Formarea teoriilor științifice
(Prima observație a celulelor, de Robert Hooke, folosind un microscop timpuriu, ceea ce a dus la dezvoltarea teoriei celulare.)
Metoda științifică implică propunerea și testarea ipotezelor, prin derivarea predicțiilor din ipotezele despre rezultatele experimentelor viitoare, apoi efectuarea acestor experimente pentru a vedea dacă predicțiile sunt valide. Aceasta oferă dovezi fie pentru, fie împotriva ipotezelor. Atunci când au fost colectate suficiente rezultate experimentale într-o anumită zonă de cercetare, oamenii de știință pot propune un cadru explicativ care să justifice cât mai multe dintre acestea. Această explicație este de asemenea testată și, dacă îndeplinește criteriile necesare (vezi mai sus), explicația devine o teorie. Acest lucru poate dura mai mulți ani, deoarece poate fi dificil sau complicat să se adune suficiente dovezi.
Odată ce toate criteriile au fost îndeplinite, vor fi acceptate pe scară largă de către oamenii de știință (consensul științific) ca fiind cea mai bună explicație disponibilă a cel puțin unor fenomene. Vor fi făcute predicții ale fenomenelor pe care teoriile anterioare nu le-au putut explica sau nu le-au putut prezice cu exactitate, și vor fi supuse criteriilor de falsificabilitate. Puterea dovezilor este evaluată de comunitatea științifică, iar cele mai importante experimente vor fi replicate de mai multe grupuri independente.
Teoriile nu este nevoie să fie perfect precise pentru a fi utile din punct de vedere științific. De exemplu, predicțiile făcute de mecanica clasică sunt cunoscute a fi inexacte în domeniul relativist, dar sunt aproape exact corecte la vitezele relativ reduse ale experienței umane comune. În chimie, există multe teorii bazate pe acid care oferă explicații extrem de divergente ale naturii subiacente a compușilor acizi și bazici, dar sunt foarte utile pentru prezicerea comportamentului lor chimic. Ca toate cunoștințele din domeniul științei, nicio teorie nu poate fi complet sigură, deoarece este posibil ca experimentele viitoare să intre în conflict cu previziunile teoriei. Cu toate acestea, teoriile susținute de consensul științific au cel mai înalt nivel de certitudine pentru oricare cunoștințe științifice; de exemplu, că teoria că toate obiectele sunt supuse gravității, sau că viața pe Pământ a evoluat de la un strămoș comun.
Acceptarea unei teorii nu impune ca toate previziunile sale majore să fie testate, dacă aceasta este deja susținută de dovezi suficient de puternice. De exemplu, anumite teste pot fi dificil de realizat sau dificile din punct de vedere tehnic. Ca urmare, teoriile pot face previziuni care nu au fost încă confirmate sau dovedite a fi incorecte; în acest caz, rezultatele prezise pot fi descrise neoficial cu termenul „teoretic”. Aceste predicții pot fi testate ulterior, iar dacă acestea sunt incorecte, aceasta poate duce la revizuirea sau respingerea teoriei.
Revizuirea și îmbunătățirea teoriilor științifice
Dacă se observă rezultate experimentale contrar previziunilor unei teorii, oamenii de știință evaluează mai întâi dacă proiectarea experimentală este solidă și dacă confirmă rezultatele prin replicare independentă. Se începe apoi o căutare a potențialelor îmbunătățiri ale teoriei. Soluțiile pot necesita modificări minore sau majore ale teoriei, sau deloc dacă există o explicație satisfăcătoare în cadrul existent al teoriei. De-a lungul timpului, pe măsură ce revizuirile succesive se construiesc una peste cealaltă, teoriile se îmbunătățesc în mod constant și se obține o precizie predictivă mai mare. Deoarece fiecare nouă versiune a unei teorii (sau o teorie complet nouă) trebuie să aibă mai multă putere predictivă și explicativă decât ultima, cunoașterea științifică devine consistent tot mai exactă în timp.
Dacă modificările teoriei sau alte explicații par a fi insuficiente pentru a ține cont de noile rezultate, atunci poate fi necesară o nouă teorie. Din moment ce cunoștințele științifice sunt de obicei durabile, acest lucru apare mult mai puțin frecvent decât revizuirea. Mai mult, până când o astfel de teorie este propusă și acceptată, teoria precedentă va fi reținută. Acest lucru se datorează faptului că este încă cea mai bună explicație disponibilă pentru multe alte fenomene, așa cum este verificată de puterea predictivă în alte contexte. De exemplu, se știe încă din 1859 că precesiunea periheliului observată de Mercur încalcă mecanica newtoniană, dar teoria a rămas cea mai bună explicație disponibilă până când relativitatea nu a fost susținută de dovezi suficiente. De asemenea, deși noile teorii pot fi propuse de o singură persoană sau de mai multe, ciclul de modificări încorporează în final contribuțiile multora dintre diferiți oameni de știință.
După revizuiri, teoria acceptată va explica mai multe fenomene și va avea o putere predictivă mai mare (dacă nu, schimbările nu vor fi adoptate); această nouă explicație va fi apoi deschisă pentru înlocuirea sau modificarea ulterioară. Dacă o teorie nu necesită modificări în ciuda testelor repetate, aceasta implică faptul că teoria este foarte precisă. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că teoriile acceptate continuă să acumuleze dovezi în timp, și durata timpului pe care o teorie (sau oricare dintre principiile sale) rămâne acceptată adesea indică puterea dovezilor sale justificative.
Unificarea teoriilor științifice
(În mecanica cuantică, electronii unui atom ocupă orbite în jurul nucleului) Această imagine prezintă orbitele unui atom de hidrogen (s, p, d) la trei niveluri diferite de energie (1, 2, 3). Aria mai strălucitoare corespunde unei densități de probabilitate mai mare. https://en.wikipedia.org/wiki/File:HAtomOrbitals.png)
În unele cazuri, două sau mai multe teorii pot fi înlocuite de o singură teorie care explică teoriile anterioare ca aproximări sau cazuri speciale, analog cu modul în care o teorie este o explicație unificatoare pentru multe ipoteze confirmate; aceasta este menționată ca o unificare a teoriilor. De exemplu, electricitatea și magnetismul sunt acum cunoscute a fi două aspecte ale aceluiași fenomen, denumit electromagnetism.
Atunci când previziunile diferitelor teorii par să se contrazică reciproc, aceasta se rezolvă și prin dovezi sau unificări suplimentare. De exemplu, teoriile fizice din secolul al XIX-lea implicau faptul că Soarele nu ar fi putut arde suficient de mult pentru a permite anumite schimbări geologice, precum și evoluția vieții. Acest lucru a fost rezolvat prin descoperirea fuziunii nucleare, principala sursă de energie a Soarelui. Contradicțiile pot fi, de asemenea, explicate ca rezultat al teoriilor care aproximează fenomene mai fundamentale (non-contradictorii). De exemplu, teoria atomică este o aproximare a mecanicii cuantice. Teoriile curente descriu trei fenomene fundamentale separate, dintre care toate celelalte teorii sunt aproximative; potențiala unificare a acestora este uneori numită „Teoria finală”.
Exemplu: Relativitatea
În 1905, Albert Einstein a publicat principiul relativității speciale, care în curând a devenit o teorie. Relativitatea specială a prezis alinierea principiului newtonian al invarianței galileiene, numită și relativitate galileiană, cu câmpul electromagnetic. Prin omiterea din relativitatea specială a eterului luminifer, Einstein a afirmat că dilatarea timpului și contracția lungimii măsurate într-un obiect în mișcare relativă sunt inerțiale – adică obiectul prezintă viteză vectorială constantă, care este viteza cu o direcție, măsurată de observatorul său. El a duplicat astfel transformarea Lorentz și contracția Lorentz, care a fost o ipoteză pentru a rezolva problemele experimentale și a introduce în teoria electrodynamică consecințele dinamice ale proprietăților eterului. O teorie elegantă, din relativitatea specială s-au dezvoltat consecințe specifice, cum ar fi echivalența maselor și a energiei care se transformă între, ele și rezolvarea paradoxului că o excitație a câmpului electromagnetic poate fi privită într-un singur cadru de referință ca electricitate, iar în altul ca magnetism.
Einstein a căutat să generalizeze principiul invarianței la toate cadrele de referință, fie inerțiale, fie accelerate. Respingând gravitația Newtoniană – o forță centrală care acționează instantaneu la distanță – Einstein a presupus un câmp gravitațional. În 1907, principiul echivalenței lui Einstein a presupus că o cădere liberă într-un câmp gravitațional uniform este echivalentă cu mișcarea inerțială. Prin extinderea efectelor relativității speciale în trei dimensiuni, relativitatea generală a extins contracția lungimii în contracția spațiului, conceperea spațiu-timpului 4D ca un câmp gravitațional care modifică geometric și fixează toate căile obiectelor. Chiar și energia fără masă exercită o mișcare gravitațională asupra obiectelor locale prin „curbarea” suprafeței geometrice a spațiu-timpului 4D. Cu toate acestea, cu excepția cazului în care energia este vastă, efectele sale relativiste de a contracta spațiul și de a încetini timpul sunt neglijabile atunci când se prevede doar mișcarea. Deși relativitatea generală este îmbrățișată ca teorie mai explicativă prin realismul științific, teoria lui Newton rămâne un succes ca o simplă teorie predictivă prin instrumentalism. Pentru a calcula traiectoriile, inginerii și NASA folosesc încă ecuațiile lui Newton, care sunt mai simple de operat.
Lasă un răspuns