操作的定義

リチャード・ボイドが執筆したスタンフォード哲学百科事典の科学的実在論の項目によると、現代の科学的実在論は、科学的概念の表現がしばしば抽象的で不明瞭であると感じていたパーシー・ウィリアムズ・ブリッジマンに一部由来している。エルンスト・マッハに触発されたブリッジマンは、1914年に、観察不可能な実体を、それらを測定するために使用される物理的および精神的操作の観点から具体的に再定義しようと試みた。^{[ 8 ]}その結果、観察不可能な実体の定義は、それを定義するために使用される計測機器と一意に結び付けられることになった。当初から、このアプローチに対しては、主に柔軟性の欠如をめぐって異論が提起された。ボイドが指摘するように、「実際の、そして明らかに信頼できる科学的実践においては、理論用語に関連する計測機器の変更は日常的であり、明らかに科学の進歩に不可欠である。『純粋な』操作主義的概念によれば、各定義は一意の『対象』（または対象のクラス）を識別するために考慮されなければならないため、このような変更は方法論的に受け入れられないだろう。」^{[ 8 ]}

特殊相対性理論は、事象の同時性と距離の操作的定義の導入、すなわち、これらの用語を定義するために必要な操作の提供と見なすことができる。^{[ 9 ]}

量子力学では、操作的定義の概念は観測量の概念、つまり測定可能なものに基づく定義と密接に関連している。^{[ 10 ] [ 11 ]}

操作的定義は、心理学や精神医学の分野で最も困難な場合が多く、知能などの直感的な概念は、IQテストなどのプロセスを通じて科学的調査に適うようになる前に、操作的に定義される必要がある。

1970年10月15日、オーストラリアのメルボルンにあるウェストゲート橋が崩落し、建設作業員35人が死亡した。その後の調査で、崩落の原因は、技術者が鋼板の供給量を指定した際に、その鋼板の「平らな」という表現に明確な定義がなかったため、特定の出荷品を受け入れるか拒否するか、あるいは品質管理を行うための基準がなかったことが判明した。

W・エドワーズ・デミングは、経営学や統計学に関する著作の中で、ビジネスにおけるあらゆる合意において操作的定義を用いることの重要性を非常に重視した。

プロセスコンテキストにおける「運用」は、特定の時点における特定の領域にとって特に重要な因果関係（または刺激/反応、行動など）に主に焦点を当てた作業方法または哲学を指す場合もあります。作業方法としては、存在論など、より一般的な領域に関連する問題は考慮されません。

科学はコンピューティングを利用する。コンピューティングは科学を利用する。私たちはコンピュータ科学の発展を見てきた。これら３つすべてを橋渡しできる人は多くない。一つの影響として、コンピュータを使用して結果を得た場合、コードのドキュメントが不十分であったり、エラーが含まれていたり、一部が完全に省略されていたりすると、結果を再現することが不可能になることがある。^{[ 12 ]}

多くの場合、問題は変数や関数などの使用における永続性や明確性に関係しています。また、システム依存性も問題となります。要するに、長さ（標準として）は定義の基礎として物質的な要素を持っています。では、標準を計算的に構築する際には、一体何が使えるのでしょうか？

したがって、操作的定義は、人間と高度な計算システムとの相互作用の領域内で使用できます。この意味で、議論の1つの領域は、科学における計算的思考と、それが科学にどのように影響を与えるかに関係しています。^{[ 13 ]}アメリカン・サイエンティスト誌を引用すると、次のようになります。

• コンピュータ革命は、科学、実験、研究に対する私たちの考え方に大きな影響を与えた。

あるプロジェクトでは、流体力学の数値モデリングの専門家を含む流体力学の専門家とコンピュータ科学者がチームを組んだ。しかし、コンピュータ専門家たちは、自分たちが望んでいたほど意見を述べるだけの知識がなかったことが判明した。そのため、彼らの役割は、残念ながら、多くの場合「単なる」プログラマーに留まらざるを得なかった。

知識集約型エンジニアリングプロジェクトの中には、ドメインエキスパートにプログラミングを教えることと、プログラマーにドメインの複雑さを理解させることの間にはトレードオフが存在するという同様の経験をしたものもあります。もちろん、これはドメインによって異なります。つまり、どのチームメンバーも、どちらに時間を費やすかを決めなければなりません。

国際教育技術学会は、計算論的思考の「操作的定義」を詳述したパンフレットを発行している。同時に、ISTEは関連するスキルを定義しようと試みた。^{[ 14 ]}

認識されているスキルの一つは、曖昧さに対する耐性と、未解決の問題に対処できる能力です。例えば、知識ベースのエンジニアリングシステムは、主題専門家の関与を増やすことで、その運用面を強化し、安定性を高めることができますが、それによって人間であることに関連する限界の問題が生じます。つまり、多くの場合、専門家でさえ克服できないいくつかの要因（そのため、ダックテストの必要性が生じる）のために、計算結果を額面通りに受け取らざるを得ないのです。最終的な証明は、再現性が保証されていない最終結果（シミュレーションや成果物による妥当な複製、動作する設計など）であり、その達成にはコスト（時間と費用）がかかる可能性があります。

高度なモデリングでは、知識ベースエンジニアリングなどの必要な計算支援があれば、現実世界のオブジェクト、ドメインとその専門家によって定義された抽象化された対応物、そしてコンピュータモデルの間でマッピングを維持する必要があります。ドメインモデルとその計算上の対応物との間の不一致は、このトピックに関連する問題を引き起こす可能性があります。多くの難問に必要な柔軟なモデリングを可能にする技術は、同一性、型などの問題を解決しなければならず、その結果、ダックタイピングなどの手法が生まれます。数値に焦点を当てた多くのドメインでは、さまざまな種類の極限定理を使用して、さまざまな程度の成功度でダックテストの必要性を克服しています。しかし、それでもなお、表現フレームワークが私たちが知ることができる内容に大きく影響するため、問題は残ります。

オブジェクトベースの方法論を主張する中で、ピーター・ウェグナー^{[ 15 ]} は、「物理学における操作主義や心理学における行動主義といった実証主義的な科学哲学」が20世紀初頭に強力に適用されたと指摘した。しかし、計算によって状況は一変した。彼は、「不可逆的な物理的および計算的抽象化」の4つのレベル（プラトン的抽象化、計算的近似、機能的抽象化、および値計算）を区別する必要があると述べている。そして、行動を焦点とする対話型手法に頼らなければならない（ダックテストを参照）。

ニコラ・レオナール・サディ・カルノーによる温度の熱力学的定義は、 「無限の熱源」間を「流れる」熱を指します。これは非常に抽象的で、科学や商業の日常的な世界には不向きです。この概念を具体的にするために、温度は気体温度計を用いた操作によって定義されます。しかし、気体温度計は高度で繊細な機器であり、国家標準化研究所でしか使用できません。

日常的な使用においては、1990年国際温度目盛（ITS）が用いられ、温度は全範囲をカバーするために必要な複数の特定のセンサータイプの特性に基づいて定義される。その一つが、特定の構造を持ち、運用上定義された固定点に対して校正されたサーミスタの電気抵抗である。

電流は、一定の距離だけ離れた2本の無限に平行な導体間の力として定義されます。しかし、この定義は抽象的すぎるため、実用的な測定には適していません。そこで、電流バランスと呼ばれる装置を用いて、アンペアを操作的に定義します。

温度や電流とは異なり、物質の硬さという抽象的な物理的概念は存在しない。それはやや曖昧で主観的な概念であり、知能という概念に似ている。実際、それはさらに3つの具体的な概念へとつながる。

1. モース硬度スケールで測定した引っかき硬度。
2. 圧痕硬度、および
3. ショア硬度計で測定した反発硬度、または動的硬度。

これらのうち、圧痕硬度自体から多くの操作的定義が得られ、その中で最も重要なものは以下のとおりである。

1. ブリネル硬度試験 – 10mmの鋼球を使用。
2. ビッカース硬度試験– ピラミッド型ダイヤモンド圧子を使用。
3. ロックウェル硬度試験― ダイヤモンドコーン圧子を使用。

これらすべてにおいて、圧子に荷重をかけ、結果として生じる圧痕を測定し、硬度値を計算する手順が定義されています。これら3つの測定操作のシーケンスはそれぞれ、私たちの主観的な硬度の概念と一致する数値を生成します。私たちの非公式な認識において材料が硬いほど、それぞれの硬度スケールで得られる数値は大きくなります。さらに、これらの測定方法を使用して得られた実験結果は、硬度値が鋼を永久変形させるのに必要な応力を予測するために使用できることを示しており、これは永久変形に対する抵抗という私たちの概念によく合致する特性です。しかし、さまざまな硬度スケールの間には、常に単純な関係があるとは限りません。ビッカース硬度とロックウェル硬度は、一部の材料や現象を記述するために使用された場合、質的に異なる挙動を示します。

おとめ座は、空にある特定の星座です。したがって、おとめ座が形成される過程は、歴史的なものであり再現不可能であるため、操作的定義にはなり得ません。しかしながら、おとめ座を空に見つける過程は再現可能であるため、このようにしておとめ座は操作的に定義されます。実際、おとめ座にはいくつもの定義が存在し得ます（ただし、私たちが同じおとめ座について話していることを証明することは決してできません）。そして、それらの定義はいくつでも操作的である可能性があります。

大学における学際的な活動に対応して、新しい学問分野が出現する。ある学者は、ほぼ同じ主題に対して同じ名前を使用する大学の学部が12以上ある場合、その主題領域が学問分野になると示唆した。^{[ 16 ]}