Как работает наука Что такое гипотеза, закон и научная теория

Если вы получили ссылку на этот текст в ходе спора в интернете, вероятно, вы допустили одну или несколько описанных в статье ошибок. При этом, ваш оппонент верит, что вы достаточно сознательны, чтобы понять и исправить эти ошибки.

Человеку свойственно ошибаться. Это естественный ход вещей. В этом тексте я разбираю пять ошибок и заблуждений, которые люди часто допускают в разговорах о научном методе и критическом мышлении.

Чем научная теория отличается от гипотезы

Ошибка № 1: «Это всего лишь теория! Ничего не доказано».

Это распространенная ошибка. Как правило, она основана на том, что в обычной жизни понятия «теория» и «гипотеза» очень схожи, хотя в научном мире между ними есть существенная разница. В быту мы часто начинаем фразу со слов «У меня есть теория…», после которой выдвигаем некое предположение — на научном языке эта фраза должна звучать как «У меня есть гипотеза». Отсюда и непонимание.

Для человека, который ошибочно считает «теорию» и «гипотезу» словами-синонимами, термины вроде «теории эволюции» или «теории большого взрыва» также кажутся всего лишь предположениями, хотя это не так. Чтобы понять разницу между теорией и гипотезой, нужно разобраться, что такое научная теория, из чего она состоит — и как это все работает.

Как строится научная теория

Любая серьезная теория строится с помощью научного метода. Это система ценностей и принципов, которая позволяет максимально объективно понимать предмет изучения. В естественных науках это окружающий мир и его отдельные аспекты.

Давайте рассмотрим на простом примере, из каких этапов состоит построение научной теории. Все начинается с наблюдений окружающего мира, из которых мы получаем эмпирические данные — факты.

Наблюдение (факт): «За окном светло».

Далее мы рассматриваем полученные факты и выводим закон. Как правило, ученые описывают закон при помощи математического аппарата. Чаще всего, он представляет собой формулу, которая обобщает наблюдаемые факты.

Важно понимать, что закон это не непоколебимая истина. Закон только представляет упорядоченные факты в обобщенном виде.

Выведенный закон: «Днем за окном светло».

Закон обобщает факты, но не отвечает на вопрос, почему так происходит. Чтобы объяснить происходящие события, ученые выдвигают предположения — гипотезы. Они могут быть самыми разными, но все обязаны иметь общую черту: для любой из них мы должны сконструировать эксперимент, с помощью которого можно подтвердить или опровергнуть гипотезу. Такой критерий называется опровергаемостью или фальсифицируемостью гипотезы (также он известнен как «критерий Поппера»).

Гипотез может быть бесконечно много, и они могут противоречить друг другу. Это нормально — на то они и предположения.

Гипотеза 1: «За окном светло, потому что солнце находится над линией горизонта».

Гипотеза 2: «За окном светло, потому что за окном висит светящаяся летающая тарелка».

Затем ученые проверяют гипотезы при помощи экспериментов. Некоторые гипотезы они подтверждают, некоторые — опровергают. После такого «просеивания» остаются подтвержденные объяснения событий в реальном мире.

Эксперимент: выходим на улицу и видим солнце над линией горизонта, а летающую тарелку — нет. Подтверждаем гипотезу 1, отвергаем гипотезу 2.

После того, как мы собираем множество подтвержденных гипотез, которые складываются в одну логическую сущность и объясняют класс явлений, мы можем сформировать их в научную теорию — систему из множества предположений, которые подтверждены фактами (наблюдениями) и складываются в единую логическую систему. Любая современная научная теория это следствие колоссальной работы множества ученых, результаты которой привели неоднократные независимые и перекрестные экспериментальные подтверждения гипотез, которые составляют эти теории.

Важной характеристикой хорошей научной теории является способность предсказывать будущие наблюдения. То есть, на основе теории мы можем строить новые гипотезы, которые затем должны подтвердить новые наблюдения. В последствии, на базе этих гипотез и наблюдений мы сможем строить новые научные теории.

Чем научная теория отличается от «знания»

Ошибка № 2: «Если бы теория была верна, она бы перестала быть теорией и превратилась в знание или научную констатацию».

Эта ошибка также следует из непонимания, что такое естественные науки. Вероятно, корни заблуждения тянутся из школьного курса математики: в математике мы действительно можем выдвинуть предположение, доказать его и получить теорему.

Однако математика — не естественная наука, поэтому ей позволены подобные вольности. Математику придумал человек. Люди договорились между собой, что будут строить ее на основе аксиом: постулатов, которые мы изначально приняли за истину без требования доказательств в рамках математики. Если мы захотим их нарушить, то получим уже какую-то другую математику — думаю, вы знаете пример геометрии Лобачевского, которая отрицает аксиому о параллельных прямых.

В случае же с естественными науками мы лишены аксиом, так как не создавали этот мир. Мы лишь наблюдатели. Если мы говорим о естественных науках, которые описывают мир вокруг нас (физика, химия, биология и так далее), то мы никогда не можем предоставить абсолютно полное доказательство чего-либо. Мы даже не можем быть уверены на 100 % в фактах, которые считаем фундаментальными и почти интуитивными.

Если отпустить карандаш, он упадет на пол. Мы лишь можем констатировать: все наши прошлые наблюдения указывают, что, если мы отпустим карандаш, он упадет на пол. Для объяснения этого у нас есть множество гипотез, которые подтверждены другими наблюдениями. Мы сформировали их в научную теорию, которая объясняет поведение отпущенного карандаша — и наша теория предсказывает, что, при следующем отпускании карандаша, он также упадет на пол.

Чем больше мы получаем наблюдений, которые подтверждают это, тем сильнее наша уверенность. Однако она никогда не может быть абсолютной, потому что для ее достижения потребовалось бы бесконечное количество наблюдений.

Даже если мы предположим, что какая-то из научных теорий абсолютно верна, это сразу ее разрушит, потому что «абсолютное знание» подразумевает отказ от фальсифицируемости (то есть, возможности опровергнуть эту теорию путем новых наблюдений). А фальсифицируемость это один из столпов, на которых держится научный метод; именно фальсифицируемость позволяет ему быть гибким и постоянно совершенствовать наши знания о мире.

Поэтому, абсолютное знание в контексте естественных наук и применения научного метода — это оксюморон.

Нужно ли «верить» в науку

Ошибка № 3: «Наука заставляет слепо верить в свои теории. Она ничем не отличается от религии».

Вовсе нет. Никто не заставляет слепо верить в научные теории — напротив, научный метод постоянно стимулирует искать новые наблюдения, которые бы дополняли картину событий, происходящих вокруг нас. Более того: в научном мире есть огромное количество примеров, когда с помощью новых наблюдений теории видоизменялись и дополнялись.

Мне очень нравится эксперимент Майкельсона — Морли. Ученые пытались найти подтверждение гипотезе о существовании эфира, чтобы объяснить распространение электромагнитных волн, но, в итоге, доказали его отсутствие.

В науку не нужно «верить». Научные теории предоставляют не только выводы, но и все эмпирические факты; гипотезы, которые выдвигались на основе этих фактов — и эксперименты, которые затем подтверждали эти гипотезы.

В отличие от религий, в которых есть непоколебимые догмы, любая научная теория допускает, что, в будущем, ученые смогут дополнить ее или даже опровергнуть. Только, чтобы опровергнуть научную теорию, нужно найти в ней фактические ошибки или же наблюдения, которые противоречат существующей теории.

С какими учеными соглашаться, а с какими нет

Ошибка № 4: «Ученые постоянно не соглашаются друг с другом. Значит, и верить им тоже нельзя».

Да, ученые постоянно не соглашаются друг с другом. Но крайне ошибочно делать из этого вывод, что наука сама не может определиться, чего хочет. В большинстве случаев ученые спорят как раз в области гипотез. То есть, несогласие между ними состоит в обсуждении аспектов той или иной теории. СМИ же, зачастую, подают это в сильно гиперболизированном виде, что создает ложное впечатление о масштабах расхождений между учеными.

Если механики находят неисправность в детали автомобиля, они ремонтируют ее, а не выкидывают весь автомобиль на свалку и ищут новый. При этом, они могут долго спорить, какой способ ремонта лучше. Так же и ученые; они коллективно дорабатывают отдельные аспекты теорий, вместо того, чтобы выбрасывать весь механизм, который исправно выполняет свои остальные функции.

Впрочем, существуют ученые, которые пытаются полностью опровергнуть какие-то устоявшиеся теории. Но условия для них ровно те же, что и для остальных. Звание «ученых» не делает для них уступок или исключений. Пока их альтернативные гипотезы не будут подтверждены экспериментами и эмпирическими наблюдениями, они ничего не опровергнут.

Сомнения и отрицание — это не критическое мышление

Ошибка № 5: «Я считаю ложной теорию эволюции, теорию большого взрыва и теорию относительности. Мне они не нравятся. Я сомневаюсь и, значит, мыслю критически».

Сомневаться похвально. Серьезно. Но голого сомнения и фраз «все это кажется непонятным бредом» недостаточно. А безосновательное отрицание, которое основано на интуиции или личных ощущениях, не тождественно критическому мышлению.

Как и в случае с несогласными учеными, сомневаться и пытаться опровергать существующие теории можно только с помощью научного метода. Процедура не меняется: сначала нужно получить факты при помощи наблюдений, которые не укладываются в существующую модель, затем — выдвинуть новую гипотезу, которая объяснит как новые наблюдения, так и все старые. После этого необходимо сконструировать эксперимент, который бы проверил эту гипотезу, провести его и получить результат.

Утверждение, что какая-то теория неверна, будет иметь смысл только тогда, когда каждый описанный выше шаг пройдет успешно. В противном случае, смысла в сомнениях не очень много.

Скрывают ли от нас правду

Бонусная ошибка: «Науку выдумало правительство, чтобы манипулировать нами».

Звучит довольно дико, однако это вполне нормальная гипотеза. Но, насколько мне известно, пока никто не провел убедительных экспериментов, наблюдения которых бы указывали на ее правдивость.

Итог

Надеюсь, этот текст помог вам лучше понять, как работает научный метод. Еще лучше, если вы прочитали его, узнали собственные заблуждения — и поняли, в чем заключались ошибки.

Если вы встретите в реальной жизни примеры перечисленных заблуждений и решите указать на них человеку (в надежде, что он или она сможет осознать их и изменить свое мнение), смело прикладывайте ссылку на этот текст. Только не расстраивайтесь, если не получите желаемого результата. Бывают безнадежные ситуации.

Также, если у вас есть другие примеры заблуждений о работе науки, или же вы хотите обсудить, поспорить и опровергнуть перечисленные тезисы, смело пишите комментарии к этому тексту.