Научная теория — это объяснение аспекта естественного мира и вселенной , которое может быть (или тем более было) неоднократно проверено и подтверждено в соответствии с научным методом , используя принятые протоколы наблюдения , измерения и оценки результатов. Где это возможно, теории проверяются в контролируемых условиях в эксперименте . [1] [2] В обстоятельствах, не поддающихся экспериментальной проверке, теории оцениваются с помощью принципов абдуктивного рассуждения . Установленные научные теории выдержали строгую проверку и воплощают научное знание .
Научная теория отличается от научного факта или научного закона тем, что теория стремится объяснить «почему» или «как», тогда как факт — это простое, базовое наблюдение, а закон — это эмпирическое описание связи между фактами и/или другими законами. Например, закон всемирного тяготения Ньютона — это математическое уравнение, которое можно использовать для предсказания притяжения между телами, но это не теория, объясняющая, как работает гравитация . [3] Стивен Джей Гулд писал, что «...факты и теории — это разные вещи, а не ступени в иерархии возрастающей определенности. Факты — это данные мира. Теории — это структуры идей, которые объясняют и интерпретируют факты». [4]
Значение термина «научная теория» (часто сокращаемое до «теория» для краткости), используемое в научных дисциплинах, существенно отличается от общепринятого использования термина «теория» . [5] [примечание 1] В повседневной речи «теория» может подразумевать объяснение, представляющее собой необоснованную и спекулятивную догадку , [5] тогда как в научном контексте оно чаще всего относится к объяснению, которое уже было проверено и широко признано как обоснованное. [1] [2]
Сила научной теории связана с разнообразием явлений, которые она может объяснить, и ее простотой. По мере сбора дополнительных научных доказательств научная теория может быть изменена и в конечном итоге отвергнута, если ее нельзя будет подогнать под новые открытия; в таких обстоятельствах требуется более точная теория. Некоторые теории настолько устоялись, что вряд ли когда-либо будут принципиально изменены (например, такие научные теории, как эволюция , гелиоцентрическая теория , клеточная теория , теория тектоники плит , микробная теория болезней и т. д.). В определенных случаях научная теория или научный закон, которые не соответствуют всем данным, все еще могут быть полезны (из-за своей простоты) в качестве приближения при определенных условиях. Примером являются законы движения Ньютона , которые являются высокоточным приближением к специальной теории относительности на скоростях, малых по сравнению со скоростью света . [6] [7] [8]
Научные теории проверяемы и делают проверяемые предсказания . [9] Они описывают причины конкретного природного явления и используются для объяснения и прогнозирования аспектов физической вселенной или конкретных областей исследования (например, электричества, химии и астрономии). Как и другие формы научного знания, научные теории являются как дедуктивными , так и индуктивными , [10] стремясь к предсказательной и объяснительной силе . Ученые используют теории для дальнейшего научного знания, а также для содействия прогрессу в области технологий или медицины . Научная гипотеза никогда не может быть «доказана», потому что ученые не могут полностью подтвердить, что их гипотеза верна. Вместо этого ученые говорят, что исследование «поддерживает» или согласуется с их гипотезой. [11]
Альберт Эйнштейн описал два различных типа научных теорий: «конструктивные теории» и «принципиальные теории». Конструктивные теории — это конструктивные модели явлений: например, кинетическая теория . Принципиальные теории — это эмпирические обобщения, одним из примеров которых являются законы движения Ньютона . [12]
Для того, чтобы любая теория была принята в большинстве академических кругов, обычно существует один простой критерий. Основной критерий заключается в том, что теория должна быть наблюдаемой и повторяемой. Вышеупомянутый критерий необходим для предотвращения мошенничества и увековечения самой науки.
Определяющей характеристикой всех научных знаний, включая теории, является способность делать фальсифицируемые или проверяемые предсказания . [13] Уместность и специфичность этих предсказаний определяют, насколько потенциально полезна теория. Предполагаемая теория, которая не делает наблюдаемых предсказаний, вообще не является научной теорией. Предсказания, недостаточно конкретные для проверки, также бесполезны. В обоих случаях термин «теория» неприменим.
Совокупность описаний знаний можно назвать теорией, если она удовлетворяет следующим критериям:
Эти качества, безусловно, присущи таким устоявшимся теориям, как специальная и общая теория относительности , квантовая механика , тектоника плит , современный эволюционный синтез и т. д.
Кроме того, большинство ученых предпочитают работать с теорией, которая отвечает следующим качествам:
Национальная академия наук США определяет научные теории следующим образом:
Формальное научное определение теории довольно сильно отличается от повседневного значения этого слова. Оно относится к всеобъемлющему объяснению некоторого аспекта природы, которое поддерживается огромным количеством доказательств. Многие научные теории настолько хорошо известны, что никакие новые доказательства вряд ли смогут их существенно изменить. Например, никакие новые доказательства не покажут, 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 Земли не разделена на твердые плиты, которые перемещались в течение геологических временных масштабов (теория тектоники плит)... Одно из самых полезных свойств научных теорий заключается в том, что их можно использовать для прогнозирования природных событий или явлений, которые еще не наблюдались. [18]
От Американской ассоциации содействия развитию науки :
Научная теория — это хорошо обоснованное объяснение какого-либо аспекта естественного мира, основанное на совокупности фактов, которые были неоднократно подтверждены посредством наблюдения и эксперимента. Такие теории, подкрепленные фактами, являются не «догадками», а надежными описаниями реального мира. 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, является признанным фактом.
Обратите внимание, что термин «теория» не подходит для описания непроверенных, но сложных гипотез или даже научных моделей.
Научный метод включает в себя предложение и проверку гипотез путем выведения прогнозов из гипотез о результатах будущих экспериментов, а затем проведение этих экспериментов, чтобы увидеть, являются ли прогнозы обоснованными. Это дает доказательства либо за, либо против гипотезы. Когда в определенной области исследования собрано достаточно экспериментальных результатов, ученые могут предложить объяснительную структуру, которая учитывает 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 может быть трудно или сложно собрать достаточно доказательств. [ необходима цитата ] После того, как все критерии будут выполнены, оно будет широко принято учеными (см. научный консенсус ) как наилучшее доступное объяснение по крайней мере некоторых явлений. Оно сделает предсказания явлений, которые предыдущие теории не могли объяснить или не могли точно предсказать, и оно будет иметь много повторных циклов проверки. Сила доказательств оценивается научным сообществом, и самые важные эксперименты будут воспроизведены несколькими независимыми группами. [ необходима цитата ]
Теории не обязательно должны быть идеально точными, чтобы быть научно полезными. Например, известно, что предсказания, сделанные классической механикой, неточны в релятивистской области, но они почти абсолютно верны при сравнительно низких скоростях обычного человеческого опыта. [6] В химии существует множество кислотно-основных теорий, дающих весьма расходящиеся объяснения базовой природы кислотных и основных соединений, но они очень полезны для предсказания их химического поведения. [20] Как и все знания в науке, ни одна теория не может быть полностью достоверной , поскольку возможно, что будущие эксперименты могут противоречить предсказаниям теории. [8] Однако теории, поддерживаемые научным консенсусом, имеют самый высокий уровень достоверности любого научного знания; например, что все объекты подвержены гравитации или что жизнь на Земле произошла от общего предка . [21]
Принятие теории не требует, чтобы все ее основные предсказания были проверены, если она уже подкреплена достаточно вескими доказательствами. Например, некоторые проверки могут быть неосуществимыми или технически сложными. В результате теории могут делать предсказания, которые еще не подтверждены или не доказано, что они неверны; в этом случае предсказанные результаты могут быть неформально описаны термином «теоретический». Эти предсказания могут быть проверены позднее, и если они неверны, это может привести к пересмотру или отклонению теории. Как говорит Фейнман:
Неважно, насколько красива твоя теория, неважно, насколько ты умен. Если она не согласуется с экспериментом, она неверна. [22]
Если наблюдаются экспериментальные результаты, противоречащие предсказаниям теории, ученые сначала оценивают, был ли экспериментальный дизайн обоснованным, и если да, то они подтверждают результаты путем независимой репликации . Затем начинается поиск потенциальных улучшений теории. Решения могут потребовать незначительных или существенных изменений в теории или вообще не требовать их, если удовлетворительное объяснение найдено в рамках существующей теории. [23] Со временем, по мере того как последовательные модификации накладываются друг на друга, теории последовательно улучшаются и достигается большая предсказательная точность. Поскольку каждая новая версия теории (или совершенно новая теория) должна иметь большую предсказательную и объяснительную силу, чем предыдущая, научные знания последовательно становятся более точными с течением времени. [ необходима цитата ]
Если модификации теории или другие объяснения кажутся недостаточными для объяснения новых результатов, то может потребоваться новая теория. Поскольку научные знания обычно долговечны, это происходит гораздо реже, чем модификации. [8] Более того, пока такая теория не будет предложена и принята, предыдущая теория будет сохранена. Это происходит потому, что она по-прежнему является наилучшим доступным объяснением для многих других явлений, что подтверждается ее предсказательной силой в других контекстах. Например, с 1859 года было известно, что наблюдаемая прецессия перигелия Меркурия нарушает ньютоновскую механику, [24] но теория оставалась наилучшим доступным объяснением до тех пор, пока теория относительности не была подкреплена достаточными доказательствами. Кроме того, хотя новые теории могут быть предложены одним человеком или многими, цикл модификаций в конечном итоге включает вклад многих разных ученых. [25]
После изменений принятая теория будет объяснять больше явлений и иметь большую предсказательную силу (если бы это было не так, изменения не были бы приняты); это новое объяснение затем будет открыто для дальнейшей замены или модификации. Если теория не требует модификации, несмотря на повторные 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. [ необходима цитата ]
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. [7] Например, электричество и магнетизм теперь известны как два аспекта одного и того же явления, называемого электромагнетизмом . [26]
Когда предсказания различных теорий кажутся противоречащими друг другу, это также разрешается либо дополнительными доказательствами, либо объединением. Например, физические теории в 19 веке подразумевали, что Солнце не могло гореть достаточно долго, чтобы допустить определенные геологические изменения, а также эволюцию жизни . Это было разрешено открытием ядерного синтеза , основного источника энергии Солнца. [27] Противоречия также могут быть объяснены как результат теорий, приближающих более фундаментальные (непротиворечивые) явления. Например, атомная теория является приближением квантовой механики . Текущие теории описывают три отдельных фундаментальных явления , приближениями которых являются все другие теории; [28] потенциальное объединение их иногда называют Теорией Всего . [7]
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал принцип специальной теории относительности , который вскоре стал теорией. [29] Специальная теория относительности предсказала соответствие ньютоновского принципа инвариантности Галилея , также называемого относительностью Галилея , электромагнитному полю. [30] 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 направлением , когда измеряется его наблюдателем. Тем самым он продублировал преобразование Лоренца и сокращение Лоренца , которые были выдвинуты для разрешения экспериментальных загадок и вставлены в электродинамическую теорию как динамические следствия свойств эфира. Специальная теория относительности, являющаяся элегантной теорией, привела к своим собственным следствиям [31], таким как эквивалентность преобразования массы и энергии друг в друга и разрешение парадокса, заключающегося в том, что возбуждение электромагнитного поля можно рассматривать в одной системе отсчета как электричество, а в другой — как магнетизм. [ необходима ссылка ]
Эйнштейн стремился обобщить принцип инвариантности на все системы отсчета, как инерциальные, так и ускоряющиеся. [32] Отвергнув ньютоновское тяготение — центральную силу, действующую мгновенно на расстоянии — Эйнштейн предположил гравитационное поле. В 1907 году принцип эквивалентности Эйнштейна подразумевал, что свободное падение в однородном гравитационном поле эквивалентно инерциальному движению. [32] Распространив эффекты специальной теории относительности на три измерения, общая теория относительности распространила сокращение длины на сокращение пространства , представляя четырехмерное пространство-время как гравитационное поле, которое геометрически изменяется и задает траектории всех локальных объектов. Даже безмассовая энергия оказывает гравитационное движение на локальные объекты, «искривляя» геометрическую «поверхность» четырехмерного пространства-времени. Однако, если энергия не огромна, ее релятивистские эффекты сжатия пространства и замедления времени незначительны при простом прогнозировании движения. Хотя общая теория относительности принята как более объяснительная теория через научный реализм , теория Ньютона остается успешной как просто предсказательная теория через инструментализм . Для расчета траекторий инженеры и НАСА по-прежнему используют уравнения Ньютона, которые проще в использовании. [8]
И научные законы, и научные теории производятся из научного метода посредством формирования и проверки гипотез и могут предсказывать поведение естественного мира. Оба они также обычно хорошо подкреплены наблюдениями и/или экспериментальными доказательствами. [33] Однако научные законы являются описательными описаниями того, как природа будет вести себя при определенных условиях. [34] Научные теории шире по охвату и дают всеобъемлющие объяснения того, как работает природа и почему она проявляет определенные характеристики. Теории подкреплены доказательствами из множества различных источников и могут содержать один или несколько законов. [35]
Распространенное заблуждение заключается в том, что научные теории являются рудиментарными идеями, которые в конечном итоге перейдут в научные законы, 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. [33] [36] [37] И теории, и законы потенциально могут быть фальсифицированы контрдоказательствами. [38]
Теории и законы также отличаются от гипотез . В отличие от гипотез, теории и законы можно просто назвать научным фактом . [39] [40] Однако в науке теории отличаются от фактов, даже если они хорошо подкреплены. [41] Например, эволюция — это и теория, и факт . [5]
Логические позитивисты считали научные теории утверждениями на формальном языке . Логика первого порядка является примером формального языка. Логические позитивисты предполагали аналогичный научный язык. В дополнение к научным теориям язык также включал предложения наблюдения («солнце восходит на востоке»), определения и математические утверждения. Явления, объясняемые теориями, если они не могли быть непосредственно обнаружены органами чувств (например, атомы и радиоволны ), рассматривались как теоретические концепции. С этой точки зрения теории функционируют как аксиомы : предсказанные наблюдения выводятся из теорий так же, как теоремы выводятся в евклидовой геометрии . Однако затем предсказания проверяются на соответствие реальности для проверки предсказаний, и «аксиомы» могут быть пересмотрены как прямой результат. [ необходима цитата ]
Для описания этого подхода используется фраза « принятое представление о теориях ». Термины, которые обычно ассоциируются с ним, — « лингвистический » (потому что теории являются компонентами языка) и « синтаксический » (потому что язык имеет правила о том, как символы могут быть связаны друг с другом). Проблемы с точным определением этого вида языка, например, являются ли объекты, видимые в микроскопах, наблюдаемыми или они являются теоретическими объектами, привели к фактическому упадку логического позитивизма в 1970-х годах. [ необходима цитата ]
Семантический взгляд на теории , который отождествляет научные теории с моделями, а не с предложениями , заменил общепринятый взгляд в качестве доминирующей позиции в формулировании теории в философии науки. [42] [43] [44] Модель — это логическая структура, предназначенная для представления реальности («модель реальности»), подобно тому, как карта является графической моделью, представляющей территорию города или страны. [45] [46]
В этом подходе теории представляют собой особую категорию моделей, которые соответствуют необходимым критериям (см. выше). Можно использовать язык для описания модели; однако теория является моделью (или набором подобных моделей), а не описанием 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 тяготения Ньютона, определяют, как положения и скорости изменяются со временем. Затем эту модель можно проверить, чтобы увидеть, точно ли она предсказывает будущие наблюдения; астрономы могут проверить, что положения объектов модели с течением времени соответствуют фактическим положениям планет. Для большинства планет предсказания ньютоновской модели точны; для Меркурия они немного неточны, и вместо них следует использовать модель общей теории относительности . [ необходима цитата ]
Слово « семантический » относится к способу, которым модель представляет реальный мир. Представление (буквально «репрезентация») описывает конкретные 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, лишь в определенных ограниченных способах представляют реальную сущность. Масштабная модель дома не является домом; но для того, кто хочет узнать о домах, аналогично ученому, который хочет понять реальность, достаточно подробной масштабной модели может быть достаточно.
Несколько комментаторов [49] заявили, что отличительной чертой теорий является то, что они являются как объяснительными, так и описательными, в то время как модели являются только описательными (хотя все еще 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. [ необходима цитата ]
Инженерная практика различает «математические модели» и «физические модели»; стоимость изготовления физической модели может быть минимизирована путем предварительного создания математической модели с использованием пакета компьютерного программного обеспечения, например, инструмента автоматизированного проектирования . Составные части моделируются сами по себе, и допуски на изготовление указываются. Чертеж в разобранном виде используется для определения последовательности изготовления. Пакеты моделирования для отображения каждого из узлов позволяют вращать, увеличивать детали в реалистичных деталях. Пакеты программного обеспечения для создания спецификации материалов для строительства позволяют субподрядчикам специализироваться на процессах сборки, что распределяет стоимость производственного оборудования среди нескольких клиентов. См.: Компьютерное проектирование , Компьютерное производство и 3D-печать [ требуется ссылка ]
Предположение (или аксиома ) — это утверждение, которое принимается без доказательств. Например, предположения могут использоваться в качестве предпосылок в логическом аргументе. Айзек Азимов описал предположения следующим образом:
...неправильно говорить о предположении как об истинном или ложном, поскольку нет способа доказать, что оно является либо тем, либо другим (если бы это было так, это уже не было бы предположением). Лучше рассматривать предположения как полезные или бесполезные, в зависимости от того, соответствуют ли выводы, сделанные из них, действительности... Поскольку мы должны с чего-то начать, у нас должны быть предположения, но, по крайней мере, пусть у нас будет как можно меньше предположений. [50]
Определенные предположения необходимы для всех эмпирических утверждений (например, предположение о том, что реальность существует). Однако теории обычно не делают предположений в общепринятом смысле (утверждения, принятые без доказательств). Хотя предположения часто включаются в процесс формирования новых теорий, они либо подтверждаются доказательствами (например, из ранее существовавших теорий), либо доказательства создаются в ходе проверки теории. Это может быть таким же простым, как наблюдение того, что теория делает точные предсказания, что является доказательством того, что любые предположения, сделанные в начале, верны или приблизительно верны в проверенных условиях. [ необходима цитата ]
Обычные предположения без доказательств могут использоваться, если теория должна применяться только тогда, когда предположение верно (или приблизительно верно). Например, специальная теория относительности предполагает инерциальную систему отсчета . Теория делает точные предсказания, когда предположение верно, и не делает точных предсказаний, когда предположение неверно. Такие предположения часто являются точкой, с которой старые теории сменяются новыми ( общая теория относительности работает и в неинерциальных системах отсчета).
Термин «предположение» на самом деле шире, чем его стандартное использование, говоря этимологически. Оксфордский словарь английского языка (OED) и онлайн-Викисловарь указывают его латинский источник как assumere («принять, взять к себе, принять, узурпировать»), что является соединением ad- («к, по направлению, в») и sumere (брать). Корень сохранился, со смещенными значениями, в итальянском assumere и испанском sumir . Первое значение «assume» в OED — «принять к (себе), получить, принять, принять». Термин изначально использовался в религиозных контекстах, как в «принять на небеса», особенно «принятие Девы Марии на небеса, с телом, сохраненным от тления» (1297 н. э.), но он также просто использовался для обозначения «принять в ассоциацию» или «принять в партнерство». Более того, другие значения слова assumere включали (i) «наделение себя (атрибутом)», (ii) «предпринимать» (особенно в юриспруденции), (iii) «брать себе только по видимости, делать вид, что владеешь» и (iv) «предполагать, что вещь существует» (все значения из статьи OED о «предполагать»; статья OED о «предположении» почти идеально симметрична по значениям). Таким образом, «предположение» подразумевает другие ассоциации, чем современное стандартное значение «то, что предполагается или принимается как должное; предположение, постулат» (только 11-е из 12 значений слова «предположение» и 10-е из 11 значений слова «предположение»).
Карл Поппер описал характеристики научной теории следующим образом: [9]
Поппер резюмировал эти утверждения, сказав, что центральным критерием научного статуса теории является ее «фальсифицируемость, или опровержимость, или проверяемость». [9] Вторя этому, Стивен Хокинг утверждает: «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 делать определенные предсказания о результатах будущих наблюдений». Он также обсуждает «недоказуемую, но фальсифицируемую» природу теорий, что является необходимым следствием индуктивной логики, и что «вы можете опровергнуть теорию, найдя хотя бы одно наблюдение, которое не согласуется с предсказаниями теории». [51]
Однако некоторые философы и историки науки утверждали, что определение теории Поппером как набора фальсифицируемых утверждений неверно [52], поскольку, как указал Филип Китчер , если придерживаться строго попперовского взгляда на «теорию», наблюдения Урана, когда он был впервые открыт в 1781 году, «опровергли бы» небесную механику Ньютона. Вместо этого люди предположили, что другая планета повлияла на орбиту Урана, и это предсказание действительно в конечном итоге подтвердилось.
Китчер соглашается с Поппером, что «В идее о том, что наука может преуспеть, только если она может потерпеть неудачу, безусловно, есть что-то правильное». [53] Он также говорит, что научные теории включают утверждения, которые не могут быть фальсифицированы, и что хорошие теории также должны быть креативными. Он настаивает на том, чтобы мы рассматривали научные теории как «подробный набор утверждений», некоторые из которых не фальсифицируемы, в то время как другие, которые он называет «вспомогательными гипотезами», фальсифицируемы.
По мнению Китчера, хорошие научные теории должны обладать тремя характеристиками: [53]
Как и другие определения теорий, включая определение Поппера, Китчер ясно дает понять, что теория должна включать утверждения, которые имеют наблюдательные последствия. Но, как и наблюдение нерегулярностей в орбите Урана, фальсификация является лишь одним из возможных последствий наблюдения. Производство новых гипотез является другим возможным и не менее важным результатом.
Понятие научной теории также описывалось с помощью аналогий и метафор. Например, логический эмпирик Карл Густав Хемпель сравнил структуру научной теории со «сложной пространственной сетью»:
Ее термины представлены узлами, в то время как нити, соединяющие последние, соответствуют, частично, определениям и, частично, фундаментальным и производным гипотезам, включенным в теорию. Вся система как бы парит над плоскостью наблюдения и закреплена на ней правилами интерпретации. Их можно рассматривать как нити, которые не являются частью сети, но связывают определенные точки последней с определенными местами в плоскости наблюдения. Благодаря этим интерпретативным связям сеть может функционировать как научная теория: от определенных наблюдательных данных мы можем подняться, через интерпретативную нить, к некоторой точке в теоретической сети, оттуда перейти, через определения и гипотезы, к другим точкам, из которых другая интерпретативная нить позволяет спуститься к плоскости наблюдения. [54]
Майкл Полани провел аналогию между теорией и картой:
Теория — это нечто иное, чем я сам. Она может быть изложена на бумаге как система правил, и она тем более истинная теория, чем полнее ее можно изложить в таких терминах. Математическая теория достигает в этом отношении наивысшего совершенства. Но даже географическая карта полностью воплощает в себе набор строгих правил для нахождения пути через область иного неизведанного опыта. Действительно, вся теория может рассматриваться как своего рода карта, протяженная в пространстве и времени. [55]
Научную теорию можно также рассматривать как книгу, которая фиксирует фундаментальную информацию о мире, книгу, которую необходимо исследовать, писать и распространять. В 1623 году Галилео Галилей писал:
Философия [т. е. физика] написана в этой великой книге — я имею в виду вселенную, — которая постоянно открыта нашему взору, но ее нельзя понять, если сначала не научиться понимать язык и толковать знаки, которыми она написана. Она написана на языке математики, и ее знаки — треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без которых человеку невозможно понять ни единого слова из нее; без них человек блуждает в темном лабиринте. [56]
Метафору книги можно также применить в следующем отрывке современного философа науки Яна Хэкинга :
Я сам предпочитаю аргентинскую фантазию. Бог не писал Книгу Природы, которую представляли себе старые европейцы. Он написал Борхесианскую библиотеку, каждая книга которой максимально кратка, но каждая книга которой несовместима с любой другой. Ни одна книга не является избыточной. Для каждой книги есть некоторая доступная человеку часть Природы, такая, что эта книга, и никакая другая, делает возможным понимание, предсказание и влияние на то, что происходит... Лейбниц сказал, что Бог выбрал мир, который максимизировал разнообразие явлений, выбирая при этом простейшие законы. Именно так: но лучший способ максимизировать явления и иметь простейшие законы — иметь законы, несовместимые друг с другом, каждый из которых применяется к тому или иному, но ни один не применяется ко всем. [57]
В физике термин «теория» обычно используется для математической структуры, выведенной из небольшого набора основных постулатов (обычно симметрий — таких как равенство положений в пространстве или во времени, или идентичность электронов и т. д.), — которая способна производить экспериментальные предсказания для данной категории физических систем. Хорошим примером является классический электромагнетизм , который охватывает результаты, выведенные из калибровочной симметрии (иногда называемой калибровочной инвариантностью ) в форме нескольких уравнений, называемых уравнениями Максвелла . Конкретные математические аспекты классической электромагнитной теории называются «законами электромагнетизма», отражая уровень последовательных и воспроизводимых доказательств, которые их поддерживают. В электромагнитной теории в целом существует множество гипотез о том, как электромагнетизм применяется к конкретным ситуациям. Многие из этих гипотез уже считаются адекватно проверенными, при этом новые гипотезы постоянно находятся в процессе создания и, возможно, не проверены. Примером последнего может быть сила реакции излучения . По состоянию на 2009 год его влияние на периодическое движение зарядов можно обнаружить в синхротронах , но только как усредненные эффекты с течением времени. Некоторые исследователи сейчас рассматривают эксперименты, которые могли бы наблюдать эти эффекты на мгновенном уровне (т.е. не усредненные с течением времени). [58] [59]
Обратите внимание, что многие области исследования не имеют конкретных названных теорий, например, биология развития . Научное знание за пределами названной теории может по-прежнему иметь высокий уровень определенности, в зависимости от количества подтверждающих ее доказательств. Также обратите внимание, что поскольку теории черпают доказательства из многих областей, категоризация не является абсолютной.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )