מאז ימי יוון העתיקה, פיתחו מדענים מערכת של מחקר וידע הנקראית בימינו מדע. תפיסות בנוגע לטבע המדע דינמיות וזמניות ממש כמו המדע עצמו. כך למשל לא תופסים יותר את המדע כדטרמיניסטי ואבסולוטי כבעבר.
עם זאת יש היבטים ומאפיינים מרכזיים מוסכמים של המדע (מתוך החיבור לשם קבלת התואר "דוקטור לפילוסופיה" – בועז רון זוהר – אוניברסיטת חיפה):
- זמניות הידע המדעי. הידע המדעי הוא גם זמני וגם אמין. הוא אינו ודאי או מוחלט. הידע המדעי ניתן לשינויים מתמידים עקב תצפיות חדשות ופירוש מחדש של תצפיות קיימות. המדע רצוף שינויים, חלקם אבולוציוניים וחלקם מהפכניים. תיאוריות, חוקים והשערות מדעיות לעולם אינן יכולים להיות מוכחים באופן מוחלט ללא קשר לכמות התמיכה האמפירית בהן. מספיקה ראיה עתידית מפריכה אחת שאיננו יכולים לחשוב עליה כיום כדי להבטיח שתיאוריה מדעית לעולם לא תהיה ודאית.
- הבסיס האמפירי של הידע וההסבר המדעי. ידע מדעי מבוסס או נגזר מתצפיות על הטבע. מאפיינים עיקריים שזוהו בבניית הסברים מדעיים הם: ראיות אמפיריות, נימוקים היפותטיים-דדוקטיביים (hypothetic-deductive), קוהרנטיות של רעיונות ורעיונות הניתנים לבדיקה.
- סובייקטיביות הידע המדעי. המדע מצד אחד שואף להיות אובייקטיבי ומדויק אך מצד שני המדע מתפתח מושפע ומונע על ידי התיאוריות המדעיות והחוקים המדעיים המקובלים לאותה שעה. זוהי תופעה בלתי נמנעת המרשה למדע להתפתח ועם זאת להישאר עקבי: עדויות קודמות נבחנות מפרספקטיבה של ידע חדש. סובייקטיביות אישית גם היא בלתי נמנעת. ערכים, רקע תרבותי וחברתי, התחייבויות תיאורטיות ודיסציפלינאריות של מדענים, אמונות, ידע קודם, הכשרה, ניסיון וציפיות המצטרפים להלך רוח ומצב תודעתי של המדענים משפיעים על עבודתם: איזה מחקרים הם עורכים, איך הם עורכים את מחקריהם, איך הם עורכים ומפרשים את תצפיותיהם. על פי זימן (Ziman) זיהוי דפוסים קשור לסובייקטיביות ומהווה עמוד תווך של כל עיסוק מדעי. החושים הם הקשר היחיד בין המוח האנושי לעולם בו הוא חי. תפיסה חזותית, על פי הסכמתה האינטרסובייקטיבית (הסכמה הקיימת והמשותפת בין תודעות שונות), היא יסוד חיוני ביצירתו ותיקופו של ידע מדעי. התאמת דפוסים מספקת אמת מידה של הסכמה שלעולם אינה מוחלפת לחלוטין על ידי מתקנים יותר "אובייקטיביים" כדוגמת מכשור מכני.
- יצירתיות. ידע מדעי נוצר מהדמיון האנושי וחשיבה לוגית. יצירה זו מתבססת על תצפיות על הטבע ועל היסקים. מדענים משתמשים בדמיון וביצירתיות שלהם במהלך מחקריהם המדעיים. בניגוד לאמונה הרווחת, מדע אינו חסר חיים, רציונאלי לחלוטין, או פעילות מסודרת לחלוטין. מדע כרוך בהמצאת הסברים ומבנים תיאורטיים הדורשת מידה רבה של יצירתיות מצד המדען. היבט זה של המדע ביחד עם טבעו ההיסקי מוביל להכרה שישויות מדעיות כגון אטומים, זנים של בעלי חיים וכדומה, הם מודלים תיאורטיים ולא העתקים נאמנים של המציאות.
- הטמעה חברתית-תרבותית. המדע הוא מפעל אנושי המושפע על ידי החברה והתרבות שבו הוא מיושם. הערכים של התרבות קובעים איך ואיזה מדע נעשה, מפורש, מתקבל ומיושם. המדע מושפע מ: מרקם חברתי, מבני כוח, פוליטיקה, גורמים סוציו אקונומיים, פילוסופיה ודת. כמו כן המדע דורש תיעוד מדויק, ביקורות עמיתים ומכוון להיות בר שיחזור.
- תצפיות והיסקים. המדע מבוסס על תצפיות והיסקים. תצפיות נאספות באמצעות חושים או באמצעות הרחבה טכנולוגית שלהם. היסקים הם פרשנויות של תצפיות אלו. נקודות מבט של מדע עכשווי ושל המדען החוקר מנחים את התצפיות וההיסקים. נקודות מבט מרובות תורמות לפרשנויות תקפות מרובות של התצפיות. עם זאת למדענים אין גישה ישירה לרוב התופעות. תצפיות תמיד עוברות דרך המנגנון התפיסתי של המדענים ודרך מכשור מורכב, מפורשות במסגרת תיאורטית רחבה ומפורטת וכמעט תמיד מתווכות על ידי שורה של הנחות יסוד העומדות בבסיס תפקודם של המכשירים המדעיים.
- תיאוריות מדעיות וחוקים מדעיים. תיאוריות מדעיות מבוססות ובעלות תימוכין רבים: תיאוריה מדעית היא מערכת הסברים בעלי עקביות פנימית. תיאוריות משמשות להסבר מערכים גדולים של תצפיות אשר נדמה שאינן קשורות ביותר מאשר תחום אחד של מחקר. לתיאוריות יש תפקיד מרכזי ביצירת שאלות מחקר והכוונת מחקר עתידי. תיאוריות מדעיות לעיתים קרובות מבוססות על מערך הנחות או אקסיומות ומניחות קיומם של ישויות לא ניתנות לתצפית. תיאוריות לא ניתנות לבדיקה ישירה. מדענים יוצרים מתיאוריות חיזויים הניתנים לבדיקה ובודקים אותם כנגד נתונים. הסכמה בין ניבויים כאלו וראיות אמפיריות משמשים להגדלת רמת הביטחון בתיאוריות הנבחנות. תיאוריות וחוקים מדעיים הם סוגים שונים של ידע מדעי. חוקים מתארים יחסים מוכללים נצפים או נתפסים בין תופעות בתנאים מסוימים. תיאוריות הם הסברים מוסקים של תופעות ושל היבטים מסוימים של הטבע. תיאוריות וחוקים מדעיים לא מתפתחים זה מזה, במובן של היררכיה, משום שהם סוגים שונים מובחנים, נפרדים ופונקציונאליים של ידע. תיאוריות לא מתפתחות לחוקים או ההיפך. תיאוריות יכולות להסביר חוקים, אך עם זאת לא כל החוקים המדעיים מלווים בתיאוריות המסבירות אותם. גם תיאוריות וגם חוקים מדעיים נתונים לשינויים. השערות מדעיות עשויות להוביל לתיאוריות או לחוקים תוך כדי ההצטברות של ראיות תומכות משמעותיות וקבלה על ידי קהילה המדעית.
- שיטות מרובות של מחקרים מדעיים. אין שיטה מדעית אוניברסאלית, צעד אחר צעד, שכל המדענים פועלים לפיה. מדענים חוקרים שאלות מחקר מתוך ידע קודם ותוך התמדה ויצירתיות. ידע מדעי מושג בדרכים מגוונות הכוללות בין השאר תצפיות, ניתוח, ספקולציות, מחקר ספרות מדעית וניסויים. המיתוס על שיטה מדעית אוניברסאלית בא לידי ביטוי באמונה שיש תהליך שבו צעדים מובנים אשר כל המדענים נוהגים לפיהם כשהם חוקרים באופן מדעי. המקור המודרני לתפיסה שגויה זו היא אולי עבודתו הפילוסופית של פרנסיס בייקון "הכלי החדש של המדע" (Novum Organum Scientiarum) שפורסמה בשנת 1620. בעבודה זו השיטה האינדוקטיבית (inductivism) הוצגה כמבטיחה ידע ודאי. לפי השיטה האינדוקטיבית פיתוח תיאוריה מתחיל מתצפית על הטבע או מניסוי, ניתוח התוצאות והסקת מסקנות מהן. היו תפיסות אפיסטמולוגיות נוספות מאז המאה ה – 17 שהתיימרו להבטיח ודאות כגון באיסיאניזים (Bayesianism) שהבטיחה ודאות בסבירות גבוהה, תורת ההפרכה (falsificationism) ודדוקטיביזים-היפותטי (hypothetic-deductivism). לפי תורת ההפרכה יש להתחיל מתיאוריה מדעית ולאחר מכן לערוך ניסויים לשלילת והפרכת התיאוריות המוטעות. לפי הדדוקטיביזם-ההיפותטי מחקר מדעי מתחיל מניסוח היפותזה שניתן להפריך אותה באמצעות ניסוי. אם תוצאות הניסוי מפריכות אותה היא נפסלת ואם לא היא מתקבלת. חלק מתפיסות אלו, במיוחד האינדוקטיביזים (inductivism) ותורת ההפרכה (falsificationism), נפוצות בספרי מדע ואפילו נלמדות בבית הספר, אולם תפיסה זו נזנחה באופן מפורש. כאמור אין שיטה מדעית יחידה אשר תבטיח התפתחות של ידע ודאי. אין סדרה אחת של פעילויות קבועות אשר תוביל אותם ללא טעות לידע אמיתי וודאי.
- תלות הדדית של המאפיינים המרכזיים של הידע מדעי. אף אחד מההיבטים הקודמים של המדע אינו יכול להיחשב בנפרד מהאחר. כך למשל זמניות הידע המדעי נובעת מהיצירתיות של המדענים ומהתפתחות המדע באמצעות תצפיות אמפיריות והיסקים. התפתחות המדע מושפעת על ידי התרבות והחברה שבה המדע נעשה כמו גם על ידי מבנים תיאורטיים וסובייקטיביות אישית של המדען.
שיטות מדעיות רבות כוללות איסוף ראיות, בדרך כלל יהיו אלה תצפיות או נתונים. הראיות עשויות להיות פיזיקליות, כגון סלעים שהובאו מהירח או שהן עשויות להיאסף באמצעות מכשירים כגון מדידת עוצמת האור באמצעות טלסקופ. בתחומי מדע מסוימים כגון: כימיה, פיזיקה וביולוגיה, ראיות נאספות לעתים קרובות באמצעות ניסויי מעבדה. באסטרונומיה, החוקרת גופים מרוחקים מאד, מרבית הראיות נאספות באמצעות אור או קרינה אלקטרומגנטית.
ניתוח נתונים במקרים רבים כרוך בזיהוי תבניות. לדוגמה, ייתכן שאסטרונומים יבקשו לנתח את מיקומה של פלנטה בשמיים ויזהו סדר בתנועתה, או שהם עשויים למצוא דמיון בהרכב הכימי של כוכבים בחלקים שונים של הגלקסיה. תמיד קיים סיכוי שיתעוררו קשיים במהלך החיפוש אחר סדר כלשהו בנתונים, מפני שהנתונים לעולם אינם מושלמים; מספר התצפיות תמיד מוגבל, והן מכילות שגיאות או שאינן ודאיות. אך הרעיון של חיפוש אחר חוקיות בטבע הוא לב העשייה המדעית. ראשיתם של הגילויים נובע מסקרנות ועניין בנושא המחקר.
הסבר לתוצאות שהתקבלו או נאספו נקרא השערה. להשערות מדעית רבות ניתן להציע מבחן שיאשש או יפריך אותה. כלומר, קיימות תצפיות נוספות או ניסויים המסוגלים לחזק את ההשערה או לסתור אותה. מדענים עשויים להציע השערות שונות לאותם נתונים. ניתן לסלק את ההשערות השגויות בעזרת ניסויים שכאלה. תמיד קיים יותר מהסבר אחד עבור אוסף נתונים, זוהי כנראה אחת הסיבות לוויכוחים רבים שמדענים נוהגים לנהל! בחינה ביקורתית של השערות נעשות לרוב באמצעות תצפיות וניסויים.
אפולו 12. צולם ב- 14.11.1969.
באדיבות NASA