Научная теория

Научная теория в науках (также называемая эмпирическая теория) включает собрание понятий en:Conceptкак абстракции en:Abstractionзаметных явлений en:Phenomena, выраженные в виде измеряемых свойств вместе с правилами (названными научными законами), когда имеются специальные соотношения между наблюдаемыми явлениями. Научная теория строится, чтобы соответствовать доступным эмпирическим данным о таких наблюдаеиых явлений, и выдвинута как принцип или тело принципов для того, чтобы объяснить класс этих явлений.

Научная теория — тип дедуктивной теории в том ее содержании (то есть эмпирических данных), когда может быть выражена в пределах некоторой формальной системы логики en:Formal_system, где элементарные правила (то есть научные законы) взяты в виде аксиом. В дедуктивной теории, любое предложение, которое является логическим последствием en:Logical_consequence одной или большего количества аксиом, что является также предложением той теории.

В гуманитарных науках, каждый находит теории, предмет которых (не только) касается не только эмпирических данных, а скорее идей. Такие теории находятся в области философских теорий, противопоставленных научным теориям. Философская теория не обязательно с научной точки зрения тестируема через эксперимент.

Теории как модели

Теории главным образом построены, чтобы объяснить, предсказать, и справиться с явлениями (например, неодушевленными вещами, событиями, или поведением животных). О научной теории можно думать как о модели действительности, и её утверждений как аксиомы некоторой аксиоматической системы. Цель этого построения состоит в том, чтобы создать формальную систему, для которой действительность (объективная реальность) является единственной моделью. Мир — интерпретация (или модель) таких научных теорий, только по тому, что науки верны.

Описание и предсказание

Повторение научного философа Карла Поппера, {Карл Поппер} Стивен Хокинг en:Stephen_Hawking в Краткой Истории Времени en:A_Brief_History_of_Time заявляет:

Теория - хорошая теория, если это удовлетворяет два требования: Это должно точно описать большой класс наблюдений на основе модели, которая содержит только несколько произвольных элементов, и это должно сделать определенные предсказания о результатах будущих наблюдений.

Он продолжает:

Любая физическая теория является всегда временной, в смысле, что это является только гипотезой; Вы никогда не можете доказывать это. Независимо от того, сколько времен результаты экспериментов соглашаются с некоторой теорией, Вы никогда не можете убеждаться, что в следующий раз результат не будет противоречить теории. С другой стороны, Вы можете опровергнуть теорию, находя даже единственное наблюдение, которое не соглашается с предсказаниями теории.

Невыводимость, но falsifiable природы теорий — необходимое последствие использования индуктивной логики en:Inductive_logic.

Предположения при формулировании теории

Это — представление, разделенное Айзеком Азимовым en:Isaac_Asimov. В Понимании Физики, Азимов говорил о теориях как аргументы, где каждый выводит схему или модель. Аргументы или теории всегда начинаются с некоторого помещения — произвольные элементы как Распродажа, называет их (см. выше) - которые здесь описаны как предположения. Предположение согласно Азимову:

... кое-что принятое без доказательства, и неправильно говорить о предположении как или истинный или ложный, с тех пор нет никакого способа доказать это, чтобы быть любой (Если бы был, то это больше не было бы предположение). Лучше рассмотреть предположения как или полезные или бесполезные в зависимости от того, соответствовало ли вычитание, сделанное от них действительности.... С другой стороны, кажется очевидным, что предположения являются слабыми пунктами в любом аргументе, поскольку они должны быть приняты на вере в философию науки, которая гордится ее рационализмом. Так как мы должны начать где-нибудь, мы должны иметь предположения, но по крайней мере позволять нам иметь как немного предположений насколько возможно.

Пример: Специальная Теория Относительности

Как пример использования предположений, чтобы сформулировать теорию, рассмотрите, как Альберт Эйнштейн выдвигал его Специальную Теорию Относительности en:Special_Theory_of_Relativity. Он взял два явления, которые были соблюдены — это что дополнение скоростей является действительным (галилейское преобразование en:Galilean_transformation), и тот свет, казалось, не имел дополнение скоростей (эксперимент Michelson-Morley). Он предполагал, что оба наблюдения были правильными, и сформулировал его теорию, основанную на этих предположениях, просто изменяя галилейское преобразование, чтобы приспособить нехватку дополнения скоростей относительно скорости света. Модель, созданная в его теории, поэтому, базируется при условии, что свет поддерживает постоянную скорость (или более обычно: скорость света — постоянная).

Пример: Птолемей

Пример того, как теории — модели, може быть замечен по теориям на планетарной системе. Греки сформулировали теории, которые сделал сделал запись астроном Птолемей en:Ptolemy. В планетарной модели Птолемея земля была в центре планеты и солнце двигалось по круглым орбитам вокруг земли, и звезды были в сфере вне орбит планеты и земли. Ретроградное движение en:Apparent_retrograde_motion планет объяснялось меньшими круглыми орбитами индивидуальных планет. Это могло быть иллюстрировано как модель, и могло даже быть встроено в буквальную модель. Математические вычисления могли быть сделаны согласно с предсказаниями в большой степени точности о том, где будут планеты. Его модель планетарной системы жила в течение более чем 1500 лет до времени Коперника en:Copernicus. Таким образом, можно видеть, что теория — модель действительности , которая объясняет определенные научные факты; тем не менее теория скорее не удовлетворительная картина действительности. Другая, более приемлемая теория, может позже заменить предыдущую модель, также, когда коперниканская теория заменяла Птолемееву теорию. Или,например, новая теория может использоваться, чтобы изменить старшую теорию, когда Einstein изменил ньютоновскую механику (которая все еще используется для того, чтобы вычислить планетарные орбиты или моделировать относящиеся к космическому кораблю траектории) с его теориями относительности.

Различия между теорией и моделью

Центральной в природе моделью в отличие от общих моделей является модель, позволяющая сравнить модели, представленная для того(буквально, представление), чтобы описать специфические аспекты явления или манеры взаимодействия среди ряда явлений. Например, модель масштаба дома или солнечной системы — ясно не фактический дом или фактическая солнечная система; аспекты фактического дома или фактической солнечной системы, представленной в модели масштаба, только определенными ограниченными способами, представитель фактического юридического лица. Большинством предствляемых способов, которые имеют значение очевидны, что модель масштаба дома не дом. Несколько комментаторов (например, Reese и Сверхтонна 1970; Lerner, 1998; Lerner и Teti, 2005, в контексте моделирования человеческого поведения), заявили, что важное различие между теориями и моделями — то, что первое является объяснительным так же как описательным, в то время как второе является только описательным (хотя все еще прогнозирующим в более ограниченном смысле). Генерал моделирует и теории, согласно философу Стивену Пепперу (1948) en:Stephen_Pepper — кто также различает теории, и модели — основаны на метафоре корня, которая ограничивает, как ученые теоретизируют и моделируют явление и таким образом достигают тестируемых гипотез. { Стивен Пеппер}

Существенные критерии

Особенность определения научной теории — та, что это делает фальсифицированые en:Falsifiable или тестируемые предсказания en:Predictive_power. Уместность и специфика тех предсказаний определяют, насколько потенциально полезна теория. Потенциальная теория, которая не делает никаких предсказаний, которые могут быть соблюдены, не полезная теория. Предсказания, не достаточно определенные и не проверенные одинаково не полезны. В обоих случаях, понятие теория едва применима.

Практически набор описаний знания en:Knowledge обычно только называют теорией, как только это имеет минимальное эмпирическое основание, и согласно определенным критериям:

• Это совместимо с существующей ранее теорией в случае, когда существующая ранее теория была экспериментально проверена, хотя это будет часто показывать существующую ранее теорию как неправильную в точном смысле.

Это поддержано многими рамками свидетельства, а не единственного фонда, гарантируя, что это — вероятно хорошее приближение, если не полностью правильное.

Несущественные критерии

Дополнительно, к теории вообще можно относятся серьезно, если:

• Это является предварительным en:Parsimony#Science, корректируемым, и динамическим в учете изменений, поскольку новые факты обнаружены, вместо того, чтобы утверждать уверенность.
• Это - самое скупое объяснение, экономящее в предложенных объектах, или когда объяснения обычно называли как прохождение теста бритвы Оккама. {скупой}
• Это верно для таких установленных теорий как специальная и общая теория относительности, квантовая механика, тектоника плит en:Plate_tectonics, развитие, и т.д. Теории считающиеся научным, встречаются по крайней мере больше всего, но идеально, если учтены эти дополнительные критерии.

Теории не должны быть совершенно точными, быть с научной точки зрения полезными.

• Предсказания, сделанные Классической механикой, как известно, являются неточными, но они — достаточно хорошие приближения при большинстве обстоятельств, что они все еще очень полезны и широко используются вместо более точных, но математически трудных теорий.
• По химии, есть много кислотно-щелочных теорий en:Acid-base_theories, которые, обеспечивая очень расходящиеся объяснения того, что действительно делает кислоты кислот и основания оснований, и они являются очень полезными для того, чтобы описать феноменологию определенных химических реакций, которые подпадают под понятие кислотно-щелочной реакции. В некотором смысле, понятие обобщенной кислотно-щелочной реакции точно не определено, и поэтому теории о том, что дает начало кислотно-щелочной химии, неточны; тем не менее, они - полезные научные теории.

Критерии для научного статуса

Карл Поппер en:Karl_Popper описал особенности научной теории следующим образом:

• Легко получить подтверждения, или проверки, для почти каждой теории — если мы ищем подтверждения.
• Подтверждения должны быть рассчитаны, только если они — результат опасных предсказаний; то есть, если, неопределённость в соответствии с рассматриваемой теорией ожидаема, которая был несовместима с теорией — случаем, который опровергнет теорию.
• Каждая хорошая научная теория — запрещение: это запрещает определенным вещам случаться. Чем больше теория запрещает, тем лучше это.
• Теория, которая не опровержима любым мыслимым случаем, ненаучна. Неопровержимость не достоинство теории (поскольку люди часто думают), но недостаток.
• Каждый подлинный тест теории — попытка фальсифицировать это, или опровергать это. Контролируемость — фальсифицируемость; но есть степени контролируемости: некоторые теории являются более тестируемыми, более выставленными опровержению, чем другие; они берут, на самом деле, большие риски.
• Подтверждение свидетельства не должно рассчитать в случаях, когда это — результат подлинного теста теории; и это означает, что это может быть представлено как серьезная (а неудачная попытка фальсифицировать теорию) попытка. (Речь идёт о подтверждении свидетельства, доказанных фактах.)
• Некоторые искренне тестируемые теории, которые сформулированы, и чтобы быть ложным, все еще поддерживаются их поклонниками, например, вводя моментальное некоторое вспомогательное предположение, или давая иное толкование теории, моментально таким способом, что это исключает опровержения. Такая процедура всегда возможна, но это спасает теорию от опровержения только по шкале разрушения, или по крайней мере понижения её научного статуса. (Позже будет дано описание такой операци спасения как conventionalist завихрение или conventionalist хитрость.)

Можно подвести итог всего этого, говоря, что согласно Кнопке, критерий научного статуса теории является ее фальсифицируемостью, или refutability, или контролируемостью. Несколько философов и историков науки, однако, утверждали, что определение Кнопки теории как ряд falsifiable утверждения неправильно потому что, поскольку Филип Кичер указал, если бы Вы взяли строго представление Popperian теории, наблюдения Урана когда сначала обнаружено в 1781 "фальсифицировали бы" астрономическую механику Ньютона. Скорее люди предложили, что другая планета влияла на орбиту Урана — и это предсказание было действительно в конечном счете подтверждено.

Kitcher соглашается с Кнопкой в том, что есть конечно кое-что прямо в идее, за которой наука может следовать, только если это может терпеть неудачу. Он также принимает во внимание Hempel и критические анализы Куин Кнопки, в том смысле, что научные теории включают утверждения, которые не могут быть фальсифицированы (по-видимому, на что была ссылка на Распродажу как на произвольные элементы), и пункт, что хорошие теории должны также быть творческими. Он настаивает, чтобы мы рассмотрели научные теории как сложное собрание утверждений, некоторые из которых не falsifiable, в то время как другие — те, которые он называет как вспомогательные гипотезы.

Согласно Kitcher, хорошие научные теории должны иметь три особенности:

• Единство: наука должна быть объединена. Хорошие теории состоят только из одной решающей проблему стратегии, или маленькой семьи решающих проблему стратегий, которые могут быть применены к широкому диапазону проблем (1982: 47).
• Плодородие en:Fecundity: Большая научная теория, как Ньютон, открывает новые области исследования. Поскольку теория представляет новый способ рассматривать мир, что может принудить нас задавать новые вопросы, и так предпринять новые и плодотворные линии запроса. Как правило, процветающая наука неполна. В любое время, это поднимает больше вопросов, что это может в настоящее время на них отвечать. Но неполнота — не недостаток. Напротив, неполнота — мать плодородия. Хорошая теория должна быть производительной; это должно поднять новые вопросы и предположить, что на те вопросы можно ответить, не бросая основные решающающие проблемы стратегии (1982: 47–48).
• Вспомогательные гипотезы, которые являются независимо тестируемыми: вспомогательная гипотеза должна быть тестируемой независимо от специфической проблемы, которая введена, и чтобы решить, независимо от теории, которая это разработала, чтобы её спасти (1982: 46) (например свидетельство для существования Нептуна независимо от аномалий в орбите Урана).

Как другие определения теорий, включая Кнопку, Kitcher проясняет, что хорошая теория включает утверждения, которые имеют (в её сроках) наблюдательные последствия. Но в случае, например, как наблюдение неисправностей в орбите Урана, фальсификация — это только одно возможное последствие наблюдения. Создание новых гипотез — другое возможное — и одинаково важно-наблюдательное последствие.

В физике

В физике теория объективной реальности вообще используется для математического обоснования, полученного структурой из маленького набора основных явлений, которая постулирует en:Postulates (обычно symmetries-подобное равенство местоположений в месте или вовремя, или идентичности электронов, и т.д.), и который является способной к созданию экспериментальных предсказаний для данной категории физических систем. Хороший пример — классический электромагнетизм, который охватывает результаты, полученные из симметрии шаблона (иногда названный шаблоном постоянства en:Gauge_invariance) в форме нескольких уравнений по имени уравнения Максвелла en:Maxwell's_equations. Отметьте, что определенные теоретические аспекты классической электромагнитной теории, которые последовательно и успешно копировались в течение более, чем столетия, называют законами электромагнетизма, отражая, что они сегодня считаются само собой разумеющимся. В пределах электромагнитной теории вообще, есть многочисленные гипотезы о том, как электромагнетизм обращается к определенным ситуациям. Многие из этих гипотез, как уже полагают, соответственно проверены, при создании новых возможно непроверены. Примером последнего могла бы быть сила реакции «X-луча» en:Radiation_reaction_force. По состоянию до 2009 года это никогда не наблюдалось непосредственно, но его эффекты на периодическое движение с возмущениями в усредненном временем обнаружимо в синхротронах en:http://en.wikipedia.org/wiki/Synchrotron. Некоторые исследователи теперь рассматривают возможность экспериментов, которые могли наблюдать эффекты этой силы в мгновенном (то есть не составлял в среднем за периоды циклического движения) уровне ,

Педагогическое определение

В педагогических контекстах или в официальных изданиях научных организаций может быть провозглашено определение, типа следующего.

Согласно Национальной Академии Соединенных Штатов Наук en:United_States_National_Academy_of_Sciences,

Формальное научное определение теории весьма отличается от каждодневного значения слова. Это связано со всесторонним объяснением некоторого аспекта природы, который поддержан обширным набором данных. Много научных теорий так хорошо созданы, что никакое новое свидетельство, вероятно, не изменит их существенно. Например, никакое новое свидетельство не будет демонстрировать, что Земля не движется по кругу вокруг солнца (heliocentric теория), или что живые существа не сделаны из ячеек (теория ячейки), т.е., что они не составлены из атомов, или что поверхность Земли не разделена на твердые пластины, которые отодвинулись геологическая шкала времени (теория тектоники плит). Одно из самых полезных свойств научных теорий — то, что они могут использоваться, чтобы сделать предсказания о естественных событиях или явлениях, которые еще не были соблюдены.

Согласно этому определению, теория должна быть хорошо поддержана свидетельством. Кроме того, существующая теория не была бы соответствующей для того, чтобы описать непроверенные но запутанные гипотезы или даже научные модели. Потребители науки могут найти вышеупомянутое определение полезным, оценивая законность и/или эффективность теории.

Теоретический срок

Теоретический срок иногда неофициально используется вместо гипотетического, чтобы описать результат, который предсказан в соответствии с теорией, но еще не был соответственно проверен наблюдением или экспериментом. Это весьма обычно для теории произвести предсказания, которые позже подтверждены или доказаны неправильными экспериментом. Выводом должно быть, что предсказание, доказанное неправильный экспериментом демонстрирует, что гипотеза недействительна. Это означает, что теория неправильна, или экспериментальная догадка была неправильна, и теория не предсказывала гипотезу

Научные законы

Научные законы подобны научным теориям, в которых они являются принципами, которые могут использоваться, чтобы предсказать поведение естественного мира. И научные законы и научные теории типично хорошо-поддерживаются наблюдениями и/или экспериментальным свидетельством. Обычно научные законы обращаются к правилам для того, как природа будет вести себя при определенных условиях. Научные теории более перекрывают объяснения того, как природа работает и почему это показывает определенные особенности.

Общее неправильное представление — то, когда научные теории являются элементарными идеями, которые в конечном счете получат высшее преобразование в научные законы, если даже было накоплено достаточно много данных и свидетельств. Теория не изменяется в научный закон с накоплением нового или лучшего свидетельства. Теория будет всегда оставаться теорией, закон будет всегда оставаться законом.

Смотри также

• Бритва Оккама
• Теорема
• Эмпиризм