科学理論とは何ですか？
カジュアルな会話では、人々はしばしば”勘”または”推測”を意味するために理論という言葉を使用します：毎朝北行きのバスに乗って同じ男を見た場合、あなたは彼が街の北端で仕事をしていると理論化するかもしれません。科学では、理論はより強い主張です。
典型的には、それは様々な事実との関係についての主張です; 観察されているもののための簡潔な説明を提供する方法。 アメリカ自然史博物館は、このようにそれを置きます：”理論は、法律、仮説、事実を組み込むことができる自然界の側面の十分に実証された説明です。例えば、ニュートンの重力理論—彼の万有引力の法則としても知られている-は、宇宙のどこにいても、すべての物体が同じように重力に反応すると言います。 地球の周りの月の動き、木星の周りの木星の衛星の動き、落下したハンマーの下向きの落下からの観測データは、すべてニュートンの理論と一致しています。 したがって、ニュートンの理論は、これらの物体の動きについて知っていることを要約する簡潔な方法を提供します—実際には、重力に応答する物体の。
トロント大学の科学哲学者であるJames Robert Brownは、Mental Flossに”経験を整理する”という科学理論を伝えています。 “それは体系的な形のいくつかの種類にそれを置きます。”
成功した理論は説明します
すでに知られている事実を説明する理論の能力は、その受け入れのための強固な基盤を築きます。 例として、ニュートンの重力理論を詳しく見てみましょう。
17世紀後半には、惑星は太陽の周りを楕円軌道で移動することが知られていましたが、なぜ軌道が楕円のような形をしなければならないのか 同様に、落下する物体の動きは、半世紀前のガリレオの仕事以来よく理解されていました; イタリアの科学者は、落下物の速度が時間の経過とともにどのように増加するかを説明する数式を考え出しました。 ニュートンの偉大な突破口は、このすべてを一緒に結ぶことでした。 伝説によると、彼の洞察力の瞬間は、彼の母国リンカンシャーで落ちてくるリンゴを見つめていたときに来ました。ニュートンの理論では、すべての物体は、物体の質量に比例するが、それらの間の距離の二乗に反比例する力で、他のすべての物体に引き寄せられる。
これは「逆二乗」の法則として知られています。 例えば、太陽と地球の間の距離が2倍になった場合、地球と太陽の間の重力の引力は現在の強さの4分の1にカットされます。 ニュートンは、彼の理論と微積分のビットを使用して、彼らは宇宙を移動するように太陽と惑星の間の重力は、軌道が楕円形でなければならなかったことを意味することを示すことができました。
ニュートンの理論は、落下するリンゴ、地球の周りの月の動き、太陽の周りのすべての惑星、さらには彗星の動きなどを説明するので、強力です。 それのすべては今理にかなっていた。成功した理論は予測します
理論は、新しい観測可能な現象を予測する場合、さらに多くの支持を得ます。 イギリスの天文学者エドモンド-ハレーは、ニュートンの重力理論を使って、現在彼の名前を冠した彗星の軌道を計算した。 1705年に太陽、木星、土星の重力を考慮して、彼は1682年に最後に見られた彗星が1758年に戻ってくると予測した。 案の定、それは、その年の12月に再出現しました。 （残念ながら、ハレーはそれを見るために生きていなかった;彼は1742年に死亡した。）ハレー彗星の帰還が予測されたブラウンは、ニュートンの理論の”壮大な勝利”だったと言います。20世紀初頭、ニュートンの重力理論自体は、物理学者が言うように、一般相対性理論として知られているアインシュタインの重力理論に取って代わ （ニュートンが物体の間に作用する力として重力を想像したところで、アインシュタインは重力を空間自体の湾曲または反りの結果として説明した。)一般相対性理論は、ゆっくりと回転する水星の軌道の異常など、ニュートンの理論では説明できなかった特定の現象を説明することができました—これの専門用語は”歳差運動”です—そのため、惑星が太陽の周りを取る各ループは楕円ですが、長年にわたって水星はあなたがスピログラフで子供のように作ったかもしれないものに似た螺旋状の経路をたどります。重要なことに、アインシュタインの理論はニュートンの理論とは異なる予測もしました。
一つは、重力が星の光を曲げることができるという考えであり、これは1919年の日食の間に見事に確認された（そしてアインシュタインを一晩の有名人にした）。 ほぼ100年後の2016年に、重力波の発見は、さらに別の予測を確認しました。 その間の世紀には、アインシュタインの理論の少なくとも8つの予測が確認されています。理論は進化、マージ、または置き換えることができます
まだ物理学者はアインシュタインの理論は、いつか新しい、より完全な理論に道を譲ると信じています。
理論は進化、マージ、または置き換えることができます
まだ物理学者は信じています。 それはすでに量子力学、亜原子世界の私たちの最高の説明を提供する理論と矛盾しているようです。 二つの理論が世界を記述する方法は非常に異なっています。 一般相対性理論は、宇宙を明確な位置と速度を持つ粒子を含み、すべての空間に浸透する重力場に応答して移動すると説明しています。 対照的に、量子力学は、各粒子がある特定の時間にある特定の場所で発見される確率のみをもたらす。量子力学とアインシュタインの重力理論を組み合わせた”物理学の統一理論”はどのように見えるでしょうか？
おそらくそれは両方の理論の説明力を組み合わせて、科学者が宇宙の非常に大きいものと非常に小さいものの両方を理解することを可能にするで
理論は事実でもあります
しばらくの間、物理学から生物学に移りましょう。 生物学者は、遺伝学、生理学、生化学、古生物学、生物地理学、および他の多くの分野からのデータを理解することを可能にするダーウィンの進化論を、そのような高い評価で保持しているのは、その広大な説明力のためです。 生物学者のTheodosius Dobzhanskyが1973年に影響力のあるエッセイにそれを置いたように、「生物学の何も進化の光を除いて意味がありません。”
興味深いことに、進化という言葉は、理論と事実の両方を参照するために使用することができます—ダーウィン自身が実現したもの。 “ダーウィンは、彼が進化について話していたとき、進化の事実と進化の理論を区別しました”とブラウンは言います。 「進化の事実は、種が実際には進化していたということでした—そして彼はこれについてあらゆる種類の証拠を持っていました。 進化論は、この進化の過程を説明しようとする試みです。”ダーウィンが最終的に思いついた説明は、自然選択のアイデアでした—大まかには、生物の子孫は変化し、より有利な形質を持つ子孫は生き残る可能性が高くなり、それらの形質を次の世代に渡すという考えでした。科学者たちは、地球が太陽の周りを回っているという声明の中でそうであるように、相対性理論、量子力学、進化、プレートテクトニクス、熱力学の理論と同じくらいの自信を持っています。
現在の研究の最先端に近い他の理論は、弦理論（宇宙のすべてが小さな振動する弦や純粋なエネルギーのループで構成されているという考え）や様々な多元宇宙理論（私たちの宇宙全体が多くのものの一つに過ぎないという考え）のように、より暫定的です。 弦理論と多元宇宙理論は、それらのための直接的な実験的証拠がないため議論の余地があり、一部の批評家は多元宇宙理論は原則的にテスト可能ではないと主張している。 彼らは、これらの他の宇宙の存在を明らかにする可能性のある実験はないと主張しています。
自然現象の観測を説明するために複数の理論が提唱されることがあります。
「それが理想的にはうまくいくはずです」とBrown氏は言います。 “あなたはあなたの理論を提唱し、私は私の理論を提唱し、私たちは多くの証拠を蓄積します。 最終的に、私たちの理論の1つは、ある期間にわたって、明らかに他の理論よりも優れていることが証明されるかもしれません。 その時点で、負けた理論は一種の落ちます。 そして、勝利理論は、おそらく将来的に戦いを戦うことになります。”