Hypotese, modell, teori og lov

Dorling Kindersley / Getty Images

I vanlig bruk har ordene hypotese, modell, teori og lov forskjellige tolkninger og brukes til tider uten presisjon, men i vitenskapen har de veldig nøyaktige betydninger.

Hypotese

Det kanskje vanskeligste og mest spennende trinnet er utviklingen av en spesifikk, testbar hypotese. En nyttig hypotese muliggjør forutsigelser ved å anvende deduktiv resonnement, ofte i form av matematisk analyse. Det er et begrenset utsagn om årsak og virkning i en spesifikk situasjon, som kan testes ved eksperimentering og observasjon eller ved statistisk analyse av sannsynlighetene fra innhentede data. Utfallet av testhypotesen bør foreløpig være ukjent, slik at resultatene kan gi nyttige data angående validiteten til hypotesen.

Noen ganger utvikles en hypotese som må vente på at ny kunnskap eller teknologi kan testes. Konseptet med atomer ble foreslått av gamle grekere , som ikke hadde noen mulighet til å teste det. Århundrer senere, da mer kunnskap ble tilgjengelig, fikk hypotesen støtte og ble til slutt akseptert av det vitenskapelige samfunnet, selv om den har måttet endres mange ganger i løpet av året. Atomer er ikke udelelige, slik grekerne antok.

Modell

EN modell brukes for situasjoner hvor det er kjent at hypotesen har en begrensning på gyldigheten. De Bohr modell av atomet , for eksempel, skildrer elektroner som sirkler rundt atomkjernen på en måte som ligner på planeter i solsystemet. Denne modellen er nyttig for å bestemme energiene til kvantetilstandene til elektronet i det enkle hydrogenatomet, men den representerer på ingen måte atomets sanne natur. Forskere (og naturfagstudenter) bruker ofte slike idealiserte modeller for å få et innledende grep om å analysere komplekse situasjoner.

Teori og lov

EN vitenskapelig teori eller lov representerer en hypotese (eller gruppe av relaterte hypoteser) som har blitt bekreftet gjennom gjentatte tester, nesten alltid utført over et tidsrom på mange år. Generelt er en teori en forklaring på et sett med relaterte fenomener, som evolusjonsteorien eller Big Bang teorien .

Ordet 'lov' blir ofte påberopt i referanse til en spesifikk matematisk ligning som relaterer de forskjellige elementene i en teori. Pascals lov viser til en ligning som beskriver forskjeller i trykk basert på høyde. I den overordnede teorien om universell gravitasjon utviklet av Sir Isaac Newton , nøkkelligningen som beskriver gravitasjonsattraksjonen mellom to objekter kalles tyngdeloven .

I disse dager bruker fysikere sjelden ordet 'lov' på ideene sine. Delvis er dette fordi så mange av de tidligere 'naturlovene' ikke ble funnet å være så mye lover som retningslinjer, som fungerer godt innenfor visse parametere, men ikke innenfor andre.

Vitenskapelige paradigmer

Når først en vitenskapelig teori er etablert, er det veldig vanskelig å få det vitenskapelige samfunnet til å forkaste den. I fysikk møtte begrepet eter som medium for lysbølgeoverføring alvorlig motstand på slutten av 1800-tallet, men det ble ikke ignorert før tidlig på 1900-tallet, da Albert Einstein foreslått alternative forklaringer for bølgenaturen til lys som ikke var avhengig av et medium for overføring.

Vitenskapsfilosofen Thomas Kuhn utviklet begrepet vitenskapelig paradigme å forklare arbeidssettet med teorier som vitenskap opererer under. Han gjorde omfattende arbeid med vitenskapelige revolusjoner som finner sted når ett paradigme blir snudd til fordel for et nytt sett med teorier. Hans arbeid antyder at selve naturvitenskapen endres når disse paradigmene er vesentlig forskjellige. Fysikkens natur før relativitetsteori og kvantemekanikk er fundamentalt forskjellig fra den etter oppdagelsen, akkurat som biologien før Darwins evolusjonsteori er fundamentalt forskjellig fra biologien som fulgte den. Selve karakteren av henvendelsen endres.

En konsekvens av den vitenskapelige metoden er å prøve å opprettholde konsistens i henvendelsen når disse revolusjonene skjer og å unngå forsøk på å omstyrte eksisterende paradigmer på ideologisk grunnlag.

Occams barberhøvel

Et viktig prinsipp i forhold til den vitenskapelige metoden er Occams barberhøvel (vekselvis stavet Ockham's Razor), som er oppkalt etter den engelske logikeren og fransiskanerbrødrene William av Ockham fra 1300-tallet. Occam skapte ikke konseptet - arbeidet til Thomas Aquinas og til og med Aristoteles refererte til en form for det. Navnet ble først tilskrevet ham (så vidt vi vet) på 1800-tallet, noe som indikerer at han må ha talt for filosofien nok til at navnet hans ble assosiert med det.

Barberhøvelen er ofte uttalt på latin som:

Ting skal ikke multipliseres utover det som kreves

eller, oversatt til engelsk:

enheter bør ikke multipliseres utover det er nødvendig

Occams Razor indikerer at den enkleste forklaringen som passer til tilgjengelige data er den som er å foretrekke. Forutsatt at to presenterte hypoteser har lik prediktiv kraft, har den som gjør færrest antakelser og hypotetiske enheter forrang. Denne appellen til enkelhet har blitt adoptert av det meste av vitenskapen, og påberopes i dette populære sitatet av Albert Einstein:

Alt skal gjøres så enkelt som mulig, men ikke enklere.

Det er viktig å merke seg at Occams Razor ikke beviser at den enklere hypotesen faktisk er den sanne forklaringen på hvordan naturen oppfører seg. Vitenskapelige prinsipper bør være så enkle som mulig, men det er ikke noe bevis på at naturen i seg selv er enkel.

Imidlertid er det generelt slik at når et mer komplekst system er på jobb, er det et element av beviset som ikke passer til den enklere hypotesen, så Occams Razor er sjelden feil, da den kun omhandler hypoteser med ren lik prediktiv kraft. Forutsigelseskraften er viktigere enn enkelheten.

Redigert avAnne Marie Helmenstine, Ph.D.