Как осуществляется наука?
Как ученые устанавливают, какие общие принципы являются истинными из многих, которые могут быть истинными? Для этого они систематически тестируют альтернативные предложения. Если эти предложения окажутся противоречащими экспериментальным наблюдениям, они будут отклонены как не соответствующие действительности. После тщательных наблюдений в конкретной области науки ученые выдвигают гипотезу, которая является предлагаемым объяснением, объясняющим эти наблюдения. Гипотеза - это предположение, которое может быть верным. Те гипотезы, которые еще не опровергнуты, сохраняются. Они полезны, потому что соответствуют известным фактам, но в будущем могут быть отвергнуты, если в свете новой информации они окажутся неверными.
Проверка гипотез
Предположим, что комната кажется вам темной. Чтобы понять, почему кажется темным, вы выдвигаете несколько гипотез. Первый может быть: "В комнате нет света, потому что выключатель выключен". Альтернативная гипотеза может заключаться в следующем: "В комнате нет света, потому что лампочка перегорела." И еще одна альтернативная гипотеза может быть: "Я ослеп". Чтобы оценить эти гипотезы, необходимо провести эксперимент, направленный на устранение одной или нескольких гипотез. Например, вы можете проверить свои гипотезы, изменив положение переключателя света. Если вы это сделаете и свет не включится, вы опровергнете первую гипотезу. Причиной наступления темноты должно быть нечто иное, чем настройка выключателя света. Обратите внимание, что подобный тест не доказывает, что любая из других гипотез верна; он лишь демонстрирует, что одна из них неверна.
Успешным экспериментом является эксперимент, в котором одна или несколько альтернативных гипотез оказываются несовместимыми с результатами и поэтому отвергаются. Биология, как и вся наука, находится в постоянном состоянии изменений, появляются новые идеи, заменяющие старые.
Две переменные
Зачастую мы заинтересованы в изучении процессов, на которые влияют многие факторы или переменные. Чтобы оценить альтернативные гипотезы об одной переменной, все остальные переменные должны быть постоянными. Это делается путем проведения двух параллельных экспериментов: в первом эксперименте одна переменная изменяется определенным образом для проверки конкретной гипотезы; во втором эксперименте, называемом контрольным экспериментом, эта переменная остается неизменной.
Во всех остальных отношениях эти два эксперимента идентичны, поэтому любые различия в результатах этих двух экспериментов должны быть обусловлены влиянием переменной, которая была изменена. Основная проблема экспериментальной науки заключается в разработке контрольных экспериментов, которые изолируют определенную переменную от других факторов, которые могут повлиять на процесс. Успешная научная гипотеза должна быть не только обоснованной, но и полезной - она должна рассказать вам то, что вы хотите знать.
Гипотеза наиболее полезна, когда она делает прогнозы, потому что эти прогнозы дают возможность проверить достоверность гипотезы. Если эксперимент дает результаты, несовместимые с прогнозами, то гипотеза должна быть отвергнута. С другой стороны, если прогнозы подкреплены экспериментальным тестированием, то гипотеза подтверждается. Чем больше экспериментально подтвержденных прогнозов делает гипотеза, тем более обоснованной она является.
Например, гипотеза относительности Эйнштейна была сначала предварительно принята, потому что никто не мог придумать эксперимент, который признал ее недействительной.
Гипотеза дала ясное предсказание: что солнце согнет проходящий мимо него путь света. Когда это было испытано в полном затмении, свет от фоновых звезд был действительно согнут. Поскольку этот результат был неизвестен при формулировании гипотезы, он обеспечил ей сильную поддержку , которая затем была принята с большей степенью уверенности.
Развитие теорий
Ученые используют теорию слов двумя основными способами. Теория - это предлагаемое объяснение некоторого природного явления, часто основанное на некотором общем принципе. Таким образом, можно говорить о принципе, впервые предложенном Ньютоном в качестве "теории гравитации". Такие теории часто сводят воедино понятия, которые ранее считались несвязанными, и предлагают единые объяснения различных явлений. Теория гравитации Ньютона дала единственное объяснение падениям объектов на землю и орбитам планет вокруг Солнца.
Теория также используется для обозначения совокупности взаимосвязанных понятий, подкрепленных научным обоснованием и экспериментальными доказательствами, которые объясняют факты в той или иной области исследования. Такая теория обеспечивает незаменимую основу для организации массива знаний. Например, квантовая теория в физике объединяет ряд представлений о природе Вселенной, объясняет экспериментальные факты и служит руководством к дальнейшим вопросам и экспериментам.
В заключении можно сделать вывод, что каждая теория имеет свой "вес" в определенном способе изучения и познания неизвестного.
