Hypothese, model, theorie en wet

Bij normaal gebruik hebben de woorden hypothese, model, theorie en wet verschillende interpretaties en worden ze soms zonder precisie gebruikt, maar in de wetenschap hebben ze zeer exacte betekenissen.

Misschien wel de moeilijkste en meest intrigerende stap is de ontwikkeling van een specifieke, toetsbare hypothese. Een bruikbare hypothese maakt voorspellingen mogelijk door deductieve redenering toe te passen, vaak in de vorm van wiskundige analyse. Het is een beperkte verklaring over de oorzaak en het gevolg in een specifieke situatie, die getest kan worden door experimenteren en observeren of door statistische analyse van de waarschijnlijkheden uit de gegevens verkregen. De uitkomst van de testhypothese moet momenteel onbekend zijn, zodat de resultaten bruikbare gegevens kunnen opleveren over de validiteit van de hypothese.

Soms wordt een hypothese ontwikkeld die moet wachten tot nieuwe kennis of technologie toetsbaar is. Het concept van atomen werd voorgesteld door de oud Grieks

EEN model- wordt gebruikt voor situaties waarin bekend is dat de hypothese een beperking heeft op de geldigheid ervan. De Bohr-model van het atoombeeldt bijvoorbeeld elektronen af ​​die de atoomkern omcirkelen op een manier die vergelijkbaar is met planeten in het zonnestelsel. Dit model is nuttig bij het bepalen van de energieën van de kwantumtoestanden van het elektron in het eenvoudige waterstofatoom, maar het vertegenwoordigt geenszins de ware aard van het atoom. Wetenschappers (en bètastudenten) gebruiken deze vaak geïdealiseerde modellen om een ​​eerste greep te krijgen op het analyseren van complexe situaties.

EEN wetenschappelijke theorie of wet vertegenwoordigt een hypothese (of groep van verwante hypothesen) die is bevestigd door herhaald testen, bijna altijd uitgevoerd over een periode van vele jaren. Over het algemeen is een theorie een verklaring voor een reeks gerelateerde fenomenen, zoals de evolutietheorie of de oerknaltheorie.

Het woord "wet" wordt vaak aangeroepen als verwijzing naar een specifieke wiskundige vergelijking die de verschillende elementen binnen een theorie met elkaar in verband brengt. De wet van Pascal verwijst naar een vergelijking die drukverschillen beschrijft op basis van lengte. In de algemene theorie van universele zwaartekracht ontwikkeld door Meneer Isaac Newton, wordt de belangrijkste vergelijking die de aantrekkingskracht van twee objecten beschrijft de genoemd wet van de zwaartekracht.

Tegenwoordig passen natuurkundigen zelden het woord 'wet' toe op hun ideeën. Voor een deel komt dit doordat zoveel van de vorige "natuurwetten" niet zozeer wetten waren, maar richtlijnen, die goed werken binnen bepaalde parameters maar niet binnen andere.

Als een wetenschappelijke theorie eenmaal is vastgesteld, is het erg moeilijk om de wetenschappelijke gemeenschap ertoe te brengen deze weg te gooien. In de natuurkunde stuitte het concept van ether als medium voor lichtgolftransmissie eind 1800 op ernstige tegenstand, maar het werd pas in het begin van de twintigste eeuw genegeerd, toen Albert Einstein stelde alternatieve verklaringen voor voor het golfkarakter van licht dat niet afhankelijk was van een medium voor transmissie.

De wetenschapsfilosoof Thomas Kuhn ontwikkelde de term wetenschappelijk paradigma om de werkset theorieën uit te leggen waaronder de wetenschap opereert. Hij heeft uitgebreid gewerkt aan de wetenschappelijke revoluties die plaatsvinden wanneer één paradigma ten val wordt gebracht ten gunste van een nieuwe reeks theorieën. Zijn werk suggereert dat de aard van de wetenschap verandert wanneer deze paradigma's aanzienlijk verschillen. De aard van natuurkunde vóór relativiteit en kwantummechanica is fundamenteel anders dan na hun ontdekking, net zoals de biologie vóór Darwins evolutietheorie fundamenteel verschilt van de biologie die volgde het. De aard van het onderzoek verandert.

Een gevolg van de wetenschappelijke methode is om te proberen de consistentie in het onderzoek te behouden wanneer deze revoluties plaatsvinden en om pogingen om bestaande paradigma's op ideologische gronden omver te werpen te vermijden.

Een belangrijk principe met betrekking tot de wetenschappelijke methode is Occam's scheermes (afwisselend gespeld als Ockham's Razor), genoemd naar de 14e-eeuwse Engelse logicus en franciscaner monnik William van Ockham. Occam creëerde het concept niet - het werk van Thomas van Aquino en zelfs Aristoteles verwees naar een bepaalde vorm ervan. De naam werd voor het eerst aan hem toegeschreven (voor zover wij weten) in de 19e eeuw, wat aangeeft dat hij de filosofie voldoende moet hebben omarmd dat zijn naam ermee in verband werd gebracht.

Het scheermes wordt vaak in het Latijn vermeld als:

entia non sunt multiplicanda praeter noodzakelijk

of, vertaald naar het Engels:

entiteiten mogen niet noodzakelijkerwijs worden vermenigvuldigd

Occam's Razor geeft aan dat de meest eenvoudige verklaring die bij de beschikbare gegevens past, de voorkeur verdient. Ervan uitgaande dat twee gepresenteerde hypothesen dezelfde voorspellende kracht hebben, heeft degene die de minste aannames en hypothetische entiteiten doet voorrang. Dit beroep op eenvoud is door de meeste wetenschappers overgenomen en wordt ingeroepen in dit populaire citaat van Albert Einstein:

Alles moet zo eenvoudig mogelijk worden gemaakt, maar niet eenvoudiger.

Het is opmerkelijk dat Occam's Razor niet bewijst dat de eenvoudigere hypothese inderdaad de ware verklaring is van hoe de natuur zich gedraagt. Wetenschappelijke principes moeten zo eenvoudig mogelijk zijn, maar dat bewijst niet dat de natuur zelf eenvoudig is.

Het is echter over het algemeen het geval dat wanneer een complexer systeem aan het werk is, er een element van het bewijs is dat past niet in de eenvoudigere hypothese, dus Occam's Razor heeft het zelden bij het verkeerde eind aangezien het alleen gaat over hypothesen van puur gelijke voorspellende waarde macht. Het voorspellende vermogen is belangrijker dan de eenvoud.

Bewerkt door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.