Обычно слова гипотеза, модель, теория и закон имеют разные толкования и иногда используются неточно, но в науке они имеют очень точное значение.
Гипотеза
Возможно, самый сложный и интригующий шаг – это разработка конкретной гипотезы, которую можно проверить. Полезная гипотеза позволяет делать прогнозы, применяя дедуктивные рассуждения, часто в форме математического анализа. Это ограниченное утверждение о причине и следствии в конкретной ситуации, которое может быть проверено экспериментально и наблюдением или статистическим анализом вероятностей на основе полученных данных. Результат проверки гипотезы в настоящее время должен быть неизвестен, чтобы результаты могли предоставить полезные данные относительно действительности гипотезы.
Иногда гипотеза разрабатывается, что должны ждать, пока новые знания или технологии будут проверены. Концепция атомов была предложена древними греками, у которых не было возможности проверить ее. Спустя столетия, когда стало доступно больше знаний, эта гипотеза получила поддержку и в конечном итоге была принята научным сообществом, хотя в течение года в нее приходилось много раз вносить поправки. Атомы не неделимы, как предполагали греки.
Модель
модель – это используется в ситуациях, когда известно, что гипотеза имеет ограничение на ее достоверность. Модель атома Бора, например, изображает электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, подобно планетам в солнечной системе. Эта модель полезна для определения энергий квантовых состояний электрона в простом атоме водорода, но она никоим образом не отражает истинную природу атома. Ученые (и студенты естественных наук) часто используют такие идеализированные модели, чтобы получить начальное представление об анализе сложных ситуаций.
Теория и право
научная теория или закон представляет собой гипотезу (или группу связанных гипотез), которая была подтверждена посредством многократного тестирования, почти всегда проводимого на протяжении многих годы. Как правило, теория – это объяснение набора связанных явлений, таких как теория эволюции или теория большого взрыва.
Слово «закон» часто используется в отношении определенного математического уравнения, которое связывает различные элементы в теории. Закон Паскаля относится к уравнению, которое описывает разницу в давлении в зависимости от высоты. В общей теории всемирного тяготения, разработанной сэром Исааком Ньютоном, ключевое уравнение, описывающее гравитационное притяжение между двумя объектами, называется законом всемирного тяготения.
В наши дни физики редко применяют слово «закон» к своим идеям. Отчасти это связано с тем, что многие из предыдущих «законов природы» оказались не столько законами, сколько руководящими принципами, которые хорошо работают в определенных параметрах, но не в других..
Научные парадигмы
После того, как научная теория установлена, очень трудно заставить научное сообщество отказаться от нее. В физике концепция эфира как среды для передачи световых волн столкнулась с серьезными возражениями в конце 1800-х годов, но она не игнорировалась до начала 1900-х годов, когда Альберт Эйнштейн предложил альтернативные объяснения волновой природы света, которые не основывались на среда для передачи.
Философ науки Томас Кун разработал термин научная парадигма для объяснения рабочего набора теорий под какая наука действует. Он провел обширную работу над научными революциями , которые происходят, когда одна парадигма меняется в пользу нового набора теорий. Его работа предполагает, что сама природа науки меняется, когда эти парадигмы существенно различаются. Природа физики до теории относительности и квантовой механики фундаментально отличается от природы после их открытия, так же как биология до теории эволюции Дарвина фундаментально отличается от биологии, которая последовала за ней. Меняется сама природа расследования.
Одним из следствий научного метода является попытка поддерживать последовательность в расследовании, когда происходят эти революции, и избегать попыток опровергнуть существующие парадигмы по идеологическим соображениям.
Бритва Оккама
Один из важных принципов научного метода: Бритва Оккама (альтернативно пишется «Бритва Оккама»), названная в честь английского логика 14 века и францисканского монаха Уильяма Оккама. Не Оккам создавал эту концепцию – в работах Фомы Аквинского и даже Аристотеля упоминалась какая-то ее форма. Имя было впервые присвоено ему (насколько нам известно) в 1800-х годах, что указывает на то, что он, должно быть, придерживался этой философии настолько, чтобы его имя стало ассоциироваться с ней.
The Razor часто обозначается на латыни как:
entia non sunt multiplicanda praeter needitatem
или, в переводе на английский:
сущности не должны умножаться сверх необходимости
Бритва Оккама указывает, что наиболее простое объяснение, соответствующее имеющимся данным, является предпочтительным. Предполагая, что две представленные гипотезы имеют равную предсказательную силу, приоритет имеет та, которая делает наименьшее количество предположений и гипотетических сущностей. Этот призыв к простоте был принят большинством ученых, и он упоминается в этой популярной цитате Альберта Эйнштейна:
Все должно быть сделано как можно проще, но не проще.
Важно отметить, что бритва Оккама не доказывает, что более простая гипотеза действительно верна истинное объяснение того, как ведет себя природа. Научные принципы должны быть как можно более простыми, но это не доказывает, что сама природа проста.
Однако обычно бывает так, что когда более сложная система работает, есть некоторый элемент свидетельства, который не соответствует более простой гипотезе, поэтому бритва Оккама редко ошибается, поскольку имеет дело только с гипотезами с чисто равной предсказательной силой. Прогнозирующая сила важнее простоты.
Под редакцией Энн Мари Хелменстайн, доктор философии