プリンキピア

第1章生命の探究

Proposing a Hypothesis仮説を立てる

Recall that a hypothesis is a suggested explanation that one can test. To solve a problem, one can propose several hypotheses. For example, one hypothesis might be, “The classroom is warm because no one turned on the air conditioning.” However, there could be other responses to the question, and therefore one may propose other hypotheses. A second hypothesis might be, “The classroom is warm because there is a power failure, and so the air conditioning doesn’t work.”
英語のヒント
仮説とは、提案された、検証可能な説明であることを思い出そう。問題を解決するためには、いくつかの仮説を立てられる。例えば、「誰もエアコンをつけなかったため、教室が暑い」という仮説が考えられる。しかし、この問いには別の答えもありうるので、ほかの仮説も提案できる。二つ目の仮説として、「停電のためエアコンが動かず、教室が暑い」というものも考えられる。
Once one has selected a hypothesis, the student can make a prediction. A prediction is similar to a hypothesis but it typically has the format “If . . . then . . . .” For example, the prediction for the first hypothesis might be, “If the student turns on the air conditioning, then the classroom will no longer be too warm.”
英語のヒント
仮説を選んだら、学生は予測を立てられる。予測は仮説に似ているが、通常は「もし〜なら、〜となる」という形をとる。例えば、最初の仮説に対する予測は、「学生がエアコンをつければ、教室はもう暑すぎる状態ではなくなる」となるだろう。

Testing a Hypothesis仮説を検証する

A valid hypothesis must be testable. It should also be falsifiable, meaning that experimental results can disprove it. Importantly, science does not claim to “prove” anything because scientific understandings are always subject to modification with further information. This step—openness to disproving ideas—is what distinguishes sciences from non-sciences. The presence of the supernatural, for instance, is neither testable nor falsifiable. To test a hypothesis, a researcher will conduct one or more experiments designed to eliminate one or more of the hypotheses. Each experiment will have one or more variables and one or more controls. A variable is any part of the experiment that can vary or change during the experiment. The control group contains every feature of the experimental group except it is not given the manipulation that the researcher hypothesizes. Therefore, if the experimental group's results differ from the control group, the difference must be due to the hypothesized manipulation, rather than some outside factor. Look for the variables and controls in the examples that follow. To test the first hypothesis, the student would find out if the air conditioning is on. If the air conditioning is turned on but does not work, there should be another reason, and the student should reject this hypothesis. To test the second hypothesis, the student could check if the lights in the classroom are functional. If so, there is no power failure and the student should reject this hypothesis. The students should test each hypothesis by carrying out appropriate experiments. Be aware that rejecting one hypothesis does not determine whether or not one can accept the other hypotheses. It simply eliminates one hypothesis that is not valid (Figure 1.6). Using the scientific method, the student rejects the hypotheses that are inconsistent with experimental data.
英語のヒント
妥当な仮説は、検証可能でなければならない。また、反証可能であること、すなわち実験結果によって誤りを示せることも必要である。科学は何かを「証明する」とは主張しないという点が重要である。科学的な理解は、新たな情報によってつねに修正される可能性があるからだ。考えが反証されることを受け入れるこの姿勢が、科学と科学でないものを区別する。例えば、超自然的なものの存在は、検証することも反証することもできない。仮説を検証するため、研究者は、一つ以上の仮説を除外するように設計した実験を一つ以上行う。各実験には、一つ以上の変数と、一つ以上の対照がある。変数とは、実験中に変動したり変化したりしうる要素である。対照群は実験群とあらゆる特徴を共有するが、研究者が仮説の対象とする操作だけは加えられない。したがって、実験群の結果が対照群と異なれば、その違いは外部の別の要因ではなく、仮説で想定した操作によるはずである。次の例で、変数と対照を探してみよう。最初の仮説を検証するには、学生はエアコンがついているかを調べる。電源を入れても動かないなら、別の理由があるはずなので、この仮説を棄却すべきである。二つ目の仮説を検証するには、教室の照明が機能しているかを調べられる。照明がつくなら停電は起きていないので、この仮説を棄却すべきである。学生は、適切な実験を行って、それぞれの仮説を検証すべきである。一つの仮説を棄却しても、ほかの仮説を受け入れられるかどうかが決まるわけではないことに注意しよう。妥当でない仮説が一つ除外されるだけである(図1.6)。科学的方法を用いることで、学生は実験データと一致しない仮説を棄却する。
While this “warm classroom” example is based on observational results, other hypotheses and experiments might have clearer controls. For instance, a student might attend class on Monday and realize she had difficulty concentrating on the lecture. One observation to explain this occurrence might be, “When I eat breakfast before class, I am better able to pay attention.” The student could then design an experiment with a control to test this hypothesis.
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この「暑い教室」の例は観察結果に基づくものだが、ほかの仮説や実験には、より明確な対照を設けられる場合がある。例えば、月曜日に授業に出た学生が、講義に集中しにくいと気づいたとしよう。この出来事を説明する観察として、「授業の前に朝食を食べると、より注意を向けられる」というものが考えられる。そこで学生は、この仮説を検証するために、対照を設けた実験を計画できる。
In hypothesis-based science, researchers predict specific results from a general premise. We call this type of reasoning deductive reasoning: deduction proceeds from the general to the particular. However, the reverse of the process is also possible: sometimes, scientists reach a general conclusion from a number of specific observations. We call this type of reasoning inductive reasoning, and it proceeds from the particular to the general. Researchers often use inductive and deductive reasoning in tandem to advance scientific knowledge (Figure 1.7). In recent years a new approach of testing hypotheses has developed as a result of an exponential growth of data deposited in various databases. Using computer algorithms and statistical analyses of data in databases, a new field of so-called "data research" (also referred to as "in silico" research) provides new methods of data analyses and their interpretation. This will increase the demand for specialists in both biology and computer science, a promising career opportunity.
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仮説に基づく科学では、研究者は一般的な前提から個別の結果を予測する。この推論を演繹的推論と呼ぶ。演繹は、一般的なことから個別のことへと進む。しかし、逆の過程も可能である。科学者が、多数の具体的な観察から一般的な結論に至る場合もある。この推論を帰納的推論と呼び、個別のことから一般的なことへと進む。研究者は、科学的知識を発展させるために、帰納的推論と演繹的推論を組み合わせて使うことが多い(図1.7)。近年、さまざまなデータベースに蓄積されるデータが指数関数的に増加した結果、仮説を検証する新しい手法が発展している。いわゆる「データ研究」(「インシリコ」研究とも呼ばれる)という新しい分野では、コンピュータのアルゴリズムとデータベース内のデータの統計分析を用い、データの分析と解釈に新しい方法を提供している。これにより、生物学とコンピュータ科学の両方の専門家への需要が増すだろう。有望な仕事の機会である。
The scientific method may seem too rigid and structured. It is important to keep in mind that, although scientists often follow this sequence, there is flexibility. Sometimes an experiment leads to conclusions that favor a change in approach. Often, an experiment brings entirely new scientific questions to the puzzle. Many times, science does not operate in a linear fashion. Instead, scientists continually draw inferences and make generalizations, finding patterns as their research proceeds. Scientific reasoning is more complex than the scientific method alone suggests. Notice, too, that we can apply the scientific method to solving problems that aren’t necessarily scientific in nature.
英語のヒント
科学的方法は、あまりにも融通がきかず、型にはまっているように見えるかもしれない。しかし、科学者がしばしばこの順序に従うとしても、柔軟性があることを覚えておく必要がある。実験が、取り組み方の変更を支持する結論につながることもある。まったく新しい科学的な問いが、実験によって持ち込まれることも多い。科学は、一直線に進むとは限らない。科学者は研究を進めながらパターンを見つけ、絶えず推論し、一般化する。科学的推論は、科学的方法だけから想像されるよりも複雑である。また、科学的な性質をもつとは限らない問題の解決にも、科学的方法を適用できることに注意しよう。