Hipotēze, modelis, teorija un tiesības

Parastā lietojumā vārdiem hipotēze, modelim, teorijai un likumiem ir atšķirīga interpretācija, un tie dažreiz tiek izmantoti bez precizitātes, taču zinātnē tiem ir ļoti precīzas nozīmes.

Varbūt visgrūtākais un intriģējošākais solis ir noteiktas, pārbaudāmas hipotēzes izstrāde. Noderīga hipotēze ļauj prognozēt, izmantojot deduktīvu pamatojumu, bieži matemātiskas analīzes veidā. Tas ir ierobežots paziņojums par cēloni un sekām konkrētā situācijā, ko var pārbaudīt eksperimentējot un novērojot vai statistiski analizējot varbūtības no datiem iegūti. Pārbaudes hipotēzes rezultātam pašlaik nevajadzētu būt zināmam, lai rezultāti varētu sniegt noderīgus datus par hipotēzes pamatotību.

Dažreiz tiek izstrādāta hipotēze, kurai jāgaida, kamēr jaunas zināšanas vai tehnoloģija būs pārbaudāma. Atomu jēdzienu ierosināja senie grieķi, kam nebija iespēju to pārbaudīt. Gadsimtus vēlāk, kad kļuva vairāk zināšanu, hipotēze guva atbalstu un galu galā to pieņēma zinātnieku aprindās, lai gan gada laikā tā bija daudzkārt jāmaina. Atomi nav dalāmi, kā domāja grieķi.

A modeli tiek izmantots situācijās, kad ir zināms, ka hipotēzei ir ierobežota tās spēkā esamība. Boha atoma modelis, piemēram, attēlo elektronus, kas riņķo atoma kodolu, līdzīgi kā Saules sistēmas planētas. Šis modelis ir noderīgs, lai noteiktu elektrona kvantu stāvokļu enerģijas vienkāršajā ūdeņraža atomā, bet tas nekādā ziņā neatspoguļo atoma patieso dabu. Zinātnieki (un dabaszinātņu studenti) to bieži izmanto idealizētie modeļi iegūt sākotnēju izpratni par sarežģītu situāciju analīzi.

A zinātniskā teorija vai likumu ir hipotēze (vai ar to saistīto hipotēžu grupa), kas ir apstiprināta ar atkārtotām pārbaudēm, kuras gandrīz vienmēr tiek veiktas daudzu gadu garumā. Parasti teorija ir izskaidrojums saistītu parādību kopumam, piemēram, evolūcijas teorijai vai lielā sprādziena teorija.

Uz vārdu "likums" bieži atsaucas, atsaucoties uz īpašu matemātisku vienādojumu, kas saista dažādus teorijas elementus. Paskāla likums atsaucas uz vienādojumu, kas apraksta spiediena atšķirības, pamatojoties uz augstumu. Vispārējā universālās gravitācijas teorijā, ko izstrādājis Sers Īzaks Ņūtons, galveno vienādojumu, kas raksturo gravitācijas pievilcību starp diviem objektiem, sauc par gravitācijas likums.

Mūsdienās fiziķi savām idejām reti piemēro vārdu "likums". Daļēji tas notiek tāpēc, ka tik daudzos iepriekšējos “dabas likumos” tika atzīts, ka tie nav tik daudz likumi, bet gan vadlīnijas, kas labi darbojas noteiktos parametros, bet ne citos.

Tiklīdz ir izveidota zinātniska teorija, ir ļoti grūti panākt, lai zinātnieku aprindās to izmestu. Fizikā ētera kā vidēja gaismas viļņu pārneses jēdziens nonāca nopietnā pretestībā 1800. gadu beigās, taču tas netika ignorēts līdz 1900. gadu sākumam, kad Alberts Einšteins ierosinātie alternatīvie skaidrojumi gaismas viļņu būtībai, kas nebija atkarīga no caurlaidības barotnes.

Zinātnes filozofs Tomass Kuhns izstrādāja terminu zinātniskā paradigma izskaidrot teoriju darba kopumu, saskaņā ar kuru darbojas zinātne. Viņš veica plašu darbu pie zinātniskās revolūcijas kas notiek, kad viena paradigma tiek apgāzta par labu jaunam teoriju kopumam. Viņa darbs liek domāt, ka pati zinātnes būtība mainās, kad šīs paradigmas ir ievērojami atšķirīgas. Fizikas būtība pirms relativitātes un kvantu mehānika būtiski atšķiras no tās, kas raksturīga pēc to relativitātes atklājums, tāpat kā bioloģija pirms Darvina evolūcijas teorijas, būtiski atšķiras no bioloģijas sekoja tam. Izmainās pats izmeklēšanas raksturs.

Viena no zinātniskās metodes sekām ir mēģināt saglabāt konsekvenci izmeklēšanā, kad notiek šīs revolūcijas, un izvairīties no mēģinājumiem ideoloģisko apsvērumu dēļ gāzt esošās paradigmas.

Viens no ievērības principiem attiecībā uz zinātnisko metodi ir: Occam’s Razor (pārmaiņus uzrakstīts Okhamas skuveklis), kas nosaukts pēc 14. gadsimta angļu žurnālista un Franciska friča Viljama no Okhamas. Oksāms neveidoja šo jēdzienu - Tomasa Akvīnas darbs un pat Aristotelis atsaucās uz kaut kādu tā formu. Vārds pirmo reizi viņam (mūsu rīcībā esošajai informācijai) tika piešķirts 1800. gados, norādot, ka viņam vajadzēja pietiekami izturēties pret filozofiju, lai viņa vārds ar to saistītos.

Skuvekli latīņu valodā bieži norāda kā:

entia non sunt multiplicanda praeter needitatem

vai tulkots angļu valodā:

entītijas nevajadzētu pavairot bez nepieciešamības

Occam's Razor norāda, ka visvienkāršākais pieejamo datu skaidrojums ir vēlamais. Pieņemot, ka divām iesniegtajām hipotēzēm ir vienādas paredzamās spējas, prioritāte ir tā, kas rada vismazākos pieņēmumus un hipotētiskās vienības. Šo aicinājumu uz vienkāršību ir pieņēmusi lielākā daļa zinātnes, un uz to atsaucas šajā populārajā Alberta Einšteina citātā:

Viss būtu jāpadara pēc iespējas vienkāršāks, bet ne vienkāršāks.

Ir svarīgi atzīmēt, ka Occam's Razor nepierāda, ka vienkāršāka hipotēze patiešām ir patiess dabas izturēšanās skaidrojums. Zinātniskajiem principiem jābūt pēc iespējas vienkāršākiem, taču tas nav pierādījums tam, ka pati daba ir vienkārša.

Tomēr parasti ir tā, ka tad, kad darbojas sarežģītāka sistēma, ir kāds pierādījumu elements, kas neatbilst vienkāršākai hipotēzei, tāpēc Occam's Razor reti kļūdās, jo tas attiecas tikai uz hipotēzēm ar tīri vienādām prognozēm spēks. Jutīgā spēja ir svarīgāka nekā vienkāršība.

Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.