Hipotezė, modelis ir teorija

Jei nors kiek sekate mokslo naujienas, su šiais trim žodžiais tikrai esate susidūrę. Jei skaitote kokį nors mokslo populiarinimą, greičiausiai esate susidūrę ir su paaiškinimu, kuo skiriasi pirmasis ir paskutinis. O jei skaitote straipsnių internetuose komentarus ar šiaip neformalius ginčus, ypač kiek nors susijusius su mokslu, tai turbūt esate matę ir peštynes dėl neteisingo paskutinio žodžio naudojimo. Peštynės kyla todėl, kad nemokslininkai „teoriją“ supranta vienaip, o mokslininkai – kitaip, ir mokslininkams dažnai nepatinka, kai kalbant apie mokslines teorijas terminas naudojamas neteisingai. O kaip turėtų būti teisingai? Skaitykite žemiau ir sužinosite.

Pradėsiu nuo trijų apibrėžimų, kurie gal ir nėra paimti iš žodyno, bet nusako, kaip aš (ir daugelis mokslininkų) suprantu šiuos terminus.

Hipotezė – tai (nepatikrintas, bet patikrinamas) teiginys, kuriuo siūloma paaiškinti kokį nors reiškinį.

Modelis – tai hipotezė ir iš jos sekančios išvados, kartu nusakantys kokio nors reiškinio veikimo principus, progresą ir pasėkmes.

Teorija – tai patikrintų ir patvirtintų teiginių visuma, nuodugniai paaiškinanti kokį nors reiškinį ar reiškinių grupę.

Galima ginčytis dėl kiekvieno apibrėžimo detalių, bet kad ir kaip juos bevartytume, išlieka pagrindiniai skirtumai. Hipotezė – tai spėjimas. Modelis – tai spėjimas ir paaiškinimas, kaip jis siejasi su realybe. Teorija – tai jau nebe spėjimas, o sistemingai apibendrintas supratimas.

Štai paimkime pavyzdį iš kosmologijos srities. Kadaise, kai buvo nustatyta, jog Visata plečiasi, tam paaiškinti buvo pasiūlyta hipotezė, jog Visatos amžius yra baigtinis, o ji prasidėjo nuo begalinio tankio ir karščio taško. Vėliau ta hipotezė išvystyta į modelį, kuriame figūravo tokios prognozės, kaip kosminė foninė spinduliuotė ir pirmykščių cheminių elementų kiekiai. Kažkuriuo metu ji pavadinta „Didžiuoju sprogimu“. Dar vėliau, kai spinduliuotė buvo aptikta, cheminių elementų kiekiai – išmatuoti, ir pasitvirtino dar visa šūsnis Didžiojo sprogimo prognozių, jis tapo teorija. Šiuo metu kosmologijoje egzistuoja Visatos sandaros modelis, vadinamas konkordaciniu arba ΛCDM. Jis išsivystė iš hipotezių apie tamsiosios materijos ir (vėliau) tamsiosios energijos egzistavimą, kurios davė prognozes apie struktūros formavimąsi Visatoje. Dalis tų prognozių pasitvirtino, kai kurios – (dar) ne, taigi modelio pilna teorija vadinti negalime. Ateityje greičiausiai galėsime, tik jis turbūt kažkiek pasikeis nuo tokio, koks yra dabar, „apaugs“ įvairiais priedais, paaiškinančiais kai kuriuos reiškinius, kurių dabar paaiškinti negali.

Dabar grįžkime prie temos. Trys aukščiau nurodyti apibrėžimai daugmaž atitinka mokslinį ir mokslininkų supratimą apie šiuos tris terminus. Kasdieniame gyvenime ir nemokslinėje kalboje yra kitaip: žodis „hipotezė“ beveik nenaudojamas, „modelis“ yra sumažintas irba supaprastintas kokio nors daikto maketas, na o „teorija“ yra spėjimas. Va čia ir prasideda problemos.

Paminėk kur nors „evoliucijos teoriją“ ir būtinai išlįs Pilypas iš kanapių su giliamintišku pastebėjimu, kad „tai juk tik teorija“, suprask, spėjimas. O jei spėjimas, tai visai nebūtinai turi kažką bendro su realybe. Tą patį galima išgirsti ir apie reliatyvumo teoriją, tik gal ne taip dažnai, nes Biblijoje niekur apie šviesos greitį lygtai neparašyta. Ir taip teigiančių paprastai neįtikina paaiškinimas, jog teorijos yra ir gravitacija, ir atominė medžiagų sandara, ir tektoninės plokštės…

Atrodytų, toks paprastas ir nežymus nesusikalbėjimas, o dėl jo kyla tiek ginčų, jis nulemia netgi politinius sprendimus. Kas dėl to kaltas, jei iš viso galima ką nors kaltinti? Mano nuomone, ir mokslininkai (bei mokslo populiarintojai), ir visuomenė (kuriai priskirsiu ir žurnalistus, rašančius apie mokslą; kad tai ne tas pats, kas mokslo populiarintojai, esu rašęs seniau). Visuomenė todėl, kad nesistengia pagalvoti, jog „teorija“ mokslinėje kalboje gali reikšti kažką kito, nei kasdienėje, nemąsto apie šį žodį kaip apie profesinio žargono elementą. Mokslininkų kaltė – dvejopa: populiariai pristatinėdami savo veiklą, jie dažnai painioja visus tris terminus; o net ir tada, kai nepainioja, nesistengia paaiškinti, ką moksle reiškia „teorija“ ir kuo ji skiriasi nuo kitų dviejų dalykų. Taip ir lieka nesusikalbėjimo praraja tarp dviejų bendruomenių.

Šįkart įrašas tik toks, labai trumpas, gavosi. Bet kad nieko daugiau čia ir nepasakysiu. Gal komentatoriai padės išplėtoti mintį? Kodėl egzistuoja šitoks nesusikalbėjimas? Kaip jį sumažinti ar išvis panaikinti?

Laiqualasse

26 comments

  1. Nera grieztos ribos tarp modelio ir teorijos. Taip pat nera absoliuciai teisingu teoriju. Pavyzdziui, Niutono gravitacijos teorija, buvo pakeista/patikslinta Einsteino. Taip pat Einsteinas 1905 metais rase apie savo teorija, o ne modeli, nors jo teiginiams patvirtinimu dar nebuvo. Is dalies i teorijas galima ziureti kaip i modelius kuriuos nuolat tobulina, lipdo is daliu, papildo ir pan. Mes jau ir dabar zinom jog Einsteino gravitacijos teorija nera pilna, ir duoda neteisingus rezultatus (begalybes ar dalyba is nuliu) ties ivykiu horizontu. Taigi kazkas kazkada sukurs tikslesne teorija. Nera neteisingu teoriju, yra tiesiog ju ribos.
    Na arba evoliucijos teorija, nera galimybiu eksperimentiskai patikrinti kad zmones tikrai issivyste is bezdzioniu. Vienur ar kitur yra daromos tam tikros prielaidos. Yra patvirtinimu jog evoliucija vyksta, taciau kaip ji vyko is tiesuju nieks nepasakys.
    Nera nieko tikslaus isskyrus matematika, bet matematika tiksliai apibrezti gamtos nesugeba.
    Na, nezinau ka dar cia pridurus. Gincas del terminu…

    1. Sakyčiau, tu visai teisus. Tik keletas pastebėjimų.

      Dėl skirtumo tarp modelio ir teorijos – dar sakyčiau, kad modelis gali būti mažesnis dalykas, lyginant su teorija. Teorija apima visko daugiau; pavyzdžiui, tektoninių plokščių teorijos dalis yra žemynų dreifo modelis, Did.sprog. teorijos dalis – konkordacinis kosmologinis modelis, ir panašiai.

      „duoda neteisingus rezultatus (begalybes ar dalyba is nuliu) ties ivykiu horizontu“ – įvykių horizontas, bet jau tas, kur Švarcšildo ar Kero, yra tik koordinačių sistemos artefaktas. Pakeitus koordinačių sistemą, jis pranyksta ir viską galima išspręsti be problemų. Nors juodosios skylės centre singuliarumas išlieka.

      „nera galimybiu eksperimentiskai patikrinti kad zmones tikrai issivyste is bezdzioniu“ – technically, tu greičiausiai teisus. Bet astronomijoje, pavyzdžiui, irgi eksperimentiškai (beveik) nieko negalima patikrinti. Bet stebėjimų rezultatai pripažįstami, kaip rezultatai, ir jais remiantis lipdomos teorijos bei modeliai.

      1. Del ivykiu horizonto tai begalybiu galima isvengt vienu ar kitu sprendimu, tik klausimas kiek toks sprendimas teisingas. Paskutiniu metu teorizuojama jog visa informacija kuri patenka i BH yra tik ant ivykiu horizonto, arba kad BH turi entropija ir kas keisciausia, kad rastas sprendimas yra juodosios skyles pavirsius. Neesu tikras ar BH vidus (kaip erdve) is vis egzistuoja.

        1. „Neesu tikras ar BH vidus (kaip erdve) is vis egzistuoja.“

          Manyčiau, kad egzistuoja, tik ten erdvė yra labai kitokia. Jau ko vertas faktas, kad laiko koordinatė gali būti išreikšta per erdvę (t.y. ji rodo mažesnės radialinės koordinatės kryptimi).

          „klausimas kiek toks sprendimas teisingas“

          Iš vienos pusės atrodytų, kad jei sprendinio egzistavimas priklauso nuo koordinačių sistemos pasirinkimo, tai tas sprendinys nėra fizikiškai reikšmingas. Bet iš kitos pusės tu teisus, įvykių horizontas figūruoja juodųjų skylių entropijos skaičiavimuose, taigi kažkuo ypatingas tas paviršius yra.

          Kažkiek artyn atsakymo galima prieiti, mąstant taip: įvykių horizontas nėra reikšmingas lokaliai, t.y. pro jį judanti dalelė neturėtų pastebėti jokio staigaus pokyčio. Bet jis reikšmingas globaliai, vertinant juodosios skylės ir jos aplinkos sąveiką.

          Į kitą žinutę atsakysiu vėliau, reikia pagalvoti šiek tiek daugiau :)

      2. Na dar pridursiu ka manau siaip apie viska,
        BH mase ir spindulys yra tiesiogiai proporcingi, kiek pakinta vienas tiek pakinta ir kitas. O pavirsiaus plotas kinta pagal R^2.
        Taigi kuo daugiau ikrenta i BH, tuo ji saltesne tampa. Man tai labai panasu i visatos pletimasi. Ikritus objektui i BH jos pavirsius padideja/issiplecia, arba kitaip pasakyt, atstumai tarp informacijos esancios pavirsiuje padideja proporcingai vienodai.

        Na paimkim visatos pradzia dar pries rekombinacija. Didejant visatos masei ir energijai bei pletimuisi vestant, energija atveso ir susiformavo pirmieji atomai. Toliau bekrentant vyko pletimasis, butu idomu paskaiciuot vakumine energija, esu tikras kad neduotu tokios nesamones kuria gauname dabar remiantis kvantine mechanika (10^120J/m^3 ar kazkas panasaus), siaip cia labai keistas paskaiciavimas buvo (atmestos daleles kurios trumpesnes uz Planko ilgi), na ne esme. Pagal mano hipoteze, kuo skiriasi visata nuo BH pavirsiaus, tai yra tik tai kad BH turi viena erdvine dimensija maziau. O mase plecia visata, kaip ir BH pavirsiu. Butu gana paprastas paaiskinimas.

        Mano nuomone keiciasi kaip menulio fazes, priklausomai nuo to ka naujo suzinau, bet jei ka turi pridurt rezk.

  2. Laiqualasse, tur būt aš ir būsiu tavo minimas „Pilypas iš kanapių“. Turiu tokią mintį – kol nesame tikri, kas yra protas (o kad aiškiai tai nustatyti, reikia išeiti už jo ribų (bet ne iš proto)), negalime garantuoti, kiek teisinga matematika ir logika. Kad matematika turi problemų parodė jos didžiosios krizės, o taip pat Kurtas Giodelis. Logikos problemas kėlė, bet neišsprendė, I.Kantas bei E.Huserlis (bei daugelis kitų). Tai čia problemos, kurios kyla keliant klausimą apie teorijų absoliutų teisingumą. Plius labai ribota mūsų empirinio patyrimo galimybė.
    Kas liečia pozityvų mokslą, atmetus filosofiją, tai neturime kito pasirinkimo, kaip tik mūsų matematika, mūsų logika, mūsų stebėjimas ir mokslo metodas. Taigi, ir neturime kito pasirinkimo, kaip tik laikyti patvirtintus mokslo teiginius tiesa.
    Nežinau ir pats, ar ką gero čia parašiau.

  3. Neturime kito pasirinkimo, kaip tik laikyti patvirtintus mokslo teiginius tiesa. Bet visuomet kyla klausimas, ir kils, ar tai absoliuti tiesa.
    Kas liečia reliatyvias ir praktines tiesas, tai mokslas mane tenkina.

    1. Niekur nerašiau, kad teorija yra neabejotinai teisinga. Atskiri jos teiginiai gali būti patvirtinti, prielaidos – pagrįstos, bet visa teorija gali būti tik arba „jau paneigta“, arba „dar nepaneigta“. „Paneigimas“ kartais susiveda į veikimo ribų nustatymą (pvz. klasikinė mechanika, veikianti tarp kvantinės ir reliatyvistinės mechanikos domenų). Taigi, kuo ilgiau teorija atlaiko bandymus ją falsifikuoti, tuo tvirčiau galima teigti, kad ji atitinka realybę. Bet absoliučiai teisinga ji niekada nebus. Ir tai nepriklauso nuo matematikos ar logikos teisingumo (nors dėl šitų mokslų problemų tu irgi teisus), tiesiog tokia yra gamtos mokslų specifika.

  4. Aidas, matematika ir matematine logika yra absoluciai teisingos.
    Tiesiog yra skirtumas tarp filosofines logikos ir matematines logikos. Matematine logika negali buti neteisinga, o filosofine gali. Paprastas pavyzdys – po kojomis sniegas, vadinasi snigo. Daznai filosofijoje nepagalvojama apie kita varianta, pavyzdziui kad sniegas buvo sukurtas dirbtinai (ledo arenoje).

    Laiqualasse, teorija neturi nieko bendro su eksperimentiniais patvirtinimais, pavyzdziui stygu teorija, nera patvirtinta nei vienas jos teiginys, ir jau daugiau nei dvidesimt metu nieks nesugalvoja nei eksperimento kuri galima butu ivykdyti (nefalsifikuojama), bet iki realybes aprasymo jai labai toli.

  5. Mysliau, matematika ir matematinė logika gali būti absoliučiai teisingos šiuo metu mums, žmonėms, bet ne gamtai. Jų būtinumas gamtai, mano žiniomis, nėra patvirtintas.
    Tokio dalyko kaip „filosofinė logika“ nėra, tu greičiausiai turėjai minty teiginių logiką.
    Tai pagal tavo pavyzdį teiginių logikoje teisingas atsakymas būtų šis – jei laukia šlapia (sniegas), nebūtinai lijo (snigo). Tai reiškia tik tai, kad laukia šlapia (sniegas). Tokių grubių klaidų filosofai nedaro, būk ramus (tuo pačiu pažymėsiu, kad savęs nekvalifikuoju kaip filosofo).

  6. Visi daro tokias klaidas. Privertei atsiversti knyga, na kad ir Kant’a paminesiu.

    1749 metais Kantas pamegino buti arbitru Dekarto ir Leibnico salininku gince del kinetines energijos matavimo. Dekarto nuomone ji tiesiog proporcinga greiciui, Leibnico nuomone – judancio kuno greicio kvadratui. Kantas teige jog vienu atveju taikytina Dekarto formule, kitu Leibnico, tuo tarpu pries seserius metus d’Alamberas pateike sios problemos sprendima, isreiskes ji formule F=mv^2/2.

    „Trimatiskuma, matyt, lemia tai, jog egzistuojancios pasaulyje substancijos veikia viena kita tokiu budu, kad veikimo jega atvirksciai proporcinga atstumo kvadratui.

    Dar pamenu netikslumu apie saules susidaryma ar apie protingas butybes Veneroje.

    Galima but cituot ir cituot.

    Zinoma, lengva man sneket po 250 metu. Informacijos trukumas vercia daryti klaidingas logines isvadas. Filosofija kaip gamtos pazinimo budas yra pasenes.

    1. Istiesu Kantas buvo neeilinis filosofas, man asmeniskai labai patinka jo mastymas. Tik as esu pries bendrai bent kokiu filosofiniu ideju priemima.

  7. Čia, galbūt, I.Kanto klaida bus ta, kad jis paskubėjo logiką taikyti patyrimo reiškiniams, pats tokiu būdu sau prieštaraudamas. Tuo tarpu pagal I.Kantą logika ir matematika yra žmogaus pažinimo/mąstymo formos a priori (iki patyrimo/įgimtos/bendros visiems žmonėms). Tačiau su patyrimo reiškiniais jos santykiauja neatsiejamai – be konkrečių patyrimo reiškinių šios formos nieko nereiškia, o patyrimo reiškiniai be šių formų yra chaotiški. Radus naują reiškinį atsiveria ir žmoguje glūdėjusi pažinimo forma (logikos ar matematikos išraiška). Štai kodėl logika ir matematika vystosi dažnai kartu su gamtotyra, kažkiek ir atskirai nuo jos.

  8. Beje, Mysliau, gal aš baigsiu čia filosofuoti pats nieko nebaigęs. Tęskite diskusiją su Laiqualasse, jums naudingiau bus, nes mano filosofija labai jau mėgėjiška.

    1. Na va, dar ir uzmusiu nora smalsaut. Toks Steven Pollock apie smalsuma ir is kur jis atsirado pajuokavo: Isivaizduokite urvinius zmones gyvenancius olose, virs ju olu kabo didziuliai akmenys. Tie urviniai kurie nesusimaste apie akmenis ir kur jie nukris viena diena buvo pritreksti. Naturali atranka.

  9. Nepergyvenk, Mysliau, rasiu, kur smalsauti. Filosofija man jau praeitis – savo smalsumą ten patenkinau, o kad kitiems aiškinti – nekvalifikuotas, galiu pateikti tezę, bet ne visada galiu ją įrodyti, nes neesu nei profesionalus filosofas, nei profesionalus mokslininkas. Man čia tik tapo svarbu, kaip Laiqualasse, kaip mokslininkas, vertina teoriją. Paskaitęs jo atsakymą tapau ramus.

    1. Kaip šaunu, kad nuraminau :) Bet niekada nebijok klausinėti ir domėtis, jei ir manai esąs „nekvalifikuotas“. Kvailų klausimų nebūna, būna tik kvaili atsakymai :)

    1. Geras klausimas, laukiau šito klausimo :)
      Dėsnis yra stebimo reiškinio matematinis (arba kokybinis) aprašymas, kuris yra pakankamai tikslus ir pritaikomas visiems to reiškinio atvejams. Pavyzdžiui visuotinės traukos dėsnis (F ~ Mm/R^2).

      Jo skirtumas nuo anksčiau aprašytų trijų dalykų slypi tame, kad dėsniu nesistengiama paaiškinti reiškinio prigimties ar priežasties, juo tik aprašomas/nusakomas stebimas vyksmas.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *