Hypoteesi, malli, teoria ja laki

Yleisessä käytössä sanoilla hypoteesi, malli, teoria ja laki on erilainen tulkinta ja niitä käytetään toisinaan ilman tarkkuutta, mutta tieteessä niillä on erittäin tarkat merkitykset.

Ehkä vaikein ja mielenkiintoisin vaihe on tietyn, testattavan hypoteesin kehittäminen. Hyödyllinen hypoteesi mahdollistaa ennustamisen käyttämällä deduktiivista päättelyä, usein matemaattisen analyysin muodossa. Se on rajoitettu lausunto syystä ja seurauksista tietyssä tilanteessa, joka voidaan testata kokeilla ja havainnoimalla tai tilastollisella analyysillä tietojen todennäköisyyksistä saatu. Testihypoteesin lopputuloksen tulisi olla tällä hetkellä tuntematon, jotta tulokset voivat tarjota hyödyllistä tietoa hypoteesin paikkansapitävyydestä.

Joskus kehitetään hypoteesi, jonka on odotettava uuden tiedon tai tekniikan testattavuutta. Atomien käsitettä ehdotti muinaiset kreikkalaiset, jolla ei ollut keinoja testata sitä. Vuosisatoja myöhemmin, kun lisää tietoa saatiin, hypoteesi sai tukea ja lopulta tiedeyhteisö hyväksyi sen, vaikka sitä on jouduttu muuttamaan useita kertoja vuoden aikana. Atomit eivät ole jakamattomia, kuten kreikkalaiset väittivät.

malli Sitä käytetään tilanteissa, joissa tiedetään, että hypoteesilla on rajoitus sen pätevyydelle. Bohr-malli atomistaesimerkiksi kuvaa atomin ytimen kiertäviä elektroneja samalla tavalla kuin aurinkokunnan planeetat. Tämä malli on hyödyllinen määritettäessä yksinkertaisessa vetyatomissa olevan elektronin kvanttitilojen energioita, mutta se ei missään tapauksessa edusta atomin todellista luonnetta. Tutkijat (ja luonnontieteiden opiskelijat) käyttävät usein sellaista ihanteelliset mallit saada alustava käsitys monimutkaisten tilanteiden analysoinnista.

tieteellinen teoria tai laki edustaa hypoteesia (tai siihen liittyvien hypoteesien ryhmää), joka on vahvistettu toistuvilla testauksilla, melkein aina suoritettuna monien vuosien ajan. Yleensä teoria selittää joukon liittyviä ilmiöitä, kuten evoluutioteoria tai iso bang teoria.

Sanaan "laki" viitataan usein viitaten tiettyyn matemaattiseen yhtälöön, joka liittyy teorian eri elementteihin. Pascalin laki viittaa yhtälöön, joka kuvaa paine-eroja korkeuden perusteella. Yleisen painovoiman teoriassa, jonka on kehittänyt Sir Isaac Newton, avainyhtälöä, joka kuvaa kahden objektin välistä painovoimaa, kutsutaan painovoimalaki.

Nykyään fyysikot käyttävät sanaa "laki" harvoin ideoihinsa. Osittain tämä johtuu siitä, että niin monien aikaisempien "luonnonlakien" ei havaittu olevan niinkään lakeja kuin ohjeita, jotka toimivat hyvin tietyissä parametreissa, mutta eivät toisissa.

Kun tieteellinen teoria on vahvistettu, on erittäin vaikea saada tiedeyhteisöä hylkäämään se. Fysiikassa eetterin käsite kevyen aallon läpäisyn väliaineena joutui vakavaan vastustukseen 1800-luvun lopulla, mutta sitä ei jätetty huomiotta vasta 1900-luvun alkupuolella, jolloin Albert Einstein ehdotti vaihtoehtoisia selityksiä valon aalto-luonteelle, joka ei luottanut välitysaineeseen.

Tiedefilosofi Thomas Kuhn kehitti termin tieteellinen paradigma selittää teorioiden toimintasarja, joiden mukaisesti tiede toimii. Hän teki laajaa työtä tieteelliset vallankumoukset jotka tapahtuvat, kun yksi paradigma kumotaan uuden teorian joukon hyväksi. Hänen työnsä mukaan tieteen luonne muuttuu, kun nämä paradigmat ovat huomattavasti erilaisia. Fysiikan luonne ennen suhteellisuusteoriaa ja kvanttimekaniikka eroavat pohjimmiltaan luonteesta niiden jälkeen löytö, aivan kuten biologia ennen Darwinin evoluutioteoriaa, eroaa pohjimmiltaan biologiasta seurasi sitä. Tutkimuksen luonne muuttuu.

Yksi tieteellisen menetelmän seuraus on yrittää ylläpitää johdonmukaisuutta tutkimuksessa näiden vallankumousten tapahtuessa ja välttää yrityksiä kaataa olemassa olevat paradigmat ideologisista syistä.

Yksi huomion periaate tieteellisessä menetelmässä on Occamin partakone (vuorotellen kirjoitettu Ockhamin partaveitsi), joka on nimetty 1400-luvun englantilaisen logiikan ja Ockhamin fransiskaaninliero Williamin mukaan. Occam ei luonut käsitettä - Thomas Aquinasin teoksessa ja jopa Aristoteles viittasi siihen jossain muodossa. Nimi annettiin hänelle ensimmäisen kerran (tietojemme mukaan) 1800-luvulla, mikä osoittaa, että hänen on pitänyt puolustaa filosofiaa niin paljon, että hänen nimensä liittyi siihen.

Partakoneen sanotaan usein latinaksi seuraavasti:

entia non sunt multiplicanda praeter välttämättömyys

tai, käännetty englanniksi:

yksiköitä ei tule kertoa tarpeettoman laajuisesti

Occamin partakone osoittaa, että saatavissa oleviin tietoihin sopiva yksinkertaisin selitys on parempi. Olettaen, että kahdella esitetyllä hypoteesilla on sama ennustevoima, se, joka tekee vähiten oletuksia ja hypoteettisia kokonaisuuksia, on etusijalla. Tämän vetoomuksen yksinkertaisuuteen on hyväksynyt suurin osa tiedettä, ja siihen vedotaan tässä Albert Einsteinin suositussa lainauksessa:

Kaikesta tulisi tehdä mahdollisimman yksinkertainen, mutta ei yksinkertaisempi.

On tärkeää huomata, että Occamin partakone ei todista, että yksinkertaisempi hypoteesi on todellakin todellinen selitys luonnon käyttäytymisestä. Tieteellisten periaatteiden tulisi olla mahdollisimman yksinkertaisia, mutta se ei ole todiste siitä, että luonto itsessään on yksinkertainen.

Yleensä on kuitenkin niin, että kun monimutkaisempi järjestelmä on toiminnassa, on joitain todisteita, jotka ei sovi yksinkertaisempaan hypoteesiin, joten Occamin partakone on harvoin väärässä, koska se käsittelee vain puhtaasti yhtä ennustavia hypoteeseja teho. Ennustevoima on tärkeämpää kuin yksinkertaisuus.

Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine