Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для более широкого освещения этой темы см. Теория .

Научная теория является объяснением одному из аспектов природного мира , которые могут быть многократно испытаны и проверены в соответствии с научным методом , используя общепринятые протоколы по наблюдению за , измерение и оценку результатов. По возможности теории проверяются в контролируемых условиях в ходе эксперимента . [1] [2] В обстоятельствах, не поддающихся экспериментальной проверке, теории оцениваются с помощью принципов абдуктивного мышления . Установленные научные теории выдержали тщательную проверку и воплощают научные знания . [3]

Научная теория отличается от научного факта или научного закона тем, что теория объясняет «почему» или «как»: факт - это простое базовое наблюдение, а закон - это утверждение (часто математическое уравнение) о взаимосвязи между фактами. . Например, закон всемирного тяготения Ньютона - это математическое уравнение, которое можно использовать для предсказания притяжения между телами, но это не теория, объясняющая, как работает гравитация. [4] Стивен Джей Гулд писал, что «... факты и теории - это разные вещи, а не ступеньки в иерархии возрастающей уверенности. Факты - это мировые данные. Теории - это структуры идей, которые объясняют и интерпретируют факты». [5]

Смысл термина научной теории (часто подрядился теории для краткости) , как используются в дисциплинах науки существенно отличается от общего общеупотребительного использования теории . [6] [примечание 1] В повседневной речи теория может подразумевать объяснение, которое представляет собой необоснованное и умозрительное предположение , [6] тогда как в науке она описывает объяснение, которое было проверено и широко признано достоверным.

Сила научной теории связана с разнообразием явлений, которые она может объяснить, и ее простотой. По мере сбора дополнительных научных данных научная теория может быть изменена и в конечном итоге отвергнута, если она не может соответствовать новым открытиям; в таких обстоятельствах тогда требуется более точная теория. Некоторые теории настолько хорошо известны, что вряд ли когда-либо будут коренным образом изменены (например, научные теории, такие как эволюция , гелиоцентрическая теория , клеточная теория , теория тектоники плит , микробная теория болезней, так далее.). В некоторых случаях научная теория или научный закон, который не соответствует всем данным, все же может быть полезен (из-за своей простоты) в качестве приближения в определенных условиях. Примером могут служить законы движения Ньютона , которые являются высокоточным приближением специальной теории относительности при скоростях, малых по сравнению со скоростью света .

Научные теории поддаются проверке и делают опровержимые прогнозы . [7] Они описывают причины определенного природного явления и используются для объяснения и предсказания аспектов физической вселенной или конкретных областей исследования (например, электричества, химии и астрономии). Как и с другими формами научного знания, научные теории и дедуктивные и индуктивные , [8] стремятся к предсказательной и объяснительной силе . Ученые используют теории для расширения научных знаний, а также для содействия развитию технологий или медицины .

Типы [ править ]

Альберт Эйнштейн описал два типа научных теорий: «конструктивные теории» и «основные теории». Конструктивные теории - это конструктивные модели явлений: например, кинетическая теория . Основные теории - это эмпирические обобщения, такие как законы движения Ньютона. [9]

Характеристики [ править ]

Основные критерии [ править ]

Обычно для признания любой теории в академических кругах существует один простой критерий. Существенным критерием является то, что теория должна быть наблюдаемой и повторяемой. Вышеупомянутый критерий необходим для предотвращения мошенничества и сохранения самой науки.

Тектонические плиты мира были нанесены на карту во второй половине 20 века. Теория тектонических плит успешно объясняет многочисленные наблюдения о Земле, включая распределение землетрясений, гор, континентов и океанов.

Определяющей характеристикой всех научных знаний, включая теории, является способность делать опровергающие или проверяемые прогнозы . Актуальность и специфика этих прогнозов определяют, насколько потенциально полезна теория. Мнимая теория, которая не делает никаких наблюдаемых предсказаний, вообще не является научной теорией. Прогнозы, недостаточно конкретные для проверки, также бесполезны. В обоих случаях термин «теория» неприменим.

Совокупность описаний знаний может быть названа теорией, если она соответствует следующим критериям:

  • Он делает опровержимые прогнозы с постоянной точностью в широкой области научных исследований (например, в механике ).
  • Он хорошо подтверждается множеством независимых доказательств, а не одним основанием.
  • Это согласуется с ранее существовавшими экспериментальными результатами и, по крайней мере, так же точны в своих предсказаниях, как и любые ранее существовавшие теории.

Эти качества, безусловно, характерны для таких устоявшихся теорий, как специальная и общая теория относительности , квантовая механика , тектоника плит , современный эволюционный синтез и т. Д.

Другие критерии [ править ]

Кроме того, ученые предпочитают работать с теорией, отвечающей следующим качествам:

  • Он может подвергаться незначительной адаптации для учета новых данных, которые не подходят ему идеально по мере их обнаружения, что со временем увеличивает его прогностические возможности. [10]
  • Это одно из самых экономных объяснений, экономичное в использовании предложенных сущностей или пояснительных шагов согласно бритве Оккама . Это связано с тем, что для каждого принятого объяснения явления может существовать чрезвычайно большое, возможно, даже непонятное, количество возможных и более сложных альтернатив, потому что всегда можно обременять ошибочные объяснения специальными гипотезами, чтобы предотвратить их фальсификацию; поэтому более простые теории предпочтительнее более сложных, потому что их легче проверить . [11] [12] [13]

Определения научных организаций [ править ]

Национальной академии наук Соединенных Штатов определяет научные теории следующим образом :

Формально-научное определение теории сильно отличается от повседневного значения этого слова. Это относится к исчерпывающему объяснению некоторых аспектов природы, которое поддерживается огромным количеством свидетельств. Многие научные теории настолько хорошо обоснованы, что никакие новые данные вряд ли существенно их изменят. Например, никакие новые доказательства не продемонстрируют, что Земля не вращается вокруг Солнца (гелиоцентрическая теория), или что живые существа не состоят из клеток (клеточная теория), что материя не состоит из атомов или что поверхность Земля не разделена на твердые плиты, которые перемещались в геологических временных масштабах (теория тектоники плит) ... Одно из наиболее полезных свойств научных теорий состоит в том, что их можно использовать для предсказаний природных явлений или явлений, которые еще не произошли. наблюдалось.[14]

От Американской ассоциации развития науки :

Научная теория - это хорошо обоснованное объяснение некоторых аспектов природного мира, основанное на совокупности фактов, неоднократно подтвержденных посредством наблюдений и экспериментов. Такие подтвержденные фактами теории - это не «догадки», а надежные отчеты о реальном мире. Теория биологической эволюции - это больше, чем «просто теория». Это такое же фактическое объяснение Вселенной, как атомная теория материи или микробная теория болезней. Наше понимание гравитации все еще находится в стадии разработки. Но явление гравитации, как и эволюция, - общепринятый факт.

Обратите внимание, что термин теория не подходит для описания непроверенных, но сложных гипотез или даже научных моделей.

Формирование [ править ]

Первое наблюдение клеток , с помощью Роберта Гука , используя ранний микроскоп . [15] Это привело к развитию клеточной теории .

Научный метод включает в себя предложение и тестирование гипотез , путем получения предсказания из гипотез о результатах экспериментов в будущем, то выполнение этих экспериментов , чтобы убедиться в том , что прогнозы являются действительными. Это дает доказательства либо за, либо против гипотезы. Когда будет собрано достаточно экспериментальных результатов в определенной области исследования, ученые могут предложить объяснительную структуру, которая объясняет как можно больше из них. Это объяснение также проверяется, и если оно соответствует необходимым критериям (см. Выше), то объяснение становится теорией. Это может занять много лет, так как собрать достаточные доказательства может быть сложно или сложно.

Как только все критерии будут выполнены, это будет широко принято учеными (см. Научный консенсус ) как наилучшее доступное объяснение по крайней мере некоторых явлений. Он будет делать предсказания о явлениях, которые предыдущие теории не могли объяснить или не могли точно предсказать, и он будет сопротивляться попыткам фальсификации. Сила доказательств оценивается научным сообществом, и наиболее важные эксперименты будут воспроизведены несколькими независимыми группами.

Теории не обязательно должны быть абсолютно точными, чтобы быть полезными с научной точки зрения. Например, предсказания, сделанные классической механикой, как известно, неточны в релятивистской сфере, но они почти в точности верны при сравнительно низких скоростях обычного человеческого опыта. [16] В химии существует множество кислотно-основных теорий, дающих сильно различающиеся объяснения основной природы кислотных и основных соединений, но они очень полезны для предсказания их химического поведения. [17] Как и все знания в науке, ни одна теория никогда не может быть полностью уверенной , поскольку вполне возможно, что будущие эксперименты могут противоречить предсказаниям теории. [18]Однако теории, поддерживаемые научным консенсусом, обладают наивысшей степенью достоверности среди всех научных знаний; например, что все объекты подвержены гравитации или что жизнь на Земле произошла от общего предка . [19]

Принятие теории не требует проверки всех ее основных предсказаний, если она уже подтверждена достаточно вескими доказательствами. Например, некоторые тесты могут оказаться невозможными или технически сложными. В результате теории могут делать прогнозы, которые еще не подтвердились или оказались неверными; в этом случае прогнозируемые результаты можно неформально описать термином «теоретический». Эти прогнозы можно будет проверить позже, и если они неверны, это может привести к пересмотру или отклонению теории.

Модификации и улучшения [ править ]

Если наблюдаются экспериментальные результаты, противоречащие предсказаниям теории, ученые сначала оценивают, был ли план эксперимента правильным, и если да, они подтверждают результаты независимым воспроизведением . Затем начинается поиск возможных улучшений теории. Решения могут потребовать незначительных или серьезных изменений в теории или вовсе не потребовать никаких изменений, если удовлетворительное объяснение будет найдено в рамках существующей структуры теории. [20] Со временем, по мере того, как последовательные модификации дополняют друг друга, теории постоянно улучшаются и достигается большая точность прогнозов. Поскольку каждая новая версия теории (или полностью новая теория) должна обладать большей предсказательной и объяснительной силой, чем предыдущая, научное знание со временем становится более точным.

Если модификации теории или других объяснений кажутся недостаточными для объяснения новых результатов, тогда может потребоваться новая теория. Поскольку научные знания обычно долговечны, это происходит гораздо реже, чем модификация. [18] Кроме того, до тех пор, пока такая теория не будет предложена и принята, предыдущая теория будет сохраняться. Это связано с тем, что это все еще лучшее доступное объяснение многих других явлений, что подтверждается его предсказательной силой в других контекстах. Например, с 1859 года было известно, что наблюдаемая прецессия перигелия Меркурия нарушает ньютоновскую механику [21], но теория оставалась лучшим объяснением, доступным до тех пор, пока не появилась теория относительности.был подтвержден достаточными доказательствами. Кроме того, хотя новые теории могут быть предложены одним человеком или многими, цикл модификаций в конечном итоге включает вклад многих разных ученых. [22]

После изменений принятая теория объяснит больше явлений и будет иметь большую предсказательную силу (в противном случае изменения не будут приняты); это новое объяснение будет открыто для дальнейшей замены или модификации. Если теория не требует модификации, несмотря на неоднократные проверки, это означает, что теория очень точна. Это также означает, что принятые теории продолжают накапливать доказательства с течением времени, а продолжительность времени, в течение которого теория (или любой из ее принципов) остается принятой, часто указывает на силу ее подтверждающих доказательств.

Объединение [ править ]

В квантовой механике , то электроны атома занимают орбитали вокруг ядра . На этом изображении показаны орбитали атома водорода ( s , p , d ) на трех различных уровнях энергии (1, 2, 3). Более яркие области соответствуют более высокой плотности вероятности.

В некоторых случаях две или более теорий могут быть заменены одной теорией, которая объясняет предыдущие теории как приближения или особые случаи, аналогично тому, как теория является объединяющим объяснением для многих подтвержденных гипотез; это называется объединением теорий. [23] Например, электричество и магнетизм теперь известны как два аспекта одного и того же явления, называемого электромагнетизмом . [24]

Когда кажется, что предсказания различных теорий противоречат друг другу, это также разрешается либо дополнительными доказательствами, либо объединением. Например, физические теории XIX века предполагали, что Солнце не могло гореть достаточно долго, чтобы допустить определенные геологические изменения, а также эволюцию жизни. Это было решено открытием ядерного синтеза , основного источника энергии Солнца. [25] Противоречия также можно объяснить как результат теорий, приближающих более фундаментальные (непротиворечивые) явления. Например, теория атома - это приближение квантовой механики . Современные теории описывают три отдельных фундаментальных явленияиз которых все другие теории являются приближениями; [26] их потенциальное объединение иногда называют теорией всего . [23]

Пример: относительность [ править ]

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал принцип специальной теории относительности , который вскоре стал теорией. [27] Специальная теория относительности предсказала соответствие ньютоновского принципа галилеевой инвариантности , также называемого теорией относительности Галилея , с электромагнитным полем. [28] Исключив из специальной теории относительности светоносный эфир , Эйнштейн заявил, что замедление времени и сокращение длины, измеренные в объекте, находящемся в относительном движении, являются инерционными, то есть объект демонстрирует постоянную скорость , которая является скоростью с направлениемпри измерении наблюдателем. Таким образом , он дублирует преобразование Лоренца и сокращение Лоренца , которая была гипотетический Resolve экспериментальных загадок и вставленной в электродинамическую теорию как динамические следствия свойств эфира в. Изящная теория, специальная теория относительности, привела к своим собственным последствиям [29], таким как эквивалентность преобразования массы и энергии друг в друга и разрешение парадокса, согласно которому возбуждение электромагнитного поля можно рассматривать в одной системе отсчета как электричество, но в другом как магнетизм.

Эйнштейн стремился распространить принцип инвариантности на все системы отсчета, как инерционные, так и ускоряющие. [30] Отвергая ньютоновскую гравитацию - центральную силу, действующую мгновенно на расстоянии, - Эйнштейн предположил наличие гравитационного поля. В 1907 году принцип эквивалентности Эйнштейна подразумевал, что свободное падение в однородном гравитационном поле эквивалентно движению по инерции . [30] Распространяя эффекты специальной теории относительности на три измерения, общая теория относительности расширила сокращение длины до сжатия пространства., представляя четырехмерное пространство-время как гравитационное поле, которое геометрически изменяется и задает пути всех локальных объектов. Даже безмассовая энергия вызывает гравитационное движение на локальные объекты, «искривляя» геометрическую «поверхность» четырехмерного пространства-времени. Тем не менее, если энергия не огромна, ее релятивистские эффекты сжатия пространства и замедления времени незначительны при простом предсказании движения. Хотя общая теория относительности воспринимается как более объяснительная теория через научный реализм , теория Ньютона остается успешной как просто теория предсказания через инструментализм . Для расчета траекторий инженеры и НАСА по-прежнему используют уравнения Ньютона, с которыми проще работать. [18]

Теории и законы [ править ]

Смотрите также: Научное право

И научные законы, и научные теории производятся из научного метода посредством формирования и проверки гипотез и могут предсказывать поведение природного мира. И то, и другое обычно хорошо подтверждается наблюдениями и / или экспериментальными данными. [31] Однако научные законы - это описательные отчеты о том, как природа будет вести себя при определенных условиях. [32] Научные теории шире по охвату и дают всеобъемлющие объяснения того, как устроена природа и почему она проявляет определенные характеристики. Теории поддерживаются доказательствами из множества различных источников и могут содержать один или несколько законов. [33]

Распространенное заблуждение состоит в том, что научные теории - это рудиментарные идеи, которые в конечном итоге станут научными законами, когда будет накоплено достаточно данных и доказательств. Теория не превращается в научный закон с накоплением новых или лучших доказательств. Теория всегда останется теорией; закон всегда останется законом. [31] [34] [35] Как теории, так и законы потенциально могут быть опровергнуты соответствующими доказательствами. [36]

Теории и законы также отличаются от гипотез . В отличие от гипотез, теории и законы можно просто назвать научным фактом . [37] [38] Однако в науке теории отличаются от фактов, даже если они хорошо обоснованы. [39] Например, эволюция - это одновременно теория и факт . [6]

О теориях [ править ]

Теории как аксиомы [ править ]

В логические позитивисты думали научных теорий , как заявления в формальном языке . Логика первого порядка - это пример формального языка. Логические позитивисты предполагали аналогичный научный язык. Помимо научных теорий, язык также включал предложения наблюдений («солнце восходит на востоке»), определения и математические утверждения. Явления, объясняемые теориями, если их нельзя было непосредственно наблюдать с помощью органов чувств (например, атомы и радиоволны ), трактовались как теоретические концепции. С этой точки зрения теории функционируют как аксиомы : предсказанные наблюдения выводятся из теорий во многом как теоремы.получены в евклидовой геометрии . Однако затем предсказания проверяются на соответствие действительности для проверки теорий, и «аксиомы» могут быть пересмотрены как прямой результат.

Для описания этого подхода используется фраза « полученный взгляд на теории ». Обычно с ним связываются термины « лингвистические » (поскольку теории являются компонентами языка) и « синтаксические » (поскольку в языке есть правила о том, как символы могут быть соединены вместе). Проблемы с точным определением этого типа языка, например, являются ли наблюдаемые в микроскопы объектами или являются теоретическими объектами, привели к фактическому упадку логического позитивизма в 1970-х годах.

Теории как модели [ править ]

Основная статья: Научная модель

Семантическое представление теорий , в котором определены научные теории с моделями , а не предложений , заменил принятый вид , как доминирующее положение в разработке теории в философии науки. [40] [41] [42] Модель - это логическая структура, предназначенная для представления реальности («модель реальности»), подобно тому, как карта представляет собой графическую модель, представляющую территорию города или страны. [43] [44]

Прецессия из перигелия от Меркурия (преувеличены). Отклонение положения Меркурия от предсказания Ньютона составляет около 43 угловых секунд (около двух третей 1/60 градуса ) за столетие. [45] [46]

При таком подходе теории представляют собой особую категорию моделей, удовлетворяющих необходимым критериям (см. Выше). Можно использовать язык для описания модели; однако теория - это модель (или набор аналогичных моделей), а не описание модели. Например, модель солнечной системы может состоять из абстрактных объектов, которые представляют солнце и планеты. Эти объекты имеют связанные свойства, например положения, скорости и массы. Параметры модели, например закон всемирного тяготения Ньютона, определяют, как положение и скорости меняются со временем. Затем эту модель можно протестировать, чтобы убедиться, что она точно предсказывает будущие наблюдения; астрономы могут проверить, что положение объектов модели с течением времени соответствует фактическому положению планет. Для большинства планет предсказания ньютоновской модели верны; для Меркурия это немного неточно и модельВместо этого следует использовать общую теорию относительности .

Слово « семантический » относится к тому, как модель представляет реальный мир. Репрезентация (буквально «повторное представление») описывает определенные аспекты явления или способ взаимодействия между набором явлений. Например, масштабная модель дома или солнечной системы явно не является реальным домом или реальной солнечной системой; аспекты реального дома или реальной солнечной системы, представленные в масштабной модели, только в определенных ограниченных отношениях представляют реальную сущность. Макет дома - это не дом; но тому, кто хочет узнать о домах, аналогично ученому, который хочет понять реальность, может быть достаточно достаточно подробной масштабной модели.

Различия между теорией и моделью [ править ]

Основная статья: Концептуальная модель

Несколько комментаторов [47] заявили, что отличительной чертой теорий является то, что они являются объяснительными, а также описательными, в то время как модели являются только описательными (хотя все же предсказательными в более ограниченном смысле). Философ Стивен Пеппер также проводил различие между теориями и моделями и в 1948 году сказал, что общие модели и теории основаны на «корневой» метафоре, которая ограничивает то, как ученые теоретизируют и моделируют явление, и, таким образом, приходят к проверяемым гипотезам.

В инженерной практике проводится различие между «математическими моделями» и «физическими моделями»; Стоимость изготовления физической модели может быть минимизирована путем создания сначала математической модели с использованием пакета компьютерного программного обеспечения, такого как инструмент автоматизированного проектирования . Каждая из составных частей моделируется с указанием производственных допусков. Сборочный чертёж используется раскладывать последовательность изготовления. Пакеты моделирования для отображения каждого из узлов сборки позволяют вращать и увеличивать детали с реалистичными деталями. Пакеты программного обеспечения для создания ведомости материалов для строительства позволяют субподрядчикам специализироваться на процессах сборки, что позволяет распределять стоимость производственного оборудования между несколькими заказчиками. Видеть:Компьютерное проектирование , автоматизированное производство и 3D-печать

Предположения при формулировании теорий [ править ]

Предположение (или аксиома ) - это утверждение, которое принимается без доказательств. Например, предположения могут использоваться как предпосылки в логическом аргументе. Айзек Азимов описал предположения следующим образом:

... неверно говорить о предположении как о истинном или ложном, поскольку невозможно доказать, что оно так и есть (если бы это было так, это уже не было бы предположением). Лучше рассматривать предположения либо как полезные, либо как бесполезные, в зависимости от того, соответствуют ли сделанные на их основе выводы реальности ... Поскольку мы должны с чего-то начинать, мы должны иметь предположения, но, по крайней мере, позвольте нам иметь как можно меньше предположений. [48]

Для всех эмпирических утверждений необходимы определенные предположения (например, предположение о существовании реальности ). Однако теории обычно не делают предположений в общепринятом смысле (утверждения, принимаемые без доказательств). Хотя предположения часто включаются во время формирования новых теорий, они либо подтверждаются доказательствами (например, из ранее существовавших теорий), либо доказательства создаются в ходе проверки теории. Это может быть так же просто, как наблюдение за тем, что теория делает точные прогнозы, что свидетельствует о том, что любые предположения, сделанные вначале, верны или приблизительно верны в проверенных условиях.

Можно использовать обычные допущения без доказательств, если теория предназначена для применения только тогда, когда допущение достоверно (или приблизительно достоверно). Например, специальная теория относительности предполагает инерциальную систему отсчета . Теория делает точные прогнозы, когда предположение верно, и не делает точных прогнозов, когда предположение неверно. Такие допущения часто являются той точкой, в которой старые теории сменяются новыми ( общая теория относительности также работает в неинерциальных системах отсчета).

Термин «предположение» на самом деле шире, чем его стандартное употребление, этимологически говоря. Оксфордский словарь английского языка (OED) и онлайн-Викисловарь указывают на латинский источник как « acceptre» («принимать, принимать, усыновлять, узурпировать»), что представляет собой соединение ad- («к, к, в») и sumere ( принять). Корень сохранился в измененном значении в итальянском acceptre и испанском sumir.. Первое значение слова «предполагать» в OED - «принять (себя), принять, принять, принять». Этот термин первоначально использовался в религиозном контексте, как «принять на небо», особенно «принятие Девы Марии на небо с телом, сохраненным от тления» (1297 г. н.э.), но он также использовался просто для обозначения « получить в ассоциацию "или" принять в партнерство ". Кроме того, к другим значениям предположения относятся (i) «наделение себя (атрибутом)», (ii) «взять на себя» (особенно в Законе), (iii) «принять себя только внешне, притвориться обладателем» и (iv) «предполагать, что что-то должно быть» (все значения от записи OED до «предполагать»; запись OED для «предположения» почти идеально симметрична в смыслах).Таким образом, «предположение» означает другие ассоциации, кроме современного стандартного смысла «того, что предполагается или принимается как должное; предположение, постулат» (только 11-е из 12 значений «предположения» и 10-е из 11 значений «предполагать»). ").

Описания [ править ]

От философов науки [ править ]

Карл Поппер описал характеристики научной теории следующим образом: [7]

  1. Получить подтверждения или подтверждения почти для каждой теории легко - если мы будем искать подтверждения.
  2. Подтверждения следует учитывать только в том случае, если они являются результатом рискованных прогнозов; то есть, если бы мы, не просвещенные рассматриваемой теорией, должны были ожидать события, несовместимого с теорией, - события, которое опровергло бы теорию.
  3. Всякая «хорошая» научная теория - это запрет: она запрещает определенным вещам происходить. Чем больше запрещает теория, тем лучше.
  4. Теория, которая не может быть опровергнута никаким мыслимым событием, ненаучна. Неопровержимость - это не достоинство теории (как часто думают), а ее порок.
  5. Любая подлинная проверка теории - это попытка ее опровергнуть или опровергнуть. Проверяемость - это опровержимость; но есть степени проверяемости: одни теории более проверяемы, более подвержены опровержению, чем другие; они берут на себя как бы больший риск.
  6. Подтверждающие доказательства не должны учитываться, за исключением случаев, когда они являются результатом подлинной проверки теории; а это значит, что его можно представить как серьезную, но безуспешную попытку опровергнуть теорию. (Сейчас я говорю в таких случаях о «подтверждающих доказательствах».)
  7. Некоторые действительно проверяемые теории, когда они обнаруживаются как ложные, могут все же поддерживаться их поклонниками - например, путем введения постфактум (постфактум) некоторой вспомогательной гипотезы или предположения или путем переосмысления теории постфактум таким образом, чтобы она ускользнула. опровержение. Такая процедура всегда возможна, но она спасает теорию от опровержения только ценой разрушения или, по крайней мере, понижения ее научного статуса путем фальсификации доказательств . Соблазн вмешательства можно свести к минимуму, если сначала потратите время на то, чтобы записать протокол тестирования, прежде чем приступить к научной работе.

Поппер резюмировал эти утверждения, сказав, что центральным критерием научного статуса теории является ее «опровержимость, или опровержимость, или проверяемость». [7] Повторяя это, Стивен Хокинг заявляет: «Теория является хорошей теорией, если она удовлетворяет двум требованиям: она должна точно описывать большой класс наблюдений на основе модели, содержащей лишь несколько произвольных элементов, и она должна давать определенные прогнозы о результатах будущих наблюдений ». Он также обсуждает «недоказуемую, но фальсифицируемую» природу теорий, которая является необходимым следствием индуктивной логики, и что «вы можете опровергнуть теорию, найдя хотя бы одно наблюдение, которое не согласуется с предсказаниями теории». [49]

Некоторые философы и историки науки, однако, утверждали, что определение Поппером теории как набора фальсифицируемых утверждений неверно [50], потому что, как указал Филип Китчер , если принять строго попперовский взгляд на «теорию», наблюдения Когда Уран впервые был открыт в 1781 году, он «исказил» небесную механику Ньютона. Скорее, люди предположили, что на орбиту Урана повлияла другая планета, и это предсказание действительно подтвердилось.

Китчер соглашается с Поппером в том, что «в идее о том, что наука может добиться успеха, только если она может потерпеть неудачу, несомненно, есть что-то правильное». [51] Он также говорит, что научные теории включают утверждения, которые нельзя фальсифицировать, и что хорошие теории также должны быть творческими. Он настаивает на том, что мы рассматриваем научные теории как «тщательно продуманный набор утверждений», некоторые из которых нельзя опровергнуть, а другие - те, которые он называет «вспомогательными гипотезами», таковыми.

По словам Китчера, хорошие научные теории должны иметь три особенности: [51]

  1. Единство: «Наука должна быть объединена ... Хорошие теории состоят только из одной стратегии решения проблем или небольшого семейства стратегий решения проблем, которые могут применяться к широкому кругу проблем».
  2. Плодовитость : «Великая научная теория, такая как теория Ньютона, открывает новые области исследований…. Поскольку теория представляет новый взгляд на мир, она может побудить нас задавать новые вопросы и, таким образом, начинать новые и плодотворные направления. исследования ... Как правило, процветающая наука неполна. В любой момент она поднимает больше вопросов, чем может ответить в настоящее время. Но неполнота - не порок. Напротив, неполнота - мать плодородия ... Хорошая теория должна быть продуктивной. ; он должен поднимать новые вопросы и предполагать, что на них можно ответить, не отказываясь от своей стратегии решения проблем ».
  3. Вспомогательные гипотезы, которые можно проверить независимо: «Вспомогательная гипотеза должна быть проверяемой независимо от конкретной проблемы, для решения которой она вводится, независимо от теории, для спасения которой она предназначена». (Например, свидетельства существования Нептуна не зависят от аномалий на орбите Урана.)

Подобно другим определениям теорий, включая определение Поппера, Китчер ясно дает понять, что теория должна включать утверждения, которые имеют наблюдательные последствия. Но, как и наблюдение аномалий на орбите Урана, фальсификация является лишь одним из возможных последствий наблюдения. Выдвижение новых гипотез - еще один возможный и не менее важный результат.

Аналогии и метафоры [ править ]

Концепция научной теории также описывалась с помощью аналогий и метафор. Например, логический эмпирик Карл Густав Хемпель сравнил структуру научной теории со «сложной пространственной сетью»:

Его термины представлены узлами, а нити, соединяющие последние, частично соответствуют определениям, а частично - фундаментальным и производным гипотезам, включенным в теорию. Вся система как бы парит над плоскостью наблюдения и привязана к ней правилами интерпретации. Их можно рассматривать как цепочки, которые не являются частью сети, но связывают определенные точки последней с конкретными местами в плоскости наблюдения. Благодаря этим интерпретирующим связям сеть может функционировать как научная теория: от определенных данных наблюдений мы можем подняться с помощью интерпретирующей струны к некоторой точке теоретической сети, а оттуда перейти через определения и гипотезы к другим точкам, из которого другая интерпретирующая струна позволяет спуститься в плоскость наблюдения.[52]

Майкл Поланьи провел аналогию между теорией и картой:

Теория - это нечто иное, чем я. Это может быть изложено на бумаге как система правил, и чем вернее это теория, тем более полно она может быть изложена в таких терминах. Математическая теория в этом отношении достигает наивысшего совершенства. Но даже географическая карта в полной мере воплощает в себе набор строгих правил, позволяющих ориентироваться в области неизведанного опыта. В самом деле, всю теорию можно рассматривать как своего рода карту, распространенную на пространство и время. [53]

Научную теорию также можно рассматривать как книгу, которая фиксирует фундаментальную информацию о мире, книгу, которую необходимо исследовать, написать и поделиться ею. В 1623 году Галилео Галилей писал:

Философия [то есть физика] написана в этой великой книге - я имею в виду вселенную - которая постоянно открыта нашему взору, но ее нельзя понять, если сначала не научишься понимать язык и интерпретировать символы, на которых она написана. Он написан на языке математики, и его символы - треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без которых по-человечески невозможно понять ни одного его слова; без них бродишь по темному лабиринту. [54]

Книжная метафора также может быть применена в следующем отрывке современного философа науки Яна Хакинга :

Сам я предпочитаю аргентинское фэнтези. Бог не писал Книгу Природы в том виде, в каком ее представляли старые европейцы. Он написал библиотеку Borgesian, каждая книга которой максимально коротка, но каждая книга несовместима с другой. Ни одна книга не является лишней. В каждой книге есть какой-то доступный человеку кусочек природы, такой, что эта книга, а не какая-либо другая, делает возможным понимание, предсказание и влияние на происходящее ... Лейбниц сказал, что Бог избрал мир, который максимизирует разнообразие явлений, выбирая при этом простейшие законы. Совершенно верно: но лучший способ максимизировать явления и иметь простейшие законы - это иметь законы, несовместимые друг с другом, каждый из которых применим к тому или иному, но ни один не применим ко всем. [55]

В физике [ править ]

В физике термин теория обычно используется для обозначения математической основы, производной от небольшого набора базовых постулатов (обычно симметрий, таких как равенство положений в пространстве или во времени, или идентичность электронов и т. Д.), Которые способны производить экспериментальные предсказания для данной категории физических систем. Хорошим примером является классический электромагнетизм , который включает результаты, полученные из калибровочной симметрии (иногда называемой калибровочной инвариантностью ), в форме нескольких уравнений, называемых уравнениями Максвелла.. Специфические математические аспекты классической электромагнитной теории называются «законами электромагнетизма», что отражает уровень последовательных и воспроизводимых свидетельств, которые их поддерживают. В теории электромагнетизма в целом существует множество гипотез о том, как электромагнетизм применим к конкретным ситуациям. Многие из этих гипотез уже считаются адекватно проверенными, а новые всегда находятся в стадии разработки и, возможно, еще не проверены. Примером последнего может быть сила реакции излучения . По состоянию на 2009 год его влияние на периодическое движение зарядов обнаруживается в синхротронах , но только в среднемэффекты с течением времени. Некоторые исследователи сейчас рассматривают эксперименты, в которых можно было бы наблюдать эти эффекты на мгновенном уровне (то есть не усредненном по времени). [56] [57]

Примеры [ править ]

Обратите внимание, что многие области исследований не имеют конкретных названных теорий, например, биология развития . Научное знание за пределами названной теории все еще может иметь высокий уровень достоверности, в зависимости от количества подтверждающих его доказательств. Также обратите внимание, что, поскольку теории основываются на данных из многих областей, категоризация не является абсолютной.

  • Биологии : клеточная теория , теория эволюции ( современный эволюционный синтез ), абиогенез , микробная теория , дисперсная теория наследования , двойная теория наследования
  • Химия : теория столкновений , кинетическая теория газов , теория Льюиса , молекулярная теория , молекулярная орбиталь теория , переход государственной теория , теория валентных связей
  • Физика : атомная теория , теория Большого Взрыва , теория Dynamo , теория возмущений , теория относительности (преемник классической механики ), квантовая теория поля
  • Науки о Земле : теория изменения климата (из климатологии ), [58] теория тектоники плит (из геологии ), теории происхождения Луны , теории иллюзий Луны.
  • Астрономия : самогравитирующая систему , звездная эволюцию , солнечная небулярная модель , звездный нуклеосинтез

Примечания [ править ]

  1. ^ Цитата: «Формально-научное определение теории сильно отличается от повседневного значения этого слова. Оно относится к исчерпывающему объяснению некоторых аспектов природы, которое подтверждается обширным массивом данных».

Ссылки [ править ]

  1. ^ Национальная академия наук (США) (1999). Наука и креационизм: взгляд из Национальной академии наук (2-е изд.). Национальная академия прессы . п. 2 . DOI : 10.17226 / 6024 . ISBN 978-0-309-06406-4. PMID  25101403 .
  2. ^ "Структура научных теорий" . Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований Стэнфордского университета. 2016 г.
  3. ^ Шаферсман, Стивен Д. «Введение в науку» .
  4. ^ Июль 2017 г., Алина Брэдфорд - участник программы Live Science 29. «Что такое научная теория?» . livescience.com . Источник 2021-01-17 .
  5. ↑ Дьявол в Дувре ,
  6. ^ a b c "Эволюция - теория или факт?" . Национальная академия наук . 2008. Архивировано из оригинала на 2009-09-07.
  7. ^ a b c Поппер, Карл (1963), предположения и опровержения , Рутледж и Кеган Пол, Лондон, Великобритания. Перепечатано в Theodore Schick (ed., 2000), Readings in the Philosophy of Science , Mayfield Publishing Company, Mountain View, Calif.
  8. ^ Андерсен, Ханна; Хепберн, Брайан (2015). «Научный метод» . В Эдварде Н. Залта (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии .
  9. ^ Ховард, Дон А. (23 июня 2018 г.). Залта, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований, Стэнфордский университет - через Стэнфордскую энциклопедию философии.
  10. ^ "Даже теории меняются" . Понимание науки . Проверено 12 февраля 2021 .
  11. ^ Алан Бейкер (2010) [2004]. «Простота» . Стэнфордская энциклопедия философии . Калифорния: Стэнфордский университет. ISSN 1095-5054 . 
  12. ^ Кортни А, Кортни М (2008). «Комментарии по поводу« природы науки » ». Физика в Канаде . 64 (3): 7–8. arXiv : 0812.4932 .
  13. ^ Elliott Sober, давайте Оккама Бритва, стр. 73-93, от Dudley Knowles (ред.) Объяснение и его пределы, Cambridge University Press (1994).
  14. ^ Национальная академия наук (2008), Наука, эволюция и креационизм.
  15. ^ Гук, Роберт (1635–1703). Микрография , наблюдение XVIII.
  16. ^ Миснер, Чарльз У .; Thorne, Kip S .; Уилер, Джон Арчибальд (1973). Гравитация, стр. 1049. Нью-Йорк: WHFreeman and Company. ISBN 0-7167-0344-0 . 
  17. ^ См. Кислотно-основная реакция .
  18. ^ a b c «Глава 1: Природа науки» . www.project2061.org .
  19. ^ См., Например, Общее происхождение и Доказательства общего происхождения .
  20. ^ Например, см. Статью об открытии Нептуна ; открытие было основано на очевидном нарушении орбиты Урана, как предсказывала ньютоновская механика. Это объяснение не потребовало какой-либо модификации теории, а скорее модификации гипотезы о том, что в Солнечной системе было всего семь планет.
  21. ↑ U. Le Verrier (1859 г.), (на французском языке), "Lettre de M. Le Verrier à M. Faye sur la théorie de Mercure et sur le mouvement du périhélie de cette planète" , Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (Париж), т. 49 (1859), стр. 379–83.
  22. ^ Например, современная теория эволюции ( современный эволюционный синтез ) включает значительный вклад Р. А. Фишера , Эрнста Майра , Дж. Б. С. Холдейна и многих других.
  23. ^ а б Вайнберг S (1993). Мечты о последней теории: поиск ученых высших законов природы.
  24. ^ Максвелл, JC, и Томпсон, JJ (1892). Трактат об электричестве и магнетизме . Серия Clarendon Press. Оксфорд: Кларендон.
  25. ^ "Как светит солнце" . www.nobelprize.org .
  26. ^ Сильная сила , то электрослабого сила , и сила тяжести . Электрослабая сила - это объединение электромагнетизма и слабой силы . Считается, что все наблюдаемые причинные взаимодействия происходят через один или несколько из этих трех механизмов, хотя большинство систем слишком сложны для их объяснения, за исключением последовательных приближений, предлагаемых другими теориями.
  27. ^ Альберт Эйнштейн (1905) " Zur Elektrodynamik bewegter Körper архивной 2009-12-29 в Wayback Machine ", Annalen дер Physik 17: 891; Английский перевод «Электродинамика движущихся тел » Джорджа Баркера Джеффри и Уилфрида Перретта (1923); Еще один английский перевод Мег Над Саха «Электродинамика движущихся тел »(1920).
  28. ↑ Шварц, Джон Х (март 1998 г.). «Последние достижения в теории суперструн» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (6): 2750–57. Bibcode : 1998PNAS ... 95.2750S . DOI : 10.1073 / pnas.95.6.2750 . PMC 19640 . PMID 9501161 .  
  29. ^ См. Тесты специальной теории относительности . Также, например: Сидни Коулман, Шелдон Л. Глэшоу, Космические лучи и нейтринные тесты специальной теории относительности , Phys. Lett. B405 (1997) 249–52, можно найти здесь [1] . Обзор можно найти здесь.
  30. ^ Б Роберто Торретти, Философия физики (Кембридж: Cambridge University Press, 1999), стр 289-90. .
  31. ^ a b "Научные законы и теории" .
  32. ^ См., Например, статью о физическом законе .
  33. ^ «Определения фактов, теории и права в научной работе» . 16 марта 2016 г.
  34. ^ «Хардинг (1999)» .
  35. ↑ Уильям Ф. МакКомас (30 декабря 2013 г.). Язык естественнонаучного образования: расширенный глоссарий ключевых терминов и концепций в преподавании естественных наук и обучении . Springer Science & Business Media. п. 107. ISBN 978-94-6209-497-0.
  36. ^ "В чем разница между научной гипотезой, теорией и законом?" .
  37. ^ Гулд, Стивен Джей (1981-05-01). «Эволюция как факт и теория» . Откройте для себя . 2 (5): 34–37.
  38. ^ Другие примеры можно найти здесь [2] и в статье об эволюции как факте и теории .
  39. ^ «Очерк» . ncse.com . Проверено 25 марта 2015 года .
  40. ^ Suppe, Фредерик (1998). «Понимание научных теорий: оценка событий, 1969–1998» (PDF) . Философия науки . 67 : S102 – S115. DOI : 10.1086 / 392812 . S2CID 37361274 . Проверено 14 февраля 2013 года .  
  41. ^ Halvorson Ганс (2012). "Какими научными теориями быть не могло" (PDF) . Философия науки . 79 (2): 183–206. CiteSeerX 10.1.1.692.8455 . DOI : 10.1086 / 664745 . S2CID 37897853 . Проверено 14 февраля 2013 года .   
  42. ↑ Фригг, Роман (2006). «Научное представление и семантическое представление теорий» (PDF) . Теория . 55 (2): 183–206 . Проверено 14 февраля 2013 года .
  43. Перейти ↑ Hacking, Ian (1983). Представление и вмешательство. Вводные разделы философии естествознания . Издательство Кембриджского университета.
  44. Перейти ↑ Box, George EP & Draper, NR (1987). Построение эмпирических моделей и поверхности отклика. Вайли. п. 424
  45. ^ Лоренцо Иорио (2005). «О возможности измерения сжатия Солнца и некоторых релятивистских эффектов от планетарного измерения». Астрономия и астрофизика . 433 (1): 385–93. arXiv : gr-qc / 0406041 . Бибкод : 2005A & A ... 433..385I . DOI : 10.1051 / 0004-6361: 20047155 . S2CID 1546486 . 
  46. ^ Майлс Стэндиш, Лаборатория реактивного движения (1998)
  47. ^ Например, Риз и Оверто (1970); Лернер (1998); также Lerner & Teti (2005) в контексте моделирования человеческого поведения.
  48. ↑ Исаак Азимов, Понимание физики (1966), стр. 4–5.
  49. ^ Хокинг, Стивен (1988). Краткая история времени . Bantam Books . ISBN 978-0-553-38016-3.
  50. ^ Хемпель. CG 1951 «Проблемы и изменения в эмпирическом критерии смысла» в аспектах научного объяснения . Гленко: Свободная пресса. Куайн, WVO 1952 «Две догмы эмпиризма» перепечатаны в книге « С логической точки зрения» . Кембридж: Издательство Гарвардского университета
  51. ^ a b Филип Китчер 1982 Злоупотребление наукой: аргументы против креационизма , стр. 45–48. Кембридж: MIT Press
  52. ^ Хемпель CG 1952. Основы формирования концепций в эмпирической науке. (Том 2, № 7 « Основ единства науки. К Международной энциклопедии единой науки» ). University of Chicago Press, стр. 36.
  53. ^ Поланьи М. 1958. Личные знания. К посткритической философии. Лондон: Рутледж и Кеган Пол, стр. 4.
  54. ^ Галилей, Пробирщик , как переведено Стиллман Drake (1957), открытие и мнения Галилео стр. 237-38.
  55. Перейти ↑ Hacking I. 1983. Представление и вмешательство. Издательство Кембриджского университета, стр. 219.
  56. ^ Кога J и ЯМАГИВА M (2006). Эффекты радиационных реакций при взаимодействии лазерных импульсов сверхвысокой освещенности с множественными электронами.
  57. ^ [3] [ мертвая ссылка ]
  58. ^ Пласс, Г. Н. , 1956, Теория изменения климата,связанная с углекислым газом, Теллус VIII, 2. (1956), стр. 140–54.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Продавцы, Пирс (17 августа 2016 г.). «Космос, изменение климата и реальный смысл теории» . Житель Нью-Йорка . Проверено 18 августа 2016 года ., эссе британского / американского метеоролога и астронавта НАСА об антопогенном глобальном потеплении и «теории»