Hüpotees, mudel, teooria ja seadus

Tavakasutuses on sõnadel hüpotees, mudel, teooria ja seadus erinevalt tõlgendatavad ja neid kasutatakse kohati täpsuseta, kuid teaduses on neil väga täpsed tähendused.

Võib-olla on kõige raskem ja intrigeerivam samm konkreetse, kontrollitava hüpoteesi väljatöötamine. Kasulik hüpotees võimaldab ennustada deduktiivseid põhjendusi kasutades, sageli matemaatilise analüüsi vormis. See on piiratud väide konkreetse olukorra põhjuse ja tagajärje kohta, mida saab kontrollida katsete ja vaatluste abil või andmete põhjal tõenäosuste statistilise analüüsi abil saadud. Testhüpoteesi tulemus peaks olema praegu teadmata, nii et tulemused võivad anda hüpoteesi paikapidavuse kohta kasulikke andmeid.

Mõnikord töötatakse välja hüpotees, mis peab ootama uute teadmiste või tehnoloogia kontrollitavust. Aatomite kontseptsiooni pakkus välja iidsed kreeklased, kellel polnud vahendeid selle katsetamiseks. Sajandeid hiljem, kui saadaval oli rohkem teadmisi, sai hüpotees tuge ja teaduslik ringkond võttis selle lõpuks omaks, ehkki seda tuli aasta jooksul mitu korda muuta. Aatomid pole jagamatud, nagu kreeklased arvasid.

A mudel kasutatakse olukordades, kus on teada, et hüpoteesi kehtivus on piiratud. Bohri aatomi mudelNäiteks on aatomituuma ringlevad elektronid sarnased Päikesesüsteemi planeetidega. See mudel on kasulik elektroni kvant olekute energiate määramiseks lihtsas vesinikuaatomis, kuid see ei tähenda mingil juhul aatomi tegelikku olemust. Teadlased (ja loodusteaduste üliõpilased) kasutavad seda sageli idealiseeritud mudelid et saada esialgne ülevaade keerukate olukordade analüüsimisel.

A teaduslik teooria või seadus kujutab hüpoteesi (või seotud hüpoteeside rühma), mis on kinnitatud korduvate katsete abil, mis on peaaegu alati läbi viidud paljude aastate jooksul. Üldiselt on teooria seletus seotud nähtuste kogumile, nagu evolutsiooniteooria või suure paugu teooria.

Sõnale "seadus" viidatakse sageli konkreetsele matemaatilisele võrrandile, mis seob teooria erinevaid elemente. Pascali seadus viitab võrrandile, mis kirjeldab rõhu erinevusi kõrguse põhjal. Üldise universaalse gravitatsiooni teooria osas töötas välja Sir Isaac Newton, nimetatakse võtmevõrrandit, mis kirjeldab kahe objekti vahelist gravitatsioonilist külgetõmmet gravitatsiooniseadus.

Tänapäeval rakendavad füüsikud oma ideedes sõna "seadus" harva. Osaliselt on selle põhjuseks asjaolu, et nii paljud varasemad "loodusseadused" leiti olevat mitte niivõrd seadused kui suunised, mis toimivad hästi teatud parameetrite piires, kuid mitte teiste sees.

Kui teaduslik teooria on välja töötatud, on väga raske saada teadlaskonda sellest loobuma. Füüsikas sattus eetri kontseptsioon kerge laine edasikandumise keskkonnas 1800. aastate lõpus tõsisesse vastuseisu, kuid seda ei jäetud tähelepanuta alles 1900. aastate alguses, kui Albert Einstein pakkus välja alternatiivsed selgitused valguse laine olemuse kohta, mis ei tuginenud edastamise keskkonnale.

Teadusfilosoof Thomas Kuhn töötas selle mõiste välja teaduslik paradigma selgitada töötavate teooriate kogumit, mille alusel teadus tegutseb. Ta tegi ulatuslikku tööd teaduslikud revolutsioonid mis leiavad aset ühe paradigma ümberlükkamisel uue teooriakomplekti kasuks. Tema töö näitab, et teaduse olemus muutub, kui need paradigmad on oluliselt erinevad. Füüsika olemus enne relatiivsusteavet ja kvantmehaanika on põhimõtteliselt erinevad sellest, mis järgneb nendele avastus, nagu ka bioloogia enne Darwini evolutsiooniteooriat, erineb põhimõtteliselt bioloogiast järgis seda. Uurimise olemus muutub.

Teadusliku meetodi üheks tagajärjeks on proovida uurimiste järjepidevust säilitada, kui need revolutsioonid aset leiavad, ja vältida katseid olemasolevaid paradigmasid ideoloogilistel alustel kukutada.

Üks teaduslikule meetodile tähelepanu pööramise põhimõte on: Occami raseerija (vaheldumisi kirjutatud Ockhami habemenuga), mis on nimetatud 14. sajandi inglise loogiku ja Ockhami frantsiskaani veliirlase Williamsi järgi. Occam ei loonud seda mõistet - Thomas Aquinase ja isegi Aristotelese looming osutas selle mingile vormile. Nimi omistati talle (meie teada) esmakordselt 1800. aastatel, mis viitab sellele, et ta pidi olema piisavalt filosoofiat toetanud, et tema nimi sellega seostati.

Razor on ladina keeles sageli järgmine:

entia non sunt multiplicanda praeter needitatem

või tõlgitud inglise keelde:

üksusi ei tohiks vajaduse korral korrutada

Occami habemenuga näitab, et kõige lihtsam on saadaolevatele andmetele vastavat selgitust. Eeldusel, et kahel esitatud hüpoteesil on võrdne ennustusjõud, on ülimuslik see, mis teeb kõige vähem eeldusi ja hüpoteetilisi üksusi. See lihtsuse poole pöördumine on enamiku teaduse poolt vastu võetud ja sellele tugineb Albert Einsteini selles populaarses tsitaadis:

Kõik tuleks teha võimalikult lihtsaks, kuid mitte lihtsamaks.

On oluline märkida, et Occami raseerija ei tõesta, et lihtsam hüpotees on tõepoolest looduse käitumise tõeline selgitus. Teaduslikud põhimõtted peaksid olema võimalikult lihtsad, kuid see ei tähenda, et loodus ise oleks lihtne.

Üldiselt on aga nii, et kui töötab keerukam süsteem, on mõni element tõenditest, mis ei sobi lihtsama hüpoteesiga, nii et Occami habemenuga eksib harva, kuna see käsitleb ainult puhtalt võrdse ennustava hüpoteesi vägi. Ennustav jõud on olulisem kui lihtsus.

Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.