Ipotesi, modello, teoria e legge

Nell'uso comune, le parole ipotesi, modello, teoria e legge hanno interpretazioni diverse e talvolta sono usate senza precisione, ma nella scienza hanno significati molto precisi.

Forse il passaggio più difficile e intrigante è lo sviluppo di un'ipotesi specifica e verificabile. Un'ipotesi utile consente le previsioni applicando il ragionamento deduttivo, spesso sotto forma di analisi matematica. È una dichiarazione limitata sulla causa e l'effetto in una situazione specifica, che può essere testata mediante sperimentazione e osservazione o mediante analisi statistica delle probabilità dai dati ottenuto. Il risultato dell'ipotesi del test dovrebbe essere attualmente sconosciuto, in modo che i risultati possano fornire dati utili sulla validità dell'ipotesi.

A volte viene sviluppata un'ipotesi che deve attendere che nuove conoscenze o tecnologie siano verificabili. Il concetto di atomi è stato proposto dal antichi greci, che non aveva modo di testarlo. Secoli dopo, quando sono diventate disponibili ulteriori conoscenze, l'ipotesi ha ottenuto supporto e alla fine è stata accettata dalla comunità scientifica, anche se ha dovuto essere modificata più volte nel corso dell'anno. Gli atomi non sono indivisibili, come supponevano i Greci.

UN modello è usato per situazioni in cui è noto che l'ipotesi ha una limitazione sulla sua validità. Il Modello di Bohr dell'atomo, ad esempio, raffigura elettroni che circondano il nucleo atomico in modo simile ai pianeti del sistema solare. Questo modello è utile nel determinare le energie degli stati quantici dell'elettrone nel semplice atomo di idrogeno, ma non rappresenta affatto la vera natura dell'atomo. Gli scienziati (e gli studenti di scienze) lo usano spesso modelli idealizzati per avere una prima comprensione dell'analisi di situazioni complesse.

UN teoria scientifica o legge rappresenta un'ipotesi (o gruppo di ipotesi correlate) che è stata confermata da test ripetuti, quasi sempre condotti nell'arco di molti anni. Generalmente, una teoria è una spiegazione per un insieme di fenomeni correlati, come la teoria dell'evoluzione o il teoria del Big Bang.

La parola "legge" viene spesso invocata in riferimento a una specifica equazione matematica che mette in relazione i diversi elementi all'interno di una teoria. La Legge di Pascal fa riferimento a un'equazione che descrive le differenze di pressione in base all'altezza. Nella teoria generale della gravitazione universale sviluppata da Sir Isaac Newton, l'equazione chiave che descrive l'attrazione gravitazionale tra due oggetti è chiamata legge di gravità.

In questi giorni, i fisici raramente applicano la parola "legge" alle loro idee. In parte, ciò è dovuto al fatto che molte delle precedenti "leggi della natura" non erano tanto leggi quanto linee guida, che funzionano bene con determinati parametri ma non con altri.

Una volta stabilita una teoria scientifica, è molto difficile far scartare la comunità scientifica. In fisica, il concetto di etere come mezzo di trasmissione delle onde luminose incontrò una seria opposizione alla fine del 1800, ma non fu ignorato fino agli inizi del 1900, quando Albert Einstein proposto spiegazioni alternative per la natura ondulatoria della luce che non si basava su un mezzo per la trasmissione.

Il filosofo scientifico Thomas Kuhn ha sviluppato il termine paradigma scientifico spiegare l'insieme funzionante delle teorie in base alle quali opera la scienza. Ha svolto un ampio lavoro sul rivoluzioni scientifiche che si verificano quando un paradigma viene ribaltato a favore di una nuova serie di teorie. Il suo lavoro suggerisce che la natura stessa della scienza cambia quando questi paradigmi sono significativamente diversi. La natura della fisica prima della relatività e della meccanica quantistica è fondamentalmente diversa da quella dopo la loro scoperta, proprio come la biologia prima della teoria dell'evoluzione di Darwin è fondamentalmente diversa dalla biologia che l'ha seguito. La natura stessa dell'indagine cambia.

Una conseguenza del metodo scientifico è quella di cercare di mantenere la coerenza nell'inchiesta quando si verificano queste rivoluzioni ed evitare i tentativi di rovesciare i paradigmi esistenti su basi ideologiche.

Un principio degno di nota per quanto riguarda il metodo scientifico è Rasoio di Occam (alternativamente scritto Ockham's Razor), che prende il nome dal logico inglese del 14 ° secolo e dal frate francescano William of Ockham. Occam non ha creato il concetto: il lavoro di Tommaso d'Aquino e persino di Aristotele si riferiva a una sua forma. Il nome gli fu attribuito per la prima volta (per quanto ne sappiamo) nell'Ottocento, indicando che doveva aver sposato abbastanza la filosofia da farne associare il suo nome.

Il rasoio è spesso indicato in latino come:

entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem

oppure, tradotto in inglese:

le entità non dovrebbero essere moltiplicate oltre la necessità

Occam's Razor indica che la spiegazione più semplice che si adatta ai dati disponibili è quella preferibile. Supponendo che due ipotesi presentate abbiano lo stesso potere predittivo, quella che fa il minor numero di ipotesi ed entità ipotetiche ha la precedenza. Questo appello alla semplicità è stato adottato dalla maggior parte della scienza ed è invocato in questa popolare citazione di Albert Einstein:

Tutto dovrebbe essere reso il più semplice possibile, ma non più semplice.

È significativo notare che il rasoio di Occam non dimostra che l'ipotesi più semplice sia, in effetti, la vera spiegazione di come si comporta la natura. I principi scientifici dovrebbero essere il più semplice possibile, ma non è una prova che la natura stessa sia semplice.

Tuttavia, è generalmente il caso che quando un sistema più complesso è al lavoro ci sono alcuni elementi di prova che non si adatta all'ipotesi più semplice, quindi il rasoio di Occam è raramente sbagliato in quanto tratta solo di ipotesi di previsione puramente uguale energia. Il potere predittivo è più importante della semplicità.

A cura di Anne Marie Helmenstine, Ph. D.