В чем разница между законом, принципом, теорией и гипотезой?

 

В науке термины принцип, закон, теория и гипотеза имеют разные значения, хотя мы часто используем их как взаимозаменяемые в повседневной жизни.

Ученые намеренно используют эти термины для обозначения разных вещей. С учетом сказанного, ученые иногда могут быть неуклюжими в своем языке и использовать эти термины смешанным образом.

Кроме того, точное определение этих терминов может немного отличаться от одной области науки к другой.

 

Гипотеза

 

Гипотеза – это предполагаемый результат конкретного эксперимента, наблюдения, анализа данных, моделирования или математического вывода, который еще не был проверен.

 

 

В повседневной жизни, когда люди говорят: “У меня есть теория”, это эквивалентно тому, что в науке говорят: “У меня есть гипотеза”. Технически гипотезой может быть любая догадка, которую можно проверить.

Утверждение “другие вселенные существуют” не является гипотезой, потому что оно непроверяемо. С другой стороны, утверждение “полная энергия замкнутой системы локально сохраняется” не является гипотезой. Потому что оно уже было проверено и признано истинным.

Примером гипотезы было утверждение: “В центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра”. Это утверждение было хорошей гипотезой, потому что его можно было проверить. И потому что проверка этой гипотезы привела к новаторским результатам. Фактически, проверка этой конкретной гипотезы и подтверждение ее истинности привели к Нобелевской премии.

 

 

Физический Закон

 

Это единое утверждение, которому подчиняется вселенная. Будь то физика, химия, биология или другие области науки. Его истинность была экспериментально доказана в самых разных ситуациях и системах.

Примером может служить закон сохранения энергии. Это единое правило. Кроме того, его истинность доказана горой доказательств. Кроме того, он истинен в самых разных ситуациях – химических, ядерных реакциях, биологических процессах и так далее. Поэтому сохранение энергии – это действительно физический закон.

Фактически, сохранение энергии всегда истинно, во всех ситуациях и процессах, везде во вселенной. Это делает его фундаментальным, точным физическим законом. Фундаментальные физические всегда истинны.

 

 

Существуют также подлинные физические законы, которые не являются фундаментальными или неточны. Эти законы верны лишь приблизительно или верны только для определенных систем.

Например, закон всемирного тяготения Ньютона верен лишь приблизительно. Во многих ситуациях этот закон настолько близок к правильности, что ошибка, возникающая при его использовании, ниже чувствительности вашего оборудования.

Однако с достаточно чувствительным оборудованием вы можете обнаружить, что закон Ньютона верен лишь приблизительно. Более того, в экстремальных ситуациях, таких как черные дыры, он оказывается совершенно неверным. Несмотря на то, что он не является ни точным, ни фундаментальным, этот закон все еще является подлинным.

 

 

Выводы и факты

 

Часть научной информации, которая слишком конкретна, чтобы быть правдой в самых разных ситуациях, не называется законом, а скорее называется “выводом” или “научным фактом”.

Например, утверждение “Юпитер больше Марса” является истинным утверждением, но это не физический закон. Потому что оно слишком конкретно и не является уравнением. Вместо этого мы должны называть это утверждение научным фактом.

Необработанные данные содержат научные факты, которые затем сводятся к выводам. Набор выводов может стать законом, если одно уравнение способно точно их описать. И если это уравнение верно в широком спектре ситуаций и систем.

 

 

Правило

 

К сожалению, слово “закон” иногда используется в науке для обозначения полезного правила, которое на самом деле не является подлинным физическим законом.

Разница между подлинным законом и правилом заключается в том, что закон возникает из ясного, базового научного принципа, который верен для всех объектов. Напротив, правило придумано, потому что оно облегчает людям запоминание вещей, их визуализацию или вычисления.

Например, закон Ома не является подлинным физическим законом. Он был придуман, чтобы упростить математику при анализе элементов электрической цепи. Он не верен для всех элементов цепи. Фактически, он не является верным для любого элемента цепи, за исключением узкого диапазона напряжений.

 

 

Вы можете прекрасно анализировать и понимать физику электрических цепей, даже не упоминая и не используя закон Ома. Таким образом, закон Ома является эмпирическим правилом, а не физическим законом. Он математически полезен, но научно не нужен.

 

Принцип

 

Часто термин “принцип” используется в науке для обозначения того же, что и “закон”. Например, принцип Бернулли в гидродинамике можно было бы с таким же успехом назвать законом Бернулли.

Если провести различие, то принцип обычно шире, чем закон. Закон можно записать в виде одного уравнения. Напротив, принцип – это утверждение, которое может стать несколькими различными уравнениями при применении к различным параметрам.

В то время как закон выражается как одно конкретное уравнение, принцип обычно выражается с помощью концептуальных утверждений.

 

 

Теория

 

Научная теория – это совокупность законов, принципов, концепций и фактов, объединенных в согласованную структуру. Которая была проверена экспериментально и способна точно описать каждый аспект системы или области изучения.

В то время как физический закон содержит одно доказанное утверждение, научная теория содержит большой набор утверждений. Примером является общая теория относительности Эйнштейна. Которая точно описывает все аспекты гравитации, пространства и времени повсюду во Вселенной.

Если вас называют по имени, когда упоминаются данные, факты или методы, например, “данные Смита использовались для калибровки оборудования”, то вы внесли вклад в науку.

 

 

И если вас упоминают, при разговоре о выводе, например, “эти результаты согласуются с выводами Смита”, то вы внесли еще больший вклад в науку.

Если в вашу честь назван физический закон, например, “закон индукции Фарадея”, то вы создали удивительную, новаторскую науку.

А если в вашу честь названа целая теория, например, “общая теория относительности Эйнштейна”, то вы произвели революцию в целой области исследований. И ваше имя войдет в историю как имя одного из величайших ученых.