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科學理論

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化學上會用嘅分子模型;唔同色嘅波代表唔同原子。科學理論都係一種模型,模擬研究緊嘅現象。

科學上講嘅理論(粵拼:lei5 leon6 )係一套套經過精心設計、用嚟解釋現實世界發生緊咩事嘅知識框架。理論唔係隨便估估下,而係要由既定嘅一套套概念、定律同埋假設組成。要稱得上係理論,必須要符合幾個條件:

無論係自然科學定社會科學,研究者做得研究,動機通常得幾個:一係想建立新理論,一係想修補現有理論嘅漏洞,甚至係想搵證據去反駁舊有嘅諗法。

基本概念

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始祖鳥嘅化石
睇埋:科學、假設、公理、解釋同證據

喺廿一世紀初嘅科學界,科學理論會係一個個知識體。一個噉嘅知識體會包含一拃描述緊某啲現象嘅講法,而且佢仲達到以下呢啲條件[1]:

  1. 個理論本身會做一啲可否證嘅預測;
  2. 個理論會合乎由實驗同觀察度攞到嘅數據;
  3. 個理論受到嚟自唔同源頭嘅證據支持。

喺廿一世紀嘅科學界,進化論係一個非常有影響力嘅理論。若果用最簡單嘅方法去講,進化就係指响一個生物群組入面,啲基因出現嘅頻率隨住時間一代一代噉產生變化,包括

  • 微進化:種群內部啲基因起細微改變。
  • 宏進化:假若呢啲變化積累到一個地步,令到進化前後嘅兩群生物變咗做唔同嘅「物種」,就謂之宏進化。

進化論完全符合科學理論嘅三大特徵:有得驗證—只要研究者去量度生物嘅基因數據,就可以知道啲頻率有無變;符合現實觀察—大量嘅實驗同長期觀察都證實[註 1],生物種群嘅基因頻率的確會隨住世代而改變;多個源頭嘅證據支撐—除咗實驗室嘅數據,現實世界仲有好多強力證據,例如人工選擇同埋化石紀錄等。

重要概念

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睇埋:抽象模型

假說

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内文:假說
睇埋:肯定後項
睇埋:科學方法同證據

假說係科學方法不可或缺嘅一部份。

假說嘅一啲例子:

變數

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喺科學研究同建立理論嘅過程入便,變數係核心概念,指嘅係一啲喺唔同情況或者唔同個體之間可以有唔同數值、或者展現出唔同狀態嘅因子。簡單嚟講,只要某個概念係「可以起變化」嘅,噉統計學同科學模型就會將佢當做變數。

科學理論通常就係喺度描述緊變數同變數之間嘅關係。喺實驗或者模型入面,變數一般可以分為以下幾類[2]:

  • 自變數:指由研究者操縱或者預先存在嘅因子,預期佢會對其他變數產生影響,例如做研究,睇下食量係咪會影響體重,食量就係自變數。
  • 應變數:指研究者想觀察或者預測嘅目標,佢嘅數值會隨住自變數嘅改變而起變化,例如上述例子入面嘅體重。

簡潔

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内文:奧坎剃刀
睇埋:搬龍門

每當科學界發現一啲新嘅現象,科學家都會各自提出理論去解釋。如果同時有幾套理論都講得通,科學界就要揀。呢個時候,奧坎剃刀就派得上用場。奧坎剃刀呢條原則,簡單講就係簡單就係最好[3]:

假設第啲條件冚唪唥一樣,理論越簡單就越好。

如果有兩套理論解釋力一樣咁強,證據又一樣咁充足,科學家通常會揀個變數少啲、公式簡單啲嗰套。原因有:

  • 審美與哲學:歐美傳統上覺得「優雅」就係用最少嘅力做最多嘅嘢,呢種思想喺藝術同科學都係通。
  • 可驗證度(更實際嘅原因):理論越複雜、變數越多,就越難驗證,亦越容易「搬龍門」。
    例子: 想像理論 A 得 4 個變數,而理論 B 有 30 個變數。
    如果做完實驗發現數據唔符合理論 B,支持理論 B 嘅人好容易會搵到藉口,事後孔明噉話:「我哋今次淨係控制咗 20 個變數,仲有 10 個變數無量度到喎,所以今次失敗唔算數!」
    相反,理論 A 得 4 個變數,要控制晒所有因素去做測試相對容易好多[4][5]。

只係理論

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喺大眾討論入便,公眾對理論呢個詞彙經常存在認知落差。

唔少人會用「只係理論」呢句說話嚟作論證,好似呢句說話能夠反駁科學上確立咗嘅理論噉。

一個典型嘅例子係,部分反對進化論嘅人士會以「進化只係理論」為由,試圖削弱其學術地位[6]。針對呢種論調,生物學家道金斯曾指出,喺科學層面,理論並非指毫無根據嘅猜測,而係一套擁有大量證據支撐嘅知識架構。

喺辯論當中,啲人有陣時會嘗試用噉嘅方法嚟拗:「進化只不過係一個理論。」呢個講法原則上正確,不過有需要理解呢句嘢係咩意思,因為喺科學上嚟講,「地球圍住太陽轉」都一樣只係理論,係一個有極大量證據支撐嘅理論。

理論一詞,有些少歧義問題。喺無論英文抑或係粵語嘅語境當中,理論一詞有兩個好唔同嘅意思:

  • 日常用語:喺一般生活對話中,理論好多時會當正係假說或者個人見解嘅同義詞,泛指任何對某種現象嘅講法;根據呢個定義,無論係科學定論定係宗教上嘅典籍,都可以稱為理論。[7]
  • 科學定義:喺科研領域,科學理論係指一套經過嚴謹建構、嘗試解釋自然現象,並且獲得相當程度實證支持嘅解釋。

學術界普遍認為,進化論具備極其豐富嘅證據支持,並且能夠有效預測自然現象[註 2]。因此進化論符合科學定義上理論嘅標準[8]。相比之下,缺乏實證支持或者無法通過可否證測試嘅主張,喺現代科學框架下唔會歸類為理論,例如係將《舊約聖經》視為準確歷史紀錄嘅睇法[註 3]。

睇埋

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註解

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  1. ↑ 唔係證明:可以睇睇歸納所講嘅嘢。
  2. ↑ 例子可以睇下人工選擇同抗藥性等嘅研究。
  3. ↑ 有好多基督徒同猶太教徒都認為,好似《創世紀》等嘅經典唔洗當係字面上理解嘅史實。

參攷

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  1. ↑ Handfield, R. B., & Melnyk, S. A. (1998). The scientific theory-building process: a primer using the case of TQM. Journal of operations management, 16(4), 321-339.
  2. ↑ Hastings, Nancy Baxter (1998). Workshop calculus: guided exploration with review.第2卷. Springer Science & Business Media. p. 31.
  3. ↑ Blumer, A., Ehrenfeucht, A., Haussler, D., & Warmuth, M. K. (1987). Occam's razor. Information processing letters, 24(6), 377-380.
  4. ↑ Domingos, P. (1999). The role of Occam's razor in knowledge discovery. Data mining and knowledge discovery, 3(4), 409-425.
  5. ↑ Rasmussen, C. E., & Ghahramani, Z. (2001). Occam's razor. Advances in neural information processing systems, 294-300.
  6. ↑ Branch, Glenn; Mead, Louise (July 2008). "'Theory' in Theory and Practice". Evolution: Education and Outreach. 1 (3): 287-289.
  7. ↑ Fitzhugh, Kirk (2007). "Fact, theory, test and evolution". Letter to the Editor. Zoologica Scripta: 071027215047001.
  8. ↑ Dobzhansky, Theodosius (March 1973). "Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution". The American Biology Teacher. 35 (3): 125-129.