Различие между научной гипотезой, теорией и законом

Разберем некоторые распространенные заблуждения относительно базовых научных понятий.

Автор: Майя Мулько (Maia Mulko)

Никто не застрахован от неправильного понимания научных концепций и/или от их некорректного применения.

Статистика Национального научного совета (National Science Board) показывает, что в 2016 году американцы в среднем набрали 5,6 балла из 9 возможных в тесте на научную тематику, состоявшем из вопросов с вариантами ответов «верно/неверно» и вопросов с множественным выбором. Из-за небольшого количества вопросов исследование лучше определяет респондентов с низким и средним уровнем знаний, чем с высоким. Однако эти результаты мало отличались от данных предыдущих лет, что говорит о том, что с начала века базовый уровень научной грамотности американцев в целом остается неизменным.

В связи с этим мы хотели бы прояснить и подчеркнуть различия между научной гипотезой, теорией и законом, а также объяснить, почему эти термины нельзя использовать как взаимозаменяемые.

Гипотеза: основа научного метода

Научный метод — это эмпирическая процедура, которая включает в себя систематическое наблюдение, измерение и эксперимент, а также формулирование, проверку и модификацию гипотез. Этот процесс призван гарантировать, что сбор доказательств, получение результатов и формирование выводов не будут искажены субъективными взглядами и смогут быть стабильно воспроизведены другими исследователями.

Хотя в зависимости от требований конкретной научной дисциплины могут существовать определенные вариации, этапы научного метода более или менее одинаковы.

Научный метод часто начинается с наблюдения или постановки вопроса: например, с наблюдения за определенными природными явлениями или с вопроса о том, почему существует то или иное явление и почему оно происходит именно таким образом.

Наблюдение порождает вопрос, а вопрос, в свою очередь, ведет к появлению первичной гипотезы. Первичная гипотеза — это предположение, служащее временным ответом на поставленный вопрос; она формулируется индуктивным путем на основе проведенных наблюдений.

Чтобы лучше это понять, рассмотрим случай с врачом Игнацем Земмельвайсом. В середине XIX века он работал в Первой акушерской клинике Венской общей больницы, где 10% рожениц умирали от родильной горячки. В то же время во Второй акушерской клинике средний показатель материнской смертности составлял 4%. Земмельвайс задался вопросом, чем вызвано такое расхождение в уровнях смертности между двумя клиниками.

Путем наблюдения он выявил и исключил ряд различий между двумя учреждениями. Поскольку методы работы, климатические условия и т.п. в обоих местах были практически одинаковыми, он пришел к выводу, что причина кроется в медицинском персонале, принимавшем роды. Во Второй клинике роды принимали только акушерки, тогда как в Первой клинике роды часто принимали студенты-медики, которые также проводили вскрытия трупов. Земмельвайс выдвинул гипотезу о том, что студенты-медики разносят «трупное заражение» по Первой клинике, что и вызывает родильную горячку.

Он приказал всем студентам-медикам мыть руки раствором хлорной извести после проведения вскрытий, и уровень смертности в Первой клинике снизился на 90%. Земмельвайс считается одним из первых пионеров антисептики.

Эта история демонстрирует не только важность первичной гипотезы, но и необходимость ее проверки с помощью экспериментов, полевых или наблюдательных исследований и других видов экспериментальной работы. Фактически, это следующий шаг научного метода, который абсолютно необходим для формулирования обоснованных выводов.

Теория: «почему» и «как» природных явлений

Научную теорию можно определить как систему многократно проверенных и подтвержденных гипотез и концепций. Научные теории опираются на гипотезы, которые создаются и проверяются с помощью научного метода и могут объединять в себе множество фактов и гипотез.

Теория синтезирует открытые факты о явлениях таким образом, что это позволяет ученым формулировать прогнозы и выдвигать новые гипотезы. Например, опираясь на эволюционную теорию Дарвина, мы можем выдвинуть гипотезу о причинах, по которым животное выглядит или ведет себя определенным образом. Или мы можем предсказать, что антисептики предотвратят распространение болезней, если примем во внимание микробную теорию. Подтверждение этих гипотез и прогнозов укрепляет теории, на которых они основаны.

Чтобы теория считалась состоятельной, она должна быть проверяемой, отражать общие тенденции, а не только частные случаи, и не противоречить ранее подтвержденным теориям и законам.

Закон: закономерности природы

В целом, научный закон — это описание наблюдаемого явления. Он не объясняет, почему это явление существует или что его вызывает. Законы можно рассматривать как отправную точку, как момент, с которого возникают такие вопросы, как «почему» и «как».

Например, мы можем бросить мяч при определенных условиях и предсказать его траекторию, принимая во внимание законы движения Ньютона. Эти законы включают в себя не только ряд словесных утверждений, но также уравнения и формулы. Однако, хотя законы Ньютона могут математически описывать взаимодействие двух тел, они не объясняют, что такое гравитация и как она работает.

Вопреки расхожему мнению, научные законы не являются незыблемыми. Чтобы считаться законами, они должны быть универсальными и абсолютными, но их можно уточнять или расширять для повышения точности. Например, законы движения Эйлера расширяют законы Ньютона применительно к твердым телам, а механизм работы гравитации был детально изучен лишь после того, как Альберт Эйнштейн разработал теорию относительности.

Распространенные заблуждения о научных законах, теориях и гипотезах

Между законами, теориями и гипотезами существует иерархия:

Некоторые считают, что гипотезы «эволюционируют» в теории, а теории «эволюционируют» в законы. Хотя в теорию может быть включено множество подтвержденных гипотез, она никогда не сводится к одной-единственной. Теории не превращаются в научные законы, потому что это совершенно разные понятия. Как уже говорилось выше, теории объясняют явления, а законы отражают закономерности.

Теории не так «серьезны», как законы:

Это заблуждение, тесно связанное с мифом об иерархии, возникает из-за разговорного использования слова «теория», которое в бытовой речи часто применяют как синоним слова «предположение» или «догадка». Но, как мы уже упоминали ранее, научные теории — это полная противоположность предположениям и догадкам: это неизменно подтверждаемые факты, которые объясняют те или иные явления.

Существует только один научный метод:

Популярность упрощенной модели научного исследования заставила некоторых думать, что это единственный способ, которым ученые ведут свою работу. Хотя все научные методы подчиняются определенным правилам и имеют общие элементы, на самом деле существует несколько моделей: классическая (аристотелевская), гипотетико-дедуктивная, прагматическая и так далее.

Совсем не обязательно быть ученым, чтобы понимать научные термины. В информационную эпоху научные концепции окружают нас повсюду, и, несмотря на то, что сегодня доступ к знаниям проще, чем когда-либо, вокруг всё еще бытует множество заблуждений. Всегда лучше перестраховаться и четко разобраться в фактах.