Teaduslik teooria: määratlus, testimine ja näited

Igapäevases kõnes kasutatakse sõna "teooria" sageli tähenduses "parim oletus". Kaasaegses teaduses on teaduslik teooria aga palju enamat: see on testitud ja laiendatud hüpotees, mis seletab suurt hulka tähelepanekuid ja katsetulemusi ning aitab ennustada uusi nähtusi. Teooria seob ideed ühtseks raamistikuks; kui leitakse juhtum, kus kogu teaduslik teooria või osa sellest on vale, siis teooriat muudetakse või asendatakse parema seletusega.

Näide teaduslikust teooriast, mis on ajas muutunud ja täpsustunud, on haiguste mikroobiteooria. Varem usuti, et haigusi põhjustavad jumalad, needused või moraalne eksitus. Mikroobid (mikroorganismid) olid teadmata, sest need olid inimese silmale nähtamatud. Mikroskoobi leiutamise järel avastati mikroobe ja mikroobiteooria pakuti välja. Tänu sellele teooriale on paljusid nakkushaigusi võimalik ennetada, diagnoosida ja ravida. Teooriat täiendati ja kohandati, kui selgus, et kõik haigused ei ole põhjustatud samadest mikroorganismidest: mõned haigused nagu gripp on põhjustatud viirustest. Mõned teised haigused, näiteks skorbuut, tekivad hoopis vale toitumise tõttu. Seetõttu on haiguste selgitus tänapäeval täpsem: "Mõned haigused on põhjustatud mikroobidest", pluss on lisaks veel muud põhjustajad ja mehhanismid.

Mis vahe on hüpoteesil, teoorial ja seadusel?

Hüpotees on esialgne ettepanek või seletus, mida saab testida. Kui hüpotees on korduvalt testitud, töödeldud ja kinnitatud erinevate uurimismeetoditega, võib sellest saada teaduslik teooria — lai, hästi toetatud seletus, mis ühendab palju tõendeid. Teaduslik seadus (näiteks gravitatsiooniseadus teatud tingimustel) kirjeldab sageli konstanti või mustrit, aga ei pruugi selgitada, miks seda mustrit toimub; teooria seevastu püüab pakkuda selgitavat mehhanismi.

Kuidas teooriat testitakse ja kinnitatakse?

• Empiirilised katsed ja vaatlused: teooriast lähtuvad prognoosid võrreldakse reaalse maailma andmetega.
• Reproduutseeritavus: erinevad teadlased peavad saama sarnased tulemused eri aegadel ja eri kohtades.
• Statistiline hindamine: tulemuste olulisust ja juhuslikkuse mõju hinnatakse matemaatiliste meetoditega.
• Vastupidavuse testimine: teooria peab vastama nii uutele andmetele kui ka hästi kinnitatud varasematele teooriatele.
• Võimetus olla kehtiv ainult ühe juhtumi põhjal — teaduslikke teooriaid hinnatakse pidevalt ja neid parendatakse, kui vajadus tekib.

Kriteeriumid heaks teaduslikuks teooriaks

• Testitavus ja falsifitseeritavus — teooriast peavad tulenema võimalikud vasturääkivused, mida saab otsida eksperimendiga.
• Reproductability — tulemused ja järeldused peavad olema korratavad sõltumatute uuringute kaudu.
• Seda seletav ja ennustav võime — teooria selgitab olemasolevaid fakte ja võimaldab teha täpseid ennustusi uute nähtuste kohta.
• Kooskõla teiste usaldusväärsete teooriatega — teaduslikud selgitused peavad sobima kokku teiste hästi kinnitatud teaduslike teadmistega või pakkuma põhjendatud viisi nende laiendamiseks.
• Võimalik matemaatiline väljendus — paljud teooriad on formuleeritud ka matemaatiliselt, näiteks kasutades matemaatikat, et täpsustada prognoose.
• Simplicity (parsimony) — lihtsam seletus, mis sobib andmetega, on sageli eelistatum (Occami habemenuga), kuid see ei ole lõplik kriteerium.

Miks ja kuidas teooriad muutuvad?

Teadus areneb uute andmete ja paremate meetodite abil. Mõnikord tekib olukord, kus olemasolev teooria ei suuda seletada uusi, hästi kontrollitud tõendeid — see toob kaasa teooria parandamise või asendamise. Erandi (anomaalia) leidmine ei tähenda alati teooria täielikku tagasilükkamist; mõnikord piiratakse selle kehtivusala või laiendatakse teooriat. Suuremahulised muudatused, mida nimetatakse paradigmakeeristeks, võivad tekkida siis, kui uus teooria annab märkimisväärselt parema ja üldisema seletuse (näide: Einsteini relatiivsusteooria, mis laiendas ja täpsustas Newtoni liikumisseadusi).

Mõned olulised kaasaegsed teaduslikud teooriad

Siin on lühike loetelu mõningatest peamistest, hästi toetatud kaasaegsetest teooriatest. Need teooriad on korduvalt kontrollitud ning laialdaselt rakendatavad eri valdkondades.

• Aatomiteooria — kogu aine koosneb aatomitest; see teooria kehtib füüsikas, keemias, bioloogias, geoloogias ja astronoomias.
• Rakuline teooria — kõik elusorganismid koosnevad rakkudest; see seletab bioloogilisi struktuure ja funktsioone.
• Evolution by natural selection (loomuliku valiku teooria) — seletab liikide mitmekesisuse ja kohastumise mehhanismi bioloogias.
• Haiguste mikroobiteooria — haiguste mikroobiteooria selgitab paljude nakkushaiguste põhjuseid ja on aluseks kaasaegsele mikrobioloogiale ja epidemioloogiale.
• Relatiivsusteooriad (eriline ja üldine) — seletavad ruumi, aja ja gravitatsiooni olemust ning annavad täpseid prognoose näiteks gravitatsioonilised lained ja planeetide liikumine kõrge täpsusega.
• Kvantarvuteooria ja kvantmehaanika — kirjeldavad aine ja energia käitumist väikseimal skaalal ning on aluseks moodsa elektroonika ja keemia mõistmiseks.
• Plate tectonics — kirjeldab Maa litosfääri ja mandrite liikumist, seletab maavärinaid, vulkaane ja maakoore tekkimist.
• Thermodynamics ja statistiline mehaanik — seletavad soojuse, töö ja energia omavahelist seost ning suunavad keemia ja füüsika protsesside prognoosimist.

Teooriad ei ole lõplikud absoluutid, vaid parimad praegused seletused, mis põhinevad saadavalolevatel tõenditel. Kui tuleb paremaid andmeid või uusi ideid, arenevad ka teooriad. Seetõttu on teadus dünaamiline tegevus: uued teooriad sünnivad, vanad täienevad või muutuvad ning nii laieneb meie arusaam maailmast.

Siin on loetelu mõnest peamisest kaasaegse teaduse teooriast. Neid teooriaid on tuhandeid kordi testitud ja ühtegi erandit ei ole leitud.

Otsing