Як розробити теорію: 14 кроків (з ілюстраціями)

Теорія пояснює, чому щось відбувається, або як різні явища пов`язані один з одним. Вона дає відповіді на питання "як" і "чому", задані щодо спостережуваного явища. При розробці теорії слід керуватися науковим методом. Спочатку необхідно створити несуперечливу модель, яка пояснює, чому і як відбувається щось. Потім, на підставі цієї моделі, слід зробити передбачення, піддаються експериментальній перевірці. І, нарешті, потрібно перевірити за допомогою контрольованого експерименту то, що передбачає теорія, підтвердивши або спростувавши висунуті гіпотези.

кроки

Частина 1 з 3:

виношування ідеї

1. Задумайтесь "чому?". Придивіться до, здавалося б, не пов`язаних між собою явищ. Виявити глибинні причини, що лежать в основі повсякденних явищ, і постарайтеся передбачити їх подальший хід. Якщо у вас вже зародилася ідея, розгляньте її докладніше і постарайтеся зібрати якомога більше інформації. Запишіть відповіді на питання "як" і "чому", а також відносини, що зв`язують розглядаються явища між собою.

Якщо у вас ще немає загальної ідеї або гіпотези, почніть з встановлення зв`язків між явищами. Проявляйте цікавість, дивлячись на навколишній світ, і вас напевно відвідає якась цікава ідея.

2. Створіть теорію, яка пояснює якийсь закон природи. У загальному випадку наукові закони являють собою опис спостережуваних явищ. Закони не пояснюють, чому відбувається описується явище і чим воно викликано. Пояснення того чи іншого явища називається науковою теорією. Всупереч поширеній помилці, теорії пояснюють закони, а не перетворюються в них в разі свого підтвердження.

Наприклад, закон всесвітнього тяжіння Ньютона був першим математичним описом гравітаційного взаємодії двох тіл. Однак цей закон не пояснював, чому існує гравітаційне тяжіння і як воно діє. Знадобилося три століття після Ньютона, щоб Альберт Ейнштейн створив свою теорію відносності, завдяки якій вчені почали розуміти, чому і як діє гравітаційна сила.

3. Вивчіть наукові роботи, що передували вашої теорії. Дізнайтеся про те, що вже було досліджено, доведено і спростована іншими вченими. Дізнайтеся якомога більше про предмет свого дослідження і з`ясуйте, чи задавався хто-небудь подібними питаннями до вас. Врахуйте помилки, допущені в минулому, щоб не повторити їх.

Скористайтеся існуючими знаннями для того, щоб краще зрозуміти предмет свого дослідження. Вивчіть доступні експериментальні результати, рівняння і вже створені теорії. Якщо ви маєте справу з новим явищем, спробуйте грунтуватися на вже доведених теоріях, що описують близькі йому явища.

З`ясуйте, чи не створив будь-хто схожу теорію до вас. Перш ніж продовжувати роботу над теорією, переконайтеся в тому, що вона не була розроблена раніше. Якщо ви не знайдете подібної теорії, можна розвивати її далі. Якщо ж хтось вже висунув схожу теорію, щоб дізнатися про процедуру роботи і подивіться, чи зможете ви внести в неї свій внесок.

побудуйте гіпотезу. Гіпотезою називається обґрунтоване припущення або твердження, мета якого полягає в поясненні ряду фактів або природних явищ. Запропонуйте можливе пояснення, логічно випливає з ваших спостережень: придивіться до виявлених закономірностей і подумайте про те, що могло б викликати їх. Використовуйте формулювання у вигляді "якщо, то": "якщо [X] вірно, то [Y] також вірно "або"якщо [X] вірно, то [Y] невірно ". Формальні гіпотези містять "незалежні" і "залежні" змінні. Незалежна змінна представляє собою можливу причину, яку можна змінювати і контролювати, а залежна змінна є предметом спостережень і вимірювань.

Якщо при розвитку своєї теорії ви збираєтеся користуватися науковим методом, то гіпотеза повинна піддаватися точної і однозначної перевірці, інакше вашу теорію неможливо буде довести.

Спробуйте висунути кілька гіпотез, що пояснюють ваші спостереження. Порівняйте ці гіпотези. Подивіться, в чому вони узгоджуються і чим відрізняються один від одного.

Прикладом гіпотези можуть служити наступні твердження: "якщо рак шкіри пов`язаний з ультрафіолетовим випромінюванням, то у людей, що піддаються впливу інтенсивного ультрафіолетового випромінювання, повинен частіше спостерігатися рак шкіри ", або"якщо зміна кольору листя пов`язано з температурою, то під впливом холодного повітря листя повинні змінювати свій колір ".

5. Будь-яка теорія на початку має вигляд гіпотези. Однак не слід плутати ці два поняття. Теорія - це добре перевірене пояснення певних закономірностей, в той час як гіпотеза являє собою лише прогноз того, що ці закономірності будуть спостерігатися в силу тих чи інших причин. Теорія завжди підтверджується доказами, а гіпотеза пророкує можливий результат і може виявитися як вірною, так і помилковою.

Частина 2 з 3:

Перевірка гіпотез

1. Сплануйте експеримент. Відповідно до науковим методом, теорія повинна піддаватися перевірці. Придумайте способи, якими можна перевірити висунуті вами гіпотези. Слідкуйте за тим, щоб плановані експерименти піддавалися точному контролю: постарайтеся відокремити подія і його передбачувану причину (залежну і незалежну змінну) від інших факторів, здатних ускладнити експеримент. Будьте уважні і постарайтеся врахувати всі зовнішні фактори.

Врахуйте, що експерименти повинні бути повторюваними. У більшості випадків недостатньо перевірити нову гіпотезу лише один раз. Необхідно, щоб ваші колеги могли в точності повторити експеримент, одержавши аналогічні результати.
Дайте колегам або науковим консультантам ознайомитися з методикою планованих експериментів. Попросіть кого-небудь вивчити вашу роботу і висловити свою думку. Якщо ви працюєте в групі, обговоріть теорію зі своїми колегами.

2. Заручіться підтримкою. У багатьох областях науки для проведення складних експериментів потрібні певні ресурси і доступ до сучасного обладнання. Це обладнання може бути досить дорогим і рідкісним. Якщо ви вчитеся в вузі, зверніться за допомогою до викладачів і науковців.

Якщо ви не вчитеся, спробуйте звернутися до викладачів або аспірантам найближчого вузу. Можна, наприклад, зв`язатися з фізичним факультетом університету, щоб перевірити свою фізичну теорію. Якщо ви виявите якийсь віддалений від вас вуз, в якому займаються дослідженнями в цікавій для вас області, напишіть їм по електронній пошті.

3. Ведіть докладні записи. Як уже зазначалося, експеримент повинен бути повторюваним, тобто таким, щоб його могли відтворити інші люди, отримавши ті ж самі результати. Записуйте все, що ви робите в ході експерименту. Намагайтеся нічого не упустити.

Якщо ви вчитеся в університеті, в ньому напевно є архіви, в яких зібрані записи, зроблені його співробітниками під час наукових досліджень. Якщо інші вчені захочуть більше дізнатися про ваш експерименті, вони звернуться в подібний архів або попросять вас надати їм докладні дані, тому необхідно, щоб у вас була вся цікава їм інформація.

4. Оцініть отримані результати. Ще раз уважно вивчіть висунуті вами гіпотези і порівняйте їх з результатами експерименту. Придивіться до спостережуваних закономірностям. Запитайте самого себе, очікуваними чи виявилися отримані вами результати, і ще раз подумайте над тим, чи всі ви врахували. Незалежно від того, підтверджують ці результати висунуту гіпотезу або спростовують її, перевірте, чи немає прихованих "екзогенних" (зовнішніх) змінних, які могли вплинути на результат експерименту.

5. Встановіть достовірність експерименту. Якщо отримані результати не підтверджують вашу гіпотезу, відмовтеся від неї, як невірної. Якщо ж результати узгоджуються з висунутої гіпотезою, значить, ви ще на один крок наблизилися до успішного доказу своєї теорії. Записуйте результати якомога докладніше. Якщо експеримент і отримані результати не можна відтворити, вони будуть мати набагато меншу цінність.

Перевірте, чи не змінюються чи результати при повторних експериментах. Повторіть експеримент, переконавшись в правильності отриманих результатів.

Від багатьох теорій довелося відмовитися після того, як вони не були підтверджені експериментальним шляхом. Однак якщо ваша теорія проливає світло на те, що не могли пояснити попередні теорії, вона може виявитися важливим кроком вперед.

Частина 3 з 3:

Підтвердження теорії і її подальший розвиток

1. Зробіть висновки. Визначте, чи достатньо обґрунтована ваша теорія, і переконайтеся в тому, що отримані експериментальні результати відтворювані. Перевірте, чи не можна спростувати теорію засобами, наявними у вашому розпорядженні. При цьому не намагайтеся уявити її як істину в останній інстанції.

2. Поділіться отриманими результатами. В ході роботи над теорією і її експериментальної перевірки у вас напевно накопичиться велика кількість підтверджують її даних. Переконавшись в тому, що отримані результати відтворювані і зроблені висновки вірні, постарайтеся надати своїй теорії стрункий вид, зручний для вивчення і розуміння. Викладіть її в логічній послідовності: спочатку напишіть "резюме", що містить короткий опис теорії, потім сформулюйте гіпотези, опишіть методику експерименту і отримані результати. Постарайтеся розбити опис на логічно пов`язані частини. Нарешті, завершите наукову статтю обгрунтованими висновками.

Поясніть, які цілі стояли перед вами, якими методами ви користувалися, і яким чином перевіряли висунуті гіпотези. Хороша наукова стаття має логічно струнку структуру і дозволяє читачеві легко простежити за ходом думок і дій, які призвели до зроблених висновків.

Врахуйте свою аудиторію. Якщо ви збираєтеся поділитися своєю теорією з колегами, які працюють в тій же області, напишіть сувору наукову статтю, що викладає отримані вами результати, і подайте її в профільний науковий журнал. Якщо ж ви хочете повідомити про своє відкриття широкому загалу, постарайтеся викласти теорію в більш простій формі: напишіть науково-популярну книгу або статтю, зніміть відео.

3. Ознайомтеся з процедурою наукового рецензування. У науковому співтоваристві теорії, як правило, визнаються достовірними лише після рецензування. Після того, як ви подасте свою статтю в реферованих журнал, з нею ознайомиться один або кілька інших вчених (рецензентів), які уважно вивчать висунуту вами теорію, використану для її доказу експериментальну методику, отримані результати і зроблені на їх основі висновки. В результаті вони або підтвердять достовірність вашої теорії, або засумніваються в ній. Якщо теорія витримає випробування часом, інші дослідники можуть спробувати розширити її, застосувавши до інших явищ.

4. Продовжуйте розвивати теорію. Зовсім не обов`язково закидати теорію після того, як ви поділіться нею з іншими. Викладаючи свою теорію при написанні статті, ви, можливо, виявите непомічені раніше аспекти, і вам в голову прийдуть нові ідеї. Не бійтеся перевіряти свою теорію і виправляти її, поки не будете повністю задоволені плодами своєї праці. При цьому можуть знадобитися нові дослідження, експерименти і наукові статті. Якщо ваша теорія досить обширна, вам, можливо, навіть не вдасться охопити все її результати і наслідки.

Не бійтеся співпраці. Не піддавайтеся власницькому інстинкту: можливо, колеги і друзі зможуть вдихнути в вашу теорію нове життя.