Transcript Tieteellisestä käsitteen- ja teorianmuodostuksesta

Tieteellisestä käsitteen- ja
teorianmuodostuksesta
Oulun yliopisto syksy 2011
Jarmo Pulkkinen
Tieteellinen käsitteenmuodostus
• Prosessi, jossa muodostetaan, kehitetään tai
täsmennetään tieteellisiä käsitteitä (Niiniluoto)
• Käsite-empirismi: käsitteet syntyvät abstaktion ja
assosiaation tuloksena aistihavainnon pohjalta.
• Rationalismi: ihmisellä on synnynnäisiä apriorisia
käsitteitä.
• Nykykäsitys: käsitteet välineitä todellisuutta koskevan
tiedon saavuttamiseksi (”käsiteverkko”).
• Tieteellisten käsitteiden neljä tavoitetta:
yksinkertaisuus, selvyys, yleisyys ja totuus.
• Useimpiin tieteellisiin edistysaskeliin liittyy uusien
käsitteiden käyttöönotto.
Metaforat tutkimuksen apuna
• 1960-luvulta lähtien tieteenfilosofian huomio siihen
miten teoriat syntyvät -> metaforat, analogiat ja mallit.
• Metafora on ”vertaukseen perustuva havainnollistava
kielellinen ilmaus” (Nykysuomen sanakirja).
• Metafora = kreik. metapherein eli siirtää (meta = yli,
pherein = kantaa).
• ”Metafora on kielellinen ilmaus, jossa ainakin osa
ilmauksesta siirretään yhdestä käyttöyhteydestä
(lähdealue), jossa se on tavallinen, toiseen
käyttöyhteyteen (kohdealue), jossa se on epätavallinen.
(Bailer-Jones 2002)
Metaforien lajit
• (1) Rakenteelliset metaforat: ”atomi on
aurinkokunta”.
• (2) Ominaisuusmetaforat: ”Pekka on kirahvi”.
• (3) Kompleksit metaforat: ”silmiesi ääni on
syvempi kuin kaikki maailman ruusut”.
• (1) tyypillinen tieteelle, (2) & (3) runolliselle ja
kaunokirjalliselle ilmaisulle. (Gentner 1988).
Metaforat ja tieteellinen tutkimus
• Tieteelliset metaforat eroavat pedagogisista ja
populaareista metaforista -> ilmaistaan jotain mitä ei
vielä kyetä ilmaisemaan ”ei-metaforisessa” muodossa.
• Uutta käsitteistöä ilmiöiden kuvaukseen & uusia
tutkimushypoteeseja.
• Esim. behavioralismista kognitiopsykologiaan: ”ihmisaivot
ovat tietokone”. -> ”ajattelu on informaationprosessointia
(tietokoneohjelma)” -> ”ajattelu on loogista päättelyä
muistuttavaa symbolien manipulointia” etc.
– George Miller: "The Magical Number Seven, Plus or Minus
Two: Some Limits on Our Capacity for Processing
Information" (1956)
Informaatiometafora biologiassa
• Vuonna 1952 James Watson ja
Francis Crick selvittivät DNAmolekyylin rakenteen sisällä
piilevän "geneettisen koodin".
• DNA-molekyyli säilyttää
geneettistä informaatiota, ts.
geenit tuottavat ohjeet miten
aminohappoketjuja
valmistetaan.
• ”Geneettisen ohjelman”
metafora: Geenit välittävät
periytyvän informaation
(”geneettisen ohjelman”),
jonka fysiologinen koneisto
yksilökehityksen aikana
”toteuttaa”.
• Human Genome Project selvitti
ihmisen perimän, 3,12
miljardia emäsparia, vuonna
2003.
Määritelmistä
• Aristoteles: genus + differentia (esim. ”ihminen
on rationaalinen eläin”.
• Reaalimääritelmä pyrkii tavoittamaan
määritelmän kohteen perimmäisen luonteen.
• Nominaalimääritelmät ovat sopimuksia käyttää
ilmausta tietyllä tavalla.
• Wittgensteinin kritiikki essentialistista
määritelmien teoriaa kohtaan: esim. erilaisten
taideteosten välillä vallitsee ”perheyhtäläisyys”,
eikä ole mitään taideteoksen ”olemusta”.
Moderni määritelmien teoria
• Deskriptiiviset määritelmät: pyritään kuvailemaan jo
vakiintunutta merkitystä.
• Analyyttisen väitteen totuus seuraa sen sisältämien
väitteiden totuudesta (”jokainen poikamies on naimaton”).
• Synteettiset väitteet (”Pekka on poikamies”) lisäävät tietoa
ja ovat yleensä kokemusperäisiä.
• Ekstensio on niiden yksilöiden joukko, jota käsite kuvaa.
• Intensio on niiden ominaisuuksien joukko, joka yksilöllä on
oltava, jotta käsitettä voitaisiin käyttää sen kuvaamiseen.
• ”Ihminen ja ”höyhenetön kaksijalkainen”, sama ekstensio,
mutta eri intensio.
• Stipulatiiviset määritelmät: sopimus koskien uuden
ilmauksen merkitystä tai annetaan ”vanhalle” termille uusi
täsmällinen merkitys.
Määritelmien ehdot
• A) Määritelmän tulee olla tiivis ja looginen.
• B) Määritelmä ei saa olla kehämääritelmä.
• C) Määritelmää ei saa lausua negatiivisin
termein, jos se voidaan ilmaista positiivisin
termein.
• D) Määritelmää ei saa ilmaista epäselvällä tai
kuvaannollisella kielellä.
Käsitteenmäärityksen ongelmia
• Kaikkia käsitteitä ei kyetä määrittelemään
(kehämääritelmän kielto), osa jää väistämättä
ns. primitiivisiksi termeiksi.
• Liiallinen vaikeaselkoisuus.
• Tutkijan valitsemien käsitteiden osittainen
sopimuksenvaraisuus.
• Käsitteiden merkityksen muuttuminen
tutkimuksen kuluessa (antiikin ”atomi” ->
moderni ”atomi”).
Yhteismitattomuus
• Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions
(1962).
• Tieteellisen ”paradigman” vaihtuessa otetaan käyttöön
uusia käsitteitä ja vanhojen käsitteiden merkitykset
muuttuvat.
– planeetan käsite Ptolemaioksella (planeetat + kuu + aurinko) ja
Kopernikuksella (planeetat).
– massan käsite Newtonin mekaniikassa ja Einsteinin
suhteellisuusteoriassa.
• Kuhnin mukaan paradigmojen yhteismitattomuudesta ei
seuraa niiden samanveroisuutta.
• Vaikka paradigman teorioiden ja käsitteiden täydellinen
kääntäminen toisen paradigman ”kielelle” on
mahdotonta, paradigmojen ”kieliä” voidaan oppia kuten
voimme oppia uusia kieliä.
Käsitteet ihmistieteissä
• Tutkimuskohteiden erot: luonto (”ei väitä vastaan”) vs.
ihminen (”väittää vastaan”).
• Tutkijan vs. toimijan käsitteet.
• Onko tutkimuskohteena olevien ihmisten omat käsitykset
otettava huomioon?
• Empiristinen luonnontieteellinen lähestymistapa: tutkijan
käsitteet ja menetelmät (esim. kyselykaavakkeet).
• Fenomenologinen tai hermeneuttinen lähestymistapa:
tutkittavien henkilöiden merkitysmaailma ensisijainen
(avoin haastattelu).
• Historiantutkimus: Frans I (1487-1547) ja moraalinen
koherenssi.
Kvalitatiiviset käsitteet
• Looginen luokitus (”nainen”
- ”ei-nainen”) on
analyyttinen.
• Faktuaalinen luokitus
(”nainen” – ”mies”) tarjoaa
uutta tietoa.
• Luokittelujen
muodostamisella ja
kehittämisellä ollut suuri
merkitys tieteellisen tiedon
kasvussa.
• Carl von Linné (1707-1778):
Systema naturae (1735).
• Keinotekoinen luokittelu.
Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä
• D. I. Mendelejev (18341907).
• ”Luonnollinen” luokittelu.
• Ennusti kolmen uuden
alkuaineen ominaisuudet
(gallium, skandium ja
germanium).
Kvantitatiiviset käsitteet
• ”Metrittäminen”: siirtyminen
kvalitatiivisesta tai komparatiivisesta
käsitteestä kvantitatiiviseen
käsitteeseen.
• ”Operationalisointi”: teoreettisen
käsitteen yhdistäminen havaittavaan
todellisuuteen, tutkimuskohteen
mitattaviin ominaisuuksiin.
• Alfred Binet (1857-1911)
operationalisoi älykkyystestin avulla
inhimillisen ”älykkyyden”
(älykkyysosamäärä).
• Kvalitatiivinen vs. kvantitatiivinen
tutkimus: sopiiko jälkimmäinen myös
ihmistieteisiin?
Tieteelliset teoriat
• Kreik. ”theoria” (katsominen, tarkasteleminen).
• Tieteen ihanteena Aristoteleesta lähtien on ollut teoria,
jossa muutamasta peruslauseesta voidaan johtaa
tieteenalan kaikki väitteet (esim. Eukleideen
geometria).
• (1) Yhtenäinen tietojärjestelmä tieteenalan sisällä; (2)
kokonainen tutkimusala; (3) hypoteesi, otaksuma.
• Yleensä koostuvat empiiristen tai teoreettisten lakien
kokoelmasta ja niihin liittyvistä eksistenssioletuksista
(teoreettiset entiteetit, esim. geeni, superego,
sosiaalinen paine jne.).
• Teoreettiset entiteetit voidaan nähdä: (1) palautuvan
täysin havaintoon; (2) havainnon ylittävinä
ajatuskonstruktiona; (3) todellisuuden osina.
Tieteelliset lait
• Todellisuuden ilmiöitä koskevia säännönmukaisuuksia.
Voidaan kuvata yleisinä implikaatiolauseina (jos ilmiö A
esiintyy, esiintyy myös ilmiö B).
• (1) Yhteenliittymis- vs. seurantalait.
• (2) Yleiset vs. todennäköiset lait.
• (3) Empiiriset vs. teoreettiset lait.
• (4) Kvalitatiiviset vs. kvantitatiiviset lait.
• Samassa laissa voi esiintyä useita ominaisuuksia.
• Erona teoriaan malli on idealisaatio, joka on tarkkaan
ottaen epätosi.
Esittävät mallit
• Kohde esitetään mekaanisen fysikaalisen
systeemin avulla.
• Esim. rakennusten, autojen, lentokoneiden, ja
laivojen pienoismallit suunnittelun apuna.
• Analogiamallit: kohde kuvataan laadullisesti
erilaisten mutta käyttäytymislaeiltaan
samanlaisten elementtien avulla.
– Kartat.
– Pedagogiset analogiamallit.
Tunguskan räjähdys
• 30. päivä kesäkuuta 1908
räjähdys kaatoi n. 60
miljoonaa puuta 25
kilometrin säteellä.
• Vuonna 1927 L. Kulikin
johtama retkikunta
paikalle.
• 1960-luvun puolivälissä I.
Zotkin simuloi räjähdyksen
pienoismallin avulla
(tulitikkumetsä ym.).
• Räjähdyksen syystä ei
edelleenkään täyttä
yksimielisyyttä. Ehdotettuja
syitö: meteoriitti,
metaaniräjähdys , ufo,
sähkömagneettinen
myrsky, antimateria,
kvanttipoikkeama.
Teoreettiset mallit
• Kokoelma oletuksia ja hypoteeseja jonkin
objektin tai systeemin rakenteesta
(”käsiteverkosto).
• Esim. ”ihmisaivot ovat tietokone”. -> ”ajattelu on
informaationprosessointia (tietokoneohjelma)” ->
”ajattelu on loogista päättelyä muistuttavaa
symbolien manipulointia” etc.
• Alkuvaiheissa ”valistuneita arvauksia”, metaforan
aloittamalle tutkimukselle on ominaista
”avoimuus”.
• Metaforan pohjalta rakennetut teoreettiset mallit
”kuluvat” käytössä (esim. kognitiotieteen
komputationaalinen paradoksi).
Matemaattinen malli
• Yksi teoreettisten mallien muoto.
• Matemaattisilla malleilla ja
tietokonesimulaatiolla on nykyisin
hyvin tärkeä rooli tieteellisessä
tutkimuksessa.
• Nykyhetken (marraskuu 2011)
nopein supertietokone: Fujitsu K
Computer.
• (1) Tunnetaan luonnonlait, mutta
ilmiöt erittäin monimutkaisia
(ilmastomallinnus, sään
ennustaminen).
• (2) Tunnetaan osittain luonnonlait
(geneettisen aineiston analysointi,
uusien lääkeaineiden etsintä).
• (3) Perusongelmat (kosmologia).
Tieteellisten teorioiden rakenne
• Aksioomajärjestelmä: peruslauseet (aksioomat), joista
johdetaan muut väitteet (teoreemat).
• Aristoteles, Analytica Posteriora.
• Eukleideen geometria.
• Aristoteleelle aksioomat sekä yleisiä että
välttämättömiä.
• Hypoteettis-deduktiivinen järjestelmä: peruslauseille
epäsuoraa tukea tutkimalla testattavia seurauksia
niistä.
• Keskeinen ongelma: teoreettisten käsitteiden suhde
havaintoihin ja todellisuuteen.
Deskriptivismi
• Comten positivismi (1800-l), Ernst Mach ja
looginen empirismi (1900-l).
• Teoriat kuvaavat havaittuja ilmiötä
mahdollisimman ”taloudellisilla” ja
”yksinkertaisilla” tavalla.
• Ernst Machin (1838-1916) mukaan kokemus
saavuttaa vain ”elementtien” tai ”aistimusten”
maailman, eikä tieto niistä tuo mukanaan
minkään muun olemassaoloa.
• Esim. ”atomi” lyhennys kompleksille joukolle
havaittavia ilmiöitä ja piirteitä.
1920-30-lukujen Wienin piiri
• Rudoph Carnap, Moritz Schlick, Otto Neurath jne.
• Jokainen ”puhdas” teoreettinen käsite voidaan kääntää
havaintokielelle ns. vastaavuussääntöjen avulla
(”käännettävyysteesi”).
• ”Fenomenalistinen” tieteenkieli: Havaintoväitteet (”nyt näen
punaisen läikän”) ovat tieteen perusta.
• ”Fysikalistinen” tieteenkieli: Ominaisuuksia tai suhteita
ilmaisevat raportit (”tämä kappale on punainen”) tieteen
perustana.
• Ongelmana erityisesti dispositio- eli taipumusta kuvaavat
käsitteet (särkyvä, joustava, magneettinen, itsesuojeluvaisto
jne.)
• Myöh. tieteen kielen kaksitasoteoria: ainakin joillakin
teoreettisilla käsitteillä yhteys havaintotermeihin
(”korrespondenssisäännöt”).
Havainnon teoriasidonnaisuus
• Ongelmana jyrkkä erottelu havainto- ja
teoreettisten termien välillä.
• Mitä on havaittavissa riippuu tilanteista &
olosuhteista, käytössä olevista instrumenteista,
käsitejärjestelmästä ja taustatiedoista.
• Tieteelliset instrumentit tekevät havainnoinnista
vieläkin ”teoreettisempaa”.
• Havainnon teoriapidonnaisuutta puolustaneet
Karl Popper, Thomas Kuhn ja Paul Feyerabend.
Illuusiot & havaintovirheet
• Perspektiivikuvien ”näkeminen” on
opittu taito.
• Colin Turnbull: BaMbutien visuaalinen
maailma:
• ”As we turned to get back in the car,
Kenge looked over the plains and down
to where a herd of about a hundred
buffalo were grazing some miles away.
He asked me what kind of insects they
were, and I told him they were buffalo,
twice as big as the forest buffalo known
to him. He laughed loudly and told me
not to tell such stupid stories, and asked
me again what kind of insects they
were. He then talked to himself, for
want of more intelligent company, and
tried to liken the buffalo to the various
beetles and ants with which he was
familiar.”
Instrumentalismi
• Keskeistä teoreettisten termien
”toimiminen” eli niiden kyky selittää
ja ennustaa ilmiöitä.
• Jätetään avoimeksi kysymys
teoreettisten termien tulkinnasta.
• Antiikin ”ilmiöiden pelastamisen
periaate”. Ympyrä on täydellinen liike,
joten taivaankappaleiden liike on
”pelastettava” tasaisiksi
ympyräliikkeiksi.
• Geminus (1. vuosisata eaa):
fysikaalisesti tosi tai epätosi hypoteesi
(fysiikka) vs. ilmiöiden pelastamiseksi
tehty hypoteesi (tähtitiede).
Kvanttimekaniikka
• Kööpenhaminan tulkinta
(Niels Bohr & Werner
Heisenberg).
• ”Kahden raon koe”:
yksittäinen fotoni vaikuttaa
kulkevan molemmista
raoista yhtaikaa.
• Bohr: ”Its wrong to think
that the task of physics is to
find out how nature is.
Physics concerns what we
can say about nature“.
• ”Superpositio”-tulkinta.
(Schrödingerin kissa).
• ”Monimaailma”-tulkinta.
Realismi
• Teoriat ovat yrityksiä saavuttaa todellisuutta koskevaa
tietoa, sellaisina ne ovat joko tosia tai epätosia.
• Teoriat (mukaan lukien teoreettiset termit) puhuvat
meistä riippumattomasta todellisuudesta.
• Tieteellisten teorioiden antama kuva todellisuudesta
on ensisijaisempi kuin arkikokemuksen antama.
• Kriittinen realismi.
• ”Menestysargumentti” tärkein argumentti realismin
puolesta.
Konstruktivismi
• Kantin mukaan tietomme kohteena oleva maailma on
ymmärryksen kategorioiden jäsentämä ja muokkaama,
emme pysty saamaan tietoa havaittavien ilmiöiden takana
olevasta maailmasta (Ding an sich).
• Konstruktio prosessina vs. konstruktio lopputuloksena.
• Tieteellinen tieto sosiaalisen prosessin tuloksena vs. tieteen
kuvaama todellisuus ja oliot konstruktioina.
• Jyrkkä konstruktivismi yhdistyy relativismiin: ei ole mitään
kielestä, kulttuurista tai käsitejärjestelmästä riippumatonta
todellisuutta; tiedetty maailma on (osittain tai kokonaan)
käsitteiden konstruoima & käsitteet eroavat (kielellisestä,
sosiaalisesta, tieteellisestä jne.) ryhmästä toiseen.