Mikä on tieteellinen teoria? Määritelmä, testattavuus ja esimerkit

Mikä on tieteellinen teoria? Selkeä määritelmä, testattavuus, esimerkit (bakteeriteoria, atomiteoria) ja miten teoriat muuttuvat tieteellisen näytön perusteella.

Arkikielessä sanaa "teoria" käytetään "parhaana arvauksena". Nykyaikaisessa tieteessä tieteellinen teoria on testattu ja laajennettu hypoteesi, joka selittää monia kokeita. Se sovittaa ideat yhteen kehykseksi. Jos joku löytää tapauksen, jossa koko tieteellinen teoria tai osa siitä on väärä, teoriaa joko muutetaan tai se hylätään.

Esimerkki tieteellisestä teoriasta, joka koki monia muutoksia, on tautien bakteeriteoria. Muinaisina aikoina ihmiset uskoivat, että taudit johtuivat jumalista, kirouksista tai sopimattomasta käytöksestä. Bakteereja (mikro-organismeja) ei tunnettu, koska bakteerit ovat liian pieniä, jotta niitä voisi nähdä. Mikroskoopin keksimisen myötä pöpöt löydettiin, ja sairauksien pöpöteoriaa alettiin esittää. Sairauksien bakteeriteorian ansiosta monet sairaudet ovat nyt parannettavissa. Sairauksien bakteeriteoriaa oli kuitenkin muutettava, koska jotkin sairaudet eivät johdu bakteereista. Flunssa ja keripukki ovat esimerkkejä sairauksista, jotka eivät johdu bakteereista vaan viruksista tai huonosta ravinnosta. Tutkijat muuttivat tautien bakteeriteoriaa niin, että nykyään sanoisimme teorian kuuluvan seuraavasti: "Jotkin taudit ovat bakteerien aiheuttamia".

Ollakseen tieteellinen teoria teoria on testattava lukuisia kertoja eri tutkijoiden toimesta eri paikoissa, ja sen on läpäistävä testi joka kerta. Teoria on esitettävä täsmällisesti, joskus matematiikan avulla. Ja sen on sovittava yhteen kaikkien muiden tieteellisten teorioiden kanssa. Tieteessä on monia haaroja. Fysiikka, kemia, biologia, geologia ja tähtitiede ovat joitakin tieteen päähaaroja. Yhden tieteenalan tieteellisen teorian täytyy pitää paikkansa kaikilla muilla tieteenaloilla. Esimerkiksi atomiteoria, jonka mukaan kaikki aine koostuu atomeista, löydettiin fysiikan avulla, mutta kemiassa käytetyt kemikaalit, biologiassa käytetty elävä kudos, geologiassa tutkitut kivet ja tähtitieteessä tutkitut planeetat koostuvat kaikki atomeista. Aineen atomiteoria pätee kaikilla tieteenaloilla.

Joskus tiedemiehet keksivät teorian, joka on väärä. Poikkeuksen löytäminen tieteelliseen teoriaan on merkittävä tapahtuma, ja tiedemies voi tulla kuuluisaksi löytämällä poikkeuksen sääntöön. Einstein tuli kuuluisaksi suhteellisuusteoriastaan, jossa hän löysi poikkeuksen Isaac Newtonin liikelakeihin. Newtonin teoriaa, joka oli hyväksytty satoja vuosia, oli muutettava, ja sitä on muutettu.

Seuraavassa on luettelo eräistä nykytieteen tärkeimmistä teorioista. Näitä teorioita on testattu tuhansia kertoja, eikä poikkeusta ole löytynyt.

Tieteellisen teorian keskeiset piirteet

• Testattavuus: Teoria antaa selkeitä ennusteita tai hypoteeseja, joita voidaan kokeellisesti tai havaintojen avulla testata.
• Toistettavuus ja riippumattomuus: Samat kokeet tai havainnot toistettuna eri tutkijoiden ja eri paikkojen toimesta antavat saman tuloksen.
• Falsifioitavuus: Teorian tulee olla asetettavissa tilanteeseen, jossa se voitaisiin osoittaa vääräksi, jos se todella on väärä. Tämä on keskeinen tieteellisen menetelmän vaatimus.
• Soveltamisalue ja yleisyys: Hyvä teoria selittää laajaa joukkoa ilmiöitä yhdellä kehikolla ja yhdistyy hyvin muihin hyväksyttyihin teorioihin.
• Selitysvoima ja ennustettavuus: Teoria selittää miksi asiat tapahtuvat ja antaa ennusteita, jotka voidaan testata.
• Yksinkertaisuus (parsimony): Kun kaksi teoriaa selittää havainnot yhtä hyvin, yksinkertaisempi selitys on usein suositeltava.

Teoria vs. hypoteesi vs. laki

Hypoteesi on alkuperäinen ehdotus tai selitys, jonka perusteella tehdään ennusteita. Hypoteesi voidaan testata yhdellä tai useammalla kokeella. Teoria on laajempi ja vankempi: se on hypoteesien joukko, joka on läpäissyt laajan testauksen ja selittää monia ilmiöitä. Laki kuvaa usein toistuvaa havaintoa tai matemaattista suhdetta (esim. painovoimalaki), mutta laki ei välttämättä selitä miksi ilmiö tapahtuu — siinä mielessä teoria tarjoaa syvällisemmän selityksen.

Mitä tapahtuu, kun teoria ei päde?

Kun uusia havaintoja tai kokeita löydetään, jotka näyttävät olevan ristiriidassa vallitsevan teorian kanssa, tieteellinen prosessi käynnistää teorian uudelleenarvioinnin. Mahdollisia seurauksia ovat:

• Teorian laajentaminen tai muokkaaminen siten, että uusi havainto sopii siihen.
• Teorian korvaaminen laajemmalla tai toisenlaisella teoriaperheellä, joka selittää sekä vanhat että uudet havainnot.
• Poikkeuksen ymmärtäminen paikalliseksi erikoistapaukseksi, joka ei kumoa koko teoriaa.

Esimerkiksi Newtonin mekaniikka toimii erinomaisesti arkipäivän nopeuksissa, mutta Einsteinin suhteellisuusteoria laajensi käsitystä gravitaatiosta ja ajasta silloin, kun nopeudet ovat lähellä valon nopeutta tai gravitaatiokentät ovat hyvin voimakkaita.

Esimerkkejä ja vaikutuksia

Sairauksien bakteeriteoria on hyvä esimerkki siitä, miten teoria voi muuntua: alkuperäinen ajatus että "kaikki taudit johtuvat bakteereista" tarkentui muotoon "monet taudit johtuvat mikro-organismeista", ja myöhemmin erotteltiin bakteerit, virukset, loiset ja ravintoon liittyvät sairaudet.

Merkittäviä nykyaikaisia tieteellisiä teorioita (esimerkkejä)

• Evoluutioteoria: Luonnonvalinnan ja perinnöllisyyden kautta lajit muuttuvat ajan kuluessa. Se yhdistää biologiaa, paleontologiaa ja genetiikkaa.
• Soluteoria: Kaikki elävät organismit koostuvat soluista, ja solut ovat elämän perusyksiköitä.
• Atomiteoria: Aine koostuu atomeista ja niiden sisäisistä rakenteista; selittää kemialliset reaktiot ja aineen ominaisuudet.
• Germiteoria (sairauksien bakteeriteoria): Monet taudit johtuvat infektiivisistä mikro-organismeista (bakteerit, virukset, sienet, loiset).
• Gneiss tai laajempana: levytektoniikka: Maankuoren liikkeitä ja mannerlaattojen vuorovaikutuksia selittävä teoria, joka selittää maanjäristyksiä, vuoristojen muodostumista ja maanpinnan muutoksia.
• Relativiteettiteoriat: Einsteinin yleinen ja erityinen suhteellisuusteoria selittävät avaruuden, ajan ja gravitaation suhteet laajassa mittakaavassa.
• Hiukkasfysiikan standardimalli: Kuvaa tunnettujen alkuainehiukkasten ja niiden vuorovaikutusten ominaisuuksia (ei kuitenkaan sisällä esimerkiksi gravitaatiota).

Tieteellisen tiedon luonne

Tieteelliset teoriat eivät ole ikuinen totuus, vaan hyvin perusteltuja, toistettavasti testattuja ja jatkuvasti arvioitavia selityksiä. Tiede etenee vähitellen: teoriat paranevat, laajenevat tai korvautuvat, kun uutta luotettavaa tietoa kertyy. Tämä tekee tieteestä itsensä korjaavan ja vahvan tavan ymmärtää maailmaa.

Jos haluat, voin lisätä yksityiskohtaisempia esimerkkejä jostain tietystä teoriasta tai selittää, miten kokeelliset menetelmät ja tilastot tukevat teorioiden testaamista.

Hae kirjaimella