Tieteellinen teoria - Scientific theory

Tieteellinen teoria on selitys erään näkökulman luontoon ja maailmankaikkeus , joka on toistuvasti testattu ja todennettu mukaisesti tieteellinen menetelmä , käyttäen hyväksyttyjä protokollia on havainto , mittaus-, ja tulosten arviointi. Jos mahdollista, teorioita testataan kontrolloiduissa olosuhteissa kokeessa . Tilanteissa, jotka eivät sovellu kokeelliseen testaukseen, teorioita arvioidaan sieppaavan päättelyn periaatteiden avulla . Vahvistetut tieteelliset teoriat ovat kestäneet tiukkaa valvontaa ja ilmentäneet tieteellistä tietoa .

Tieteellinen teoria eroaa tieteellisestä tosiasiasta tai tieteellisestä laista siinä, että teoria selittää "miksi" tai "miten": tosiasia on yksinkertainen perushuomautus, kun taas laki on lausunto (usein matemaattinen yhtälö) tosiasioiden välisestä suhteesta . Esimerkiksi Newtonin painovoimalaki on matemaattinen yhtälö, jota voidaan käyttää ennustamaan vetovoima laitosten välillä, mutta se ei ole teoria selittää miten painovoima toimii. Stephen Jay Gould kirjoitti, että "... tosiasiat ja teoriat ovat eri asioita, eivät portaita kasvavan varmuuden hierarkiassa. Faktat ovat maailman dataa. Teoriat ovat ideoiden rakenteita, jotka selittävät ja tulkitsevat tosiasioita."

Merkityksen termin tieteellisen teorian (usein sopinut teoriaa lyhennettynä) käytettynä tieteenalojen tieteen eroaa merkittävästi yhteisestä kansankielellä käyttö teoriaa . Jokapäiväisessä puheessa teoria voi sisältää selityksen, joka edustaa perusteetonta ja spekulatiivista arvausta , kun taas tieteessä se kuvaa selityksen, joka on testattu ja joka on laajalti hyväksytty.

Tieteellisen teorian vahvuus liittyy sen selittämien ilmiöiden monimuotoisuuteen ja sen yksinkertaisuuteen. Kun tieteellistä lisätietoa kerätään, tieteellistä teoriaa voidaan muuttaa ja lopulta hylätä, jos sitä ei voida sovittaa uusien havaintojen mukaiseksi; tällöin tarvitaan tarkempaa teoriaa. Jotkut teoriat ovat niin vakiintunut, että ne ovat todennäköisesti koskaan muutettava perusteellisesti (esimerkiksi tieteelliset teoriat kuten evoluution , heliocentric teoria , soluteoria , teoria mannerlaattojen , mikrobiteoria jne). Joissakin tapauksissa tieteellinen teoria tai tieteellinen laki, joka ei sovi kaikkiin tietoihin, voi silti olla hyödyllinen (yksinkertaisuutensa vuoksi) likimääräisenä tietyissä olosuhteissa. Esimerkkinä voidaan mainita Newtonin liikelait , jotka ovat erittäin tarkka likiarvo erityisrelatiivisuudesta nopeuksilla, jotka ovat pieniä suhteessa valon nopeuteen .

Tieteelliset teoriat ovat testattavissa ja ne antavat vääriä ennusteita . Ne kuvaavat tietyn luonnonilmiön syitä, ja niitä käytetään selittämään ja ennustamaan fyysisen maailmankaikkeuden näkökohtia tai tiettyjä tutkimusalueita (esimerkiksi sähkö, kemia ja tähtitiede). Kuten muutkin tieteelliset tiedot, tieteelliset teoriat ovat sekä deduktiivisia että induktiivisia , ja niillä pyritään ennustavaan ja selittävään voimaan . Tutkijat käyttävät teorioita tieteellisen tiedon lisäämiseksi sekä tekniikan tai lääketieteen kehityksen helpottamiseksi .

Tyypit

Albert Einstein kuvasi kahdenlaisia ​​tieteellisiä teorioita: "rakentavat teoriat" ja "periaateteoriat". Rakenteelliset teoriat ovat rakentavia malleja ilmiöille: esimerkiksi kineettinen teoria . Periaateteoriat ovat empiirisiä yleistyksiä, kuten Newtonin liikelait.

Ominaisuudet

Olennaiset kriteerit

Tyypillisesti minkä tahansa teorian hyväksymiseksi useimmissa yliopistoissa on yksi yksinkertainen kriteeri. Olennainen kriteeri on, että teorian on oltava havaittavissa ja toistettavissa. Edellä mainittu kriteeri on välttämätön petosten estämiseksi ja tieteen itsensä säilyttämiseksi.

Maailman tektoniset levyt kartoitettiin 1900 -luvun jälkipuoliskolla. Levytekninen teoria selittää menestyksekkäästi lukuisia havaintoja maapallosta, mukaan lukien maanjäristysten, vuorten, mantereiden ja valtamerien jakautuminen.

Kaiken tieteellisen tiedon, mukaan lukien teoriat, määrittelevä ominaisuus on kyky tehdä vääriä tai testattavia ennusteita . Näiden ennusteiden merkityksellisyys ja spesifisyys määräävät, kuinka hyödyllinen teoria on. Mahdollinen teoria, joka ei tee havaittavia ennusteita, ei ole lainkaan tieteellinen teoria. Ennusteet, jotka eivät ole riittävän tarkkoja testattavaksi, eivät myöskään ole hyödyllisiä. Molemmissa tapauksissa termi "teoria" ei sovellu.

Tiedon kuvausten joukkoa voidaan kutsua teoriaksi, jos se täyttää seuraavat kriteerit:

• Se tekee väärennettäviä ennusteita johdonmukaisella tarkkuudella laajalla tieteellisellä tutkimusalueella (kuten mekaniikka ).
• Sitä tukevat hyvin monet riippumattomat todisteet, ei yksi perusta.
• Se on johdonmukainen jo olemassa olevien kokeellisten tulosten kanssa ja vähintään yhtä tarkka ennusteissaan kuin kaikki olemassa olevat teoriat.

Nämä ominaisuudet pätevät varmasti sellaisiin vakiintuneisiin teorioihin kuin erikois- ja yleinen suhteellisuusteoria , kvanttimekaniikka , levytektoniikka , nykyaikainen evoluutiosynteesi jne.

Muut kriteerit

Lisäksi tutkijat haluavat työskennellä teorian kanssa, joka täyttää seuraavat ominaisuudet:

• Siihen voidaan tehdä pieniä mukautuksia, jotta voidaan ottaa huomioon uusia tietoja, jotka eivät sovi siihen täydellisesti sellaisina kuin ne havaitaan, mikä lisää sen ennustuskykyä ajan myötä.
• Se on kaikkein säälimättömiä selityksiä, taloudellisia käytettäessä ehdotettuja kokonaisuuksia tai selittäviä vaiheita Occamin partakoneen mukaan . Tämä johtuu siitä, että jokaiselle hyväksytylle ilmiön selitykselle voi olla erittäin suuri, ehkä jopa käsittämätön määrä mahdollisia ja monimutkaisempia vaihtoehtoja, koska epäonnistuneet selitykset voidaan aina rasittaa ad hoc -hypoteeseilla niiden väärentämisen estämiseksi; siksi yksinkertaisemmat teoriat ovat parempia kuin monimutkaiset teoriat, koska ne ovat testattavampia .

Tieteellisten järjestöjen määritelmät

Yhdysvaltojen National Academy of Sciences määrittelee tieteelliset teoriat seuraavasti:

Teorian muodollinen tieteellinen määritelmä eroaa sanan jokapäiväisestä merkityksestä. Se viittaa kattavaan selitykseen jostakin luonnon näkökohdasta, jota tukee laaja näyttö. Monet tieteelliset teoriat ovat niin vakiintuneita, että mikään uusi näyttö ei todennäköisesti muuta niitä olennaisesti. Mikään uusi näyttö ei esimerkiksi osoita, että maapallo ei kiertäisi Auringon ympäri (heliocentrinen teoria) tai että elävät olennot eivät koostu soluista (soluteoria), että aine ei koostu atomeista tai että maapallon pinta Maapalloa ei ole jaettu kiinteisiin levyihin, jotka ovat siirtyneet geologisten aikojen yli (levyteknologian teoria) ... Yksi tieteellisten teorioiden hyödyllisimmistä ominaisuuksista on se, että niitä voidaan käyttää ennustamaan luonnon tapahtumia tai ilmiöitä, jotka eivät ole vielä havaittu.

Vuodesta American Association for the Advancement of Science :

Tieteellinen teoria on hyvin perusteltu selitys jostakin luonnon maailman piirteestä, joka perustuu tosiseikkoihin, jotka on toistuvasti vahvistettu havainnoimalla ja kokeilemalla. Tällaiset tosiasioihin perustuvat teoriat eivät ole "arvauksia", vaan luotettavia selityksiä todellisesta maailmasta. Biologisen evoluution teoria on enemmän kuin "vain teoria". Se on yhtä tosiasiallinen selitys maailmankaikkeudesta kuin aineen atomiteoria tai sairauden alkuteoria. Ymmärryksemme painovoimasta on vielä kesken. Mutta painovoiman ilmiö, kuten evoluutio, on hyväksytty tosiasia.

Huomaa, että termi teoria ei sovellu testaamattomien mutta monimutkaisten hypoteesien tai jopa tieteellisten mallien kuvaamiseen .

Muodostus

Ensimmäinen havainto on solujen , jota Robert Hooke käyttäen varhaisessa mikroskooppia . Tämä johti kehittämiseen soluteoria .

Tieteellinen menetelmä sisältää ehdotuksen ja testaus hypoteeseja , johtamalla ennusteita siitä hypoteeseja tuloksista tulevissa kokeissa, sitten suorittamalla mainittua kokeilua onko ennusteet ovat voimassa. Tämä antaa todisteita joko hypoteesin puolesta tai vastaan. Kun tietyllä tutkimusalueella on kerätty riittävästi kokeellisia tuloksia, tutkijat voivat ehdottaa selityskehystä, joka vastaa mahdollisimman monista näistä. Tämä selitys testataan myös, ja jos se täyttää tarvittavat kriteerit (katso edellä), selityksestä tulee teoria. Tämä voi kestää useita vuosia, koska riittävän näytön kerääminen voi olla vaikeaa tai monimutkaista.

Kun kaikki kriteerit on täytetty, tutkijat hyväksyvät sen laajalti (ks. Tieteellinen yhteisymmärrys ) parhaana saatavilla olevana selityksenä ainakin joillekin ilmiöille. Se on ennustanut ilmiöitä, joita aikaisemmat teoriat eivät pystyneet selittämään tai eivät voineet ennustaa tarkasti, ja se on vastustanut väärentämisyrityksiä. Tiedeyhteisö arvioi todisteiden vahvuuden ja useat riippumattomat ryhmät ovat toistaneet tärkeimmät kokeet.

Teorioiden ei tarvitse olla täysin tarkkoja ollakseen tieteellisesti hyödyllisiä. Esimerkiksi klassisen mekaniikan tekemien ennusteiden tiedetään olevan epätarkkoja suhteellisuusalalla, mutta ne ovat melkein täsmälleen oikeita ihmisten kokemusten suhteellisen alhaisilla nopeuksilla. In kemia , on monia happo-emäs-teorioiden tarjoaa hyvin erilaisten selityksiä alla olevan luonteeltaan happamien ja emäksisten yhdisteiden, mutta ne ovat erittäin hyödyllisiä ennustettaessa niiden kemiallinen käyttäytyminen. Kuten kaikki tieteen tietämykset, mikään teoria ei voi koskaan olla täysin varma , koska on mahdollista, että tulevat kokeet voivat olla ristiriidassa teorian ennusteiden kanssa. Tieteellisen konsensuksen tukemilla teorioilla on kuitenkin korkein varmuus kaikista tieteellisistä tiedoista; esimerkiksi, että kaikki esineet voivat painovoiman tai että elämä maapallolla kehittynyt peräisin yhteisestä esi-isästä .

Teorian hyväksyminen ei edellytä kaikkien sen tärkeimpien ennusteiden testaamista, jos se on jo tuettu riittävän vahvalla todisteella. Esimerkiksi tietyt testit voivat olla mahdottomia tai teknisesti vaikeita. Tämän seurauksena teoriat voivat tehdä ennusteita, joita ei ole vielä vahvistettu tai osoitettu virheellisiksi; tässä tapauksessa ennustettuja tuloksia voidaan kuvata epävirallisesti termillä "teoreettinen". Nämä ennusteet voidaan testata myöhemmin, ja jos ne ovat vääriä, tämä voi johtaa teorian tarkistamiseen tai hylkäämiseen.

Muutos ja parannus

Jos havaitaan kokeellisen tuloksen, joka on vastoin teorian ennusteita, tutkijat arvioivat ensin, oliko koesuunnitelma järkevä, ja jos ovat, he vahvistavat tulokset riippumattomalla replikoinnilla . Sitten alkaa etsiä mahdollisia parannuksia teoriaan. Ratkaisut voivat vaatia pieniä tai suuria muutoksia teoriaan tai ei ollenkaan, jos teorian olemassa oleva kehys löytää tyydyttävän selityksen. Ajan myötä, kun peräkkäiset muutokset rakentuvat päällekkäin, teoriat paranevat jatkuvasti ja ennustava tarkkuus saavutetaan. Koska jokaisella teorian uudella versiolla (tai täysin uudella teorialla) on oltava enemmän ennustavaa ja selittävää voimaa kuin edellisellä, tieteellinen tieto tulee jatkuvasti ajan mittaan tarkemmaksi.

Jos muutokset teoriaan tai muut selitykset eivät näytä riittäviltä uusien tulosten huomioon ottamiseksi, uutta teoriaa voidaan tarvita. Koska tieteellinen tieto on yleensä kestävää, tämä tapahtuu paljon harvemmin kuin muutos. Lisäksi ennen kuin tällainen teoria on ehdotettu ja hyväksytty, edellinen teoria säilytetään. Tämä johtuu siitä, että se on edelleen paras käytettävissä oleva selitys monille muille ilmiöille, kuten sen ennakoiva voima muissa yhteyksissä todistaa. Esimerkiksi vuodesta 1859 lähtien on ollut tiedossa, että havaittu elohopean perihelioniprecessio rikkoo Newtonin mekaniikkaa, mutta teoria pysyi parhaana mahdollisena selityksenä, kunnes suhteellisuusteoriaa tuettiin riittävällä todisteella. Lisäksi vaikka yksi henkilö tai monet voivat ehdottaa uusia teorioita, muutossykli sisältää lopulta monien eri tutkijoiden panoksia.

Muutosten jälkeen hyväksytty teoria selittää enemmän ilmiöitä ja sillä on suurempi ennustava voima (jos ei, muutoksia ei hyväksytä); tämä uusi selitys on tällöin avoinna uusille korvauksille tai muutoksille. Jos teoria ei vaadi muutoksia toistuvista testeistä huolimatta, se tarkoittaa, että teoria on erittäin tarkka. Tämä tarkoittaa myös sitä, että hyväksytyt teoriat keräävät edelleen todisteita ajan mittaan, ja kuinka kauan teoria (tai jokin sen periaatteista) pysyy hyväksyttävänä, osoittaa usein sen todisteiden vahvuuden.

Yhdistyminen

In kvanttimekaniikan , elektronit atomin miehittää orbitaalien ympärille ydin . Tämä kuva esittää orbitaalien vety- atomi ( s , p , d ) kolmella eri energiatasot (1, 2, 3). Kirkkaammat alueet vastaavat suurempaa todennäköisyystiheyttä.

Joissakin tapauksissa kaksi tai useampia teorioita voidaan korvata yhdellä teorialla, joka selittää aiemmat teoriat likimääräisinä tai erityistapauksina, analogisesti siihen tapaan, jolla teoria on yhdistävä selitys monille vahvistetuille hypoteeseille; Tätä kutsutaan teorioiden yhdistämiseksi . Esimerkiksi sähkön ja magnetismin tiedetään nyt olevan kaksi saman ilmiön osa -aluetta, jota kutsutaan sähkömagnetismiksi .

Kun erilaisten teorioiden ennusteet näyttävät olevan ristiriidassa keskenään, tämä ratkaistaan ​​myös lisätodisteilla tai yhdistämisellä. Esimerkiksi 1800 -luvun fyysiset teoriat antoivat ymmärtää, että aurinko ei olisi voinut polttaa tarpeeksi kauan salliakseen tiettyjä geologisia muutoksia ja elämän kehitystä . Tämä ratkaistiin löytämällä ydinfuusio , joka on Auringon tärkein energialähde. Ristiriidat voidaan selittää myös teorioiden tuloksena, jotka lähentävät perustavanlaatuisempia (ei-ristiriitaisia) ilmiöitä. Esimerkiksi atomiteoria on kvanttimekaniikan likiarvo . Nykyiset teoriat kuvaavat kolmea erillistä perusilmiötä , joista kaikki muut teoriat ovat likimääräisiä; niiden mahdollista yhdistämistä kutsutaan joskus kaiken teoriaksi .

Esimerkki: Suhteellisuus

Vuonna 1905 Albert Einstein julkaisi erityis suhteellisuusteorian periaatteen , josta tuli pian teoria. Erityinen suhteellisuusteoria ennusti Galilean invarianssin Newtonin periaatteen , jota kutsutaan myös Galilean suhteellisuusteoriaksi , yhdenmukaistamisen sähkömagneettisen kentän kanssa. Jättämällä pois maasta suhteellisuusteorian valoeetteri , Einstein totesi, että aika dilataatio ja pituus supistuminen mitattiin esine suhteellisessa liikkeessä on inertiaalinen -että on, kohde näytteille vakio nopeus , joka on nopeus , jossa suunta , kun mitataan sen tarkkailija. Näin hän kopioi Lorentzin muunnoksen ja Lorentzin supistumisen, joiden oli oletettu ratkaisevan kokeellisia arvoituksia ja jotka oli lisätty elektrodynamiikkaan eetterin ominaisuuksien dynaamisina seurauksina. Tyylikäs teoria, erityinen suhteellisuusteoria, tuotti omat seurauksensa, kuten toisiinsa muuttuvan massan ja energian vastaavuus ja sen paradoksin ratkaisu, että sähkömagneettisen kentän herätystä voitaisiin katsoa yhdessä vertailukehyksessä sähköksi, mutta toisessa magnetismi.

Einstein pyrki yleistämään invarianssiperiaatteen kaikkiin viitekehyksiin, olivatpa ne inertia- tai kiihtyvyyttä. Hylättiin Newtonin gravitaatio-a keskeisvoima toimii heti etäisyyden -Einstein oletetaan painovoimakentän. Vuonna 1907 Einsteinin vastaavuusperiaate merkitsi, että vapaapudotus yhtenäisessä painovoimakentässä vastaa inertiaa . Laajentamalla erikoisrelatiivisuuden vaikutuksia kolmeen ulottuvuuteen, yleinen suhteellisuusteoria pidentää pituuden supistumista avaruuden supistumiseen , käsittäen 4D-avaruusajan gravitaatiokenttään, joka muuttaa geometrisesti ja asettaa kaikki paikallisten esineiden reitit. Jopa massaton energia käyttää painovoimaa paikallisiin esineisiin "kaarevilla" 4D-avaruuden geometrista "pintaa". Kuitenkin, ellei energia ole valtava, sen suhteellisuusvaikutukset tilan supistumisesta ja ajan hidastumisesta ovat merkityksettömiä vain liikettä ennustettaessa. Vaikka yleinen suhteellisuusteoria katsotaan selittävämmäksi teoriaksi tieteellisen realismin kautta , Newtonin teoria pysyy menestyksekkäästi pelkkänä ennusteena teoriassa instrumentalismin kautta . Radan laskemiseen insinöörit ja NASA käyttävät edelleen Newtonin yhtälöitä, jotka ovat yksinkertaisempia käyttää.

Teorioita ja lakeja

Sekä tieteelliset lait että tieteelliset teoriat syntyvät tieteellisestä menetelmästä hypoteesien muodostamisen ja testaamisen avulla, ja ne voivat ennustaa luonnon käyttäytymistä. Molemmat ovat yleensä hyvin tuettuja havainnoilla ja/tai kokeellisilla todisteilla. Tieteelliset lait ovat kuitenkin kuvaavia kertomuksia siitä, miten luonto käyttäytyy tietyissä olosuhteissa. Tieteelliset teoriat ovat laajemmat ja antavat kattavia selityksiä siitä, miten luonto toimii ja miksi sillä on tiettyjä ominaisuuksia. Teorioita tukevat todisteet monista eri lähteistä, ja ne voivat sisältää yhden tai useita lakeja.

Yleinen väärinkäsitys on, että tieteelliset teoriat ovat alkeellisia ideoita, jotka lopulta siirtyvät tieteellisiin lakeihin, kun tietoja ja todisteita on kertynyt riittävästi. Teoria ei muutu tieteelliseksi laiksi, kun uusia tai parempia todisteita kertyy. Teoria jää aina teoriaksi; laki tulee aina olemaan laki. Sekä teorioita että lakeja voidaan mahdollisesti väärentää tasoittavilla todisteilla.

Myös teoriat ja lait eroavat hypoteeseista . Toisin kuin hypoteeseja, teorioita ja lakeja voidaan yksinkertaisesti kutsua tieteelliseksi tosiasiaksi . Tieteessä teoriat eroavat tosiasioista, vaikka niitä tuettaisiinkin hyvin. Esimerkiksi evoluutio on sekä teoria että fakta .

Tietoja teorioista

Teoriat aksioomina

Looginen positivisteja ajatellut tieteellisiä teorioita lausunnot on virallisen kielen . Ensimmäisen asteen logiikka on esimerkki muodollisesta kielestä. Loogiset positivistit suunnittelivat samanlaista tieteellistä kieltä. Tieteellisten teorioiden lisäksi kieli sisälsi myös havaintolauseita ("aurinko nousee idässä"), määritelmiä ja matemaattisia lausuntoja. Teorioiden selittämiä ilmiöitä, jos niitä ei voitu havaita suoraan aisteilla (esimerkiksi atomit ja radioaallot ), käsiteltiin teoreettisina käsitteinä. Tässä näkemyksessä teoriat toimivat aksioomina : ennustetut havainnot johdetaan teorioista aivan kuten teoreemit ovat peräisin Euklidisen geometriasta . Ennusteet testataan kuitenkin todellisuutta vastaan ​​teorioiden varmistamiseksi, ja "aksioomat" voidaan tarkistaa suorana tuloksena.

Ilmausta " vastaanotettu näkemys teorioista " käytetään kuvaamaan tätä lähestymistapaa. Yleensä siihen liittyvät termit ovat " kielellinen " (koska teoriat ovat kielen komponentteja) ja " syntaktinen " (koska kielellä on säännöt siitä, miten symbolit voidaan yhdistää). Ongelmat tämänkaltaisen kielen täsmällisessä määrittämisessä, esim. Havaitut mikroskoopit tai teoreettiset esineet, johtivat loogisen positivismin tosiasialliseen tuhoutumiseen 1970 -luvulla.

Teorioita malleina

Semanttinen näkemys teorioita , joka tunnistaa tieteellisiä teorioita mallien sijaan, esityksiä , on korvannut saanut mieltä kuin määräävä asema teoriassa formulaatioon tieteenfilosofia. Malli on looginen kehys, joka on tarkoitettu edustamaan todellisuutta ("todellisuuden malli"), samalla tavalla kuin kartta on graafinen malli, joka edustaa kaupungin tai maan aluetta.

Precession n perihelissä ja Mercury (liioiteltu). Elohopean sijainnin poikkeama Newtonin ennustuksesta on noin 43 kaarisekuntia (noin kaksi kolmasosaa 1/60 asteesta ) vuosisadalla.

Tässä lähestymistavassa teoriat ovat erityinen malliluokka, joka täyttää tarvittavat kriteerit (katso edellä ). Malli voidaan kuvata kielellä; teoria on kuitenkin malli (tai kokoelma vastaavia malleja), ei mallin kuvaus. Esimerkiksi aurinkokunnan malli voi koostua abstrakteista esineistä, jotka edustavat aurinkoa ja planeettoja. Näillä esineillä on niihin liittyviä ominaisuuksia, kuten sijainnit, nopeudet ja massat. Malliparametrit, esim. Newtonin gravitaatiolaki, määräävät, miten paikat ja nopeudet muuttuvat ajan myötä. Tätä mallia voidaan sitten testata, ennustaako se tarkasti tulevia havaintoja; tähtitieteilijät voivat varmistaa, että mallin kohteiden asemat ajan mittaan vastaavat planeettojen todellisia sijainteja. Useimpien planeettojen osalta Newtonin mallin ennusteet ovat tarkkoja; sillä Mercury , se on hieman epätarkka ja mallin yleinen suhteellisuusteoria sijaan on käytettävä.

Sana " semanttinen " viittaa tapaan, jolla malli edustaa todellista maailmaa. Esitys (kirjaimellisesti "esittely") kuvaa ilmiön tiettyjä piirteitä tai ilmiöiden joukon vuorovaikutustapaa. Esimerkiksi talon tai aurinkokunnan pienoismalli ei selvästikään ole todellinen talo tai varsinainen aurinkokunta; todellisen talon tai aurinkokunnan näkökohdat, jotka esitetään pienoismallissa, ovat vain tietyillä rajoitetusti edustavia todellista kokonaisuutta. Talon pienoismalli ei ole talo; mutta jollekin, joka haluaa oppia taloista, analogisesti tiedemiehen kanssa, joka haluaa ymmärtää todellisuuden, riittävän yksityiskohtainen mittakaava voi riittää.

Eroa teorian ja mallin välillä

Useat kommentaattorit ovat todenneet, että teorioiden erottuva piirre on, että ne ovat sekä selittäviä että kuvaavia, kun taas mallit ovat vain kuvaavia (vaikkakin ennustavia rajoitetummassa mielessä). Filosofi Stephen Pepper erotti myös teoriat ja mallit ja sanoi vuonna 1948, että yleiset mallit ja teoriat perustuvat "juuren" metaforaan, joka rajoittaa sitä, miten tiedemiehet teorioivat ja mallinnavat ilmiön ja saavuttavat siten testattavia hypoteeseja.

Suunnittelukäytännössä tehdään ero "matemaattisten mallien" ja "fyysisten mallien" välillä; fyysisen mallin valmistuskustannukset voidaan minimoida luomalla ensin matemaattinen malli käyttämällä tietokoneohjelmistopakettia, kuten tietokoneavusteista suunnittelutyökalua . Osat mallinnetaan itse ja valmistustoleranssit on määritelty. Räjäytyskuva käytetään lay out tuotantovaiheessa. Simulaatiopaketit kunkin alikokoonpanon näyttämiseksi mahdollistavat osien kiertämisen, suurentamisen ja realististen yksityiskohtien. Ohjelmistopaketit rakennusaineiston luomiseksi mahdollistavat alihankkijoiden erikoistumisen kokoonpanoprosesseihin, mikä jakaa koneiden valmistuskustannukset useiden asiakkaiden kesken. Katso: Tietokoneavusteinen suunnittelu , tietokoneavusteinen valmistus ja 3D-tulostus

Oletuksia teorioiden muotoilussa

Oletus (tai aksiooma ) on väite, joka hyväksytään ilman todisteita. Esimerkiksi oletuksia voidaan käyttää lähtökohtina loogisessa argumentissa. Isaac Asimov kuvasi oletuksia seuraavasti:

... on virheellistä puhua olettamuksesta joko oikeana tai vääräksi, koska sitä ei voida mitenkään todistaa (jos olisi, se ei olisi enää oletus). On parempi pitää oletuksia hyödyllisinä tai hyödyttöminä sen mukaan, vastaavatko niistä tehdyt vähennykset todellisuutta ... Koska meidän on aloitettava jostakin, meillä on oltava oletuksia, mutta ainakin meidän on oltava mahdollisimman vähän oletuksia.

Tietyt oletukset ovat välttämättömiä kaikille empiirisille väitteille (esim. Oletus todellisuuden olemassaolosta). Teoriat eivät kuitenkaan yleensä tee oletuksia tavanomaisessa mielessä (väitteet hyväksytään ilman todisteita). Vaikka oletuksia sisällytetään usein uusien teorioiden muodostamisen aikana, niitä tuetaan joko todisteilla (kuten aiemmin olemassa olevilla teorioilla) tai todisteita tuotetaan teorian validoinnin yhteydessä. Tämä voi olla niin yksinkertaista kuin havaita, että teoria tekee tarkkoja ennusteita, mikä on todiste siitä, että kaikki alussa tehdyt oletukset ovat oikein tai suunnilleen oikeita testatuissa olosuhteissa.

Perinteisiä oletuksia ilman näyttöä voidaan käyttää, jos teoriaa on tarkoitus soveltaa vain silloin, kun oletus on pätevä (tai suunnilleen pätevä). Esimerkiksi erityinen suhteellisuusteoria olettaa inertian viitekehyksen . Teoria tekee tarkkoja ennusteita, kun oletus on pätevä, eikä tee tarkkoja ennusteita, kun oletus ei ole pätevä. Tällaiset oletukset ovat usein se kohta, jolla vanhemmat teoriat seuraavat uusia ( yleinen suhteellisuusteoria toimii myös ei-inertiaalisissa viitekehyksissä).

Termi "olettamus" on itse asiassa laajempi kuin sen tavanomainen käyttö, etymologisesti. Oxfordin englanninkielinen sanakirja (OED) ja online-Wikisanakirja osoittavat latinalaisen lähteensä assumere ("hyväksy, ota itsellesi, hyväksy, ansaitse "), joka on ad- ("to, to, at") ja sumere ( ottaa). Juuri säilyy, muutetuilla merkityksillä, italialaisessa assumeressä ja espanjalaisessa sumirissa . Ensimmäinen "olettamisen" tunne OED: ssä on "ottaa (itse) vastaan, vastaanottaa, hyväksyä, hyväksyä". Termiä käytettiin alun perin uskonnollisissa yhteyksissä, kuten "vastaanottaa taivaaseen", erityisesti "Neitsyt Marian vastaanottaminen taivaaseen, ruumiinsa turmeltu korruptiolta", (1297 CE), mutta sitä käytettiin myös yksinkertaisesti viittaamaan " saada yhdistykseen "tai" hyväksyä kumppanuuteen ". Lisäksi muita olettamuksen aisteja olivat (i) "sijoittaminen (ominaisuus)", (ii) "sitoutuminen" (erityisesti lakiin), (iii) "vain itsensä ulkonäkö, teeskennellä omistavansa" ja (iv) "olettaa jonkin olevan" (kaikki aistit "olettaa" OED -merkinnästä; "oletus" OED -merkintä on aisteissa lähes täysin symmetrinen). Näin ollen "olettamus" merkitsee muita assosiaatioita kuin nykyinen vakiintunne "oletetun tai itsestäänselvyytenä olevan; oletus, postulaatti" (vain yhdestoista "olettaman" 12 aistista ja kymmenes kymmenestä "olettamuksen" aisteista ").

Kuvaukset

Tieteen filosofeilta

Karl Popper kuvasi tieteellisen teorian ominaisuuksia seuraavasti:

1. Lähes jokaiselle teorialle on helppo saada vahvistuksia tai vahvistuksia - jos etsimme vahvistuksia.
2. Vahvistusten pitäisi laskea vain, jos ne ovat tulosta riskialttiista ennusteista; toisin sanoen, jos olisimme odottaneet kyseessä olevan teorian valaisematta tapahtumaa, joka olisi ristiriidassa teorian kanssa - tapahtumaa, joka olisi kumonnut teorian.
3. Jokainen "hyvä" tieteellinen teoria on kielto: se kieltää tiettyjen asioiden tapahtuvan. Mitä enemmän teoria kieltää, sitä parempi se on.
4. Teoria, jota ei voida kumota millään mahdollisella tapahtumalla, ei ole tieteellinen. Kumoamattomuus ei ole teorian hyve (kuten ihmiset usein ajattelevat), vaan pahe.
5. Jokainen todellinen teorian testi on yritys väärentää tai kumota se. Testattavuus on väärentämistä; mutta on olemassa testattavuuden asteita: jotkut teoriat ovat testattavampia ja alttiimpia kumoamiselle kuin toiset; he ottavat ikään kuin suurempia riskejä.
6. Vahvistavia todisteita ei pitäisi laskea, paitsi jos ne ovat tulosta todellisesta teorian kokeesta; ja tämä tarkoittaa sitä, että se voidaan esittää vakavana, mutta epäonnistuneena yrityksenä väärentää teoriaa. (Puhun nyt tällaisissa tapauksissa "vahvistavista todisteista".)
7. Jotkut aidosti testattavat teoriat, jos ne on todettu vääräksi, voivat silti hyväksyä heidän ihailijansa - esimerkiksi ottamalla käyttöön jälkikäteen (jälkikäteen) jonkin lisähypoteesin tai -olettamuksen tai tulkitsemalla teorian uudelleen post hoc -tilaan siten, että se pakenee kumoaminen Tällainen menettely on aina mahdollinen, mutta se pelastaa teorian kumoamasta vain sillä hinnalla, että se tuhoaa tai ainakin alentaa sen tieteellistä asemaa muuttamalla todisteita . Houkutus manipuloida voidaan minimoida ottamalla ensin aikaa testauspöytäkirjan kirjoittamiseen ennen tieteellisen työn aloittamista.

Popper tiivisti nämä väitteet sanomalla, että teorian tieteellisen aseman keskeinen kriteeri on sen "väärentäminen tai kumottavuus tai testattavuus". Toistamalla tämän Stephen Hawking toteaa: "Teoria on hyvä teoria, jos se täyttää kaksi vaatimusta: Sen on kuvattava tarkasti laaja havaintoluokka sellaisen mallin perusteella, joka sisältää vain muutamia mielivaltaisia ​​elementtejä, ja sen on tehtävä selkeitä ennusteita tulevien havaintojen tulokset. " Hän käsittelee myös teorioiden "todistamatonta mutta väärentämätöntä" luonnetta, joka on välttämätön seuraus induktiivisesta logiikasta, ja että "voit kumota teorian löytämällä jopa yhden havainnon, joka on eri mieltä teorian ennusteiden kanssa".

Useat filosofit ja tiedehistorioitsijat ovat kuitenkin väittäneet, että Popperin määritelmä teoriasta väärennettäviksi lausumiksi on väärä, koska kuten Philip Kitcher on huomauttanut, jos otettiin ehdottomasti popperilainen näkemys "teoriasta", Uranuksen havainnot ensimmäisen kerran vuonna 1781 löydetty olisi "väärentänyt" Newtonin taivaallisen mekaniikan. Pikemminkin ihmiset ehdottivat, että toinen planeetta vaikutti Uranuksen kiertoradalle - ja tämä ennuste todellakin lopulta vahvistui.

Kitcher on Popperin kanssa samaa mieltä: "Ajatuksessa on varmasti jotain oikein, että tiede voi menestyä vain, jos se voi epäonnistua." Hän sanoo myös, että tieteelliset teoriat sisältävät väitteitä, joita ei voida väärentää, ja että hyvien teorioiden on oltava myös luovia. Hän väittää, että pidämme tieteellisiä teorioita "kehittyneenä kokoelmana lausuntoja", joista osa ei ole väärennettävissä, kun taas toiset - joita hän kutsuu "lisähypoteeseiksi".

Kitcherin mukaan hyvillä tieteellisillä teorioilla on oltava kolme ominaisuutta:

1. Unity: "Tieteen pitäisi olla yhtenäinen…. Hyvät teoriat koostuvat vain yhdestä ongelmanratkaisustrategiasta tai pienestä ongelmanratkaisustrategian perheestä, jota voidaan soveltaa monenlaisiin ongelmiin."
2. Hedelmällisyys : "Suuri tieteellinen teoria, kuten Newtonin, avaa uusia tutkimusalueita…. Koska teoria esittää uuden tavan katsoa maailmaa, se voi saada meidät esittämään uusia kysymyksiä ja aloittamaan siten uusia ja hedelmällisiä linjoja. Tutkimus… Tyypillisesti kukoistava tiede on epätäydellinen. Se herättää milloin tahansa enemmän kysymyksiä kuin pystyy vastaamaan. Mutta epätäydellisyys ei ole pahe. Päinvastoin, epätäydellisyys on hedelmällisyyden äiti…. Hyvän teorian pitäisi olla tuottavaa Sen pitäisi herättää uusia kysymyksiä ja olettaa, että näihin kysymyksiin voidaan vastata luopumatta ongelmanratkaisustrategioistaan. "
3. Lisähypoteesit, jotka voidaan testata itsenäisesti: "Lisähypoteesin pitäisi olla testattavissa riippumatta siitä ongelmasta, jonka se ratkaistaan, riippumatta teoriasta, jonka se on tarkoitus tallentaa." (Esimerkiksi todisteet Neptunuksen olemassaolosta ovat riippumattomia Uranuksen kiertoradan poikkeavuuksista.)

Kuten muutkin teorioiden määritelmät, kuten Popperin, Kitcher tekee selväksi, että teorian on sisällettävä lausuntoja, joilla on havainnollisia seurauksia. Mutta kuten Uranuksen kiertoradan epäsäännöllisyyksien havaitseminen, väärentäminen on vain yksi mahdollinen seuraus havainnoinnista. Uusien hypoteesien tuottaminen on toinen mahdollinen ja yhtä tärkeä tulos.

Analogioita ja vertauksia

Tieteellisen käsitteen käsitettä on myös kuvattu analogioiden ja metaforien avulla. Esimerkiksi looginen empiirikko Carl Gustav Hempel vertasi tieteellisen teorian rakennetta "monimutkaiseen alueverkkoon":

Sen termejä edustavat solmut, kun taas jälkimmäisiä yhdistävät säikeet vastaavat osittain määritelmiä ja osittain teoriaan sisältyviä perus- ja johdannaishypoteeseja. Koko järjestelmä kelluu ikään kuin havaintotason yläpuolella ja on ankkuroitu siihen tulkintasääntöjen mukaisesti. Näitä voidaan pitää merkkijonoina, jotka eivät kuulu verkkoon, mutta yhdistävät verkoston tietyt kohdat tiettyihin paikkoihin havaintotasossa. Näiden tulkintayhteyksien ansiosta verkko voi toimia tieteellisenä teoriana: Tietyistä havainnointitiedoista voimme nousta tulkitsevan merkkijonon kautta johonkin pisteeseen teoreettista verkkoa ja sitten jatkaa määritelmien ja hypoteesien kautta muihin kohtiin, josta toinen tulkitseva merkkijono sallii laskeutumisen havaintotasolle.

Michael Polanyi teki analogian teorian ja kartan välillä:

Teoria on jotain muuta kuin minä. Se voidaan esittää paperilla sääntöjärjestelmänä, ja mitä todellisempi teoria on, sitä täydellisemmin se voidaan tuollaisella tavalla esittää. Matemaattinen teoria saavuttaa tältä osin korkeimman täydellisyyden. Mutta jopa maantieteellinen kartta ilmentää täysin itsessään joukon tiukkoja sääntöjä löytääkseen tien muualla tuntemattomien kokemusten alueen läpi. Itse asiassa kaikkea teoriaa voidaan pitää eräänlaisena karttana, joka ulottuu avaruuteen ja aikaan.

Tieteellistä teoriaa voidaan ajatella myös kirjana, joka kerää perustiedot maailmasta, kirjana, joka on tutkittava, kirjoitettava ja jaettava. Vuonna 1623 Galileo Galilei kirjoitti:

Filosofia [eli fysiikka] on kirjoitettu tähän suureen kirjaan - tarkoitan universumia - joka on jatkuvasti avoin katseillemme, mutta sitä ei voida ymmärtää, ellei ensin opita ymmärtämään kieltä ja tulkitsemaan hahmoja, joilla se on kirjoitettu. Se on kirjoitettu matematiikan kielellä, ja sen merkit ovat kolmioita, ympyröitä ja muita geometrisia hahmoja, joita ilman on inhimillisesti mahdotonta ymmärtää yhtäkään sanaa; ilman näitä vaeltaa ympäriinsä pimeässä labyrintissä.

Nykyaikainen tiedefilosofi Ian Hacking voisi soveltaa kirjan metaforia myös seuraavaan kohtaan :

Itse pidän enemmän argentiinalaisesta fantasiasta. Jumala ei kirjoittanut sellaista luonnonkirjaa kuin vanhat eurooppalaiset kuvittelivat. Hän kirjoitti Borgesin kirjaston, jonka jokainen kirja on mahdollisimman lyhyt, mutta jokaisen kirjan ristiriidassa keskenään. Yksikään kirja ei ole tarpeeton. Jokaisessa kirjassa on jotakin inhimillisesti saatavilla olevaa luontoa, niin että se, eikä mikään muu, mahdollistaa ymmärtämisen, ennustamisen ja vaikuttamisen siihen, mitä tapahtuu ... Leibniz sanoi, että Jumala valitsi maailman, joka maksimoi ilmiöiden valikoiman valittaessa yksinkertaisimmat lait. Juuri näin: mutta paras tapa maksimoida ilmiöt ja saada aikaan yksinkertaisimmat lait on, että lait ovat ristiriidassa keskenään, joista jokainen koskee sitä tai tätä, mutta ei kaikkia.

Fysiikassa

Vuonna fysiikka termi teoriaa käytetään yleisesti matemaattinen puitteet-johdettu pieni joukko perus postulates (yleensä symmetrioiden kaltainen tasa paikkakunnilla tilan tai ajan, tai identiteetin elektronien jne.) - joka pystyy tuottamaan kokeellisia ennusteita tietylle fyysisten järjestelmien luokalle. Hyvä esimerkki on klassinen sähkömagnetismi , joka sisältää mittareiden symmetriasta (joskus kutsutaan mittarin invarianssiksi ) saatuja tuloksia muutamien yhtälöiden muodossa, joita kutsutaan Maxwellin yhtälöiksi . Klassisen sähkömagneettisen teorian erityisiä matemaattisia näkökohtia kutsutaan "sähkömagnetismin lakeiksi", mikä heijastaa niitä tukevien johdonmukaisten ja toistettavissa olevien todisteiden tasoa. Yleensä sähkömagneettisessa teoriassa on lukuisia hypoteeseja siitä, miten sähkömagnetismi koskee tiettyjä tilanteita. Monien näiden hypoteesien katsotaan jo olevan riittävän testattuja, ja uusia on aina tekeillä ja ehkä testaamattomia. Esimerkki jälkimmäisestä voi olla säteilyreaktiovoima . Vuodesta 2009 lähtien sen vaikutukset varausten säännölliseen liikkeeseen ovat havaittavissa synkrotronissa , mutta vain keskimääräisinä vaikutuksina ajan mittaan. Jotkut tutkijat harkitsevat nyt kokeita, jotka voisivat havaita nämä vaikutukset hetkellisellä tasolla (eli ei keskiarvoa ajan mittaan).

Esimerkkejä

Huomaa, että monilla tutkimusaloilla ei ole erityisiä nimettyjä teorioita, esim. Kehitysbiologia . Nimetyn teorian ulkopuolisella tieteellisellä tietämyksellä voi silti olla korkea varmuus, riippuen sitä tukevien todisteiden määrästä. Huomaa myös, että koska teoriat keräävät todisteita monilta aloilta, luokittelu ei ole ehdoton.

• Biologia : soluteoria , evoluutioteoria ( nykyaikainen evoluutiosynteesi ), abiogeneesi , alkioiden teoria , hiukkasperinnän teoria , kaksoisperintoteoria , Young – Helmholtzin teoria , vastustajaprosessi
• Kemia : törmäysteoria , kaasujen kineettinen teoria , Lewisin teoria , molekyyliteoria , molekyylin kiertoradateoria , siirtymätilan teoria , valenssisidoksen teoria
• Fysiikka : atomiteoria , alkuräjähdysteoria , dynamo -teoria , häiriöteoria , suhteellisuusteoria ( klassisen mekaniikan seuraaja), kvanttikenttäteoria
• Maatiede : Ilmastonmuutosteoria ( ilmastotieteestä ), levyteknologian teoria ( geologiasta ), kuun alkuperän teoriat, kuun illuusion teoriat
• Tähtitiede : itsensä vetovoimainen järjestelmä , tähtien evoluutio , auringon sumun malli , tähtien nukleosynteesi

Huomautuksia

Viitteet

Lue lisää

• Sellers, Piers (17. elokuuta 2016). "Avaruus, ilmastonmuutos ja teorian todellinen merkitys" . New Yorker . Haettu 18. elokuuta 2016 ., brittiläisen/amerikkalaisen meteorologin ja NASA: n astronautin essee ihmisen aiheuttamasta ilmaston lämpenemisestä ja "teoriasta"