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自然科学における観察とは、一次情報源から情報を積極的に取得することを指します。[ 1 ]それは、現象に気づいたり知覚したりする行為[ 2 ]と、研究対象との直接的な関わりに基づいてデータを収集することを含みます。
生物においては、観察は通常、五感を通して行われる。科学においては、観察はしばしば肉眼による知覚を超え、科学機器を用いてデータを検出、測定、記録することを含む。これにより、人間の五感だけでは捉えられない現象を観察することが可能になる。
科学における観察は、一般的に定性的観察と定量的観察に分類される。
「観察」という用語は、観察する過程そのものと、その過程の結果として記録された情報の両方を指す場合がある。
科学的方法では、仮説を立てて検証するために自然現象の観察が必要です。[ 3 ]この方法は、科学的知識を生み出し、洗練することを目的とした反復的な一連のステップを含みます。[ 4 ] [ 5 ]
各段階は、信頼性が高く再現性のある観察結果に依存しており、それが科学的推論と結果の検証の基礎となる。
観察は科学的方法の第2段階と第5段階の両方において重要な役割を果たします。しかし、再現性の原則では、異なる個人による観察結果が比較可能で一貫性のあるものでなければなりません。人間の感覚による印象は主観的であり、定性的なデータしか得られません。そのため、標準化、記録、観察者間での比較が困難です。この限界に対処するため、客観的で定量的な観察結果を得る手段として、測定が開発されました。
測定とは、観測された現象を標準単位と比較することであり、標準単位は人工物、プロセス、または共通の慣習によって定義される。この標準は再現可能であり、すべての観察者が利用できるものでなければならない。測定プロセスの結果は、観測に対応する標準単位の数を表す数値である。
測定によって観測値を数値化することで、一貫性のある記録が可能になり、比較も容易になります。同じ測定値を示す2つの観測値は、測定プロセスの分解能または精度の範囲内で同等とみなされます。
人間の感覚は範囲と精度に限界があり、錯視などによる知覚の誤りが生じる可能性がある。こうした限界は、科学的探究における肉眼による観察の信頼性と精度に影響を与える。
こうした限界を克服するために、人間の観察能力を拡張・強化する様々な科学機器が開発されてきた。秤、時計、望遠鏡、顕微鏡、温度計、カメラ、テープレコーダーといった機器は、人間の知覚範囲内の現象をより正確かつ一貫して測定するのに役立つ。
さらに、一部の計測機器は、人間の感覚では感知できない現象を検出・記録することを可能にします。これには、指示染料、電圧計、分光計、赤外線カメラ、オシロスコープ、干渉計、ガイガーカウンター、無線受信機などの装置が含まれます。こうした機器を用いることで、科学者は人間の自然な知覚の限界を超えた事象や過程を観察することができます。
科学の様々な分野に共通する課題の一つは、観察行為そのものが観察対象のプロセスに影響を与え、結果を変えてしまう可能性があることです。この現象は「観察者効果」として知られています。例えば、自動車のタイヤの空気圧を測定するには、通常、少量の空気を抜く必要がありますが、その結果、測定される圧力が変化します。
科学の多くの分野において、高度でより精密な計測機器を用いることで、観測による影響を無視できるレベルまで最小限に抑えることができる。これらの機器は、測定プロセスが研究対象システムに及ぼす影響を可能な限り少なくすることを保証するのに役立つ。
物理的なプロセスとして捉えると、人間による観測であれ、機器による観測であれ、あらゆる形態の観測には何らかの増幅が伴う。したがって、観測は熱力学的に不可逆なプロセスであり、エントロピーの増加をもたらす。
特定の科学分野では、観察結果が日常生活では通常重要視されない要因によって変動することがあります。こうした変動は、しばしば「パラドックス」と呼ばれる現象を通して示されます。これは、ある事象を二つの異なる視点から観察すると、一見すると「常識」に反するように見える現象です。
人間の感覚は、ビデオカメラのような公平な記録装置のように機能するわけではありません。[ 6 ]知覚は、感覚入力の特定の要素が選択され保持され、他の要素が破棄される、複雑で大部分が無意識的な抽象化のプロセスを通じて発生します。
この選択プロセスは、過去の経験によって形成される、心理学でスキーマと呼ばれる世界の内部モデルに依存している。感覚情報は、このスキーマに基づいて解釈され、保存される。想起の際、記憶の欠落部分は、スキーマに合致する情報で無意識のうちに埋められることがあり、このプロセスは再構成記憶として知られている。
知覚体験のさまざまな側面に対する注意の度合いは、個人の内部価値体系によって影響を受け、その価値体系は知覚された重要性に基づいて情報を優先します。その結果、同じ出来事を目撃した2人の個人が、事実の詳細について意見が食い違うなど、異なる記憶を持つ可能性があります。このような主観性は目撃証言の既知の限界であり、研究によって目撃証言はしばしば信頼できないことが示されています。[ 7 ]
科学研究においては、こうした観察バイアスを最小限に抑えるために、厳密な手法が用いられる。これには、実験データの綿密な記録、生データと推論された結論の明確な区別、主観的な影響を制御するための盲検法や二重盲検法などの実験計画法の実施などが含まれる。
人間の心理が観察結果に影響を与える重要な方法のいくつかを以下に挙げる。
人間の観察は、観察者の意識的および無意識的な期待や世界観を確認する方向に偏っています。私たちは「見たいと思うものを見る」のです。[ 8 ]心理学では、これは確証バイアスと呼ばれています。[ 8 ]科学研究の目的は新しい現象の発見であるため、このバイアスによって新しい発見が見過ごされることがあります。例えば、 X線の発見が挙げられます。一方で、広く信じられている文化的神話に対する誤った科学的裏付けにつながることもあります。20世紀初頭に人種的優越性の考え方を支持した科学的人種差別がその例です。 [ 9 ]
現代の科学機器は、結果を人間の観察者に提示する前に、「観測」データに対して広範な処理を行うことが多い。コンピュータ化された機器の使用が増加するにつれ、観測行為と、そのデータから導き出される解釈や結論との境界を明確に定めることが難しくなっている。
この問題は、デジタル画像処理の分野において特に重要です。科学論文で実験データとして使用される画像は、特定の特性を強調するために加工されることがあります。このような加工はデータの関連性の高い側面を際立たせるのに役立つ一方で、研究者の仮説を意図せず強化してしまう可能性があり、定量化が難しいバイアスを生み出す可能性があります。
これに対し、一部の学術誌は、発表論文における画像処理の許容範囲に関する明確なガイドラインを定めている。処理による偏りを防ぐため、多くのコンピュータシステムは、センサーで取得した未処理の「生」データのコピーを保存するように設計されている。同様に、科学における最良の実践では、研究データとして使用されたオリジナルの未加工画像を保存し、要求に応じて提供することが求められる。
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