Научная теория - Scientific theory

Для более широкого освещения этой темы см. теория.

А научная теория является объяснением одного из аспектов естественный мир, который может быть неоднократно проверено и проверено в соответствии с научный метод, используя принятые протоколы из наблюдение, измерение и оценка результатов. По возможности теории проверяются в контролируемых условиях в эксперимент.[1][2] В обстоятельствах, не поддающихся экспериментальной проверке, теории оцениваются с помощью принципов похищающие рассуждения. Установившиеся научные теории выдержали строгую проверку и воплощают научные знания.[3]

Значение термина научная теория (часто по контракту с теория для краткости) как используется в дисциплины науки существенно отличается от обычного просторечный использование теория.[4][примечание 1] В повседневной речи теория может подразумевать объяснение, которое представляет собой необоснованный и спекулятивный Угадай,[4] тогда как в науке он описывает объяснение, которое было проверено и широко признано действительным. Эти разные способы использования сравнимы с противоположными способами использования прогноз в науке против обычной речи, где это означает простую надежду.

Сила научной теории связана с разнообразием явлений, которые она может объяснить, и ее простотой. В качестве дополнительных научное доказательство собрана, 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. Это не означает, что все теории можно коренным образом изменить (например, хорошо зарекомендовавшие себя фундаментальные научные теории, такие как эволюция, гелиоцентрическая теория, Клеточная теория, теория тектоники плит, микробная теория болезни, так далее.). В некоторых случаях менее точная неизмененная научная теория все же может рассматриваться как теория, если она полезна (из-за своей абсолютной простоты) в качестве приближения при определенных условиях. Речь идет о Законы движения Ньютона, что может служить приближением к специальная теория относительности со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света.

Научные теории проверяемый и сделать фальсифицируемый предсказания.[5] Они описывают причины конкретного природного явления и используются для объяснения и прогнозирования аспектов физического вселенная или конкретные области исследования (например, электричество, химия и астрономия). Ученые используют теории для расширения научных знаний, а также для содействия развитию технологии или лекарство.

Как и другие формы научного знания, научные теории дедуктивный и индуктивный,[6] стремясь к предсказательный и объяснительная сила.

В палеонтолог Стивен Джей Гулд писал, что «... факты и теории - разные вещи, а не ступени в иерархии возрастающей уверенности. Факты - это данные мира. Теории - это структуры идей, которые объясняют и интерпретируют факты».[7]

Типы

Альберт Эйнштейн описаны 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.[8]

Характеристики

Основные критерии

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 всего научного знания, включая теории, является способность делать фальсифицируемый или проверяемый предсказания. 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.

Тело описаний знания можно назвать теорией, если она соответствует следующим критериям:

  • Это делает фальсифицируемый предсказания с постоянной точностью в широкой области научных исследований (например, механика ).
  • 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, верны для таких устоявшихся теорий, как специальный и общая теория относительности, квантовая механика, тектоника плит, то современный эволюционный синтез, так далее.

Прочие критерии

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.[нужна цитата ]
  • Это одно из самых экономных объяснений, экономичное в использовании предлагаемых сущностей или пояснительных шагов в соответствии с бритва Оккама. Это связано с тем, что для каждого принятого объяснения явления может быть чрезвычайно большое, возможно, даже непонятное, количество возможных и более сложных альтернатив, потому что всегда можно обременить ошибочные объяснения для этого случая гипотезы предотвратить их подделку; поэтому более простые теории предпочтительнее более сложных, потому что они более проверяемый.[9][10][11]

Определения научных организаций

В Национальная академия наук США 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.[12]

От Американская ассоциация 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 научные модели.

Формирование

Первое наблюдение клетки, к Роберт Гук, используя ранний микроскоп.[13] Это привело к развитию Клеточная теория.

В научный метод включает предложение и тестирование гипотезы, выводя предсказания исходя из гипотез о результатах будущих экспериментов, а затем выполнить эти эксперименты, чтобы проверить, верны ли прогнозы. 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, он будет широко принят 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, прогнозы, сделанные классическая механика известны как неточные в релятивистской сфере, но они почти в точности верны при сравнительно низких скоростях обычного человеческого опыта.[14] В химия, Есть много кислотно-основные теории дающие очень разные объяснения основной природы кислотных и основных соединений, но они очень полезны для предсказания их химического поведения.[15] Как и все знания в науке, никакая теория никогда не может быть полностью определенный, поскольку вполне возможно, что будущие эксперименты могут противоречить предсказаниям теории.[16] Однако теории, поддерживаемые научным консенсусом, обладают наивысшей степенью достоверности среди всех научных знаний; например, что все объекты подлежат сила тяжести или та жизнь на Земле развился из общий предок.[17]

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 проверить позже, и если они неверны, это может привести к пересмотру или отклонению теории.

Модификация и улучшение

Если наблюдаются экспериментальные результаты, противоречащие предсказаниям теории, ученые сначала оценивают, был ли план эксперимента правильным, и если да, они подтверждают результаты независимыми репликация. 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.[18] Со временем, по мере того, как последовательные модификации накладываются друг на 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.[16] Более 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 г. известно, что наблюдаемые прецессия перигелия Меркурия нарушает механику Ньютона,[19] но теория оставалась лучшим объяснением до тех пор, пока относительность 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.[20]

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, и продолжительность времени, в течение которого теория (или любой из ее принципов) остается принятой, часто указывает на силу ее подтверждающих доказательств.

Объединение

В квантовая механика, то электроны атома занимают орбитали вокруг ядро. На этом изображении показаны орбитали водород атом (s, п, d) на трех разных энергетических уровнях (1, 2, 3). Более яркие области соответствуют более высокой плотности вероятности.

В некоторых случаях две или более теории могут быть заменены одной теорией, которая объясняет предыдущие теории как приближения или частные случаи, аналогично тому, как теория является объединяющим объяснением для многих подтвержденных гипотез; это называется объединение теорий.[21] Например, электричество и магнетизм теперь известно, что это два аспекта одного и того же явления, называемого электромагнетизм.[22]

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 мог гореть достаточно долго, чтобы допустить определенные геологические изменения, а также эволюция жизни. Это было решено открытием термоядерная реакция, главный источник энергии Солнца.[23] Противоречия также можно объяснить как результат теорий, приближающих более фундаментальные (непротиворечивые) явления. Например, атомная теория является приближением квантовая механика. Современные теории описывают три отдельных фундаментальные явления из которых все другие теории являются приближениями;[24] их потенциальное объединение иногда называют Теория всего.[21]

Пример: относительность

В 1905 г. Альберт Эйнштейн опубликовал принцип специальная теория относительности, которое вскоре стало теорией.[25] Специальная теория относительности предсказала согласованность ньютоновского принципа Галилеевская инвариантность, также называемый Галилея относительность, с электромагнитным полем.[26] Исключая из специальной теории относительности светоносный эфир, Эйнштейн заявил, что замедление времени и сокращение длины измеренная в объекте, находящемся в относительном движении, равна инерционный - то есть объект демонстрирует постоянную скорость, который скорость с направление при измерении наблюдателем. Тем самым он продублировал Преобразование Лоренца и Лоренцево сокращение это было выдвинуто гипотезой для решения экспериментальных загадок и вставлено в электродинамическую теорию как динамическое следствие свойств эфира. Изящная теория, специальная теория относительности дала свои следствия,[27] такой 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, а в другой - как магнетизм.

Эйнштейн стремился распространить принцип инвариантности на все системы отсчета, будь то инерционные или ускоряющие.[28] Отказ от тяготения Ньютона - а центральная сила действует мгновенно на расстоянии - Эйнштейн предположил наличие гравитационного поля. В 1907 году Эйнштейн принцип эквивалентности подразумевается, что свободное падение в однородном гравитационном поле эквивалентно инерционный движение.[28] Распространяя эффекты специальной теории относительности на три измерения, общая теория относительности удлиненное сокращение длины в сжатие 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 рассматривается как более объясняющая теория через научный реализм, Теория Ньютона остается успешной только как теория прогнозов через инструментализм. Для расчета траекторий инженеры и НАСА по-прежнему используют уравнения Ньютона, с которыми проще работать.[16]

Теории и законы

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.[29] Однако научные законы - это описательные отчеты о том, как природа будет вести себя при определенных условиях.[30] Научные теории шире по своему охвату и дают всеобъемлющие объяснения того, как работает природа и почему она проявляет определенные характеристики. Теории поддерживаются доказательствами из множества различных источников и могут содержать один или несколько законов.[31]

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.[29][32][33] Как теории, так и законы потенциально могут быть опровергнуты соответствующими доказательствами.[34]

Теории и законы также отличаются от гипотезы. В отличие от гипотез, теории и законы можно просто называть научный факт.[35][36]Однако в науке теории отличаются от фактов, даже если они хорошо обоснованы.[37] Например, эволюция это оба теория и факт.[4]

О теориях

Теории как аксиомы

В логические позитивисты думал о научных теориях как о заявлениях в формальный язык. Логика первого порядка является примером 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 они не могут быть непосредственно наблюдаемы чувствами (например, атомы и радиоволны ), рассматривались как теоретические концепции. С этой точки зрения теории функционируют как аксиомы: предсказанные наблюдения основаны на теориях, очень похожих на теоремы получены в Евклидова геометрия. Однако затем предсказания проверяются на соответствие действительности для проверки теорий, и «аксиомы» могут быть пересмотрены как прямой результат.

Фраза "полученный взгляд на теории "используется для описания этого подхода. Обычно с ним связаны следующие термины"лингвистический "(потому что теории являются составными частями языка) и"синтаксический "(потому что в языке есть правила о том, как символы могут быть соединены вместе). Проблемы с точным определением этого типа языка, например, наблюдаемые в микроскоп объекты или являются ли они теоретическими объектами, привели к фактическому упадку логического позитивизма в 1970-х годах. .

Теории как модели

Основная статья: Научная модель

В семантический взгляд на теории, который отождествляет научные теории с модели скорее, чем предложения, заменил сложившееся мнение как доминирующее положение в формулировании теории в философии науки.[38][39][40] Модель - это логическая структура, предназначенная для представления реальности («модель реальности»), подобная тому, как карта представляет собой графическую модель, представляющую территорию города или страны.[41][42]

Прецессия из перигелий из Меркурий (преувеличено). Отклонение положения Меркурия от предсказания Ньютона составляет около 43 угловые секунды (около двух третей 1/60 степень ) в столетие.[43][44]

При таком подходе теории представляют собой особую категорию моделей, удовлетворяющих необходимым критериям (см. над ). 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. У этих объектов есть 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; за Меркурий, это немного неточно и модель общая теория относительности должен использоваться вместо этого.

Слово "семантический "относится к способу, которым 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 являются репрезентативными для реальной сущности. дома - это не дом; но тому, кто хочет узнать о дома, аналогично тому, как это делается для ученого, который хочет понять реальность, достаточно подробной масштабной модели может хватить.

Различия между теорией и моделью

Основная статья: Концептуальная модель

Несколько комментаторов[45] заявили, что отличительной чертой теорий является то, что они являются объяснительными, а также описательными, в то время как модели являются только описательными (хотя все еще являются предсказательными в более ограниченном смысле). Философ Стивен Пеппер также различал теории и модели и сказал в 1948 году, 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 математической модели с использованием пакета компьютерного программного обеспечения, такого как системы автоматизированного проектирования орудие труда. Каждая из составных частей моделируется с указанием производственных допусков. An чертеж в разобранном виде используется для определения последовательности 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: Компьютерная инженерия, Автоматическое производство, и 3D печать

Предположения при формулировании теорий

Предположение (или аксиома ) - заявление, 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 как полезные или бесполезные, в зависимости от того, соответствуют ли сделанные из них выводы действительности ... Поскольку мы должны с чего-то начинать, мы должны иметь предположения, но, по крайней мере, позвольте нам иметь как можно меньше предположений.[46]

Для всех эмпирических утверждений необходимы определенные предположения (например, предположение, что реальность существуют). 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 того, 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 инерциальная система 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 работает и 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 предполагать («принять, принять к себе, усыновить, узурпировать»), что является сочетанием объявление- ("в сторону, в") и сумер (принять). Корень сохранился со сдвигом значений в итальянском предполагать и испанский сумир. 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, «допущение» 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

От философов науки

Карл Поппер описал характеристики научной теории следующим образом:[5]

  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. Всякая 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, если они окажутся ложными, могут по-прежнему поддерживаться их поклонниками - например, путем введения post hoc (постфактум) некоторых вспомогательная гипотеза или предположение, или переосмысливая теорию post hoc таким образом, чтобы избежать опровержения.Такая процедура всегда возможна, но она спасает теорию от опровержения только ценой разрушения или, по крайней мере, понижения ее научного статуса путем фальсификация 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».[5] Вторя этому, Стивен Хокинг заявляет: «Теория является хорошей теорией, если она удовлетворяет двум требованиям: она должна точно описывать большой класс наблюдений на основе модели, которая содержит лишь несколько произвольных элементов, и она должна делать определенные прогнозы относительно результатов 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».[47]

Однако некоторые философы и историки науки утверждали, что определение теории Поппером как совокупности фальсифицируемых утверждений неверно.[48] потому что, как Филип Китчер Как отмечал, если придерживаться строго попперовского взгляда на «теорию», наблюдения Урана, когда он был впервые обнаружен в 1781 году, «фальсифицировали» 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».[49] 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:[49]

  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, подобная теории Ньютона, открывает новые области исследований…. Поскольку теория представляет новый взгляд на мир, она может побудить нас задавать новые вопросы и, таким образом, приступать к новым и плодотворным направлениям исследование ... Как правило, процветающая наука неполна. В любое время она поднимает больше вопросов, чем в настоящее время может ответить. 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 проверена 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

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

Ее 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.[50]

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. Действительно, всю теорию можно рассматривать как своего рода карту, растянутую на пространство и время.[51]

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

Философия [т.е. физика] написано 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.[52]

Книжная метафора также может быть применена в следующем отрывке современным философом науки. Ян Хакинг:

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.[53]

В физике

В физика, период, термин теория обычно используется для математической основы - полученный из небольшого набора основных постулаты (обычно симметрии - например, равенство положений в пространстве или во времени, идентичность электронов и т. д.) - которые способны давать экспериментальные предсказания для данной категории физических систем. Хороший пример - классический электромагнетизм, который включает результаты, полученные из калибровочная симметрия (иногда называют калибровочная инвариантность ) в виде нескольких уравнений, называемых Уравнения 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 синхротроны, но только как усредненный эффекты с течением времени. Некоторые исследователи сейчас рассматривают эксперименты, в которых можно было бы наблюдать эти эффекты на мгновенном уровне (т.е. не усредненном по времени).[54][55]

Примеры

Обратите внимание, что многие области исследования не имеют конкретных именованных 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.

Примечания

  1. ^ Цитата: «Формальное научное определение теории сильно отличается от повседневного значения этого слова. Оно относится к исчерпывающему объяснению некоторых аспектов природы, которое подтверждается огромным количеством доказательств».

Рекомендации

  1. ^ Национальная академия наук (США) (1999). Наука и креационизм: взгляд из Национальной академии наук (2-е изд.). Национальная академия прессы. п.2. Дои: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. ^ а б c "Эволюция - теория или факт?". Национальная Академия Наук. 2008. Архивировано с оригинал на 2009-09-07.
  5. ^ а б c Поппер, Карл (1963), Домыслы и опровержения, Рутледж и Кеган Пол, Лондон, Великобритания. Перепечатано в Теодор Шик (изд., 2000), Чтения по философии науки, Mayfield Publishing Company, Маунтин-Вью, Калифорния.
  6. ^ Андерсен, Ханне; Хепберн, Брайан (2015). "Научный метод". В Эдварде Н. Залта (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии.
  7. ^ Дьявол в Дувре,
  8. ^ Ховард, Дон А. (23 июня 2018 г.). Залта, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии. Лаборатория метафизических исследований, Стэнфордский университет - через Стэнфордскую энциклопедию философии.
  9. ^ Алан Бейкер (2010) [2004]. "Простота". Стэнфордская энциклопедия философии. Калифорния: Стэнфордский университет. ISSN  1095-5054.
  10. ^ Кортни А., Кортни М. (2008). «Комментарии по поводу» природы науки"". Физика в Канаде. 64 (3): 7–8. arXiv:0812.4932.
  11. ^ Эллиот Собер, Let's Razor Occam's Razor, стр. 73–93, из Дадли Ноулза (ред.) Объяснение и его пределы, Cambridge University Press (1994).
  12. ^ Национальная Академия Наук (2008), Наука, эволюция и креационизм.
  13. ^ Гук, Роберт (1635–1703). Микрография, Наблюдение XVIII.
  14. ^ Миснер, Чарльз У .; Thorne, Kip S .; Уилер, Джон Арчибальд (1973). Гравитация, п. 1049. Нью-Йорк: У. Фриман и компания. ISBN  0-7167-0344-0.
  15. ^ Видеть Кислотно-основная реакция.
  16. ^ а б c «Глава 1: Природа науки». www.project2061.org.
  17. ^ См., Например, Общий спуск и Доказательства общего происхождения.
  18. ^ Например, см. Статью о открытие Нептуна; открытие было основано на очевидном нарушении орбиты Уран как предсказывает ньютоновская механика. Это объяснение не потребовало какой-либо модификации теории, а скорее модификации гипотезы о том, что в Солнечной системе было всего семь планет.
  19. ^ У. Леверье (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), vol. 49 (1859), стр. 379–83.
  20. ^ Например, современная теория эволюции ( современный эволюционный синтез ) включает значительный вклад Р. А. Фишер, Эрнст Майр, Дж. Б. С. Холдейн, и много других.
  21. ^ а б Вайнберг С (1993). Мечты о последней теории: поиск ученых высших законов природы.
  22. ^ Максвелл, Дж. К., и Томпсон, Дж. Дж. (1892). Трактат об электричестве и магнетизме. Серия Clarendon Press. Оксфорд: Кларендон.
  23. ^ «Как светит солнце». www.nobelprize.org.
  24. ^ В сильная сила, то электрослабая сила, и сила тяжести. Электрослабая сила - это объединение электромагнетизм и слабая сила. 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.
  25. ^ Альберт Эйнштейн (1905) "Zur Elektrodynamik bewegter Körper В архиве 2009-12-29 в Wayback Machine ", Annalen der Physik 17: 891; английский перевод К электродинамике движущихся тел. к Джордж Баркер Джеффри и Уилфрид Перретт (1923); Другой английский перевод К электродинамике движущихся тел. к Мег Над Саха (1920).
  26. ^ 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. Дои:10.1073 / пнас.95.6.2750. ЧВК  19640. PMID  9501161.
  27. ^ Видеть Тесты специальной теории относительности. Также, например: Сидни Коулман, Шелдон Л. Глэшоу, Космические лучи и нейтрино. Тесты специальной теории относительности, Phys. Lett. B405 (1997) 249–52, можно найти здесь [1]. Обзор можно найти Вот.
  28. ^ а б Роберто Торретти, Философия физики (Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1999 г.), стр. 289–90.
  29. ^ а б «Научные законы и теории».
  30. ^ См. Статью о Физический закон, Например.
  31. ^ «Определения факта, теории и права в научной работе». 16 марта 2016 г.
  32. ^ «Хардинг (1999)».
  33. ^ Уильям Ф. МакКомас (30 декабря 2013 г.). Язык естественнонаучного образования: расширенный глоссарий ключевых терминов и понятий в преподавании естественных наук и обучении. Springer Science & Business Media. п. 107. ISBN  978-94-6209-497-0.
  34. ^ «В чем разница между научной гипотезой, теорией и законом?».
  35. ^ Гулд, Стивен Джей (1981-05-01). «Эволюция как факт и теория». Обнаружить. 2 (5): 34–37.
  36. ^ Дополнительные примеры здесь [2], а в статье о Эволюция как факт и теория.
  37. ^ "Сочинение". ncse.com. Получено 25 марта 2015.
  38. ^ Суппе, Фредерик (1998). «Понимание научных теорий: оценка событий, 1969–1998» (PDF). Философия науки. 67: S102 – S115. Дои:10.1086/392812. S2CID  37361274. Получено 14 февраля 2013.
  39. ^ Халворсон, Ханс (2012). «Какими не могут быть научные теории» (PDF). Философия науки. 79 (2): 183–206. CiteSeerX  10.1.1.692.8455. Дои:10.1086/664745. S2CID  37897853. Получено 14 февраля 2013.
  40. ^ Фригг, Роман (2006). «Научное представление и семантический взгляд на теории» (PDF). Теория. 55 (2): 183–206. Получено 14 февраля 2013.
  41. ^ Взлом, Ян (1983). Представление и вмешательство. Вводные разделы философии естествознания. Издательство Кембриджского университета.
  42. ^ Box, Джордж Э. И Дрейпер, Н. (1987). Построение эмпирических моделей и поверхности отклика. Вайли. п. 424
  43. ^ 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. Bibcode:2005A&A ... 433..385I. Дои:10.1051/0004-6361:20047155. S2CID  1546486.
  44. ^ Майлс Стэндиш, Лаборатория реактивного движения (1998)
  45. ^ Например, Риз и Оверто (1970); Лернер (1998); также Lerner & Teti (2005) в контексте моделирования человеческого поведения.
  46. ^ Исаак Азимов, Понимание физики (1966) стр. 4–5.
  47. ^ Хокинг, Стивен (1988). Краткая история времени. Bantam Книги. ISBN  978-0-553-38016-3.
  48. ^ Хемпель. К.Г. 1951 "Проблемы и изменения в эмпирическом критерии значения" в Аспекты научного объяснения. Гленко: Свободная пресса. Куайн, W.V.O. 1952 г. "Две догмы эмпиризма" перепечатаны в С логической точки зрения. Кембридж: Издательство Гарвардского университета
  49. ^ а б Филип Китчер 1982 Злоупотребление наукой: аргументы против креационизмаС. 45–48. Кембридж: MIT Press
  50. ^ Хемпель CG 1952. Основы концептуального формирования в эмпирической науке. (Том 2, # 7 из Основы единства науки. К Международной энциклопедии объединенной науки). University of Chicago Press, стр. 36.
  51. ^ Поланьи М. 1958. Личные знания. К посткритической философии. Лондон: Рутледж и Кеган Пол, стр. 4.
  52. ^ Галилео Галилей, Пробирщик, как переведено Стиллман Дрейк (1957), Открытия и мнения Галилея С. 237–38.
  53. ^ Взлом I. 1983. Представление и вмешательство. Издательство Кембриджского университета, стр. 219.
  54. ^ Кога Дж. И Ямагива М. (2006). Эффекты радиационных реакций при взаимодействии лазерных импульсов сверхвысокой освещенности с множественными электронами.
  55. ^ [3][мертвая ссылка ]
  56. ^ Пласс, Г., 1956, Теория изменения климата, связанная с углекислым газом, Скажи нам VIII, 2. (1956), стр. 140–54.

дальнейшее чтение