Một lý thuyết khoa học là một lời giải thích về một khía cạnh của thế giới tự nhiên và vũ trụ đã được thử nghiệm và chứng thực nhiều lần theo phương pháp khoa học, sử dụng các giao thức quan sát, đo lường và đánh giá kết quả được chấp nhận. Nếu có thể, các lý thuyết được kiểm tra trong các điều kiện được kiểm soát trong một thí nghiệm. Trong những trường hợp không thể kiểm tra bằng thực nghiệm, các lý thuyết được đánh giá thông qua các nguyên tắc suy luận bắt cóc. Các lý thuyết khoa học được thiết lập đã chịu được sự xem xét kỹ lưỡng và thể hiện kiến thức khoa học
Một lý thuyết khoa học khác với một sự kiện khoa học hoặc định luật khoa học ở chỗ một lý thuyết giải thích "tại sao" hoặc "như thế nào". một thực tế là một quan sát đơn giản, cơ bản, trong khi một luật là một tuyên bố [thường là một phương trình toán học] về mối quan hệ giữa các sự kiện. Ví dụ, Định luật hấp dẫn của Newton là một phương trình toán học có thể được sử dụng để dự đoán lực hút giữa các vật thể, nhưng nó không phải là một lý thuyết để giải thích cách thức hoạt động của lực hấp dẫn. Stephen Jay Gould đã viết rằng ". sự thật và lý thuyết là những thứ khác nhau, không phải là bậc thang trong hệ thống phân cấp ngày càng chắc chắn. Sự thật là dữ liệu của thế giới. Các lý thuyết là cấu trúc của các ý tưởng giải thích và diễn giải các sự kiện. "
Ý nghĩa của thuật ngữ lý thuyết khoa học [thường được ký hợp đồng với lý thuyết cho ngắn gọn] được sử dụng trong các ngành khoa học khác biệt đáng kể so với cách sử dụng lý thuyết thông thường trong tiếng địa phương. Trong lời nói hàng ngày, lý thuyết có thể ngụ ý một lời giải thích đại diện cho một phỏng đoán không có căn cứ và mang tính suy đoán, trong khi trong khoa học, nó mô tả một lời giải thích đã được thử nghiệm và được chấp nhận rộng rãi là hợp lệ.
Sức mạnh của một lý thuyết khoa học liên quan đến sự đa dạng của các hiện tượng mà nó có thể giải thích và tính đơn giản của nó. Khi các bằng chứng khoa học bổ sung được thu thập, một lý thuyết khoa học có thể được sửa đổi và cuối cùng bị bác bỏ nếu nó không thể được tạo ra để phù hợp với những phát hiện mới; . Một số lý thuyết được thiết lập vững chắc đến mức chúng khó có thể thay đổi về cơ bản [ví dụ, các lý thuyết khoa học như thuyết tiến hóa, thuyết nhật tâm, thuyết tế bào, thuyết kiến tạo mảng, thuyết mầm bệnh, v.v. ]. Trong một số trường hợp nhất định, một lý thuyết khoa học hoặc định luật khoa học không phù hợp với tất cả dữ liệu vẫn có thể hữu ích [do tính đơn giản của nó] dưới dạng một phép tính gần đúng trong các điều kiện cụ thể. Một ví dụ là các định luật về chuyển động của Newton, là một phép tính gần đúng có độ chính xác cao đối với thuyết tương đối đặc biệt với vận tốc nhỏ so với tốc độ ánh sáng
Các lý thuyết khoa học có thể kiểm chứng và đưa ra những dự đoán sai. Chúng mô tả nguyên nhân của một hiện tượng tự nhiên cụ thể và được sử dụng để giải thích và dự đoán các khía cạnh của vũ trụ vật lý hoặc các lĩnh vực nghiên cứu cụ thể [ví dụ: điện, hóa học và thiên văn học]. Cũng như các dạng tri thức khoa học khác, các lý thuyết khoa học vừa có tính suy diễn vừa có tính quy nạp nhằm đạt năng lực tiên đoán và giải thích. Các nhà khoa học sử dụng các lý thuyết để nâng cao kiến thức khoa học, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho những tiến bộ trong công nghệ hoặc y học
Albert Einstein đã mô tả hai loại lý thuyết khoa học khác nhau. "Lý thuyết cấu trúc" và "lý thuyết nguyên tắc". Các lý thuyết xây dựng là các mô hình xây dựng cho các hiện tượng. ví dụ, lý thuyết động học. Các lý thuyết nguyên lý là những khái quát hóa theo kinh nghiệm, một ví dụ như vậy là các định luật về chuyển động của Newton
Đặc điểm[sửa]
Các tiêu chí cơ bản[sửa]
Đối với bất kỳ lý thuyết nào được chấp nhận trong hầu hết các học viện, thường có một tiêu chí đơn giản. Tiêu chí thiết yếu là lý thuyết phải có thể quan sát được và có thể lặp lại. Tiêu chí nói trên là cần thiết để ngăn chặn gian lận và duy trì khoa học
Các mảng kiến tạo của thế giới được lập bản đồ vào nửa sau của thế kỷ 20. Thuyết kiến tạo mảng giải thích thành công nhiều quan sát về Trái đất, bao gồm sự phân bố của động đất, núi, lục địa và đại dương
Đặc điểm xác định của tất cả các kiến thức khoa học, bao gồm cả các lý thuyết, là khả năng đưa ra các dự đoán có thể làm sai lệch hoặc có thể kiểm chứng được. Mức độ phù hợp và cụ thể của những dự đoán đó xác định mức độ hữu ích của lý thuyết. Một lý thuyết có thể trở thành không đưa ra dự đoán có thể quan sát được hoàn toàn không phải là một lý thuyết khoa học. Dự đoán không đủ cụ thể để được kiểm tra cũng không hữu ích. Trong cả hai trường hợp, thuật ngữ "lý thuyết" đều không được áp dụng
Một tập hợp các mô tả về kiến thức có thể được gọi là một lý thuyết nếu nó đáp ứng các tiêu chí sau
- Nó đưa ra những dự đoán có thể sai lệch với độ chính xác nhất quán trong một lĩnh vực nghiên cứu khoa học rộng lớn [chẳng hạn như cơ học]
- Nó được hỗ trợ tốt bởi nhiều chuỗi bằng chứng độc lập, chứ không phải là một nền tảng duy nhất
- Nó nhất quán với các kết quả thí nghiệm đã có từ trước và ít nhất là trong các dự đoán của nó cũng chính xác như bất kỳ lý thuyết nào đã có từ trước.
Những phẩm chất này chắc chắn đúng với các lý thuyết đã được thiết lập như thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng, cơ học lượng tử, kiến tạo mảng, tổng hợp tiến hóa hiện đại, v.v.
Các tiêu chí khác[sửa]
Ngoài ra, hầu hết các nhà khoa học thích làm việc với một lý thuyết đáp ứng những phẩm chất sau
- Nó có thể chịu những điều chỉnh nhỏ để giải thích cho dữ liệu mới không hoàn toàn phù hợp với nó khi chúng được phát hiện, do đó làm tăng khả năng dự đoán của nó theo thời gian
- Đây là một trong những cách giải thích tỉ mỉ nhất, tiết kiệm trong việc sử dụng các thực thể được đề xuất hoặc các bước giải thích theo dao cạo của Occam. Điều này là do đối với mỗi cách giải thích được chấp nhận về một hiện tượng, có thể có một số lượng cực kỳ lớn, thậm chí không thể hiểu được, các phương án khả thi và phức tạp hơn, bởi vì người ta luôn có thể tạo gánh nặng cho những lời giải thích thất bại bằng các giả thuyết đặc biệt để ngăn chúng khỏi bị làm sai lệch;
Định nghĩa từ các tổ chức khoa học[sửa | sửa mã nguồn]
Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ định nghĩa các lý thuyết khoa học như sau
Định nghĩa khoa học chính thức của lý thuyết hoàn toàn khác với ý nghĩa hàng ngày của từ này. Nó đề cập đến một lời giải thích toàn diện về một số khía cạnh của tự nhiên được hỗ trợ bởi rất nhiều bằng chứng. Nhiều lý thuyết khoa học được thiết lập tốt đến mức không có bằng chứng mới nào có thể thay đổi chúng một cách đáng kể. Ví dụ, không có bằng chứng mới nào chứng minh rằng Trái đất không quay quanh Mặt trời [thuyết nhật tâm], hoặc các sinh vật sống không được tạo thành từ các tế bào [thuyết tế bào], rằng vật chất không bao gồm các nguyên tử hoặc bề mặt của Trái đất. . Một trong những tính chất hữu ích nhất của các lý thuyết khoa học là chúng có thể được sử dụng để đưa ra dự đoán về các sự kiện hoặc hiện tượng tự nhiên chưa được quan sát.
Từ Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ
Một lý thuyết khoa học là một lời giải thích được chứng minh rõ ràng về một số khía cạnh của thế giới tự nhiên, dựa trên một tập hợp các sự kiện đã được xác nhận nhiều lần thông qua quan sát và thử nghiệm. Những lý thuyết được hỗ trợ bởi thực tế như vậy không phải là "phỏng đoán" mà là những tài khoản đáng tin cậy về thế giới thực. Thuyết tiến hóa sinh học không chỉ là "một lý thuyết". Đó là một lời giải thích thực tế về vũ trụ như lý thuyết nguyên tử của vật chất hay lý thuyết mầm bệnh. Sự hiểu biết của chúng ta về lực hấp dẫn vẫn đang trong quá trình hoàn thiện. Nhưng hiện tượng hấp dẫn, giống như sự tiến hóa, là một thực tế được chấp nhận
Lưu ý rằng thuật ngữ lý thuyết sẽ không thích hợp để mô tả các giả thuyết chưa được kiểm chứng nhưng phức tạp hoặc thậm chí là các mô hình khoa học.
Sự hình thành [ chỉnh sửa ]
Phương pháp khoa học liên quan đến việc đề xuất và kiểm tra các giả thuyết, bằng cách rút ra các dự đoán từ các giả thuyết về kết quả của các thí nghiệm trong tương lai, sau đó thực hiện các thí nghiệm đó để xem liệu các dự đoán đó có hợp lệ hay không. Điều này cung cấp bằng chứng cho hoặc chống lại giả thuyết. Khi đã thu thập đủ kết quả thí nghiệm trong một lĩnh vực nghiên cứu cụ thể, các nhà khoa học có thể đề xuất một khung giải thích giải thích cho càng nhiều trong số này càng tốt. Lời giải thích này cũng đã được kiểm tra và nếu nó đáp ứng các tiêu chí cần thiết [xem ở trên], thì lời giải thích đó sẽ trở thành một lý thuyết. Quá trình này có thể mất nhiều năm vì việc thu thập đầy đủ bằng chứng có thể khó khăn hoặc phức tạp
Khi tất cả các tiêu chí đã được đáp ứng, nó sẽ được các nhà khoa học chấp nhận rộng rãi [xem sự đồng thuận khoa học] như là lời giải thích tốt nhất hiện có về ít nhất một số hiện tượng. Nó sẽ đưa ra dự đoán về các hiện tượng mà các lý thuyết trước đó không thể giải thích hoặc không thể dự đoán chính xác, và nó sẽ chống lại những nỗ lực làm sai lệch. Sức mạnh của bằng chứng được đánh giá bởi cộng đồng khoa học và các thí nghiệm quan trọng nhất sẽ được nhân rộng bởi nhiều nhóm độc lập
Các lý thuyết không cần phải hoàn toàn chính xác để trở nên hữu ích về mặt khoa học. Ví dụ, các dự đoán của cơ học cổ điển được biết là không chính xác trong lĩnh vực tương đối tính, nhưng chúng gần như chính xác ở vận tốc tương đối thấp trong kinh nghiệm của con người thông thường. Trong hóa học, có nhiều lý thuyết axit-bazơ đưa ra những lời giải thích rất khác nhau về bản chất cơ bản của các hợp chất axit và bazơ, nhưng chúng rất hữu ích để dự đoán hành vi hóa học của chúng. Giống như tất cả các kiến thức trong khoa học, không có lý thuyết nào có thể hoàn toàn chắc chắn, vì có thể các thí nghiệm trong tương lai có thể mâu thuẫn với dự đoán của lý thuyết. Tuy nhiên, các lý thuyết được hỗ trợ bởi sự đồng thuận khoa học có mức độ chắc chắn cao nhất của bất kỳ kiến thức khoa học nào;
Việc chấp nhận một lý thuyết không yêu cầu phải kiểm tra tất cả các dự đoán chính của nó, nếu nó đã được hỗ trợ bởi bằng chứng đủ mạnh. Ví dụ: một số thử nghiệm có thể không khả thi hoặc khó về mặt kỹ thuật. Kết quả là, các lý thuyết có thể đưa ra những dự đoán chưa được xác nhận hoặc đã được chứng minh là không chính xác; . Những dự đoán này có thể được kiểm tra sau đó và nếu chúng không chính xác, điều này có thể dẫn đến việc sửa đổi hoặc bác bỏ lý thuyết
Sửa đổi và cải tiến[sửa | sửa mã nguồn]
Nếu quan sát thấy kết quả thí nghiệm trái ngược với dự đoán của lý thuyết, trước tiên, các nhà khoa học sẽ đánh giá xem thiết kế thí nghiệm có hợp lý hay không và nếu đúng như vậy, họ xác nhận kết quả bằng cách sao chép độc lập. Một cuộc tìm kiếm những cải tiến tiềm năng cho lý thuyết sau đó bắt đầu. Các giải pháp có thể yêu cầu những thay đổi nhỏ hoặc lớn đối với lý thuyết, hoặc không có thay đổi nào nếu một lời giải thích thỏa đáng được tìm thấy trong khuôn khổ hiện có của lý thuyết. Theo thời gian, khi các sửa đổi liên tiếp được xây dựng chồng lên nhau, các lý thuyết luôn được cải thiện và đạt được độ chính xác dự đoán cao hơn. Vì mỗi phiên bản mới của một lý thuyết [hoặc một lý thuyết hoàn toàn mới] phải có khả năng giải thích và dự đoán nhiều hơn phiên bản trước, nên kiến thức khoa học luôn trở nên chính xác hơn theo thời gian
Nếu những sửa đổi đối với lý thuyết hoặc các giải thích khác dường như không đủ để giải thích cho các kết quả mới, thì có thể cần phải có một lý thuyết mới. Vì kiến thức khoa học thường bền, điều này xảy ra ít phổ biến hơn nhiều so với sửa đổi. Hơn nữa, cho đến khi một lý thuyết như vậy được đề xuất và chấp nhận, lý thuyết trước đó sẽ được giữ lại. Điều này là do nó vẫn là lời giải thích tốt nhất hiện có cho nhiều hiện tượng khác, như đã được xác minh bằng khả năng dự đoán của nó trong các bối cảnh khác. Ví dụ, từ năm 1859, người ta đã biết rằng sự tiến động của điểm cận nhật quan sát được của Sao Thủy vi phạm cơ học Newton, nhưng lý thuyết này vẫn là lời giải thích tốt nhất hiện có cho đến khi thuyết tương đối được hỗ trợ bởi bằng chứng đầy đủ. Ngoài ra, trong khi các lý thuyết mới có thể được đề xuất bởi một người hoặc nhiều người, chu kỳ sửa đổi cuối cùng kết hợp sự đóng góp của nhiều nhà khoa học khác nhau
Sau khi thay đổi, lý thuyết được chấp nhận sẽ giải thích được nhiều hiện tượng hơn và có khả năng dự đoán cao hơn [nếu không, những thay đổi sẽ không được chấp nhận]; . Nếu một lý thuyết không yêu cầu sửa đổi mặc dù đã thử nghiệm lặp đi lặp lại, điều này ngụ ý rằng lý thuyết đó rất chính xác. Điều này cũng có nghĩa là các lý thuyết được chấp nhận tiếp tục tích lũy bằng chứng theo thời gian và khoảng thời gian mà một lý thuyết [hoặc bất kỳ nguyên tắc nào của nó] vẫn được chấp nhận thường cho thấy sức mạnh của bằng chứng hỗ trợ.
Trong một số trường hợp, hai hoặc nhiều lý thuyết có thể được thay thế bằng một lý thuyết duy nhất giải thích các lý thuyết trước đó là các xấp xỉ hoặc trường hợp đặc biệt, tương tự như cách một lý thuyết là một lời giải thích thống nhất cho nhiều giả thuyết đã được xác nhận; . Ví dụ, hiện nay điện và từ được coi là hai mặt của cùng một hiện tượng, được gọi là điện từ.
Khi dự đoán của các lý thuyết khác nhau dường như mâu thuẫn với nhau, điều này cũng được giải quyết bằng bằng chứng bổ sung hoặc thống nhất. Ví dụ, các lý thuyết vật lý trong thế kỷ 19 ngụ ý rằng Mặt trời không thể cháy đủ lâu để cho phép một số thay đổi địa chất cũng như sự tiến hóa của sự sống. Điều này đã được giải quyết bằng việc phát hiện ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, nguồn năng lượng chính của Mặt trời. Các mâu thuẫn cũng có thể được giải thích là kết quả của các lý thuyết gần đúng với các hiện tượng [không mâu thuẫn] cơ bản hơn. Ví dụ, lý thuyết nguyên tử là một sự gần đúng của cơ học lượng tử. Các lý thuyết hiện tại mô tả ba hiện tượng cơ bản riêng biệt mà tất cả các lý thuyết khác chỉ là xấp xỉ;
Ví dụ. Thuyết tương đối[sửa]
Năm 1905, Albert Einstein công bố thuyết tương đối hẹp, thuyết này nhanh chóng trở thành lý thuyết. Thuyết tương đối đặc biệt dự đoán sự liên kết của nguyên lý Newton về tính bất biến Galilean, còn được gọi là thuyết tương đối Galilean, với trường điện từ. Bằng cách loại bỏ Ether phát sáng khỏi thuyết tương đối hẹp, Einstein tuyên bố rằng sự giãn nở thời gian và sự co lại của chiều dài đo được trong một vật thể trong chuyển động tương đối là quán tính—nghĩa là vật thể biểu thị vận tốc không đổi, là vận tốc có hướng, khi được đo bởi người quan sát của nó. Do đó, ông đã sao chép phép biến đổi Lorentz và sự co rút Lorentz đã được đưa ra giả thuyết để giải các câu đố thực nghiệm và đưa vào lý thuyết điện động lực học như các hệ quả động lực học của các tính chất của ête. Một lý thuyết tao nhã, thuyết tương đối hẹp mang lại những hệ quả của riêng nó, chẳng hạn như sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng chuyển hóa lẫn nhau và việc giải quyết nghịch lý rằng sự kích thích của trường điện từ có thể được xem trong một hệ quy chiếu là điện, nhưng trong một hệ quy chiếu khác là điện.
Einstein tìm cách tổng quát hóa nguyên lý bất biến cho mọi hệ quy chiếu, dù là hệ quy chiếu quán tính hay gia tốc. Bác bỏ lực hấp dẫn của Newton—một lực trung tâm tác dụng tức thời ở khoảng cách xa—Einstein cho rằng có một trường hấp dẫn. Năm 1907, nguyên lý tương đương của Einstein ngụ ý rằng sự rơi tự do trong một trường hấp dẫn đều tương đương với chuyển động quán tính. Bằng cách mở rộng các hiệu ứng của thuyết tương đối đặc biệt thành ba chiều, thuyết tương đối rộng đã mở rộng sự co rút chiều dài thành sự co rút không gian, quan niệm không-thời gian 4D là trường hấp dẫn thay đổi về mặt hình học và thiết lập đường đi của tất cả các vật thể cục bộ. Ngay cả năng lượng phi khối lượng cũng tạo ra chuyển động hấp dẫn lên các vật thể cục bộ bằng cách "làm cong" "bề mặt" hình học của không-thời gian 4D. Tuy nhiên, trừ khi năng lượng là rất lớn, các hiệu ứng tương đối tính của nó đối với không gian co lại và làm chậm thời gian là không đáng kể khi chỉ dự đoán chuyển động. Mặc dù thuyết tương đối rộng được chấp nhận như một lý thuyết giải thích nhiều hơn thông qua chủ nghĩa hiện thực khoa học, nhưng lý thuyết của Newton vẫn thành công như một lý thuyết tiên đoán thông qua chủ nghĩa công cụ. Để tính toán quỹ đạo, các kỹ sư và NASA vẫn sử dụng các phương trình của Newton, hoạt động đơn giản hơn
Các lý thuyết và định luật[sửa | sửa mã nguồn]
Cả định luật khoa học và lý thuyết khoa học đều được tạo ra từ phương pháp khoa học thông qua việc hình thành và thử nghiệm các giả thuyết, đồng thời có thể dự đoán hành vi của thế giới tự nhiên. Cả hai cũng thường được hỗ trợ tốt bởi các quan sát và/hoặc bằng chứng thực nghiệm. Tuy nhiên, các định luật khoa học là các tài khoản mô tả về cách tự nhiên sẽ hành xử trong những điều kiện nhất định. Các lý thuyết khoa học có phạm vi rộng hơn và đưa ra những giải thích bao quát về cách thức hoạt động của tự nhiên và tại sao nó thể hiện những đặc điểm nhất định. Các lý thuyết được hỗ trợ bởi bằng chứng từ nhiều nguồn khác nhau và có thể chứa một hoặc một số định luật
Một quan niệm sai lầm phổ biến là các lý thuyết khoa học là những ý tưởng thô sơ cuối cùng sẽ chuyển thành các định luật khoa học khi đã tích lũy đủ dữ liệu và bằng chứng. Một lý thuyết không thay đổi thành một định luật khoa học với sự tích lũy bằng chứng mới hoặc tốt hơn. Một lý thuyết sẽ luôn là một lý thuyết; . Cả lý thuyết và luật đều có khả năng bị làm sai lệch bởi bằng chứng đối kháng
Các lý thuyết và định luật cũng khác với các giả thuyết. Không giống như các giả thuyết, các lý thuyết và định luật có thể được gọi đơn giản là sự thật khoa học. Tuy nhiên, trong khoa học, các lý thuyết khác với thực tế ngay cả khi chúng được hỗ trợ tốt. Ví dụ, sự tiến hóa vừa là một lý thuyết vừa là một thực tế
Về lý thuyết[sửa]
Các lý thuyết như tiên đề[sửa | sửa mã nguồn]
Các nhà thực chứng logic coi các lý thuyết khoa học như những phát biểu bằng một ngôn ngữ hình thức. Logic bậc nhất là một ví dụ về ngôn ngữ hình thức. Những người theo chủ nghĩa thực chứng logic đã hình dung ra một ngôn ngữ khoa học tương tự. Ngoài các lý thuyết khoa học, ngôn ngữ này còn bao gồm các câu quan sát ["mặt trời mọc ở hướng đông"], các định nghĩa và các phát biểu toán học. Các hiện tượng được lý thuyết giải thích, nếu chúng không thể được quan sát trực tiếp bằng các giác quan [ví dụ, nguyên tử và sóng vô tuyến], được coi là các khái niệm lý thuyết. Theo quan điểm này, các lý thuyết có chức năng như các tiên đề. các quan sát dự đoán được bắt nguồn từ các lý thuyết giống như các định lý được bắt nguồn từ hình học Euclide. Tuy nhiên, các dự đoán sau đó được kiểm tra dựa trên thực tế để xác minh các dự đoán và "tiên đề" có thể được sửa đổi dưới dạng kết quả trực tiếp
Cụm từ "quan điểm nhận được về các lý thuyết" được sử dụng để mô tả cách tiếp cận này. Các thuật ngữ thường được liên kết với nó là "ngôn ngữ học" [vì các lý thuyết là thành phần của ngôn ngữ] và "cú pháp" [vì ngôn ngữ có các quy tắc về cách các ký hiệu có thể được xâu chuỗi lại với nhau]. Các vấn đề trong việc xác định chính xác loại ngôn ngữ này, e. g. , là những vật thể nhìn thấy trong kính hiển vi được quan sát hay chúng là những vật thể lý thuyết, dẫn đến sự sụp đổ hiệu quả của chủ nghĩa thực chứng logic vào những năm 1970
Các lý thuyết như các mô hình[sửa | sửa mã nguồn]
Quan điểm ngữ nghĩa của các lý thuyết, vốn đồng nhất các lý thuyết khoa học với các mô hình hơn là các định đề, đã thay thế quan điểm được thừa nhận là vị trí thống trị trong việc hình thành lý thuyết trong triết học khoa học. Mô hình là một khung logic nhằm biểu thị thực tế ["mô hình thực tế"], tương tự như cách bản đồ là mô hình đồ họa đại diện cho lãnh thổ của một thành phố hoặc quốc gia
Theo cách tiếp cận này, các lý thuyết là một phạm trù cụ thể của các mô hình đáp ứng các tiêu chí cần thiết [xem ]. Người ta có thể dùng ngôn ngữ để mô tả một mô hình; . Ví dụ, một mô hình của hệ mặt trời có thể bao gồm các đối tượng trừu tượng đại diện cho mặt trời và các hành tinh. Các đối tượng này có các thuộc tính liên quan, e. g. , vị trí, vận tốc và khối lượng. Các tham số mô hình, e. g. , Định luật hấp dẫn của Newton, xác định vị trí và vận tốc thay đổi như thế nào theo thời gian. Sau đó, mô hình này có thể được thử nghiệm để xem liệu nó có dự đoán chính xác các quan sát trong tương lai hay không; . Đối với hầu hết các hành tinh, dự đoán của mô hình Newton là chính xác;
Từ "ngữ nghĩa" đề cập đến cách mà một mô hình đại diện cho thế giới thực. Biểu diễn [nghĩa đen là "tái hiện"] mô tả các khía cạnh cụ thể của một hiện tượng hoặc cách thức tương tác giữa một tập hợp các hiện tượng. Ví dụ, một mô hình quy mô của một ngôi nhà hoặc của một hệ mặt trời rõ ràng không phải là một ngôi nhà thực hay một hệ mặt trời thực; . Một mô hình quy mô của một ngôi nhà không phải là một ngôi nhà;
Sự khác biệt giữa lý thuyết và mô hình[sửa | sửa mã nguồn]
Một số nhà bình luận đã tuyên bố rằng đặc điểm nổi bật của các lý thuyết là chúng vừa giải thích vừa mô tả, trong khi các mô hình chỉ mang tính mô tả [mặc dù vẫn mang tính dự đoán theo nghĩa hạn chế hơn]. Nhà triết học Stephen Pepper cũng phân biệt giữa lý thuyết và mô hình, và cho biết vào năm 1948 rằng các mô hình và lý thuyết chung được xác định dựa trên một phép ẩn dụ "gốc rễ" hạn chế cách các nhà khoa học lý thuyết hóa và mô hình hóa một hiện tượng và do đó đưa ra các giả thuyết có thể kiểm chứng.
Thực hành kỹ thuật phân biệt giữa "mô hình toán học" và "mô hình vật lý"; . Mỗi bộ phận cấu thành đều được mô hình hóa và dung sai chế tạo được chỉ định. Bản vẽ chế độ xem nổ được sử dụng để bố trí trình tự chế tạo. Các gói mô phỏng để hiển thị từng bộ phận cho phép các bộ phận được xoay, phóng to, chi tiết thực tế. Các gói phần mềm để tạo hóa đơn vật liệu xây dựng cho phép các nhà thầu phụ chuyên môn hóa các quy trình lắp ráp, giúp phân bổ chi phí sản xuất máy móc cho nhiều khách hàng. Nhìn thấy. Kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính, Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính và in 3D
Các giả định trong việc hình thành các lý thuyết[sửa | sửa mã nguồn]
Một giả định [hoặc tiên đề] là một tuyên bố được chấp nhận mà không cần bằng chứng. Ví dụ, các giả định có thể được sử dụng làm tiền đề trong một lập luận logic. Isaac Asimov đã mô tả các giả định như sau
nói một giả định là đúng hoặc sai là không đúng, vì không có cách nào chứng minh nó đúng cả hai [Nếu có, nó sẽ không còn là một giả định nữa]. Tốt hơn là coi các giả định là hữu ích hoặc vô dụng, tùy thuộc vào việc các suy luận được tạo ra từ chúng có tương ứng với thực tế hay không. Vì chúng ta phải bắt đầu từ đâu đó nên chúng ta phải có các giả định, nhưng ít nhất hãy để chúng ta có càng ít giả định càng tốt
Một số giả định là cần thiết cho tất cả các tuyên bố thực nghiệm [e. g. giả định rằng thực tế tồn tại]. Tuy nhiên, các lý thuyết thường không đưa ra các giả định theo nghĩa thông thường [các tuyên bố được chấp nhận mà không có bằng chứng]. Mặc dù các giả định thường được kết hợp trong quá trình hình thành các lý thuyết mới, nhưng những giả định này được hỗ trợ bởi bằng chứng [chẳng hạn như từ các lý thuyết đã có trước đó] hoặc bằng chứng được tạo ra trong quá trình xác nhận lý thuyết. Điều này có thể đơn giản như quan sát rằng lý thuyết đưa ra các dự đoán chính xác, đó là bằng chứng cho thấy bất kỳ giả định nào được đưa ra ngay từ đầu đều đúng hoặc gần đúng trong các điều kiện được kiểm tra.
Các giả định thông thường, không có bằng chứng, có thể được sử dụng nếu lý thuyết chỉ nhằm mục đích áp dụng khi giả định đó hợp lệ [hoặc gần đúng]. Ví dụ, thuyết tương đối hẹp giả định hệ quy chiếu quán tính. Lý thuyết đưa ra dự đoán chính xác khi giả định hợp lệ và không đưa ra dự đoán chính xác khi giả định không hợp lệ. Những giả định như vậy thường là điểm mà những lý thuyết cũ hơn được thay thế bằng những lý thuyết mới [thuyết tương đối tổng quát cũng hoạt động trong các hệ quy chiếu phi quán tính]
Thuật ngữ "giả định" thực sự rộng hơn so với cách sử dụng tiêu chuẩn của nó, nói về mặt từ nguyên. Từ điển tiếng Anh Oxford [OED] và Wiktionary trực tuyến cho biết nguồn gốc Latinh của nó là giả định ["chấp nhận, chiếm lấy chính mình, chấp nhận, chiếm đoạt"], là sự kết hợp của ad- ["đến, hướng tới, tại"] và sumere [ . Từ gốc vẫn tồn tại, với ý nghĩa thay đổi, trong tiếng Ý và tiếng Tây Ban Nha sumir. Ý nghĩa đầu tiên của "giả định" trong OED là "nhận lấy [chính mình], tiếp nhận, chấp nhận, chấp nhận". Thuật ngữ này ban đầu được sử dụng trong các bối cảnh tôn giáo như trong "việc được lên thiên đàng", đặc biệt là "sự tiếp nhận của Đức Trinh Nữ Maria lên thiên đường, với cơ thể được bảo quản khỏi sự hư nát", [1297 CN] nhưng nó cũng được sử dụng đơn giản để chỉ " . Hơn nữa, các giác quan giả định khác bao gồm [i] "đầu tư cho bản thân [một thuộc tính]", [ii] "đảm nhận" [đặc biệt là trong Luật], [iii] "chỉ coi mình là bề ngoài, giả vờ sở hữu" . Do đó, "giả định" bao hàm các liên tưởng khác với nghĩa tiêu chuẩn hiện đại về "điều được giả định hoặc được coi là đương nhiên; một giả định, định đề" [chỉ có nghĩa thứ 11 trong số 12 nghĩa của "giả định" và nghĩa thứ 10 của "giả định"
Mô tả [ chỉnh sửa ]
Từ các triết gia khoa học[sửa | sửa mã nguồn]
Karl Popper đã mô tả các đặc điểm của một lý thuyết khoa học như sau
- Gần như mọi lý thuyết đều dễ dàng có được sự xác nhận hoặc kiểm chứng - nếu chúng ta tìm kiếm sự xác nhận.
- Các xác nhận chỉ được tính nếu chúng là kết quả của các dự đoán rủi ro;
- Mọi lý thuyết khoa học "tốt" là một sự cấm đoán. nó cấm một số điều xảy ra. Lý thuyết càng cấm thì càng tốt
- Một lý thuyết không thể bác bỏ bởi bất kỳ sự kiện có thể tưởng tượng nào là phi khoa học. Tính không thể bác bỏ không phải là ưu điểm của một lý thuyết [như mọi người thường nghĩ] mà là một nhược điểm.
- Mỗi thử nghiệm thực sự của một lý thuyết là một nỗ lực để làm sai lệch nó, hoặc để bác bỏ nó. Khả năng kiểm tra là khả năng làm sai lệch; . một số lý thuyết dễ kiểm chứng hơn, dễ bị bác bỏ hơn những lý thuyết khác;
- Bằng chứng xác nhận không nên được tính trừ khi nó là kết quả của một thử nghiệm xác thực về lý thuyết; . [Bây giờ tôi nói trong những trường hợp như vậy về "bằng chứng chứng thực". ]
- Một số lý thuyết thực sự có thể kiểm chứng, khi bị phát hiện là sai, vẫn có thể được những người ủng hộ chúng ủng hộ—ví dụ bằng cách đưa ra hậu hoc [sau thực tế] một số giả thuyết hoặc giả định phụ trợ, hoặc bằng cách diễn giải lại lý thuyết hậu học theo cách mà nó thoát khỏi . Một thủ tục như vậy luôn luôn có thể thực hiện được, nhưng nó chỉ giải cứu lý thuyết khỏi sự bác bỏ bằng cái giá là phá hủy, hoặc ít nhất là hạ thấp, địa vị khoa học của nó, bằng cách giả mạo bằng chứng. Có thể giảm thiểu sự cám dỗ giả mạo bằng cách dành thời gian đầu tiên để viết ra quy trình thử nghiệm trước khi bắt tay vào công việc khoa học
Popper đã tóm tắt những tuyên bố này bằng cách nói rằng tiêu chí trung tâm về tình trạng khoa học của một lý thuyết là "tính có thể làm sai, hoặc khả năng bác bỏ hoặc khả năng kiểm tra" của nó. Nhắc lại điều này, Stephen Hawking tuyên bố, "Một lý thuyết là một lý thuyết tốt nếu nó thỏa mãn hai yêu cầu. Nó phải mô tả chính xác một lớp lớn các quan sát trên cơ sở một mô hình chỉ chứa một vài phần tử tùy ý và nó phải đưa ra những dự đoán chắc chắn về kết quả của các quan sát trong tương lai. " Ông cũng thảo luận về bản chất "không thể chứng minh nhưng có thể làm sai" của các lý thuyết, đó là hệ quả cần thiết của logic quy nạp, và rằng "bạn có thể bác bỏ một lý thuyết bằng cách tìm ra ngay cả một quan sát không đồng ý với các dự đoán của lý thuyết"
Tuy nhiên, một số nhà triết học và sử gia khoa học đã lập luận rằng định nghĩa của Popper về lý thuyết như một tập hợp các phát biểu có thể sai được là sai bởi vì, như Philip Kitcher đã chỉ ra, nếu một người có quan điểm nghiêm túc về "lý thuyết" của Popper, thì những quan sát về Sao Thiên Vương khi lần đầu tiên . Thay vào đó, mọi người cho rằng một hành tinh khác đã ảnh hưởng đến quỹ đạo của Sao Thiên Vương và dự đoán này cuối cùng đã được xác nhận.
Kitcher đồng ý với Popper rằng "Chắc chắn có điều gì đó đúng trong ý tưởng cho rằng một ngành khoa học chỉ có thể thành công nếu nó có thể thất bại. " Ông cũng nói rằng các lý thuyết khoa học bao gồm các tuyên bố không thể bị làm sai lệch và các lý thuyết tốt cũng phải sáng tạo. Ông nhấn mạnh rằng chúng ta coi các lý thuyết khoa học là một "tập hợp phức tạp các phát biểu", một số trong đó không thể sai được, trong khi những giả thuyết khác - những giả thuyết mà ông gọi là "giả thuyết phụ trợ", là
Theo Kitcher, lý thuyết khoa học tốt phải có ba đặc điểm
- Đoàn kết. “Một khoa học phải thống nhất. Các lý thuyết tốt chỉ bao gồm một chiến lược giải quyết vấn đề, hoặc một nhóm nhỏ các chiến lược giải quyết vấn đề, có thể áp dụng cho nhiều loại vấn đề. "
- màu mỡ. "Một lý thuyết khoa học vĩ đại, như của Newton, mở ra những lĩnh vực nghiên cứu mới. Bởi vì một lý thuyết trình bày một cách nhìn mới về thế giới, nó có thể khiến chúng ta đặt ra những câu hỏi mới, và do đó, bắt tay vào những hướng điều tra mới và hiệu quả. Thông thường, một khoa học hưng thịnh là không đầy đủ. Tại bất kỳ thời điểm nào, nó đặt ra nhiều câu hỏi hơn mức hiện tại nó có thể trả lời. Nhưng không đầy đủ không phải là xấu. Ngược lại, sự không trọn vẹn là mẹ của sự phong phú. Một lý thuyết tốt nên có hiệu quả; . "
- Các giả thuyết phụ trợ có thể kiểm chứng độc lập. "Một giả thuyết bổ trợ phải có thể kiểm chứng độc lập với vấn đề cụ thể mà nó được đưa ra để giải quyết, độc lập với lý thuyết mà nó được thiết kế để cứu. " [Ví dụ, bằng chứng về sự tồn tại của Sao Hải Vương không phụ thuộc vào sự bất thường trong quỹ đạo của Sao Thiên Vương. ]
Giống như các định nghĩa khác về lý thuyết, kể cả của Popper, Kitcher nói rõ rằng một lý thuyết phải bao gồm các phát biểu có hệ quả quan sát được. Nhưng, giống như việc quan sát thấy những bất thường trong quỹ đạo của Sao Thiên Vương, sự sai lệch chỉ là một hậu quả có thể xảy ra của việc quan sát. Việc tạo ra các giả thuyết mới là một kết quả khả dĩ khác và không kém phần quan trọng
Khái niệm về một lý thuyết khoa học cũng đã được mô tả bằng cách sử dụng phép loại suy và ẩn dụ. Ví dụ, nhà kinh nghiệm logic Carl Gustav Hempel đã so sánh cấu trúc của một lý thuyết khoa học với một "mạng lưới không gian phức tạp". "
Các thuật ngữ của nó được thể hiện bằng các nút thắt, trong khi các sợi chỉ kết nối các nút thắt tương ứng một phần với các định nghĩa và một phần với các giả thuyết cơ bản và phái sinh có trong lý thuyết. Toàn bộ hệ thống dường như trôi nổi trên mặt phẳng quan sát và được neo vào nó bởi các quy tắc diễn giải. Chúng có thể được xem như các chuỗi không phải là một phần của mạng nhưng liên kết các điểm nhất định của mạng sau với các vị trí cụ thể trong mặt phẳng quan sát. Nhờ những kết nối diễn giải này, mạng có thể hoạt động như một lý thuyết khoa học. Từ dữ liệu quan sát nhất định, chúng ta có thể đi lên, thông qua một chuỗi diễn giải, đến một số điểm trong mạng lý thuyết, sau đó tiến hành, thông qua các định nghĩa và giả thuyết, đến các điểm khác, từ đó một chuỗi diễn giải khác cho phép đi xuống mặt phẳng quan sát
Michael Polanyi đã so sánh giữa lý thuyết và bản đồ
Một lý thuyết là một cái gì đó khác hơn bản thân tôi. Nó có thể được trình bày trên giấy tờ như một hệ thống các quy tắc, và nó càng thực sự là một lý thuyết thì nó càng có thể được trình bày một cách đầy đủ hơn trong những thuật ngữ như vậy. Lý thuyết toán học đạt đến sự hoàn hảo cao nhất về mặt này. Nhưng ngay cả một bản đồ địa lý cũng chứa đầy đủ các quy tắc nghiêm ngặt để tìm đường đi qua một khu vực có trải nghiệm chưa từng được khám phá. Thật vậy, tất cả các lý thuyết có thể được coi là một loại bản đồ mở rộng theo không gian và thời gian.
Một lý thuyết khoa học cũng có thể được coi là một cuốn sách ghi lại những thông tin cơ bản về thế giới, một cuốn sách phải được nghiên cứu, viết và chia sẻ. Năm 1623, Galileo Galilei đã viết
triết [i. e. vật lý] được viết trong cuốn sách vĩ đại này - ý tôi là vũ trụ - liên tục mở ra trước mắt chúng ta, nhưng không thể hiểu được nó trừ khi trước tiên người ta học cách hiểu ngôn ngữ và giải thích các ký tự trong đó nó được viết. Nó được viết bằng ngôn ngữ toán học, và các ký tự của nó là hình tam giác, hình tròn và các hình hình học khác, nếu không có chúng thì con người không thể hiểu được một từ nào của nó;
Ẩn dụ cuốn sách cũng có thể được áp dụng trong đoạn văn sau, của nhà triết học khoa học đương đại Ian Hacking
Bản thân tôi thích một ảo mộng Argentina hơn. Chúa đã không viết một cuốn sách về tự nhiên theo cách mà người châu Âu cổ đại tưởng tượng. Anh ấy đã viết một thư viện Borgesian, mỗi cuốn sách đều ngắn gọn nhất có thể, nhưng mỗi cuốn sách lại không nhất quán với nhau. Không có cuốn sách nào là thừa. Đối với mỗi cuốn sách, có một phần nào đó của Tự nhiên mà con người có thể tiếp cận sao cho cuốn sách đó chứ không phải cuốn sách nào khác có thể hiểu, dự đoán và ảnh hưởng đến những gì đang diễn ra. Leibniz nói rằng Chúa đã chọn một thế giới tối đa hóa sự đa dạng của các hiện tượng trong khi chọn những định luật đơn giản nhất. chính xác như vậy. nhưng cách tốt nhất để tối đa hóa các hiện tượng và có các định luật đơn giản nhất là có các định luật mâu thuẫn với nhau, mỗi định luật áp dụng cho cái này hoặc cái kia nhưng không có định luật nào áp dụng cho tất cả
Trong vật lý[sửa]
Trong vật lý, thuật ngữ lý thuyết thường được sử dụng cho một khung toán học—xuất phát từ một tập hợp nhỏ các định đề cơ bản [thường là các đối xứng—như sự bằng nhau của các vị trí trong không gian hoặc thời gian, hoặc nhận dạng của các electron, v.v. ]—có khả năng tạo ra các dự đoán thực nghiệm cho một loại hệ thống vật lý nhất định. Một ví dụ điển hình là điện từ học cổ điển, bao gồm các kết quả thu được từ đối xứng chuẩn [đôi khi được gọi là bất biến chuẩn] dưới dạng một số phương trình gọi là phương trình Maxwell. Các khía cạnh toán học cụ thể của lý thuyết điện từ cổ điển được gọi là "các định luật điện từ", phản ánh mức độ bằng chứng nhất quán và có thể tái tạo hỗ trợ chúng. Trong lý thuyết điện từ nói chung, có rất nhiều giả thuyết về cách điện từ áp dụng cho các tình huống cụ thể. Nhiều giả thuyết trong số này đã được coi là đã được kiểm tra đầy đủ, với những giả thuyết mới luôn được hình thành và có lẽ chưa được kiểm chứng. Một ví dụ về cái sau có thể là lực phản ứng bức xạ. Kể từ năm 2009, các hiệu ứng của nó đối với chuyển động định kỳ của các điện tích có thể được phát hiện trong synchrotron, nhưng chỉ là các hiệu ứng trung bình theo thời gian. Một số nhà nghiên cứu hiện đang xem xét các thí nghiệm có thể quan sát các hiệu ứng này ở mức độ tức thời [i. e. không tính trung bình theo thời gian]
Các ví dụ[sửa]
Lưu ý rằng nhiều lĩnh vực điều tra không có lý thuyết được đặt tên cụ thể, e. g. sinh học phát triển. Kiến thức khoa học bên ngoài một lý thuyết được đặt tên vẫn có thể có mức độ chắc chắn cao, tùy thuộc vào số lượng bằng chứng ủng hộ nó. Cũng lưu ý rằng vì các lý thuyết rút ra bằng chứng từ nhiều lĩnh vực nên việc phân loại không phải là tuyệt đối