Hipoteza, model, teoria i prawo

W powszechnym użyciu słowa hipoteza, model, teoria i prawo mają różne interpretacje i są czasami używane bez precyzji, ale w nauce mają bardzo dokładne znaczenie.

Być może najtrudniejszym i intrygującym krokiem jest opracowanie konkretnej, sprawdzalnej hipotezy. Przydatna hipoteza umożliwia przewidywanie poprzez zastosowanie wnioskowania dedukcyjnego, często w formie analizy matematycznej. Jest to ograniczone stwierdzenie dotyczące przyczyny i skutku w konkretnej sytuacji, które można przetestować poprzez eksperymenty i obserwacje lub analizę statystyczną prawdopodobieństw z danych uzyskane. Wynik hipotezy testowej powinien być obecnie nieznany, aby wyniki mogły dostarczyć użytecznych danych dotyczących ważności hipotezy.

Czasami powstaje hipoteza, która musi poczekać na sprawdzenie nowej wiedzy lub technologii. Pojęcie atomów zostało zaproponowane przez starożytni Grecy, który nie miał możliwości go przetestować. Wieki później, kiedy stała się dostępna większa wiedza, hipoteza zyskała poparcie i została ostatecznie zaakceptowana przez społeczność naukową, choć w ciągu roku musiała być zmieniana wiele razy. Atomy nie są niepodzielne, jak przypuszczali Grecy.

ZA Model jest stosowany w sytuacjach, gdy wiadomo, że hipoteza ma ograniczenia dotyczące jej ważności. The Model atomu Bohra, na przykład, przedstawia elektrony krążące wokół jądra atomowego w sposób podobny do planet w Układzie Słonecznym. Ten model jest przydatny do określania energii stanów kwantowych elektronu w prostym atomie wodoru, ale w żadnym wypadku nie reprezentuje prawdziwej natury atomu. Naukowcy (i studenci nauk ścisłych) często z nich korzystają wyidealizowane modele aby uzyskać wstępną analizę skomplikowanych sytuacji.

ZA teoria naukowa lub prawo reprezentuje hipotezę (lub grupę powiązanych hipotez), która została potwierdzona poprzez powtarzane testy, prawie zawsze przeprowadzane na przestrzeni wielu lat. Ogólnie teoria jest wyjaśnieniem zestawu powiązanych zjawisk, takich jak teoria ewolucji lub teoria wielkiego podrywu.

Słowo „prawo” jest często przywoływane w odniesieniu do konkretnego równania matematycznego, które odnosi się do różnych elementów teorii. Prawo Pascala odnosi się do równania opisującego różnice ciśnienia w zależności od wysokości. W ogólnej teorii powszechnej grawitacji opracowanej przez Sir Isaac Newton, kluczowe równanie opisujące przyciąganie grawitacyjne między dwoma obiektami nazywa się prawo grawitacji.

Obecnie fizycy rzadko stosują słowo „prawo” w swoich pomysłach. Częściowo dzieje się tak dlatego, że wiele wcześniejszych „praw natury” okazało się nie tyle prawami, co wytycznymi, które działają dobrze w ramach pewnych parametrów, ale nie w innych.

Po ustaleniu teorii naukowej bardzo trudno jest przekonać społeczność naukową do jej odrzucenia. W fizyce koncepcja eteru jako medium do transmisji fali świetlnej spotkała się z poważnym sprzeciwem pod koniec XIX wieku, ale nie zlekceważono go aż do wczesnych lat XX wieku, kiedy to Albert Einstein zaproponowano alternatywne wyjaśnienia falowego charakteru światła, które nie opierało się na medium do transmisji.

Filozof nauki Thomas Kuhn opracował ten termin paradygmat naukowy wyjaśnienie roboczego zestawu teorii, w ramach których działa nauka. Wykonał rozległą pracę nad rewolucje naukowe które mają miejsce, gdy jeden paradygmat zostaje obalony na rzecz nowego zestawu teorii. Jego praca sugeruje, że sama natura nauki zmienia się, gdy paradygmaty te są znacznie różne. Natura fizyki przed względnością i mechanika kwantowa zasadniczo różni się od tej po niej odkrycie, podobnie jak biologia przed Teorią Ewolucji Darwina zasadniczo różni się od biologii, która poszedł za tym. Zmienia się sama natura zapytania.

Jedną konsekwencją metody naukowej jest próba zachowania spójności w śledztwie, kiedy dochodzi do tych rewolucji i unikanie prób obalenia istniejących paradygmatów z przyczyn ideologicznych.

Jedną z zasad wartych odnotowania w odniesieniu do metody naukowej jest Brzytwa Ockhama (na przemian pisane brzytwą Ockhama), która pochodzi od czternastowiecznego angielskiego logika i franciszkańskiego brata Williama z Ockham. Occam nie stworzył tej koncepcji - dzieło Tomasza z Akwinu, a nawet Arystoteles odnosiło się do jakiejś jej formy. Imię to zostało po raz pierwszy przypisane mu (do naszej wiedzy) w 1800 roku, co wskazuje, że musiał on być zwolennikiem filozofii na tyle, aby jego imię się z nią związało.

Brzytwa jest często podawana w języku łacińskim jako:

entia non sunt multiplicanda praeter niezbędny

lub przetłumaczone na angielski:

bytów nie należy pomnażać poza koniecznością

Brzytwa Ockhama wskazuje, że najprostszym wyjaśnieniem, które pasuje do dostępnych danych, jest to, które jest preferowane. Zakładając, że dwie przedstawione hipotezy mają jednakową moc predykcyjną, pierwszeństwo ma ta, która przyjmuje najmniej założeń i byty hipotetyczne. Ten apel do prostoty został przyjęty przez większość nauki i przywoływany jest w popularnym cytacie Alberta Einsteina:

Wszystko powinno być tak proste, jak to możliwe, ale nie prostsze.

Należy zauważyć, że brzytwa Ockhama nie dowodzi, że prostsza hipoteza jest rzeczywiście prawdziwym wyjaśnieniem zachowania natury. Zasady naukowe powinny być tak proste, jak to możliwe, ale nie jest to dowód na to, że sama natura jest prosta.

Jednak generalnie jest tak, że gdy działa bardziej złożony system, istnieje pewien element dowodów, który nie pasuje do prostszej hipotezy, więc brzytwa Ockhama rzadko się myli, ponieważ zajmuje się tylko hipotezami o równej predykcji moc. Moc predykcyjna jest ważniejsza niż prostota.

Edytowany przez Dr Anne Marie Helmenstine