Što je znanstvena teorija?

U neobaveznom razgovoru ljudi često koriste tu riječteorijašto znači 'predosjećaj' ili 'nagađanje': ako svakog jutra vidite istog muškarca kako se vozi autobusom prema sjeveru, mogli biste teoretizirati da on ima posao na sjevernom kraju grada; ako zaboravite staviti kruh u kruh i otkrijete da su sljedećeg jutra iz njega izvađeni komadi, mogli biste pretpostaviti da u kuhinji imate miševa.

U znanosti je teorija jača tvrdnja. Tipično je to tvrdnja o odnosu između različitih činjenica; način davanja sažetog objašnjenja onoga što je primijećeno. Američki prirodoslovni muzej to kaže na sljedeći način: 'Teorija je dobro potkrijepljeno objašnjenje aspekta prirodnog svijeta koji može sadržavati zakone, hipoteze i činjenice.'

Na primjer, Newtonova teorija gravitacije - također poznata i kao njegov zakon univerzalne gravitacije - kaže da svaki objekt, bilo gdje u svemiru, na gravitacijsku silu reagira na isti način. Podaci promatranja iz Mjesečevog kretanja oko Zemlje, gibanja Jupiterovih mjeseci oko Jupitera i pada bačenog čekića prema dolje, u skladu su s Newtonovom teorijom. Dakle, Newtonova teorija pruža sažet način sažimanja onoga što znamo o kretanju tih objekata - zapravobilo kojiobjekt koji reagira na silu gravitacije.

Znanstvena teorija 'organizira iskustvo', kaže James Robert Brown, filozof znanosti sa Sveučilišta u Torontu, za Trini Radio. 'To ga stavlja u neku vrstu sustavnog oblika.'

OBJAŠNJAVA USPJEŠNA TEORIJA

Sposobnost teorije da objasni već poznate činjenice postavlja čvrste temelje za njezino prihvaćanje. Pogledajmo bliže Newtonovu teoriju gravitacije kao primjer.

Krajem 17. stoljeća znalo se da se planeti kreću eliptičnim putanjama oko Sunca, ali nitko nije imao jasnu ideju o tomezaštoorbite su morale biti oblikovane poput elipse. Slično tome, kretanje padajućih predmeta bilo je dobro shvaćeno još od djela Galilea, pola stoljeća ranije; talijanski je znanstvenik razvio matematičku formulu koja opisuje kako se s vremenom povećava brzina padajućeg predmeta. Newtonov veliki proboj bio je sve ovo povezati. Prema legendi, njegov trenutak uvida nastupio je kada je zagledao padajuću jabuku u svom rodnom Lincolnshireu.

U Newtonovoj teoriji svaki objekt privlači svaki drugi objekt snagom koja je proporcionalna masama predmeta, ali obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. To je poznato kao zakon 'obrnutog kvadrata'. Na primjer, kada bi se udaljenost između Sunca i Zemlje udvostručila, gravitacijsko privlačenje između Zemlje i Sunca smanjilo bi se na četvrtinu trenutne snage. Newton je, koristeći svoje teorije i malo računanja, uspio pokazati da gravitacijska sila između Sunca i planeta dok se kreću kroz prostor znači da orbite moraju biti eliptične.

Newtonova teorija je moćna jer objašnjava toliko toga: padajuću jabuku, kretanje Mjeseca oko Zemlje i kretanje svih planeta - pa čak i kometa - oko Sunca.svisada je to imalo smisla.

činjenice i povijest nacionalnog parka yosemite

USPJEŠNA TEORIJA PREDVIĐA

Teorija dobiva još veću potporu ako predviđa nove, uočljive pojave. Engleski astronom Edmond Halley koristio je Newtonovu teoriju gravitacije za izračunavanje orbite komete koja sada nosi njegovo ime. Uzimajući u obzir gravitacijsko privlačenje Sunca, Jupitera i Saturna, 1705. godine, predvidio je da će se komet, koji je posljednji put viđen 1682. godine, vratiti 1758. Svakako da jest, ponovno se pojavio u prosincu te godine. (Nažalost, Halley to nije dočekao; umro je 1742.) Predviđeni povratak Halleyjeva kometa, kaže Brown, bio je 'spektakularni trijumf' Newtonove teorije.

Početkom 20. stoljeća Newtonovu teoriju gravitacije i sama će zamijeniti - kako su to rekli fizičari - Einsteinova teorija, poznata kao opća relativnost. (Tamo gdje je Newton gravitaciju zamišljao kao silu koja djeluje između predmeta, Einstein je gravitaciju opisao kao rezultat zakrivljenosti ili iskrivljenja samog prostora.) Opća je relativnost uspjela objasniti određene pojave koje Newtonova teorija nije mogla objasniti, poput anomalije u orbita Merkura koja se polako okreće - tehnički izraz za to je 'precesija' - tako da dok je svaka petlja koju planet zauzima oko Sunca elipsa, tijekom godina Merkur pronalazi spiralni put sličan onome koji ste možda napravili kao dijete na spirografu.

kako se izvući iz živog pijeska

Znakovito je da je Einsteinova teorija također iznosila predviđanja koja su se razlikovala od Newtonovih. Jedna je bila ideja da gravitacija može saviti zvijezdu, što je spektakularno potvrđeno tijekom pomrčine Sunca 1919. (i od Einsteina preko noći postalo slavnom osobom). Gotovo 100 godina kasnije, 2016. godine, otkriće gravitacijskih valova potvrdilo je još jedno predviđanje. U stoljeću između njih potvrđeno je najmanje osam predviđanja Einsteinove teorije.

TEORIJA SE MOŽE RAZVITI, RASTITI ILI ZAMJENITI

Pa ipak, fizičari vjeruju da će Einsteinova teorija jednog dana ustupiti mjesto novoj, cjelovitijoj teoriji. Čini se da se već sukobljava s kvantnom mehanikom, teorijom koja pruža naš najbolji opis subatomskog svijeta. Način na koji dvije teorije opisuju svijet vrlo se razlikuje. Opća relativnost opisuje svemir kao da sadrži čestice s određenim položajima i brzinama, krećući se kao odgovor na gravitacijska polja koja prožimaju svemir. Kvantna mehanika, nasuprot tome, daje samo vjerojatnost da će se svaka čestica naći na nekom određenom mjestu u određeno vrijeme.

Kako bi izgledala 'objedinjena teorija fizike' - ona koja kombinira kvantnu mehaniku i Einsteinovu teoriju gravitacije? Pretpostavlja se da bi kombinirao snagu objašnjenja obje teorije, omogućujući znanstvenicima da shvate i vrlo velike i vrlo male u svemiru.

TEORIJA MOŽE BITI I ČINJENICA

Krenimo na trenutak s fizike na biologiju. Upravo zbog svoje ogromne snage objašnjenja biolozi drže Darwinovu teoriju evolucije - koja omogućava znanstvenicima da tako razumiju podatke iz genetike, fiziologije, biokemije, paleontologije, biogeografije i mnogih drugih područja - s tako visokim poštovanjem. Kao što je biolog Theodosius Dobzhansky rekao u utjecajnom eseju 1973. godine, 'Ništa u biologiji nema smisla osim u svjetlu evolucije.'

Zanimljivo, riječevolucijamože se koristiti za pozivanje na obje teorijeičinjenica - nešto što je i sam Darwin shvatio. 'Darwin je, govoreći o evoluciji, razlikovaočinjenicaevolucije iteorijaevolucije ', kaže Brown. »Thečinjenicaevolucije bilo je da su se vrste zapravo razvile [tj. mijenjao se s vremenom] - i za to je imao sve moguće dokaze. Theteorijaevolucije je pokušaj objašnjenja ovog evolucijskog procesa. ' Objašnjenje koje je Darwin na kraju smislio bila je ideja prirodne selekcije - otprilike, ideja da će potomci organizma varirati i da će vjerojatnije da će preživjeti oni potomci s povoljnijim osobinama, prenoseći te osobine na sljedeću generaciju .

POVJERUJEMO U TEORIJE

Mnoge su teorije čvrste u kamenu: Znanstvenici imaju jednako povjerenje u teorije relativnosti, kvantnu mehaniku, evoluciju, tektoniku ploča i termodinamiku kao i u izjavu da se Zemlja okreće oko Sunca.

Ostale teorije, bliže vrhu modernih istraživanja, više su okvirne, poput teorije struna (ideja da se sve u svemiru sastoji od sitnih, titrajućih žica ili petlji čiste energije) ili različitih teorija multiverzuma (ideja da je cijeli naš svemir samo jedan od mnogih). Teorija struna i teorija multiverzuma ostaju kontroverzne zbog nedostatka izravnih eksperimentalnih dokaza za njih, a neki kritičari tvrde da teorije multiverzuma u načelu nisu ni provjerljive. Oni tvrde da ne postoji zamisliv eksperiment koji bi mogao otkriti postojanje tih drugih svemira.

Ponekad se izloži više teorija za objašnjavanje promatranja prirodnih pojava; za ove bi se teorije moglo reći da se 'natječu', a znanstvenici prosuđuju koja od njih daje najbolje objašnjenje za zapažanja.

'Tako bi idealno trebalo funkcionirati', kaže Brown. 'Ti iznio svoju teoriju, ja sam iznio svoju teoriju; sakupljamo puno dokaza. Na kraju, tijekom nekog vremena jedna od naših teorija mogla bi se pokazati boljom od druge. U tom trenutku teorija gubitka nekako otpada. A pobjednička će teorija vjerojatno voditi bitke u budućnosti. '