科学理论

科学探究与测量

kē xué lǐ lùn

科学理论是对自然现象的一种经过充分检验、范围广泛的解释,得到大量证据的支持;它不是一种猜测。

Definition

科学理论是一个经过多次检验、始终站得住脚的宏大解释,它用一个思想把许多不同的观察结果联系在一起。它是对自然界某个方面的广泛、有充分依据支持的解释,建立在许多得到证实的假设、反复的实验以及众多科学家的观察之上,并能做出可以被检验的预测;假设是一个单独的、可检验的想法,而理论则是许多经过检验的假设所归属的框架。理论把观察结果和定律统一起来,产生新的预测,并且在来自独立证据的反复证伪尝试中存活了下来。理论是最可靠的科学知识形式,但仍然是暂定的,可以被完善、被限定在某个适用范围之内,或者在新证据要求时被取代。

Example

一切物质都由微小的运动粒子组成的理论,解释了盐为什么会溶解、冰为什么会融化,以及气球在阳光下为什么会膨胀。物质的分子动理论指出粒子在更高的温度下运动得更快,它解释了实验中盐在 $50^\circ\text{C}$ 下 $14\ \text{s}$ 溶解、在 $10^\circ\text{C}$ 下 $48\ \text{s}$ 溶解的结果,也解释了热膨胀、气体压强和蒸发。它以一种具体的方式预测溶解速率应随温度升高而增大,因此如果实验发现温度每升高 $20^\circ\text{C}$,溶解时间大致减半,就与这一理论相符;而如果实验发现温度没有影响,那将是一个需要解释的严重反常现象。

Key Insight

在日常用语中,“理论”意味着一种猜测;而在科学中它的意思恰恰相反,是一种得到充分支持、需要强有力的新证据才能改变的解释。理论永远不会升级成定律,因为理论负责解释,定律负责描述,二者都始终对修正保持开放。进化论、板块构造论和原子理论之所以被称为理论,不是因为它们不确定,而是因为它们能做出解释,而解释正是科学最高的目标。