більшість популяцій риб також змінюються з часом, особливо мігруючі види, такі як лосось. В екологічній науці репліковані (або самостійно повторювані) вимірювання та статистичний аналіз використовуються для вимірювання та обліку цих видів тимчасових та просторових варіацій.

Точність і точність

Точність відноситься до ступеня, в якій вимірювання або спостереження відображає фактичне або справжнє значення предмета. Наприклад, інсектицид ДДТ і металева ртуть є потенційно токсичними хімічними речовинами, які зустрічаються в мікроконцентраціях у всіх організмах, але їх невеликі залишки важко проаналізувати хімічним шляхом. Деякі аналітичні методи, що використовуються для визначення концентрацій ДДТ і ртуті, є більш точними, ніж інші, і тому дають відносно корисні і достовірні дані в порівнянні з менш точними методами. Насправді аналітичні дані, як правило, є наближеннями реальних значень - жорстка точність рідко досяжна.

Точність пов'язана зі ступенем повторюваності вимірювання або спостереження. Наприклад, припустимо, що фактична чисельність карибу в мігруючому стаді становить 10 246 тварин. Еколог дикої природи може підрахувати, що в цьому стаді було близько 10,000 тварин, що для практичних цілей є досить точним розрахунком фактичної кількості карібу. Якщо інші екологи також самостійно оцінюють розмір стада приблизно в 10 000 карібу, серед значень є хороший ступінь точності. Якби, однак, деякі систематичні упередження існували в методології, що використовується для підрахунку стада, що дає послідовні оцінки 15 000 тварин (пам'ятайте, фактична популяція 10 246 карібу), ці оцінки вважалися б точними, але не особливо точними.

Точність також пов'язана з кількістю цифр, з якими повідомляються дані. Якби ви використовували гнучку стрічку для вимірювання довжини 10 великих, звивистих змій, ви, ймовірно, виміряли б плазунів лише до найближчого сантиметра. Сила і плавність тварин роблять більш точні вимірювання неможливими. Повідомлена середня довжина 10 змій повинна відображати початкові вимірювання і може бути вказана як 204 см, а не таке значення, як 203,8759 см. Останнє число може відображатися як цифрове середнє за допомогою калькулятора або комп'ютера, але це нереально точно.

Значні цифри пов'язані з точністю і точністю і можуть бути визначені як кількість цифр, що використовуються для звітування даних з аналізів або розрахунків (див. Також Додаток А). Значні цифри найлегше зрозуміти на прикладах. Число 179 має три значущі цифри, як і число 0.0849, а також 0.000794 (нулі, що передують значним цілим числам, не враховуються). Однак число 195 000 000 має дев'ять значущих цифр (наступні нулі мають сенс), хоча число 195 × 10 ⁶ має лише три значущі цифри.

Рідко корисно повідомляти екологічні або екологічні дані більш ніж на 2-4 значущі цифри. Це пов'язано з тим, що більше, як правило, перевищуватиме точність та точність методології, яка використовується при оцінці, і тому буде нереалістичною. Наприклад, приблизна чисельність населення Канади в 2015 році становила 35,1 млн осіб (або 35,1 × 10 ⁶; обидві ці позначення мають три значні цифри). Однак населення не слід повідомляти як 33 100 000, що передбачає нереальну точність і точність восьми значущих цифр.

Потреба в скептицизмі

Наука про навколишнє середовище наповнена багатьма прикладами невизначеності - у теперішніх цінностях та майбутніх змінам екологічних змінних, а також у прогнозах біологічних та екологічних реакцій на ці зміни. До певної міри труднощі, пов'язані з науковою невизначеністю, можна пом'якшити шляхом розробки вдосконалених методів і технологій аналізу, моделювання та вивчення змін, що відбуваються в різних куточках світу. Останній підхід підсилює наше розуміння, надаючи збіжні докази про виникнення та причини природних явищ.

Однак наукова інформація і розуміння завжди будуть схильні до певної міри невизначеності. Тому прогнози завжди будуть в якійсь мірі неточними, і цю невизначеність необхідно враховувати при спробі зрозуміти і розібратися з причинами і наслідками екологічних змін. Таким чином, вся інформація та прогнози в екологічній науці повинні бути критично інтерпретовані з урахуванням невизначеності (Докладно 2.1). Це слід робити щоразу, коли людина дізнається про екологічну проблему, чи передбачає це прослуховування оратора в класі, на конференції чи на відео, або під час читання статті в газеті, підручнику, веб-сайті чи науковому журналі. Через невизначеність багатьох прогнозів в науці, і особливо в екологічній сфері, певна кількість скептицизму та критичного аналізу завжди корисна.

Екологічні питання гостро важливі для добробуту людей та інших видів. Наука та її методи дозволяють критично і об'єктивно визначити ключові питання, дослідити їх причини, ступінь розуміння наслідків змін навколишнього середовища. Наукова інформація впливає на прийняття рішень щодо екологічних проблем, включаючи те, чи слід проводити дорогі стратегії, щоб уникнути подальшого, але часто невизначеного збитку.

Наукова інформація, однак, є лише одним міркуванням для осіб, які приймають рішення, які також стурбовані економічним, культурним та політичним контекстом екологічних проблем (див. Екологічні питання 1.1 та главу 27). Насправді, вирішуючи, як боротися з причинами та наслідками екологічних змін, особи, які приймають рішення, можуть надавати більшу вагу ненауковим (соціальним та економічним) міркуванням, ніж науковим, особливо коли існує невизначеність щодо останніх. Найважливіші рішення щодо екологічних питань приймаються політиками та вищими бюрократами в уряді, або приватними менеджерами, а не вченими-екологами. Люди, які приймають рішення, як правило, турбуються про короткострокові наслідки своїх рішень для їх шансів на переобрання або продовження працевлаштування, а також на економічну діяльність компанії чи суспільства в цілому, так само, як вони роблять про наслідки шкоди навколишньому середовищу (див. Також главу 27).

Детально 2.1. Критична оцінка перевантаження інформації
Більше, ніж будь-яке попереднє суспільство, ми живемо сьогодні у світі легкої та рясної інформації. Людям стало надзвичайно легко спілкуватися з іншими на величезних відстанях, перетворюючи світ на «глобальне село» (фраза, придумана Маршаллом Маклюеном (1911-1980), канадським філософом, для опису феномена універсального нетворкінгу). Цьому глобальному зв'язку сприяли технології передачі ідей та знань, зокрема електронних комунікаційних пристроїв, таких як радіо, телебачення, комп'ютери та їх мережі. Сьогодні ці технології стискають простір і час для досягнення практично миттєвого зв'язку. Насправді зараз доступно стільки інформації, що ситуацію часто називають «інформаційним перевантаженням», яке необхідно критично аналізувати. Критичний аналіз - це процес сортування інформації та здійснення наукових запитів про дані. Беручи участь у всіх аспектах наукового процесу, критичний аналіз ретельно вивчає інформацію та дослідження, ставлячи розумні питання, такі як:

Чи є інформація, отримана з наукової бази, що складається з гіпотези, яка була розроблена і перевірена, в контексті існуючого зведення знань і теорії в цій галузі?
Чи були використані методології, ймовірно, надати об'єктивні, точні та точні дані? Чи були дані аналізовані статистичними методами, які відповідають структурі даних та запитань?
Чи порівнювали результати дослідження з іншими відповідними роботами, які були раніше опубліковані? Чи обговорювалися ключові подібності та відмінності та зроблено висновок про те, що нова робота розкриває щодо досліджуваного питання?
Чи є інформація, заснована на дослідженні, опублікованому в рецензованому журналі, яка вимагає висококваліфікованих рецензентів у предметній галузі для рецензування роботи з подальшим рішенням редакції про те, чи вимагає вона публікації?
Якщо аналіз питання базувався на неповній або, можливо, неточній інформації, чи використовувався запобіжний підхід для того, щоб врахувати невизначеність, властиву рекомендаціям? Усі користувачі опублікованих досліджень зобов'язані критично оцінювати те, що вони читають цими способами, щоб вирішити, чи є теорія доречною, методології надійні та висновки достатньо надійні. Оскільки так багато екологічних питань є суперечливими, з даними та інформацією, представленими по обидва боки дебатів, люди повинні вміти формулювати об'єктивно критичні судження. З цієї причини людям потрібен високий ступінь екологічної грамотності - усвідомлене розуміння причин та наслідків екологічної шкоди. Уміння критично аналізувати інформацію є ключовою особистою перевагою вивчення екологічної науки.

Висновки

Процедури та методи науки мають важливе значення у виявленні, розумінні та вирішенні екологічних проблем. Водночас, однак, соціальні та економічні питання також є життєво важливими міркуваннями. Хоча наука досягла величезного прогресу, допомагаючи нам зрозуміти світ природи, надзвичайна складність біології та екосистем ускладнює вченим-екологам робити достовірні прогнози щодо наслідків багатьох видів економічної діяльності людини та інших впливів. Цей контекст підкреслює необхідність подальшого вивчення наукового та соціально-економічного вимірів екологічних проблем, навіть тоді як практичні рішення повинні бути прийняті для вирішення очевидних проблем у міру їх виникнення.

Питання для рецензування

Визначте причини, чому наука є раціональним способом розуміння природного світу.
У чому відмінності індуктивної та дедуктивної логіки? Чому індуктивна логіка частіше використовується вченими при формулюванні гіпотез і узагальнень про світ природи?
Чому нульові гіпотези є ефективним способом проведення наукових досліджень? Визначте гіпотезу, яка підходить для вивчення конкретної проблеми в екологічній науці, і запропонуйте відповідну нульову гіпотезу, яку можна було б вивчити за допомогою досліджень.
Які причини варіації природних явищ? Виберіть приклад, такий як відмінності у вазі тіла певної групи людей, і запропонуйте причини варіації.

Питання для обговорення

Які ключові відмінності між наукою та менш об'єктивною системою переконань, такою як релігія?
Які фактори призводять до наукових суперечок щодо екологічних проблем? Протиставляйте їх екологічним суперечкам, які існують через різні цінності та світогляди.
Поясніть, чому не існує наукових «законів», що пояснюють будову та функцію екосистем.
Багато природних явищ дуже мінливі, особливо ті, які є біологічними чи екологічними. Які наслідки цієї мінливості для розуміння та прогнозування причин та наслідків екологічних змін? Як вчені-екологи справляються з цим викликом змінного природного світу?

Вивчення проблем

Придумайте екологічне питання, що цікавить себе. Запропонуйте корисні гіпотези для дослідження, визначити нульові гіпотези та окреслити експерименти, які ви могли б провести, щоб дати відповіді на це питання.
Під час дослідницького проекту, що досліджує ртуть, вчений-еколог виконав серію хімічних аналізів риби, виловленої в озері Canuck. Програма відбору проб включала сім видів риб, отриманих з різних середовищ існування в межах озера. Всього було проаналізовано 360 риб різних розмірів і статей. Було виявлено, що 30% риби мали залишки, що перевищують 0.5 проміле ртуті, верхній рівень забруднення, рекомендований Health Canada для риби, яку їдять люди. Вчений повідомив про ці результати урядовому регулятору, який був стурбований високим вмістом ртуті через популярність озера Canuck як місця, де люди ловлять рибу на їжу. Регулятор попросив вченого порекомендувати, чи безпечно їсти будь-яку рибу з озера чи уникати лише певних розмірів, статей, видів чи місць проживання. Які види аналізу даних повинен виконувати вчений для розробки корисних рекомендацій? Які ще наукові та ненаукові аспекти слід враховувати?

Цитуються посилання та подальше читання

Американська асоціація сприяння розвитку науки (AAAS). 1990 р. Наука для всіх американців. AAAS, Вашингтон, округ Колумбія.
Барнс, р. 1985 р. Про науку. Blackwell Ltd, Лондон, Великобританія.
Гієр, Р.Н. 2005. Розуміння наукових міркувань. 5-е изд. Видавництво «Уордсворт», Нью-Йорк, Нью-Йорк.
Кун Т.С. 1996. Структура наукових революцій. 3-е изд. Університет Чикаго Преса, Чикаго, Іллінойс.
Маккейн, Г. і Е.М. Сігаль. 1982. Гра в науку. Холбрук Прес Inc., Бостон, Массачусетс
Мур, Д.А. 1999. Наука як спосіб пізнання. Преса Гарвардського університету, Бостон, Массачусетс.
Поппер, К. 1979. Об'єктивні знання: еволюційний підхід. Кларендон Прес, Оксфорд, Великобританія.
Ворон, П.Х., Дж.Б. Джонсон, К.А. Мейсон, і Дж. Лосос. 2013. Біологія. 10-е изд. Макгроу-Хілл, Колумбус, Огайо.
Срібло, Б.Л. 2000. Сходження науки. Преса Оксфордського університету, Оксфорд, Великобританія.