فرضیه و نظریه

در هر پژوهش یک مساله یا پرسشی وجود دارد که قرار است پژوهشگر به آن پاسخ دهد: پرسش، پژوهشگر و پاسخ، سه‌ضلعی هر پژوهشی است. پژوهشگر تلاش می‌کند با ایجاد داربستی متناسب با پرسش مورد نظر، پاسخ پرسش را پیدا کند. یکی از اجزای محوری و مرکزی این داربست، فرضیه است. فرضیه یا پیش‌فرض نوعی پیش‌بینی دم‌دستی پاسخ به پرسش است که نیازمند آزمایش و راست‌آزمایی است.

پژوهش‌ها عمدتا در سه مرحلۀ کم و بیش مستقل اما مرتبط با هم اجرا می‌شوند: مرحلۀ نخست، تعریف مساله و اهداف پژوهش، پرسش‌های خاص و فرضیه‌های احتمالی، پیش‌بینی روش کار، جمع‌آوری و مطالعۀ پیشینه‌ها (و احتمالا اصلاح پرسش‌ها، روش‌ها و فرضیه‌ها) است؛ در مرحلۀ دوم، متناسب با مقدمات فراهم شده در مرحلۀ نخست، دربارۀ پرسش‌های خاص داده‌ها و اطلاعات فراهم می‌شود؛ در گام سوم، نتایج نهایی جمع‌بندی می‌شود. در واقع، داده‌ها و اطلاعات مرحلۀ دوم را باید مقدمۀ پاسخ نهایی به پرسش‌ها، فرضیه‌ها و سایر مقدمات مطرح شده در مرحلۀ نخست تلقی کرد. 

مشاهده کردید که پرسش و فرضیه در مرحلۀ نخست آن قرار دارد، اما در مرحلۀ دوم و سوم نیز محور مطالعه و پژوهش است. فرضیه مثل نخ تسبیحی در همۀ اجزای یک پژوهش حضور دارد و آنها را به هم متصل می‌کند. در واقع، همۀ اجزا را به عنوان بخشی از خود یا آن تصویر بزرگ‌تر پیش‌بینی می‌کند.

وقتی دانشمندان از واژۀ پیش‌بینی استفاده می‌کنند، منظورشان گفتن آینده نیست. پرسش "آیا این نظریه سرعت نور را پیش‌بینی می‌کند؟" نمی‌پرسد که سرعت نور در ساعت سه بعد از ظهر سه‌شنبۀ بعد چقدر خواهد بود؟ منظور این است که اگر با مشاهده نمی‌شد سرعت نور را اندازه گرفت، آیا با این نظریه می‌شد سرعت نور را تعیین کرد یا خیر. (فرگوسن، ص. 20)

هاکینگ در کتاب تاریخچۀ زمان می‌نویسد نظریه، حقیقت مطلق نیست، قاعده نیست، فاکت نیست، حرف آخر نیست. می‌توانید نظریه را یک قایق اسباب‌بازی فرض کنید. برای این که ببینید آیا شناور می‌ماند، آن را روی آب می‌گذارید. آن را می‌آزمایید. اگر در آب فرو رفت، بیرونش می‌کشید و آن را تغییر می‌دهید؛ یا از سر شروع می‌کنید و با استفاده از درس‌تان از شکست، قایقی متفاوت می‌سازید.

برخی نظریه‌ها، قایق‌های خوبی‌اند. مدت‌ها شناور می‌مانند. شاید بفهمید که یکی دو جا نشتی دارند، ولی برای تمام اهداف عملی شما خوب کار می‌کنند. برخی از آنها خیلی خوب جواب می‌دهند؛ چنان به خوبی با آزمایش و آزمون پشتیبانی می‌شوند که آنها را حقیقت در نظر می‌گیرید. دانشمندان با در نظر داشتن این که گیتی ما تا چه حد پیچیده و شگفت است، به شدت از چنین کاری گریزان‌اند. گرچه برخی از نظریه‌ها پشتیبان و موفقیت‌های تجربی زیادی دارند و بقیه از دید نظریه‌پرداز، کورسویی بیش نیستند – قایق‌هایی با طراحی عالی که هرگز رنگ آب به خود ندیده‌اند – این فرض که هر یک از آنها "حقیقت" علمی مطلق و بنیادین است، بس مخاطره‌آمیز است. (نقل در: فرگوسن، ص. 21)

از نظر او نظریه علمی "تنها مدلی است از گیتی، یا بخشی محدود از آن، و مجموعه‌ای از قواعد که کمیت‌ها در مدل را به مشاهدات ما ارتباط می‌دهد. وجودش تنها در ذهن ماست و هیچ واقعیت دیگری (به هر معنایی که باشد) ندارد." (نقل در: فرگوسن، ص. 21)

البته نیازی نیست که "مدل" چیزی مانند استوانۀ مقوایی یا نقاشی باشد که حتما بتوانیم ببینیم و لمس کنیم؛ می‌تواند یک تصویر ذهنی یا حتی داستان باشد. معادلات ریاضی یا اسطوره‌های آفرینش هم می‌توانند مدل باشند.

یک مدل ممکن است خوب و سودمند باشد و نیز ممکن است سر و کلۀ مدرکی پیدا شود و اثبات کند که چنین نیست. حتی چنین نظریه‌ای هم می‌تواند کارکردی خوب داشته باشد؛ چه بسا هر کسی با در نظر گرفتنش، با آزمودنش، و با تغییر دادنش یا دور انداختنش، چیزهای زیادی آموخته باشد. شاید پایین کشیدن آن نیازمند اندیشه‌ورزی و آزمایش‌های نوآورانه‌ای باشد که ما را به چیزی موفقیت‌آمیزتر رهنمون شود یا به شیوه‌ای دیگر به سودمان باشد. (فرگوسن، ص. 22)

ویژگی‌های یک نظریۀ خوب

 به گفتۀ هاکینگ نظریۀ خوب نظریه‌ای است که "به دقت ردۀ بزرگی از مشاهدات را بر اساس مدلی که دربرگیرندۀ تنها چند عنصر اختیاری باشد توضیح دهد، و باید پیش‌بینی‌های شسته‌رفته‌ای دربارۀ نتایج مشاهدات آینده ارائۀ دهد." (نقل در: فرگوسن، ص. 23)

یک نظریه در صورتی که درست باشد به ما می‌گوید که چه چیزی را مشاهده خواهیم کرد و نادرستی آن را چه مشاهداتی اثبات می‌کند. مثلا نظریه نسبیت عام انشتین پیش‌بینی می‌کند که باریکه‌های نور آمده از ستارگان دوردست با گذر از کنار اجسام سنگین مانند خورشید به اندازه‌ای مشخص خمیده می‌شوند. این پیش‌بینی آزمون‌پذیر است. مشاهدات هم بر درستی انشتین مهر تایید زده‌اند. (فرگوسن، ص. 23)

مهم است که به خاطر بسپاریم که نظریۀ خوب نباید حتما به طور تمام و کمال از دل مشاهدات بیرون بیاید. نظریۀ خوب می‌تواند نظریه‌ای آزاد و سرکش باشد، پرشی بزرگ در خیال‌پردازی. هاکینگ می‌گوید "توانایی دست زدن به این پرش‌های شهودی است که به راستی وجه مشخصۀ یک فیزیکدان نظری ممتاز به شمار می‌رود." با این حال نظریۀ خوب نباید با چیزهایی که پیشاپیش مشاهده شده‌اند سر ناسازگاری داشته باشد، مگر دلایلی پذیرفتنی برای ناسازگاری داشته باشد. آزمودن بسیاری از نظریه‌ها از جمله بیشتر نظریه‌های هاکینگ با فناوری‌های فعلی ناممکن است. آنها با ریاضیات آزموده می‌شوند. (فرگوسن، ص. 23-24)

یک نظریه خوب در عین حال که پیچیدگی گسترده را مجاز می‌دارد، باید ساده باشد. جان آرچیبالد وییلر، فیزیکدان پرینستن و دانشگاه تگزاس نوشته "بی‌تردید، روزی، خود اصل زیربنایی هستی را با چنان سادگی، زیبایی، گیرایی، و وضوحی خواهیم دید که همگی به یکدیگر خواهیم گفت: مگر می‌شود که همۀ ما این همه مدت تا این اندازه غافل بوده باشیم." ژرف‌ترین نظریه‌ها، مانند نظریۀ گرانش نیوتون و نظریۀ نسبیت اینشتین، به شیوه‌ای که وییلر وصف کرده، ساده هستند. (نقل در: فرگوسن، ص. 25)

هاکسلی به محض مطالعۀ کتاب منشاء گونه‌ها از داروین فریاد برآورد: حماقت را ببین. چرا من تا به حال به این فکر نیفتاده‌ام. (نقل در: برایسون،  ص. 487)

بر اساس دیدگاه هاوکینگ و ملودینو یک مدل خوب، مدلی است که:

زیبا باشد.

عناصر تصادفی و تعدیل‌پذیر کمی داشته باشد.

با تمام مشاهدات موجود مطابقت داشته و آنها را توضیح دهد.

پیش‌گویی‌های دقیقی دربارۀ مشاهدات آتی بدهد، به‌نحوی‌که اگر پیش‌گویی‌ها نادرست بودند، عدم صحت و نادرستی مدل معلوم شود. (ص. 48)

واضح است که چهار معیار فوق غیرعینی است. برای مثال زیبایی معیاری نیست که به راحتی قابل سنجش باشد با این حال در بین دانشمندان بسیار اهمیت دارد. زیرا قوانین طبیعت باید بتوانند بسیاری از موارد بخصوص را در فرمولی ساده فشرده کنند. با این که زیبایی معیاری است که به شکل نظریه برمی‌گردد اما به میزان زیادی به نبود عناصر تعدیل‌پذیر وابسته است. زیرا مسلما نظریه‌ای با فاکتورهای سرهم‌بندی‌شده خیلی زیبا نخواهد بود. (هاوکینگ و ملودینو، ص 49) به گفتۀ انشتین یک نظریه باید تا حد ممکن ساده باشد اما ساده‌تر از آن. (نقل در: همان) کواین به معیار کمترین کنش و ساده‌ترین راه حل در نظریه‌سازی و کار دانشمندان اشاره دارد. (همان‌جا، ص. 32)

اگر فکر می‌کنید که پیچیدگی بیشتر می‌تواند دقت مدل را بالا ببرد، باید بدانید دانشمندان نشان داده‌اند که مدل‌هایی که به منظور تطابق با مجموعه‌ای از مشاهدات از شکل می‌افتد، تا چه حد ناراضی‌کننده‌اند. به عبارت دیگر، چنین مدلی بیشتر شبیه فهرست اطلاعات است تا نظریه‌ای که شامل اصول قابل استفاده باشد.

در خصوص چهارمین نکته، دانشمندان همواره به هنگام تایید صحت پیش‌گویی‌های جدید و مهیج تحت تاثیر قرار می‌گیرند. از طرف دیگر، یکی از عکس‌العمل‌های شایع به هنگام تردید دربارۀ صحت یک مدل این است که بگوییم آزمایش‌ها نادرست بوده است. اگر ثابت شود که آزمایش‌ها مشکلی نداشته‌اند، اغلب مدل را رها نمی‌کنند و سعی دارند با اصلاحاتی آن را حفظ کنند. با این که دانشمندان در تلاش خود برای نجات نظریه‌هایی که به آنها تمایل دارند واقعا سخت‌گیرند با این حال تمایل برای بهبود و اصلاح یک نظریه باید تا حدی پیش رود که تغییرات باعث مصنوعی و سنگین شدن نظریه و در نتیجه نازیبا شدن آن نشود.

اگر اصلاحات و به‌سازی‌های ضروری یک نظریه و برای سازگاری و انطباق آن با مشاهدات سبب شود تا مدل بیش از اندازه بی‌قاعده و بی‌تناسب شود، ناچار باید به فکر یک مدل جدید بود. نمونۀ یک مدل قدیمی که پس از مشاهدات تازه به‌ناچار حذف شد، ایدۀ جهان ایستا بود. (هاوکینگ و ملودینو، ص. 49-50) نظریۀ زمین‌محوری نیز چندین سده مدلی برای توصیف جهان و رابطۀ آنها با یکدیگر بود که جای خود را به خورشیدمرکزی کوپرنیک داد.

روان‌شناسان مکتب گشتالت ادعا می‌کردند که که ما ابتدا از کل‌های سازماندهی شده آگاه می‌شویم، آن گاه اتم‌ها را از کل‌ها انتزاع می‌کنیم. کارنپ به تجربۀ جامع سازماندهی‌نشده هم اشاره دارد. از دید او عنصر پایه، تجربۀ کلی و جامع فرد در لحظه، یا در آنچه زمان حال جلوه می‌کند بود. او هریک از این واحدهای عام و جامع را تجربۀ پایه‌ای نامید. از دید کارنپ رابطۀ بنیادین میان تجربه‌های پایه‌ای، یادآوری شباهت است (نقل در: کواین، ص. 29). کواین این رابطه را R نامید: یک تجربۀ پایه‌ای x، رابطۀ R را با تجربۀ دیگر y دارد، اگر x مشتمل باشد بر یادآوری y، و در این یادآوری y تا حدی شبیه x به نظر برسد. (همان)