1.3. Metode ilmiah

Setiap ilmu termasuk ilmu-ilmu sosial menggunakan metode ilmiah (scientific method). Metode ilmiah  merupakan suatu pendekatan yang sistematik untuk melakukan penelitian. Seorang psikolog ingin mengetahui bagaimana kebisingan mempengaruhi kemampuan seseorang belajar kimia. Sementara, seorang ahli kimia tertarik mengukur kalor yang dilepaskan saat gas hidrogen terbakar di udara. Keduanya mungkin mengikuti prosedur yang mirip dalam melaksanakan penyelidikan mereka. Langkah pertama adalah harus berhati-hati menetapkan masalah. Langkah berikutnya meliputi melakukan percobaan, melakukan pengamatan yang cermat, dan merekam/mencatat informasi atau mengumpulkan data tentang sistem-bagian dari alam semesta yang sedang diselidiki. (Dalam contoh yang baru saja dibahas, sistem adalah sekelompok orang yang akan belajar kimia (untuk psikolog) dan campuran hidrogen - udara (untuk ahli kimia). Data yang diperoleh dalam studi penelitian mungkin data kualitatif, yang terdiri dari pengamatan umum tentang sistem dan data kuantitatif yang terdiri dari angka-angka yang diperoleh dari berbagai pengukuran sistem. Ahli kimia umumnya menggunakan simbol-simbol dan persamaan baku dalam pencatatan hasil pengukuran dan pengamatannya. Bentuk representasi tidak hanya menyederhanakan proses menyimpan catatan, tetapi juga memberikan dasar yang umum untuk berkomunikasi dengan ahli kimia yang lain.


Ketika percobaan telah selesai dan data telah dicatat, langkah berikutnya dalam metode ilmiah adalah interpretasi atau penafsiran, yang berarti bahwa ilmuwan mencoba untuk menjelaskan fenomena yang diamati. Berdasarkan data yang dikumpulkan, peneliti merumuskan hipotesis atau penjelasan tentatif untuk satu perangkat pengamatan. Penelitian lebih lanjut yang dirancang untuk menguji validitas hipotesis dalam berbagai cara yang mungkin, dan proses penelitian dimulai lagi. Gambar 1.3 merangkum langkah-langkah utama dari proses penelitian.

Gambar 1.3 Tiga tingkatan penelitian kimia dan hubungannya. Observasi (pengamatan) berkaitan dengan peristiwa di dunia makroskopik; atom dan molekul merupakan dunia mikroskopik. Representasi adalah singkatan ilmiah untuk menjelaskan sebuah percobaan dalam bentuk simbol-simbol dan persamaan kimia. Ahli kimia menggunakan pengetahuannya tentang atom dan molekul untuk menjelaskan atau mengintepretasi fenomena yang diamati.

Setelah sejumlah besar data telah dikumpulkan, biasanya dilanjutkan dengan merangkum informasi secara ringkas, sebagai hukum. Dalam sains, hukum adalah pernyataan singkat lisan atau matematis dari hubungan antara fenomena yang selalu sama di bawah kondisi yang sama. Misalnya, hukum kedua Sir Isaac Newton tentang gerak, yang dapat kita ingat sejak SMA, yang mengatakan bahwa gaya sama dengan hasil kali percepatan dan massa (F = m x a). Hukum ini berarti bahwa peningkatan massa atau percepatan suatu benda akan selalu meningkatkan gaya secara proporsional dan penurunan massa atau percepatan akan selalu menurunkan gaya. 

Hipotesis yang bertahan setelah uji validitas eksperimental dapat berkembang menjadi teori. Sebuah teori adalah prinsip pemersatu yang menjelaskan fakta dan/atau hukum-hukum yang didasarkan padanya. Teori, juga terus-menerus diuji. Jika teori ini dibantah oleh eksperimen, maka harus dibuang atau dimodifikasi sehingga menjadi konsisten dengan pengamatan eksperimental. Terbukti atau tidak suatu teori dapat mengambil waktu bertahun-tahun, bahkan berabad-abad, sebagian karena teknologi yang diperlukan mungkin tidak tersedia pada waktu itu. Teori atom, yang akan kita pelajari dalam Bab 2, adalah contoh kasus ini. Butuh waktu lebih dari 2000 tahun untuk para ilmuwan bekerja di luar prinsip dasar kimia yang diusulkan oleh Demokritus, seorang filsuf Yunani kuno. Sebuah contoh yang lebih kontemporer adalah teori Big Bang tentang asal-usul alam semesta. 

Kemajuan ilmiah memerlukan rentang waktu, terkadang sangat lama, bahkan jarang atau tidak sama sekali, langkah-demi-langkah seperti yang dilakukan Thomas Alfa Edison ketika meneliti lampu pijar. Kadang-kadang hukum mendahului teori; kadang-kadang sebaliknya. Dua ilmuwan dapat mulai bekerja pada sebuah proyek dengan tujuan yang sama persis, tetapi mungkin berakhir dengan mengambil pendekatan yang sangat berbeda secara drastis. Para ilmuwan, semua manusia pada umumnya, dan cara mereka berpikir dan bekerja yang sangat dipengaruhi oleh latar belakang, pelatihan/pengalaman yang didapat, dan kepribadiannya masing-masing. 

Perkembangan ilmu pengetahuan tidak teratur dan bahkan kadang-kadang tidak logis. Penemuan besar biasanya hasil dari kontribusi kumulatif dan pengalaman banyak pekerja/peneliti sebelumnya, meskipun kredit untuk merumuskan teori atau hukum biasanya diberikan hanya oleh satu orang. Ada, tentu saja, unsur keberuntungan yang terlibat dalam penemuan-penemuan ilmiah, tetapi telah dikatakan bahwa "kesempatan nikmat disiapkan oleh pikiran." Dibutuhkan peringatan dan orang terlatih untuk mengenali pentingnya penemuan yang tidak disengaja dan mengambil keuntungan penuh dari situ. Lebih sering daripada tidak, masyarakat belajar hanya karena terobosan ilmiah yang spektakuler. Untuk setiap kisah sukses, ada ratusan kasus di mana para ilmuwan telah menghabiskan bertahun-tahun bekerja pada proyek-proyek yang pada akhirnya menemukan jalan buntu, dan di mana pencapaian positif datang setelah banyak belokan yang salah dan tampak sangat lambat. Namun bahkan jalan buntu pun menyumbangkan sesuatu untuk terus berkembangnya pengetahuan tentang alam semesta. Yang membuat banyak ilmuwan rela tetap bekerja di laboratorium adalah kecintaannya terhadap proses pencarian dan ilmu kimia itu sendiri.