Hipoteza, model, teorija i zakon

Uobičajene riječi riječi hipoteza, model, teorija i zakon imaju različita tumačenja i ponekad se koriste bez preciznosti, ali u znanosti imaju vrlo točno značenje.

Možda je najteži i najintrigantniji korak izrada specifične, testirajuće hipoteze. Korisna hipoteza omogućava predviđanja primjenom deduktivnog obrazloženja, često u obliku matematičke analize. To je ograničena izjava o uzroku i posljedici u određenoj situaciji, koja se može testirati eksperimentiranjem i promatranjem ili statističkom analizom vjerojatnosti iz podataka dobiti. Ishod testne hipoteze trebao bi biti trenutno nepoznat, tako da rezultati mogu pružiti korisne podatke o valjanosti hipoteze.

Ponekad se razvija hipoteza koja mora čekati da se provjere nova znanja ili tehnologija. Koncept atoma predložio je prahistorijski Grci, koji nije imao načina da ga testira. Stoljećima kasnije, kada je postalo dostupno više znanja, hipoteza je dobila podršku i na kraju ju je prihvatila znanstvena zajednica, iako je morala biti izmijenjena više puta tijekom godine. Atomi nisu nedjeljivi, kao što su Grci pretpostavljali.

model koristi se za situacije kada je poznato da hipoteza ima ograničenje njegove valjanosti. Bohrov model atoma, na primjer, prikazuje elektrone koji kruže atomskim jezgrom na način sličan planetima u Sunčevom sustavu. Ovaj je model koristan u određivanju energija kvantnih stanja elektrona u jednostavnom vodikovom atomu, no ni na koji način ne predstavlja pravu prirodu atoma. Znanstvenici (i studenti znanosti) često ih koriste idealizirani modeli da se početno razumijem u analizi složenih situacija.

znanstvena teorija ili zakon predstavlja hipotezu (ili skupinu povezanih hipoteza) koja je potvrđena ponovljenim testiranjem, gotovo uvijek provedenim tijekom više godina. Općenito, teorija je objašnjenje skupa povezanih pojava, poput teorije evolucije ili evolucije teorija velikog praska.

Riječ "zakon" često se poziva u vezi s određenom matematičkom jednadžbom koja povezuje različite elemente unutar teorije. Pascalov zakon odnosi se na jednadžbu koja opisuje razlike u tlaku na temelju visine. U sveukupnoj teoriji univerzalne gravitacije razvijen od strane Sir Isaac Newton, ključna jednadžba koja opisuje gravitacijsku privlačnost između dva objekta naziva se zakon gravitacije.

Ovih dana fizičari rijetko primjenjuju riječ "zakon" na svoje ideje. Dijelom je to zato što je za mnoge prethodne "zakone prirode" utvrđeno da nisu toliko zakoni kao smjernice, koji djeluju dobro unutar određenih parametara, ali ne i unutar drugih.

Jednom kada se uspostavi znanstvena teorija, vrlo je teško natjerati znanstvenu zajednicu da je odbaci. U fizici, koncept etera kao medija za prijenos svjetlosnih valova naišao je na ozbiljnu opoziciju u kasnim 1800-ima, ali nije zanemaren do početka 1900-ih, kada Albert Einstein predložio alternativna objašnjenja za valnu prirodu svjetlosti koja se nije oslanjala na medij za emitiranje.

Pojam je razvio znanstveni filozof Thomas Kuhn znanstvena paradigma objasniti radni skup teorija pod kojima znanost djeluje. Radio je opsežan posao na znanstvene revolucije koje se događaju kada se jedna paradigma poništi u korist novog skupa teorija. Njegov rad sugerira da se i sama priroda znanosti mijenja kad se te paradigme bitno razlikuju. Priroda fizike prije relativnosti i kvantna mehanika bitno se razlikuju od one nakon njihove otkriće, baš kao što se biologija prije Darwinove teorije evolucije bitno razlikuje od biologije koja je slijedila je. Sama se priroda istrage mijenja.

Jedna od posljedica znanstvene metode jest pokušati održati dosljednost u istraživanju kad se te revolucije dogode i izbjeći pokušaje rušenja postojećih paradigmi na ideološkim osnovama.

Jedno načelo na koje se odnosi znanstvena metoda jest Occamova britva (naizmjenično napisano Ockhamova britvica), koja je dobila ime po engleskom logičaru iz 14. stoljeća i franjevačkom bratu Williamu iz Ockhama. Occam nije stvorio koncept - djelo Tome Akvinskog, pa se čak i Aristotel spominjao na neki njegov oblik. Ime mu je prvi put pripisano 1800-ih godina, što je značilo da se mora dovoljno zalagati za filozofiju da mu se ime pridružilo.

Brijač se često na latinskom navodi kao:

entia non sunt multiplicanda praeter requitatem

ili, prevedeno na engleski:

entiteti se ne bi smjeli množiti izvan potrebe

Occamova britva pokazuje da je poželjnije najjednostavnije objašnjenje koje odgovara raspoloživim podacima. Pod pretpostavkom da dvije predstavljene hipoteze imaju jednaku prediktivnu snagu, prednost ima ona koja daje najmanje pretpostavki i hipotetičkih cjelina. Ovaj poziv na jednostavnost usvojila je većina znanosti, a na njega se poziva ovaj popularni citat Alberta Einsteina:

Sve bi trebalo biti što jednostavnije, ali ne i jednostavnije.

Značajno je napomenuti da Occamova britvica ne dokazuje da je jednostavnija hipoteza doista pravo objašnjenje ponašanja prirode. Znanstveni principi trebaju biti što jednostavniji, ali to nije dokaz da je i sama priroda jednostavna.

Međutim, općenito je slučaj da kada je složeniji sustav na djelu, postoji neki element dokaza koji ne uklapa se u jednostavniju hipotezu, pa je Occamov brijač rijetko u krivu, jer se bavi samo hipotezama potpuno jednakih prediktivnih vlast. Prediktivna snaga važnija je od jednostavnosti.

Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.