Co je vědecká teorie?

V běžné konverzaci, lidé často používají slovo teorie znamená „tušení“ nebo „asi“: Pokud vidíte stejný muž na koni na sever autobusem každé ráno, možná se domnívají, že má práci na severním konci města; jestliže jste zapomněl dát na chleba, chlebovky a objevovat kusy byly převzaty z ní druhý den ráno, možná se domnívají, že budete mít myši ve vaší kuchyni.

ve vědě je teorie silnějším tvrzením. Typicky, je to tvrzení o vztahu mezi různými fakty; způsob, jak poskytnout stručné vysvětlení toho, co bylo pozorováno. Americké Muzeum Přírodní Historie dává to takhle: „teorie je dobře odůvodněné vysvětlení z hlediska přirozeného světa, který může zahrnovat zákony, hypotézy a fakta.“

například Newtonova teorie gravitace—také známý jako jeho newtonův gravitační zákon—říká, že každý objekt, kdekoli ve vesmíru, reaguje na gravitaci stejným způsobem. Observační data z pohybem Měsíce kolem Země, pohyb Jupitera kolem Jupitera, a klesající pádu upustil kladivo jsou v souladu s Newton ‚ s teorie. Takže Newtonova teorie poskytuje stručným způsobem shrnuje, co víme o pohybu těchto objektů—opravdu, každý objekt reaguje na působení gravitace.

vědecká teorie „organizuje zkušenosti,“ říká James Robert Brown, filozof vědy na univerzitě v Torontu, Mental Floss. „Dává to do nějaké systematické formy.“

úspěšná teorie vysvětluje

schopnost teorie zohlednit již známá fakta představuje pevný základ pro její přijetí. Podívejme se blíže na Newtonovu teorii gravitace jako příklad.

V pozdní 17. století, planet bylo známo, že se pohybují v eliptických drahách kolem Slunce, ale nikdo neměl jasnou představu o tom, proč dráhy musela být ve tvaru elipsy. Podobně, pohyb padajících předmětů byl dobře pochopen od práce Galilea o půl století dříve; italský vědec vypracoval matematický vzorec, který popisuje, jak se rychlost padajícího objektu v průběhu času zvyšuje. Newtonovým velkým průlomem bylo spojit to všechno dohromady. Podle legendy, jeho okamžik vhledu přišel, když se díval na padající jablko v jeho rodném Lincolnshire.

Newtonova teorie, každý objekt je přitahuje každý jiný objekt s silou, která je úměrná hmotnosti objektů, ale nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi. Toto je známé jako zákon „inverzní čtverec“. Například, pokud je vzdálenost mezi Slunce a Zemi byly zdvojnásobil, gravitační přitažlivost mezi zemí a Sluncem by být nakrájíme na čtvrtinu její současná síla. Newton pomocí svých teorií a trochu počtu dokázal ukázat, že gravitační síla mezi Sluncem a planetami při pohybu vesmírem znamenala, že oběžné dráhy musely být eliptické.

Newtonova teorie je silný, protože to hodně vysvětluje: padající jablko, pohyb Měsíce kolem Země a pohybu planet—a dokonce i komety—kolem Slunce. Všechno to teď dávalo smysl.

úspěšná teorie předpovídá

teorie získává ještě větší podporu, pokud předpovídá nové, pozorovatelné jevy. Anglický astronom Edmond Halley použil Newtonovu teorii gravitace k výpočtu oběžné dráhy komety, která nyní nese jeho jméno. S přihlédnutím k gravitačnímu tahu slunce, Jupitera a Saturnu v roce 1705 předpověděl, že kometa, která byla naposledy viděna v roce 1682, se vrátí v roce 1758. Jistě, stalo se, znovu se objevil v prosinci téhož roku. (Halley se toho bohužel nedožil, zemřel v roce 1742.) Předpokládaný návrat Halleyovy komety byl podle Browna „velkolepým triumfem“ Newtonovy teorie.

na počátku 20. století by Newtonova teorie gravitace byla sama nahrazena—jak to fyzici uvedli-Einsteinovou, známou jako obecná relativita. (Kde si Newton představoval gravitaci jako sílu působící mezi objekty, popsal Einstein gravitaci jako výsledek zakřivení nebo deformace samotného prostoru.) Obecné relativity byl schopen vysvětlit některé jevy, které Newtonova teorie nemohla vysvětlit, jako jsou anomálie v oběžné dráze Merkuru, které se pomalu otáčí—technický termín pro to je „precese“—tak, že při každé smyčky planetě trvá kolem Slunce jsou elipsy, v průběhu let Rtuti stopy spirály cesta podobná jedné můžete mít jako dítě na Spirograph.

významně Einsteinova teorie také předpověděla, že se lišila od Newtonových. Jednou z nich byla myšlenka, že gravitace může ohýbat světlo hvězd, která byla okázale potvrzena při zatmění slunce v roce 1919 (a udělal Einstein se přes noc celebritou). Téměř o 100 let později, v roce 2016, objev gravitačních vln potvrdil další předpověď. Ve století mezi, bylo potvrzeno nejméně osm předpovědí Einsteinovy teorie.

teorie se může vyvíjet, sloučit nebo být nahrazena

a přesto fyzici věří, že Einsteinova teorie jednoho dne ustoupí nové, úplnější teorii. Zdá se, že je v rozporu s kvantovou mechanikou, teorií, která poskytuje náš nejlepší popis subatomárního světa. Způsob, jakým obě teorie popisují svět, je velmi odlišný. Obecná relativita popisuje vesmír jako obsahující částice s určitými polohami a rychlostmi, pohybující se v reakci na gravitační pole, která prostupují celým prostorem. Kvantová mechanika naproti tomu poskytuje pouze pravděpodobnost, že každá částice bude nalezena v určitém konkrétním místě v určitém čase.

jak by vypadala „jednotná teorie fyziky“ – ta, která kombinuje kvantovou mechaniku a Einsteinovu teorii gravitace? Pravděpodobně by to spojilo vysvětlující sílu obou teorií, což by vědcům umožnilo pochopit jak velmi velké, tak velmi malé ve vesmíru.

teorie může být také skutečností

pojďme na chvíli přejít od fyziky k biologii. To je právě proto, že jeho obrovské vypovídací schopnost, že biologové se drží Darwinovy teorie evoluce—která umožňuje vědcům smysl dat z genetiky, fyziologie, biochemie, paleontologie, biogeografie, a mnoha dalších oblastech—v takové úctě. Jak uvedl biolog Theodosius Dobzhansky ve vlivné eseji v roce 1973, “ nic v biologii nedává smysl kromě světla evoluce.“

je zajímavé, že slovo evoluce může být použito k označení teorie i skutečnosti-něco, co si Darwin sám uvědomil. „Darwin, když mluvil o evoluci, rozlišoval mezi skutečností evoluce a teorií evoluce,“ říká Brown. „Faktem evoluce bylo, že se druh ve skutečnosti vyvinul-a měl pro to VŠECHnY druhy důkazů. Evoluční teorie je pokusem vysvětlit tento evoluční proces.“Vysvětlení, že Darwin nakonec přišel, byla myšlenka přírodního výběru—to je zhruba myšlenka, že organismus je potomstvo se bude lišit, a že těch potomků s příznivější vlastnosti budou více pravděpodobné, že přežije, tak kolem těch vlastností na další generace.

MÁME DŮVĚRU V TEORIEMI,

Mnoho teorií jsou rock-solid: Vědci právě tolik důvěry v teorie relativity, kvantová mechanika, evoluce, desková tektonika, a termodynamiky, jako to dělají v prohlášení, že Země se točí kolem Slunce.

Další teorií, blíže k řezání-hrana současného výzkumu, jsou více nezávazně, jako je teorie strun (představa, že vše ve vesmíru je tvořena z drobných, vibrující struny nebo smyčky, čisté energie), nebo různé multivesmíru teorie (představa, že celý náš vesmír je jen jedním z mnoha). Teorie strun a multiverse teorie zůstávají kontroverzní kvůli nedostatku přímých experimentálních důkazů pro ně, a někteří kritici tvrdí, že multiverse teorie nejsou ani testovatelné v zásadě. Tvrdí, že neexistuje žádný myslitelný experiment, který by odhalil existenci těchto jiných vesmírů.

Někdy i více než jedna teorie je, předložila vysvětlit pozorování přírodních jevů; tyto teorie mohou být řekl, aby „soutěžit“ s vědci soudě který jeden nabízí nejlepší vysvětlení pro pozorování.

„tak by to mělo ideálně fungovat,“ říká Brown. „Předložil jsi svou teorii, předložil jsem svou teorii; shromažďujeme spoustu důkazů. Nakonec, jedna z našich teorií by se mohla ukázat jako zjevně lepší než druhá, po určitou dobu. V tu chvíli teorie prohry tak nějak odpadá. A vítězná teorie bude pravděpodobně bojovat bitvy v budoucnu.“