Υπόθεση, Μοντέλο, Θεωρία και Νόμος

Σε κοινή χρήση, οι λέξεις υπόθεση, μοντέλο, θεωρία και νόμος έχουν διαφορετικές ερμηνείες και μερικές φορές χρησιμοποιούνται χωρίς ακρίβεια, αλλά στην επιστήμη έχουν πολύ ακριβή σημασία.

Υπόθεση

Ίσως το πιο δύσκολο και ενδιαφέρον βήμα είναι η ανάπτυξη μιας συγκεκριμένης, ελεγχόμενης υπόθεσης. Μια χρήσιμη υπόθεση επιτρέπει τις προβλέψεις εφαρμόζοντας επαγωγικό συλλογισμό, συχνά με τη μορφή μαθηματικής ανάλυσης. Είναι μια περιορισμένη δήλωση σχετικά με την αιτία και το αποτέλεσμα σε μια συγκεκριμένη κατάσταση, η οποία μπορεί να ελεγχθεί με πειραματισμό και παρατήρηση ή με στατιστική ανάλυση των πιθανοτήτων από τα δεδομένα που λαμβάνονται. Το αποτέλεσμα της υπόθεσης δοκιμής θα πρέπει να είναι επί του παρόντος άγνωστο, έτσι ώστε τα αποτελέσματα να παρέχουν χρήσιμα δεδομένα σχετικά με την εγκυρότητα της υπόθεσης.

Μερικές φορές αναπτύσσεται μια υπόθεση που πρέπει να περιμένει τη νέα γνώση ή τεχνολογία για να είναι ελεγχόμενη. Η έννοια των ατόμων προτάθηκε από τους αρχαίους Έλληνες, οι οποίοι δεν είχαν κανένα μέσο να την δοκιμάσουν. Αιώνες αργότερα, όταν έγινε διαθέσιμη περισσότερη γνώση, η υπόθεση κέρδισε υποστήριξη και τελικά έγινε αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα, αν και χρειάστηκε να τροποποιηθεί πολλές φορές κατά τη διάρκεια του έτους. Τα άτομα δεν είναι αδιαίρετα, όπως υπέθεταν οι Έλληνες.

Μοντέλο

Ένα μοντέλο χρησιμοποιείται για καταστάσεις όπου είναι γνωστό ότι η υπόθεση έχει περιορισμό στην εγκυρότητά της. Το μοντέλο Bohr του ατόμου, για παράδειγμα, απεικονίζει τα ηλεκτρόνια που κυκλώνουν τον ατομικό πυρήνα με τρόπο παρόμοιο με τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Αυτό το μοντέλο είναι χρήσιμο για τον προσδιορισμό των ενεργειών των κβαντικών καταστάσεων του ηλεκτρονίου στο απλό άτομο υδρογόνου, αλλά σε καμία περίπτωση δεν αντιπροσωπεύει την αληθινή φύση του ατόμου. Οι επιστήμονες (και οι φοιτητές επιστήμης) συχνά χρησιμοποιούν τέτοια εξιδανικευμένα μοντέλα για να αποκτήσουν μια αρχική αντίληψη σχετικά με την ανάλυση περίπλοκων καταστάσεων.

Θεωρία και νόμος

Μια επιστημονική θεωρία ή νόμος αντιπροσωπεύει μια υπόθεση (ή μια ομάδα σχετικών υποθέσεων) η οποία έχει επιβεβαιωθεί μέσω επαναλαμβανόμενων δοκιμών, που διεξάγονται σχεδόν πάντα σε διάστημα πολλών ετών. Γενικά, μια θεωρία είναι μια εξήγηση για ένα σύνολο σχετικών φαινομένων, όπως η θεωρία της εξέλιξης ή η θεωρία της μεγάλης έκρηξης.

Η λέξη "νόμος" συχνά επικαλείται σε σχέση με μια συγκεκριμένη μαθηματική εξίσωση που σχετίζεται με τα διαφορετικά στοιχεία μιας θεωρίας. Ο νόμος του Pascal αναφέρεται σε μια εξίσωση που περιγράφει διαφορές στην πίεση με βάση το ύψος. Στη συνολική θεωρία της παγκόσμιας βαρύτητας που αναπτύχθηκε από τον Sir Isaac Newton, η βασική εξίσωση που περιγράφει τη βαρυτική έλξη μεταξύ δύο αντικειμένων ονομάζεται νόμος της βαρύτητας.

Αυτές τις μέρες, οι φυσικοί σπάνια εφαρμόζουν τη λέξη «νόμος» στις ιδέες τους. Εν μέρει, αυτό οφείλεται στο ότι πολλοί από τους προηγούμενους "νόμους της φύσης" βρέθηκαν να μην είναι τόσο νόμοι όσο κατευθυντήριες γραμμές, που λειτουργούν καλά εντός ορισμένων παραμέτρων αλλά όχι εντός άλλων.

Επιστημονικά Παραδείγματα

Μόλις θεμελιωθεί μια επιστημονική θεωρία, είναι πολύ δύσκολο να πείσουμε την επιστημονική κοινότητα να την απορρίψει. Στη φυσική, η έννοια του αιθέρα ως μέσου για τη μετάδοση κυμάτων φωτός αντιμετώπισε σοβαρή αντίθεση στα τέλη του 1800, αλλά δεν αγνοήθηκε μέχρι τις αρχές του 1900, όταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πρότεινε εναλλακτικές εξηγήσεις για την κυματική φύση του φωτός που δεν βασίζονταν σε ένα μέσο για μετάδοση.

Ο φιλόσοφος της επιστήμης Thomas Kuhn ανέπτυξε τον όρο επιστημονικό παράδειγμα να εξηγήσει το σύνολο των θεωριών υπό τις οποίες λειτουργεί η επιστήμη. Έκανε εκτεταμένη εργασία για τις επιστημονικές επαναστάσεις που λαμβάνουν χώρα όταν ένα παράδειγμα ανατρέπεται υπέρ ενός νέου συνόλου θεωριών. Το έργο του υποδηλώνει ότι η ίδια η φύση της επιστήμης αλλάζει όταν αυτά τα παραδείγματα είναι σημαντικά διαφορετικά. Η φύση της φυσικής πριν από τη σχετικότητα και της κβαντικής μηχανικής είναι θεμελιωδώς διαφορετική από εκείνη μετά την ανακάλυψή τους, όπως ακριβώς η βιολογία πριν από τη Θεωρία της Εξέλιξης του Δαρβίνου είναι θεμελιωδώς διαφορετική από τη βιολογία που την ακολούθησε. Η ίδια η φύση της έρευνας αλλάζει.

Μια συνέπεια της επιστημονικής μεθόδου είναι η προσπάθεια διατήρησης της συνέπειας στην έρευνα όταν συμβαίνουν αυτές οι επαναστάσεις και η αποφυγή προσπαθειών ανατροπής υπαρχόντων παραδειγμάτων σε ιδεολογικούς λόγους.

Occam’s Razor

Μια αξιοσημείωτη αρχή όσον αφορά την επιστημονική μέθοδο είναι το Occam’s Razor (με εναλλακτική γραφή Ockham's Razor), το οποίο πήρε το όνομά του από τον Άγγλο λογικό του 14ου αιώνα και Φραγκισκανό μοναχό William of Ockham. Ο Όκαμ δεν δημιούργησε την ιδέα — το έργο του Θωμά Ακινάτη και ακόμη και ο Αριστοτέλης αναφέρθηκε σε κάποια μορφή της. Το όνομα αποδόθηκε για πρώτη φορά σε αυτόν (από ό,τι γνωρίζουμε) στη δεκαετία του 1800, υποδεικνύοντας ότι πρέπει να είχε υποστηρίξει τη φιλοσοφία αρκετά ώστε το όνομά του συνδέθηκε με αυτήν.

Το ξυράφι δηλώνεται συχνά στα λατινικά ως:

entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem

ή, μεταφρασμένο στα Αγγλικά:

οι οντότητες δεν πρέπει να πολλαπλασιάζονται πέρα ​​από την ανάγκη

Το Occam's Razor υποδεικνύει ότι η πιο απλή εξήγηση που ταιριάζει στα διαθέσιμα δεδομένα είναι αυτή που είναι προτιμότερη. Υποθέτοντας ότι δύο υποθέσεις που παρουσιάζονται έχουν ίση προγνωστική ισχύ, αυτή που κάνει τις λιγότερες υποθέσεις και υποθετικές οντότητες έχει προτεραιότητα. Αυτή η έκκληση στην απλότητα έχει υιοθετηθεί από το μεγαλύτερο μέρος της επιστήμης και επικαλείται αυτό το δημοφιλές απόφθεγμα από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν:

Όλα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο απλά, αλλά όχι πιο απλά.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το ξυράφι του Occam δεν αποδεικνύει ότι η απλούστερη υπόθεση είναι, πράγματι, η αληθινή εξήγηση του πώς συμπεριφέρεται η φύση. Οι επιστημονικές αρχές πρέπει να είναι όσο το δυνατόν απλούστερες, αλλά αυτό δεν αποτελεί απόδειξη ότι η ίδια η φύση είναι απλή.

Ωστόσο, συμβαίνει γενικά ότι όταν λειτουργεί ένα πιο περίπλοκο σύστημα υπάρχει κάποιο στοιχείο της απόδειξης που δεν ταιριάζει με την απλούστερη υπόθεση, έτσι το Occam's Razor σπάνια είναι λάθος καθώς ασχολείται μόνο με υποθέσεις καθαρά ίσης προγνωστικής ισχύος. Η προγνωστική δύναμη είναι πιο σημαντική από την απλότητα.

Επιμέλεια Anne Marie Helmenstine, Ph.D.