Хипотеза, модел, теория и закон

В обща употреба думите хипотеза, модел, теория и закон имат различни тълкувания и понякога се използват без точност, но в науката имат много точни значения.

Може би най-трудната и интригуваща стъпка е разработването на конкретна, изпитателна хипотеза. Полезната хипотеза дава възможност за прогнозиране чрез прилагане на дедуктивни разсъждения, често под формата на математически анализ. Това е ограничено твърдение относно причината и следствието в конкретна ситуация, което може да бъде тествано чрез експериментиране и наблюдение или чрез статистически анализ на вероятностите от данните получава. Понастоящем резултатът от хипотезата на теста трябва да бъде неизвестен, така че резултатите да предоставят полезни данни относно валидността на хипотезата.

Понякога се разработва хипотеза, която трябва да чака нови знания или технология, за да може да се провери. Концепцията за атомите е предложена от древни гърци, който нямаше средства да го тества. Векове по-късно, когато станаха достъпни повече знания, хипотезата получи подкрепа и в крайна сметка беше приета от научната общност, въпреки че тя трябваше да бъде изменяна многократно през годината. Атомите не са неделими, както предполагаха гърците.

А модел се използва за ситуации, когато е известно, че хипотезата има ограничение за нейната валидност. Най- Бор модел на атома, например, изобразява електрони, които обикалят атомното ядро ​​по начин, подобен на планетите в Слънчевата система. Този модел е полезен при определяне на енергиите на квантовите състояния на електрона в простия водороден атом, но в никакъв случай не представлява истинската същност на атома. Учените (и студентите по естествени науки) често използват такива идеализирани модели за да получите първоначално разбиране за анализ на сложни ситуации.

А научна теория или закон представлява хипотеза (или група от свързани хипотези), която е потвърдена чрез многократно тестване, почти винаги провеждано за период от много години. Като цяло, една теория е обяснение за набор от свързани явления, като теорията на еволюцията или на теория за Големия взрив.

Думата "закон" често се използва във връзка с конкретно математическо уравнение, което свързва различните елементи в една теория. Законът на Паскал се отнася за уравнение, което описва разликите в налягането въз основа на височината. В цялостната теория за универсалното гравитация, разработена от Сър Исак Нютон, ключовото уравнение, което описва гравитационното привличане между два обекта, се нарича закон на гравитацията.

В наши дни физиците рядко прилагат думата „закон“ към своите идеи. Отчасти това е така, защото за толкова много от предходните „природни закони“ е установено, че са не толкова закони, колкото насоки, които работят добре в рамките на определени параметри, но не и в рамките на други.

След като се установи научна теория, е много трудно да се накара научната общност да я отхвърли. Във физиката концепцията на етера като среда за предаване на светлинни вълни се натъкна на сериозна опозиция в края на 1800 г., но тя не беше пренебрегвана до началото на 1900 г., когато Алберт Айнщайн предложи алтернативни обяснения за вълновата природа на светлината, която не разчита на среда за предаване.

Научният философ Томас Кун разработи термина научна парадигма да обясни работния набор от теории, при които работи науката. Той свърши обширна работа по научни революции които се случват при преобръщане на една парадигма в полза на нов набор от теории. Работата му предполага, че самата природа на науката се променя, когато тези парадигми са значително различни. Природата на физиката преди относителността и квантовата механика е коренно различна от тази след тяхната откритие, точно както биологията преди теорията на еволюцията на Дарвин е коренно различна от тази на биологията го последва. Самата същност на запитването се променя.

Едно от последствията на научния метод е да се опита да поддържа последователност в разследването, когато тези революции се случват, и да се избегнат опитите за сваляне на съществуващите парадигми на идеологически съображения.

Един от принципите на забележка по отношение на научния метод е Бръснач на Окам (алтернативно изписана Бръсначът на Окъм), която е кръстена на английския логик от 14 век и францисканския монах Франк Уилям от Окъм. Окам не е създал концепцията - работата на Тома Аквински и дори Аристотел се отнася до някаква форма от нея. Името за първи път му се приписва (по наши познания) през 1800 г., което показва, че той трябва достатъчно да е възприел философията, че името му се свързва с нея.

Бръсначът често се казва на латиница като:

entia non sunt multiplicanda praeter needitatem

или, преведено на английски:

субектите не трябва да се умножават извън необходимостта

Бръсначът на Occam показва, че най-простото обяснение, което отговаря на наличните данни, е онова, което е за предпочитане. Ако приемем, че две представени хипотези имат еднаква прогнозна сила, тази, която прави най-малкото предположения и хипотетични субекти, има предимство. Този апел към простотата е приет от повечето науки и се позовава на този популярен цитат от Алберт Айнщайн:

Всичко трябва да бъде направено възможно най-просто, но не и по-просто.

Важно е да се отбележи, че Бръсначът на Окам не доказва, че по-простата хипотеза всъщност е истинското обяснение за това как се държи природата. Научните принципи трябва да са възможно най-прости, но това не е доказателство, че самата природа е проста.

Обикновено обаче случаят е, че когато по-сложна система работи, има някакъв елемент от доказателствата, които не отговаря на по-простата хипотеза, така че Бръсначът на Окам е рядко грешен, тъй като се занимава само с хипотези на чисто еднакви предсказателни мощност. Прогнозната сила е по-важна от простотата.

Редактиран от Ан Мари Хелменстин, д-р