Bilimsel teori

Bilimsel kuram; iyi kanıtlanmış, sürekli olarak test edilen ve doğrulanan deney ve gözlem ile bilimsel metot aracılığıyla elde edilen, doğanın bazı yönlerinin açıklamasıdır. Tüm bilimsel bilgiler gibi, (tümü olmasa da birçoğunun) bilimsel kuramlar doğaları gereği tümevarımsaldır, tahmin edilebilir gücü ve açıklayıcı kuvveti amaçlar. Bilimsel bir kuramın gücü, açıklayabildiği durumların çeşitliliği, anlaşılabilirliği ve kolaylığı ile ilişkilidir. Yeni bilimsel kanıtlar elde edildikçe, yeni bulgulara uymaması durumda, bilimsel bir kuram reddedilebilir ya da değiştirilebilir. Böyle durumlarda, daha doğru bir kuram benimsenir. Bazı durumlarda, doğruluğu kesin olmayan, değiştirilmemiş bir bilimsel kuram, özel bazı durumlara benzerliği açısından kullanışlı ise yine de kuram olarak ele alınır. (örneğin; Newton'un hareket yasası, ışık hızına yakın olan hızlarda özel göreliliğe yakındır.) Bilimsel kuramlar test edilebilir ve yanlış/çürütülebilir tahminler üretebilirler. Bilimsel kuramlar doğal olaylardan sorumlu bazı nedensel elementleri açıklarlar ve fiziksel evrenin yönleri ile elektrik, kimya, astronomi gibi özel araştırma alanlarını tahmin etmek ve açıklamak için kullanılırlar. Bilim insanları kuramları, teknolojiyi geliştirmek ve hastalıklara çare bulmak gibi amaçlar dışında, daha sonraki bilimsel bilgiler için temel olarak da kullanırlar. Bilimsel kuramlar, bilimsel bilginin en güvenilir, en kesin ve kapsamlı formudur. Bu, varsayım, hipotez ya da tahmin anlamlarına gelebilen kuram kelimesinin genel kullanımından büyük ölçüde farklıdır. (genel kullanımda kuram: doğrulanmamış, şüpheli.)

Kuramların Özellikleri

Ana Kriterler

Kuramlar da dâhil olmak üzere tüm bilimsel bilgilerin, tanımlatıcı özellikleri, çürütülebilir ve test edilebilir tahminler yapabilme yetenekleridir. Bu tahminlerin uygunluğu ve belirliliği, bir kuramın potansiyel olarak ne kadar kullanışlı olduğunu belirler. Gözlenebilir tahminler yapmayan sözde ir kuram, bilimsel bir kuram değildir. Test edilebilecek yeterlilikte belirli olmayan tahminler de kullanışlı değildir. Her iki durumda da, "kuram" kelimesi geçersiz sayılır.

Bir bilgi tanımları bütünü, yalnızca aşağıdaki ölçütleri sağladığında "kuram" olarak adlandırılabilir.

Geniş bir bilimsel araştırma alanında, tutarlı doğruluk payı ile çürütülebilir tahminler yapabilmelidir.
Tek bir kurumdan ziyade, birbirinden bağımsız pek çok kanıtla desteklenmelidir. Bu durum, kuramın tamamen doğru olmaması durumunda bile, iyi bir benzerlik temin eder.
Elde olan deneysel sonuçlara uygunluk göstermeli ve en azından önceki bilimsel kuramlar kadar doğru olmalıdır.
Kuramlar, yeni bilgiler keşfedildikçe kendilerine uymayan bu yeni verileri açıklayabilmek için küçük değişimlere maruz kalabilirler ve bu da zaman içinde kuramların tahmin gücünü artırır.
Ortaya atılan öneriler ve açıklayıcı adımlar açısından en ekonomik tanımlamalar arasındadırlar. (bakınız; Ockham'ın Usturası. Parsimoninin genel olarak kabul görmüş, objektif bir tanımı olmadığından, bu katı bir ölçüt değildir; ancak, bazı kuramlar diğerlerine göre çok daha az ekonomiktir.)

Yukarıda verilen ölçütlerden en önemlileri ilk üç kuramdır. Bilimsel kabul edilen kuramların, ideal olarak tüm ölçütler karşılaması gerekse de çoğunu karşılamaları gerekir. Özel ve genel görelilik, kuantum mekaniği, plaka tektoniği ve modern evrim sentezi gibi yerleşmiş bazı kuramlar için doğrudur.

Bilimsel Kuruluşlardan Tanımlar

Birleşmiş Milletler Ulusal Bilim Akademisi bilimsel kuramları aşağıdaki gibi tanımlar;

Kuram kelimesinin resmi, bilimsel tanımı kelimenin günlük kullanımından oldukça farklıdır. Çeşitli kanıtlarla desteklenmiş doğanın bazı yönlerini kapsamlı bir şekilde açıklar. Bazı bilimsel kuramlar o kadar kabul görmüştür ki neredeyse hiçbir yeni kanıt bu kuramları büyük ölçüde değiştirmez. Örneğin; Dünya'nın Güneş etrafında dönmediğini kanıtlayan yeni bir kanıt yoktur (Heliosentrik Kuram), ya da canlıların hücrelerden oluşmadığını savunan yeni bir kanıt da yoktur (Hücre Kuramı) ya da maddenin atomlardan oluşmadığını ya da dünya yüzeyinin jeolojik zaman eksenlerine doğru hareket eden katı plakalara bölünmediğini savunan (Plaka Tektoniği Kuramı) ... Bilimsel kuramının en çok kullanılan özelliklerinden biri de henüz gözlemlenememiş doğal olaylar hakkında tahminler yapmalarıdır.

Bilimsel Gelişme için Amerikan Birliği'nden:

Bilimsel kuram; doğanın bazı yönlerinin sürekli olarak doğrulanan deney ve gözleme dayanan iyi kanıtlanmış açıklamasıdır. Bu gerçek odaklı kuramlar sadece basit tahminler değil, gerçek dünyanın güvenilir varsayımlarıdır. Mesela, biyolojik evrim kuramı sadece bir "kuramdan" daha fazlasıdır. Hastalıkların "Hücre Kuramı", maddenin "Atom Kuramı" ya da evrenin tanımı kadar gerçekçidir. İnsanlığın şu anki anlayışıyla, yerçekimi hala üzerinde çalışılan bir olgudur. Ancak evrim gibi yerçekimi de kabul edilmiş bir gerçektir.

Dikkat edilmelidir ki; "kuram" kelimesi test edilmemiş karışık hipotezleri ve hatta bilimsel modelleri tanımlamak için uygun değildir.

Kuram Formları

Bilimsel metot, gelecekteki deneylerin sonuçları hakkındaki hipotezlerden tahminler elde ederek, daha sonra da tahminlerin doğru olup olmadığını görebilmek için bu deneyleri gerçekleştirerek hipotezler üretmeyi ve bu hipotezleri test etmeyi aşamalarını içerir. Belirli bir araştırma alanında yeterli deneysel sonuç elde edildiğinde, bilim adamları benzer durumların nedenlerini açıklayabilecek genel kurallar öne sürebilirler. Bu açıklamalar da test edilir ve gerekli kriterleri (yukarı bakınız) sağlamaları durumda, bunlar kuram haline gelirler. Yeterli kanıtların toplanmasının zor ve karışık bir süreç olması nedeniyle tahminlerin bilimsel kuram haline gelmesi uzun yıllar alabilir.

Tüm kriterler sağlandığında, bilimsel kuram bilim adamları tarafından(bilimsel uzlaşma) en azından bazı durumları en iyi şekilde açıklığa kavuşturan açıklama olarak kabul edilir. Çünkü bu kuramlar, daha önceki kuramların açıklayamadığı ya da tam olarak doğru tahmin edemediği bazı durumlarda tahminler yürütmüş olacak ve daha çürütülemez özelliklere sahip olacaktır. Kanıtların gücü, bilimsel topluluklar tarafından değerlendirilir ve en önemli deneyler birbirinden bağımsız gruplar tarafından tekrarlanır.

Kuramların, bilimsel olarak yararlı sayılabilmesi için kusursuz doğrulukta olmalarına gerek yoktur. Örneğin; klasik mekanik tarafından ortaya atılan tahminlerin, göreceli alanda yanlış kabul edildiği bilinmektedir ancak aynı tahminler, yaygın insan deneyiminin düşük hızına orantılı olarak neredeyse tamamen doğrudur. Kimyada, bileşenlerin asidik ve bazik özelliklerini farklı şekillerde açıklayan, asit odaklı birçok kuram bulunmaktadır ancak bu kuramlar kimyasal reaksiyonları tahmin etmede oldukça yaralıdır. Gelecekteki deneylerin, kuramın bugünkü tahminleriyle çakışma ihtimalinden dolayı -bilimde her bilgi gibi- hiçbir kuram de tam anlamıyla kesin olamaz. Ancak, bilimsel uzlaşmayla desteklenen kuramlar, herhangi bir bilimsel bilginin en yüksek kesinlik derecesine sahiptir; örneğin tüm nesnelerin kütleçekimine maruz kalması ya da Dünya üzerindeki yaşamın ortak bir atadan yayılması gibi.

Bir kuramın kabul görmesi, eğer yeterli derecede güçlü bir kanıtla desteklenmişse, tüm büyük tahminlerinin test edilmesini gerektirmez. Örneğin, bazı testler olanaksız ya da teknik olarak çok zor olabilir. Sonuç olarak da, kuramlar yanlışlığı kanıtlanmamış tahminleri benimseyebilir. Durum böyle olduğunda, tahmin edilen sonuçlar gayri resmi olarak “kuramsal" kelimesiyle tanımlanabilir. Bu tahminler daha sonra test edilebilir ve eğer çürütülürlerse, bu durum kuramın tekrar gözden geçirilmesine ya da reddedilmesine yol açar.

Kuramların Düzenlenmesi ve Gelişimi

Eğer bir kuramın tahminleriyle çelişen deneysel sonuçlar gözlemlenirse, Bilim insanları ilk olarak deneysel tasarımın güçlü olup olmadığını değerlendirirler. Eğer ilk aşamada herhangi bir yanlış yok ise, bu durumda bağımsız tekrarlarla sonuçları doğrularlar. Bunun sonrasında ise kuramın potansiyel gelişimi için bir araştırma başlar. Çözüm önerileri, kuramın küçük ya da büyük çaplı olarak değiştirilmesini gerektirebilir. (Ya da kuramın zaten var olan taslağında bir açıklama bulunabilirse, kuram olduğu gibi de kalabilir.) Zaman içinde, birbiri üzerine temellendirilerek yapılan değişimlerle, kuramlar sürekli olarak gelişir ve daha büyük tahminsel doğruluk payına sahip olurlar. Bir kuramın her bir yeni hali (ya da tamamen yeni bir kuram), kendinden bir öncekinden daha tahmin edilebilir ve daha açıklayıcı olmak zorunda olduğundan, bu şekilde bilimsel bilgi de zaman içinde sürekli olarak daha doğru bir hal alır.

Eğer bir kuramda yapılan düzenlemeler ya da diğer açıklamalar yeni sonuçları açıklamada yetersiz kalırsa, bu durumda yeni bir kurama ihtiyaç duyulabilir. Bilimsel bilgi genel olarak uzun ömürlü olduğundan, yeni bir kuram yaratmak, kuramda düzenlemeye gitmekten daha az rastlanan bir durumdur. Dahası, yeni bir kuram ortaya atılıp kabul edilene kadar, kendinden bir önceki benimsenmeye devam edecektir. Bunun nedeni, eski kuramın hala birçok durum için mümkün olan en iyi açıklamaları içeriyor olmasıdır. Örneğin; 1859 yılında, gözlemlenebilmiş olan Merkür günberi deviniminin, Newton mekaniğini ihlal ettiği biliniyordu ancak görelilik yeterli kanıtla desteklenene kadar var olan en iyi açıklama olarak benimsendi. Ayrıca, yeni kuramlar tek bir kişi ya da bir grup insan tarafından ortaya atılırken, düzenlemeler bütünü birçok farklı bilim insanının katkılarıyla oluşur. Değişikliklerden sonra, kabul edilen kuram daha fazla durumu/olayı açıklayacaktır ve daha büyük bir tahmin gücüne sahip olacaktır (eğer durum bu olmadı ise, değişimler benimsenmezdi). Bu yeni açıklamalar daha fazla düzenlemeye açık olacaktır. Eğer bir kuram tekrarlanmış testlere rağmen herhangi bir düzenlemeye gerek duymuyorsa, bu durum, kuramın gerçekten de oldukça doğru olduğunu gösterir. Ayrıca bu durum, kabul görmüş kuramların zaman içinde daha fazla kanıt toplayacakları anlamına gelir ve bir kuramın kabul gördüğü zaman aralığının uzunluğu, o kuramı destekleyen kanıtların gücünü gösterir.

Kuramların Bileşimi

Bazı durumlarda, kendinden önceki kuramları; yaklaşımlar, özel durumlar ve benzerlikler bağlamında açıklayan tek bir kuram, kanıtlanmış pek çok hipotez için birleştirici bir açıklama niteliğindedir. Bu durum kuramların bileşimi olarak adlandırılır. Örneğin; elektrik ve manyetizm aslında aynı olgunun -elektromanyetizmin- farklı iki tarafı olarak bilinir.

Farklı kuramların tahminleri birbirleriyle çelişmeye başladığında, bu durum da ya daha fazla kanıt toplama ya da kuramların birleştirilmesi yoluyla çözülebilir. Örneğin, 19. yüzyılda ortaya atılan fiziksel kuramlara göre Güneş bazı jeolojik değişimlere ve hayatın oluşumuna yetebilecek kadar uzun süredir yanıyor olamazdı. Bu durum, Güneş'in ana enerji kaynağı olan nükleer füzyonun keşfedilmesiyle çözülmüş oldu. Çelişkiler aynı zamanda, daha temel (çelişkili olmayan) olgular tahmin edebilen kuramların sonucu olarak da açıklanabilir. Örneğin, atomik kuram, kuantum mekaniğinin bir yaklaşımıdır. Şu anki kuramlar, diğer tüm kuramların bunların tahminleri olan üç ana olguyu ifade ederler. Bu üç kuramın olası bir bileşimi ise Her Şeyin Kuramı olarak bilinir.

Görelilik Örneği

Albert Einstein, 1905 yılında, "Özel Görelilik" prensiplerini yayınladı ve bu prensipler kısa sürede kuram haline geldi. Özel Görelilik, Newton prensiplerinden olan ve Galileo Göreliliği de denilen "Galileo Değişmezliği ile elektromanyetik alanı karşılaştırmıştır. Einstein, Esir Teoremini Özel Görelilikten ayırarak, göreceli hareket eylemsizliğini hesaplayan bir gözlemci tarafından tahmin edilen zaman genleşmesini ve uzunluk kısalımını belirlemiştir. Yani, karşıt gösterilen sabit ve yönlü hız, gözlemcisi tarafından ölçülmesi sayesinde Lorrentz dönüşümleri ve Lorentz büzülmesi elektrodinamik kurama eterinin özelliklerinin dinamik sonuçları olarak deneysel bilmecelerin çözümü için eklenir. Özel görelilik, kütlenin eşitliği ve enerjinin başka bir forma dönüşümü ile elektromanyetik alan uyarımının, elektrik gibi tek bir referans çerçevesinde görülebilirken manyetizmada görülemeyeceği paradoksunun çözümü gibi kendi sonuçlarını da ortaya çıkarır. Einstein, değişmezlik prensibini, eylemsiz ya da ivmelenen olup olmamasına bakmaksızın, tüm referans çerçevelerine genellemek istemiştir. Einstein, Newton'un yer çekimi kuramını- uzak bir mesafeden sürekli olarak faaliyet gösteren merkezi kuvvet- reddederek kütleçekimsel bir alan olduğunu varsaymıştır. 1907 yılında, Einstein'ın Eşdeğerlik İlkesi, benzer kütleçekimsel bir alandaki serbest bir düşüşün, eylemsizlik hareketine eşdeğer olacağı sonucuna varmıştır. Özel göreliliğin etkileri üç boyuta yayıldığında, uzunluk kısalması, genel görelilikteki uzay kısalmasına dönüşür ve kütlesiz enerji bile 4D uzay alanının geometrik yüzeyini bükerek bölgesel objelere kütleçekimsel hareket uygular. Ancak çok büyük miktarda olmadığı durumlarda, uzayın kısaldığı ve zamanın yavaşladığı bölgedeki hız ve kütleye bakılmaksızın, enerjinin bağıl etkileri, sadece hareket tahmin ediliyorsa göz ardı edilebilir. Daha açıklayıcı bir kuram olan bilimsel gerçeklik, genel göreliliği kapsıyor olsa da, Newton'un kuramı, sadece araçsallık yoluyla tahmin edici bir kuram olarak başarılı kalmıştır. Günümüzde bile mühendisler ve NASA görüngeleri hesaplamak için kullanımı daha kolay olan Newton eşitliklerini kullanmaktadır.

Kuramlar ve Kanunlar

Hipotezlerin oluşumu ve test edilmesini içeren bilimsel metot bilimsel kanun ve kuramların başlangıç noktasıdır. Bilimsel kanun ve kuramlar doğal dünyanın hareketlerini öngörebilir. Her ikisi de gözlemlerle ve/ya da deneysel kanıtlarla iyi desteklenmiştir. Ancak, bilimsel kanunlar; doğanın belirli koşullar altında nasıl davranacağına ilişkin tanımlayıcı açıklamalardır. Bilimsel kuramlar daha geniş kapsamlıdır ve doğanın nasıl işlediği ve neden belli özellikleri gösterdiğine dair genel/kapsamlı açıklamalar sunar. Kuramlar, birçok farklı kaynaktan kanıtlarla desteklenir ve bir veya birden çok kanunu kapsayabilir. Bilimsel kuramların, yeterli bilgi ve kanıt toplandığında bilimsel kanunlara dönüşecek olan tam gelişmemiş düşünceler bütünü olarak görülmesi bu konudaki yaygın bir yanılgıdır. Bir kuram, yeni ya da daha iyi kanıtların toplanmasıyla bilimsel kanunlara dönüşmez. Bir kuram her zaman kuram olarak kalır. Aynı şekilde, bir kanun da her zaman bir kanun olarak kalacaktır. Bir kuram, kendisiyle çelişen bir kanıt olmadığı takdirde geçerliliğini korur. Bu, kuramların çürütülebileceği anlamına gelir. Ayrıca, kuramlar ve kurallar, hipotezlerden de farklıdır. Hipotezlerden farklı olarak, kuram ve kanunlar basitçe bilimsel gerçekler olarak adlandırılabilir.

Kuramlar Hakkında

Aksiyom Olarak Kuramlar

Mantıksal pozitivizmin savunucuları; bilimsel kuramları, biçimsel dil içindeki açıklamalar olarak tanımlamışlardır. Matematik biçimsel dilin bir örneğidir. Mantıksal pozitivizmi savunanlar benzer bir bilimsel dil tasarlamışlardır. Bilimsel kuramlara ek olarak, bu dil "Güneş doğudan doğar" gibi gözlemsel cümlelere, tanımlara ve matematiksel ifadelere de yer vermiştir. Kuramlar tarafından açıklanan olaylar, eğer duyular tarafından direkt olarak gözlemlenemedilerse (örneğin, atomlar ve radyo dalgaları), teorik kavramlar olarak ele alındılar. Bu durumda, kuramlar aksiyomlar olarak işlev görürler; öngörülmüş gözlemler, Öklid Geometrisinden türemiş önermelere benzeyen kuramlardan türer. Ancak bu durumda, bu tahminler, kuramları doğrulamak için gerçeğe ters olarak test edilir ve bu aksiyomlar direkt sonuç olarak yeniden gözden geçirilebilir. "Kabul edilmiş kuramlar" ifadesi bu yaklaşımı tanımlamak için kullanılır. Genel olarak bu ifadeyle ilişkilendirilmiş terimler dilbilime ait terimler (çünkü kuramlar dilin bileşenlerindendir) ya da sözdizimsel terimlerdir (çünkü bir dil, sembollerin nasıl bir araya geleceğine dair kurallara sahiptir). Bu tür bir dili eksiksiz olarak tanımlamadaki problemler- örneğin mikroskoplarda görülen cisimler gerçekten gözlemlenebildi mi ya da bunlar sadece teorik cisimler mi gibi sorular- mantıksal pozitivizmin etkisini 1970'lerde yok etmiştir.

Modeller Olarak Kuramlar

Bilimsel kuramları dilsel ifadeler yerine modellerle tanımlayan anlamsal kuram görüşü; bilim felsefesinin kuram oluşumunda baskın durum olarak, kabul görmüş kuramlar görüşünün yerini almıştır. Bir haritanın, bir şehrin ya da bir ülkenin bölgelerini temsil eden grafiksel bir model olması gibi, bir model de, gerçekliği temsil amacıyla oluşturulmuş mantıksal bir taslaktır ("gerçeklik modeli").

Bu yaklaşımda, kuramlar, gerekli ölçütleri karşılayan modellilerin belirli kategorileridir. Herhangi biri, modeli tanımlamak için dili kullanabilir; ancak, kuram modeldir (ya da benzer modellerin bir koleksiyonudur) ve modelin tanımı değildir. Örneğin; Güneş sisteminin bir modeli, Güneşi ve gezegenleri temsil edecek soyut nesnelerden oluşabilir. Bu nesneler; temsil ettikleri gezegenlerin konumları, hızları ve kütleleri gibi gerçek özelliklerle ilişkilendirilmiştir. Model parametreleri- örneğin Newton'un Yerçekimi Yasası- konum ve hızların zamanla nasıl değişeceğini belirler. Bu durumda, model; gelecek gözlemleri doğru tahmin edip etmediğini görmek için test edilebilir; astronomlar modellerin nesnelerinin konumlarının, zaman içinde, gezegenlerin gerçek konumlarıyla uyuştuğunu doğrulayabilirler. Gezegenlerin birçoğu için, Newton Modelinin tahminleri doğrudur; Merkür için bu model kısmen hatalıdır ve bu gezegen için, Newton Modeli yerine Genel Görelilik Modeli kullanılmalıdır. "Anlamsal" kelimesi, bir modelin gerçek dünyayı temsil etme biçimi olarak adlandırılır. Bu temsil (gerçek anlamıyla yeniden -gösterme) bir durumun belirli yönlerini ya da bir takım olaylar arasındaki ilişki tarzını ifade eder. Örneğin, bir evin ölçek modeli ya da Güneş sisteminin bir modeli şüphesiz ki gerçek bir ev ya da gerçek bir Güneş sistemi değildir. Gerçek bir ev ya da Güneş sisteminin bir modelde temsil edilen yönleri -sadece bazı kısıtlı durumlarda- gerçek varlığın birer örneğidir. Bir evin ölçek modeli, gerçek bir ev değildir. Ancak ev hakkında bir şeyler öğrenmek isteyen biri için ya da gerçeği kavramak isteyen bir bilim insanı için yeteri ölçüde detaylı bir ölçek modeli yeterli olabilir.

Örnek: Plotemi

Güneş merkez olmak üzere, Güneş sistemi'ndeki gezegenler

Kuramların nasıl model teşkil ettiğinin bir örneği, gezegensel sistemdeki Ptolemi Kuramında görülebilir. Bu modelde, Dünya merkezde yer alır ve Güneş ve gezegenler, Dünya etrafında dairesel yörüngeler çizerek hareket ederken; yıldızlar, gezegenlerin yörüngeleri dışında Dünya küresi etrafında sabittir. Gezegenlerin geri hareketi, birbirinden bağımsız gezegenlerin daha küçük olan dairesel yörüngeleri ile açıklandı. Bu modele dayanarak; gezegensel konumları, oldukça yüksek bir doğruluk payıyla tahmin eden matematiksel hesaplamalar yapılabilirdi. Ptolemi'nin gezegensel sistem modeli, Kopernik'in zamanına kadar 1500 yıldan daha uzun bir süre geçerli kaldı. Bu durum, bir kuramın bazı bilimsel gerçekleri nasıl açıklayabildiğini gösterir ancak yine de gerçekliğin tatmin edici bir resmi değildir. Daha sonra gelen ve daha geçerli olan bir kuram, öncekinin yerini alabilir. Örneğin; Batlamyus kuramı pek çok geçici varsayım içermekteydi; Kopernik kuramı ise daha kolay, sade ve ayrıca daha doğrudur.

Model ve Kuram Arasındaki Farklar

Pek çok yorumcuya göre, kuramların ayırt edici özellikleri, açıklayıcı olmalarının yanı sıra, betimleyici de olmalarıdır. Modeller ise (yine de sınırlı bir tahmin gücüne sahip olmasına rağmen) yalnızca betimleyicidir. Filozof Stephen Pepper da model ve kuramın ayrımını yapmış ve 1948 yılında, genel kuram ve modellerin, bilim adamlarının bir olayı nasıl kuramlaştırdığını kısıtlayan bir "kök" benzetmesi üzerine dayandırıldığından bahsetmiştir. Böylece, test edilebilen hipotezler elde etmiş oluyorlardı. Mühendislik uygulamaları, matematiksel modeller ve fiziksel modeller arasındaki ayrımı ortaya koymuştur.

Kuram Oluşumunda Varsayımlar

Bir varsayım (ya da aksiyom) kanıtsız kabul gören bir ifadedir. Örneğin; varsayımlar, mantıksal savunmada terim olarak kullanılabilir. Isaac Asimov varsayımları aşağıdaki gibi tanımlamıştır;

…doğruluğunu ya da yanlışlığını kanıtlamanın herhangi bir yolu olmadığından, bir varsayımdan doğru ya da yanlış diye bahsetmek doğru değildir (Eğer bir yolu olsaydı, o zaman varsayım olmazdı). Varsayımları; çıkarımlarının gerçekliğe uyup uymamasına dayanarak, yararlı ya da faydasız olarak ele almak daha doğru olacaktır. Bir yerlerden başlamamız gerektiği için, varsayımlar üretmek zorundayız ama en azından mümkün olduğunca az varsayım üretmek en iyisi.

Bazı varsayımlar, tüm deneysel iddialar için gereklidir (örneğin; gerçeğin var olduğu varsayımı). Ancak, kuramlar genellikle geleneksel anlamda varsayımlarda bulunmazlar (ifadeler kanıt olmaksızın kabul edilir). Varsayımlar prosedüre sıklıkla yeni kuramların oluşumu sırasında dâhil olsa da, bu varsayımlar ya kanıtlarla desteklenmiş (önceden var olan kuramlar gibi) ya da kanıtlar kuramı doğrulama esnasında ortaya çıkmıştır. Bu; kuramın doğru tahminler yapmasını- ki bu başlangıçta ortaya atılan herhangi bir varsayımın, doğru ya da test edilen şartlar altında aşağı yukarı doğru olduğuna bir kanıttır- gözlemlemek kadar kolay olabilir. Klasik varsayımlar-kanıt olmaksızın- eğer kurama, sadece varsayımı geçer olduğunda (ya da nispeten geçerli olduğunda) başvurulacaksa kullanılabilir. Örneğin; Özel Görelilik Kuramı eylemsiz referans çerçevesini varsayar. Bu kuram, varsayımlar geçerli olduğunda doğru tahminlerde bulunur ve varsayımların geçerli olmadığı durumlarda ise doğru tahminler yapamaz. Bu gibi varsayımlar sıklıkla eski kuramların, yeni kuramların yerini aldığı noktalardır (genel görelilik kuramı eylemli gözlem çerçevesi için de kabul görür). Etimolojik olarak konuşmak gerekirse, "varsayım" terimi, kendi standart kullanımından daha kapsamlıdır. The Oxford İngilizce Sözlüğü (OED) ve sanal bir sözlük olan Vikisözlük, kelimenin Latin kaynağının, kabul etmek, kendine almak, benimsemek, zorla almak gibi anlamlara gelen "assumere" kelimesi olduğunu belirtmiştir. Bu kök, İtalyancada "sumere" ve İspanyolcada "sumir" kelimeleriyle, çift anlamlı olarak hayatta kalmıştır. Oxford İngilizce Sözlüğü'nde "assume" (varsaymak) kelimesinin ilk anlamı almak, kabul etmek, benimsemektir. Aslında bu terim, köken bakımından "göğe yükselmek" anlamına geliyordu ve dini bağlamda kullanılırdı (özellikle de Bakire Meryem'in vücudunun bozulmadan göğe çıkarılması anlamında/ 1297 CE). Ancak sadece "bir arkadaşlığı ya da ortaklığı kabul etmek anlamında da kullanılırdı. Dahası, "assumere" kelimesinin diğer anlamları arasında "kendi kendini araştırmak, girişmek/üzerine almak (özellikle hukukta), görünüşe bakmak, bir şeye sahipmiş gibi davranmak da vardı. OED'nin "assume"(varsaymak) kelimesi için tüm tanımları, yine OED'nin "assumption"(varsayım) kelimesi için olan tanımlarıyla anlam olarak tamamen uyumludur.

Kuramların Tanımları

Bilim Filozofları

Karl Popper bilimsel kuramın özelliklerini şöyle tanımladı;

Hemen hemen her kuram için doğrulama ve ispat elde etmek kolaydır, eğer ispat arıyorsak.
İspatlar sadece riskli tahminlerin sonucu ise hesaba katılmalıdır. Yani, eğer söz konusu kuram önyargı oluştursaydı, kuramla çelişen-kuramı çürütecek- bir durumun beklentisinde olmalıydık.
Her 'iyi' bilimsel kuram bir yasaklamadır. Bazı kesin şeylerin olmasına olanak vermez. Bir kuram ne kadar çok yasak koyarsa o kadar iyidir.
Makul bir olay tarafından aksi ispatlanamayan bir kuram bilimsel değildir. Bir kuramın çürütülemiyor olması, insanların düşündüğü gibi kuramın değerli bir özelliği değil, tersine bir kusurdur.
Bir kuramın her özgün testi kuramı yanlışlama ya da reddetme girişimidir. Test edilebilirlik yanlışlanabilirliktir, ancak test edilebilirliğin dereceleri vardır: bazı kuramlar diğerlerine göre daha test edilebilirdir ve daha çok çürütmeye maruz kalmıştır. Bu kuramlar daha büyük riskler alır.
Onaylayan kanıt, kuramın özgün bir testinin sonucu olması durumu hariç, kabul edilmemeli. Bu ciddi ama başarısız bir yanlışlama girişimi olarak gösterilir.
Bazı test edilebilir kuramlar, yanlışlığı kanıtlandığında bile, kuramı takip eden kişiler tarafından desteklenmeye devam edebilir; örneğin; geçici bazı destek varsayımları tanıtırken ya da çürütülmekten kurtulmuş bir kuramı yeniden değerlendirirken. Buna benzer bir prosedür her zaman mümkündür. Ancak bu durum, kuramı, çürütülmekten sadece onu yok etmeme pahasına ya da en azından bilimsel statüsünü düşürerek kurtarır.

Popper yukarıdaki maddeleri şöyle özetledi: 'Bilimsel kuramın ana kriteri onun yanlışlanabilirliği, reddedilebilirliği ve test edilebilirliğidir.' Bunun tekrarı olarak, Stephen Hawking durumu şöyle belirtiyor: 'Eğer bir kuram iki gerekliliği de yerine getiriyorsa iyi bir kuramdır. Gelişigüzel seçilmiş yalnızca birkaç elementi içeren bir atom modeline dayalı olarak geniş ve doğru bir gözlem sınıfı yapmalı. Gelecek gözlemlerin sonucu hakkında kesin tahminler yapmalı.' Stephen Hawking ayrıca kuramın doğası olan 'ispatlanamama ancak yanlışlanabilme' durumundan da söz etmiştir. Tümevarımsal mantığın sonucu için bu gereklidir. Kuramın tahminleriyle hemfikir olmayan yalnızca bir fikir bularak kuramı çürütebilirsiniz. Ancak diğer bir yandan, pek çok filozof ve bilim tarihçisi, Popper'ın yanlışlanabilir ifadeler kuramının tanımının yanlış olduğunu savunmaktadır. Çünkü Philip Kitcher'ın da belirttiği gibi, eğer biri Popper'ın bu kuram görüşünü tam olarak benimsemiş olsaydı, Uranüs gezegeninin gözlemleri 1781 yılında ilk olarak ortaya çıktığında, Newton'un gök mekaniği çürütülmüş olurdu. Ama bunun yerine insanlar, Uranüs'ün yörüngesini başka bir gezegenin etkilediği görüşünü ortaya attılar ve sonunda bu tahmin gerçekten de doğrulandı. Kitcher; "Bilim sadece hatalar yaptığında başarılı sayılır" düşüncesinde kesinlikle doğru bir şeyler olduğu konusunda Popper ile aynı fikirdedir. Ayrıca, bilimsel kuramların çürütülemez ifadeler içerdiğini ve iyi kuramların da aynı şekilde yaratıcı olmaları gerektiğini savunur. Bilimsel kuramları, bazılarının yanlışlanamaz, diğer bazılarının ise-onun deyimiyle- yardımcı kuramlar- olduğu "detaylı ifadeler bütünü" olarak gördüğümüz konusunda ısrarcıdır.

Kitcher'a göre, iyi bilimsel kuramlar aşağıdaki üç özelliğe sahip olmalıdır:

Birlik: "Bilim bir bütün olmalıdır... İyi kuramlar, sadece bir ya da birkaç problem-çözme taktiği içermektedir. Bu taktikler ise birçok problemin çözümünde kullanılabilir."
Yaratıcılık: " Ünlü bilimsel bir kuram, örneğin Newton kuramları, yeni araştırma alanları açar... Çünkü bir kuram dünyaya yeni bir bakış açısı sunar, yeni sorular sormamızı sağlayabilir ve böylece daha yeni ve faydalı alanlara yönlenmemizi sağlayabilir... Genel anlamda, gelişmekte olan bir bilim tamamlanmamıştır. Her an, cevaplayabildiğinden daha fazla soru sormaya devam eder. Ancak bu tamamlanmamışlık durumu kötü bir durum değildir. Tam tersine, tamamlanmamışlık yaratıcılığın önünü açan ana sebeptir... İyi bir kuram üretken olmalıdır; yeni sorular sormalı ve kendi problem çözme teknikleriyle bu sorulara yeni tahminler üretmelidir.
Birbirinden bağımsız olarak test edilebilen destek hipotezler: " Belli bir problemin çözümü için kullanılacak olan yardımcı bir hipotez, problemin kendisinden ve desteklediği kuramdan bağımsız olarak test edilmelidir." (Örneğin; Neptün'ün varlığının kanıtı, Uranüs'ün yörüngesindeki anormalliklerden bağımsızdır.)

Kuramların diğer tanımları gibi- Popper'ın tanımı da dâhil olmak üzere- Kitcher şu konuya açıklık getirmiştir; bir kuram, gözlemlenebilir sonuçlara sahip olan ifadeler içermelidir. Ancak Uranüs yörüngesindeki düzensizliklerin gözlemlenmesi gibi; yanlışlama, gözlemin mümkün olan tek sonucudur. Yeni hipotezlerin oluşumu da mümkün ve eşit derecede önemli bir başka sonuçtur.

Kuramların Benzerlik ve Metaforları

Bilimsel kuramın konsepti benzerlikler ve metaforlar kullanılarak da tarif edilmiştir Örneğin; mantıksal deneyci Carl Gustav Hempel bilimsel kuramın yapısını için "karışık uzamsal ağ" benzetmesini yapmıştır.

Konuları kuramda yer alan temel ve türev hipotezler, kısmen tanımları, kısmen ikincil uyumluluğunu bağlarken, terimler ilmekler olarak temsil edilir. Tüm sistem gözlem düzlemi üzerinde ve yorumlama kurallarına göre kendisine demirlemiş olarak, yüzer. Bu durum; iplerin ağın bir parçası olmaması ama gözlem düzleminde belirli yerlerin ikinci belirli noktalara bağlanması olarak görülebilir. Bu yorumlama bağlantıları sayesinde, sözü edilen ağ bilimsel bir kuram olarak işlev görebilir. Yorumlamalar yoluyla, belirli gözlemsel verilerden, teorik ağdaki bir noktaya ulaşabilir; oradan da tanımlamalar ve hipotezler yoluyla gözlem düzlemine geri inmemize izin veren başka diğer noktalara ilerleyebiliriz.

Michael Polanyi de bir kuram ve harita arasındaki benzerliği bir analoji ile anlatmıştır;

Bir kuram kendimden başka bir şeydir. Kuram; kâğıt üzerinde belirlenmiş bir kurallar sistemi olarak başlamış olabilir. Bu bağlamda matematiksel kuram mükemmelliğe ulaşmıştır. Ama coğrafi bir harita bile bir bölgede kişinin yolunu bulabilmesi için kendi içinde bir takım katı kurallar oluşturur (aksi durumda o bölge meçhul kabul edilir). Gerçekten de tüm kuram, uzay ve zaman üzerinde genişletilmiş bir tür harita olarak kabul edilebilir.

Bir bilimsel kuram, dünya hakkındaki temel bilgilere sahip; araştırılması, yazılması ve paylaşılması gereken bir kitap olarak da düşünülebilir. 1623 yılında Galileo Galilei şöyle yazmıştı;

Felsefe (mesela fizik) bu büyük kitapta yazılmıştır- bizim bakışlarımızın için sürekli açık olan evrenden bahsediyorum- ama ilk önce yazıldığı dili anlamadan ve karakterleri yorumlamadan anlaşılamayacak bir kitap bu. Bu kitap matematik dilince yazılmıştır ve karakterleri üçgenler, daireler ve diğer geometrik şekillerdir; insan gücüyle tek bir kelime bile anlamanın imkânsız olduğu karakterler ve yokluklarının karanlık bir labirentte dolaşmaktan farksız olduğu karakterlerdir.

Kitap benzetmesi çağdaş bilim filozofu Ian Hacking tarafından aşağıdaki metne de uyarlanabilir.

Ben kendi adıma bir Arjantin fantezisini tercih ederim. Tanrı, eski Avrupalıların hayal edeceği tarzda bir "Doğa Kitabı" yazmadı. O, her kitabi mümkün olduğunca kısa tutulmuş ama birbirleriyle çelişen bir Borgesian Kütüphanesi’ni yazdı. Hiçbir kitap gereksiz değildir. Orada her bir kitap için, doğanın insan gücüyle ulaşılabilecek bir parçası var. Mesela sadece tek bir kitap- bir başkası değil- doğada ne olup bittiğini etkileyen, tahmin eden ve anlayan şeyler yazabilir. Leibniz, "Tanrı en kolay kanunları seçerek olay çeşitliliğini en fazla arttıran bir dünya seçmiştir" demiştir. Tam da bu yüzden, olayları arttırmanın ve aynı zamanda en basit yasalara sahip olmanın en iyi yolu, tutarsız, birbiriyle çelişen kanunlara sahip olmaktır; her birinin herhangi bir şey için uygun olduğu ama diğer hepsi için geçersiz olduğu kanunlar.

Fizik Kuramları

Fizikte kuram terimi genellikle matematiksel sistemler için kullanılır. Bu matematiksel sistemler küçük varsayımsal dizisinden türetilir (genellikle simetriler, uzayda ya da zamanda yer eşitliği ya da elektronların kimliği, vs.). Matematiksel sistemler verilen fiziksel sistemler kategorisi için deneysel tahminler üretebilirler. Bunun iyi bir örneği klasik elektromanyetiktir. Klasik elektromanyetik yerelleştirilmiş bakışım kuramından (Maxwell'in denklemleri denen birkaç denklemden oluşur) türetilen sonuçları çevreler. Klasik elektromanyetik kuramının özel matematiksel yönü 'elektromanyetizmin kuralları' olarak isimlendirilir. Elektromanyetizmin kuralları özel matematiksel yönleri destekleyen tekrarlanabilir kanıtları ve tutarlılık düzeyini ifade eder. Elektromanyetik kuram içinde genellikle özel durumlara elektromanyetizmin nasıl uygulandığı hakkında birçok varsayım vardır. Birçok varsayımın önceden yeterli olarak test edildiği düşünülür, ancak yeni olanlar her zaman test edilme aşamasındadır ya da test edilmemiştir. İkincisinin örneği radyasyon tepki kuvveti olabilir. 2009 itibarıyla, senkrotonda yüklerin yinelemeli hareketi üzerinde bunun etkisi ortaya çıkarılabilir ama sadece zamandaki ortalama etkisi olarak. Bazı araştırmacılar anlık seviyedeki etkileri (ortalama değil) gözlemleyebildiği deneyleri göz önünde bulundururlar.

Bilimsel Kuram Örnekleri

Birçok araştırma alanı herhangi bir özel isme sahip değildir, örneğin gelişim biyolojisi. Bilimsel bilgiyi destekleyen kanıtın değerine bağlı olarak, bilinen bir kuramın dışında kalan bilimsel bir bilgi bile yüksek seviye kesinliğe sahip olabilir. Bunun yanı sıra, sınıflandırma mutlak değildir çünkü kuramlar birçok farklı alandan kanıtlar toplar.

Biyoloji: hücre kuramı, modern evrimsel sentez, tohum kuramı, çözünmez miras kuramı, iki yönlü miras kuramı
Kimya : çarpışma kuramı, gazların devinimsel kuramı, Lewis kuramı, moleküler kuram, molekül orbital kuramı, geçiş durumu kuramı, değerlik bağı kuramı
Fizik : atom kuramı, büyük patlama kuramı, M kuramı, pertürbasyon kuramı, görelilik kuramı (klasik mekanikten sonra gelecek olan), kuantum alan kuramı
Diğerleri : iklim değişikliği kuramı (iklim biliminden), plaka tektoniği kuramı (yerbiliminden)