Was ist eine wissenschaftliche Theorie?
Eine wissenschaftliche Theorie ist eine strukturierte Erklärung zur Erklärung einer Gruppe von Tatsachen oder Phänomenen in der natürlichen Welt, die häufig Folgendes beinhaltet: wissenschaftliche Hypothese und wissenschaftliche Gesetze. Die wissenschaftliche Definition einer Theorie steht im Gegensatz zu der Definition, die die meisten Menschen in der Umgangssprache verwenden.
„Die Art und Weise, wie Wissenschaftler das Wort ‚Theorie‘ verwenden, unterscheidet sich ein wenig von der üblichen Verwendung in der Laienöffentlichkeit“, sagte Jaime Tanner, Professor für Biologie am Emerson College in Boston. „Die meisten Menschen verwenden das Wort ‚Theorie‘, um eine Idee oder Vermutung zu bezeichnen, die jemand hat, aber in der Wissenschaft bezieht sich das Wort ‚Theorie‘ auf die Art und Weise, wie wir Fakten interpretieren.“
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Der Prozess, eine wissenschaftliche Theorie zu werden
Jede wissenschaftliche Theorie stützt sich auf die wissenschaftliche Methode. Ein Wissenschaftler kann eine Beobachtung machen und eine Hypothese entwickeln, um diese Beobachtung zu erklären, und dann ein Experiment entwerfen, um diese Hypothese zu testen. Wenn sich herausstellt, dass die Hypothese falsch ist, entwickelt der Wissenschaftler eine neue Hypothese und beginnt den Prozess erneut. Wenn die Hypothese durch die Ergebnisse des Experiments gestützt wird, wird sie erneut getestet. Wenn es weitere Tests übersteht, kann der Wissenschaftler es in eine größere Theorie integrieren, die hilft, das beobachtete Phänomen zu erklären, und es mit anderen Phänomenen in Beziehung setzt, so die Feldmuseum.
Eine wissenschaftliche Theorie ist nicht das Endergebnis der wissenschaftlichen Methode; Theorien können ebenso wie Hypothesen bewiesen oder verworfen werden. Und Theorien werden kontinuierlich verbessert oder modifiziert, wenn mehr Informationen gesammelt werden, sodass die Genauigkeit der Vorhersage mit der Zeit größer wird.
Theorien sind Grundlagen, um wissenschaftliche Erkenntnisse zu vertiefen und die gesammelten Informationen praktisch nutzbar zu machen. Wissenschaftler verwenden Theorien, um Erfindungen zu entwickeln oder ein Heilmittel für eine Krankheit zu finden.
Darüber hinaus ist eine wissenschaftliche Theorie der Rahmen für Beobachtungen und Fakten, sagte Tanner. Theorien können sich ändern, oder die Art und Weise, wie sie interpretiert werden, kann sich ändern, aber die Fakten selbst ändern sich nicht. Tanner vergleicht Theorien mit einem Korb, in dem Wissenschaftler Fakten und Beobachtungen aufbewahren, die sie finden. Die Form dieses Korbs kann sich ändern, wenn die Wissenschaftler mehr lernen und mehr Fakten aufnehmen. „Zum Beispiel haben wir reichlich Beweise dafür, dass Merkmale in Populationen im Laufe der Zeit mehr oder weniger häufig werden (Evolution), also ist die Evolution eine Tatsache, aber die übergreifenden Theorien über die Evolution, die Art und Weise, wie wir denken, dass alle Fakten zusammenpassen, könnte sich ändern neue Beobachtungen von Evolution hergestellt werden“, sagte Tanner gegenüber Live Science.
Merkmale einer guten Theorie
Der Universität von Kalifornien, Berkeley, definiert eine Theorie als „eine breite, natürliche Erklärung für ein breites Spektrum von Phänomenen. Theorien sind prägnant, kohärent, systematisch, vorhersagend und breit anwendbar und integrieren und verallgemeinern oft viele Hypothesen.“
Laut dem emeritierten Philosophieprofessor der Columbia University, Philip Kitcher, hat eine gute wissenschaftliche Theorie drei Merkmale. Erstens hat es Einheitlichkeit, was bedeutet, dass es aus einer begrenzten Anzahl von Problemlösungsstrategien besteht, die auf ein breites Spektrum wissenschaftlicher Umstände angewendet werden können. Zweitens führt eine gute wissenschaftliche Theorie zu neuen Fragestellungen und neuen Forschungsgebieten. Das bedeutet, dass eine Theorie nicht alles erklären muss, um nützlich zu sein. Und schließlich wird eine gute Theorie aus einer Reihe von Hypothesen gebildet, die unabhängig von der Theorie selbst getestet werden können.
Der Unterschied zwischen Theorien, Fakten und Gesetzen
Jede wissenschaftliche Theorie muss auf einer sorgfältigen und rationalen Untersuchung der Fakten beruhen. Fakten und Theorien sind zwei verschiedene Dinge. In der wissenschaftlichen Methode gibt es eine klare Unterscheidung zwischen Tatsachen, die beobachtet und/oder gemessen werden können, und Theorien, die Erklärungen und Interpretationen der Tatsachen durch Wissenschaftler sind.
Einige denken, dass Theorien zu Gesetzen werden, aber Theorien und Gesetze haben getrennte und unterschiedliche Rollen in der wissenschaftlichen Methode. Ein Gesetz ist eine Beschreibung eines beobachteten Phänomens in der natürlichen Welt, das jedes Mal gilt, wenn es getestet wird. Es erklärt nicht, warum etwas wahr ist; es sagt nur, dass es wahr ist. Eine Theorie hingegen erklärt Beobachtungen, die während des wissenschaftlichen Prozesses gesammelt werden. Während also Recht und Theorie Teil des wissenschaftlichen Prozesses sind, handelt es sich laut dem um zwei verschiedene Aspekte Nationales Zentrum für naturwissenschaftliche Bildung.
Ein gutes Beispiel für den Unterschied zwischen einer Theorie und einem Gesetz ist der Fall von Gregor Mendel. In seiner Forschung entdeckte Mendel, dass zwei getrennte genetische Merkmale bei verschiedenen Nachkommen unabhängig voneinander auftreten würden. „Dennoch wusste Mendel nichts davon DNS oder Chromosomen. Erst ein Jahrhundert später entdeckten Wissenschaftler DNA und Chromosomen – die biochemische Erklärung der Mendelschen Gesetze“, sagte Peter Coppinger, außerordentlicher Professor für Biologie und biomedizinische Technik am Rose-Hulman Institute of Technology. „Das war es erst damals Wissenschaftler wie TH Morgan, die mit Fruchtfliegen arbeiteten, erklärten das Gesetz der unabhängigen Sortierung anhand der Theorie der chromosomalen Vererbung. Noch heute ist dies die allgemein akzeptierte Erklärung [theory] für das Mendelsche Gesetz.“
Zusätzliche Ressourcen
Literaturverzeichnis
Kenneth Angielczyk, „Was meinen wir mit „Theorie“ in der Wissenschaft?“ Feldmuseum, 10. März 2017. https://www.fieldmuseum.org/blog/what-do-we-mean-theory-science
University of California, Berkeley, „Wissenschaft auf mehreren Ebenen“. https://undsci.berkeley.edu/article/0_0_0/howscienceworks_19
Philip Kitcher, „Missbrauch der Wissenschaft: Der Fall gegen den Kreationismus“, MIT Press, 1982.
National Center for Science Education, „Definitions of Fact, Theory, and Law in Scientific Work“, 16. März 2016 https://ncse.ngo/definitions-fact-theory-and-law-scientific-work