Kas iš tiesų yra mokslinis dėsnis? Kodėl jis nebūtinai yra nekintamas ir kuo skiriasi nuo hipotezės ar teorijos

„Moksle dėsniai yra išeities taškais, – sako Rose-Hulmano technologijos instituto Indijoje biologijos ir biomedicinos inžinerijos docentas Peteris Coppingeris. – Remiantis jais mokslininkai jau gali kelti klausimus – kodėl ir kaip?“.

Skirtumas tarp teorijos ir dėsnio

Daugelis žmonių mano, kad jei mokslininkai randa įrodymų, patvirtinančių hipotezę, hipotezė virsta teorija, o jei teorija pasirodo esanti teisinga, ji virsta dėsniu. Tačiau taip nėra. Faktai, teorijos ir dėsniai (o taip pat hipotezės) yra atskiri mokslinio metodo elementai. Nors jie gali vystytis, jie nėra tobulinami iki kito tariamo aukštesnio „laipsnio“.

Hipotezės, teorijos ir dėsniai yra tarsi obuoliai, apelsinai ir mandarinai: vienas iš jų negali išaugti į kitą, kad ir kiek trąšų ar vandens būtų pilama. Pasak Kalifornijos universiteto (JAV) pateikiamo apibrėžimo, hipotezė – tai galimas siauro reiškinio paaiškinimas, o mokslinė teorija – išsamus paaiškinimas, taikomas daugeliui reiškinių, o dėsnis – teiginys apie stebimą reiškinį arba jį vienijanti sąvoka, teigia Kennesaw valstijos universitetas (JAV).

„Moksle yra keturios pagrindinės sąvokos: faktai, hipotezės, dėsniai ir teorijos“, – aiškina P.Coppingeris. Nors moksliniai dėsniai ir teorijos yra paremti dideliu empirinių įrodymų kiekiu, kurį pripažįsta dauguma tos mokslo srities mokslininkų, ir padeda suvienodinti duomenų visumą, jie nėra viena ir tas pat.

„Dėsniai yra gamtos reiškinių aprašymai – ir dažnai matematiniai aprašymai: pavyzdžiui, Newtono gravitacijos dėsnis arba Mendelio nepriklausomo požymių paveldėjimo dėsnis. Šie dėsniai tiesiog aprašo stebėjimą – bet ne tai, kaip ar kodėl tai veikia“, – teigia akademikas.

Jis atkreipia dėmesį, kad gravitacijos dėsnį XVII a. atrado Isaacas Newtonas, ir kad šis dėsnis matematiškai aprašo, kaip du skirtingi Visatos kūnai sąveikauja tarpusavyje. Tačiau Newtono dėsnis nepaaiškina, kas yra gravitacija ir kaip ji veikia. Tik praėjus trims šimtmečiams, kai Albertas Einsteinas sukūrė reliatyvumo teoriją, mokslininkai pradėjo suprasti, kas yra gravitacija ir kaip ji veikia.

„Newtono dėsnis mokslininkams naudingas tuo, kad astrofizikai gali pasinaudoti šiuo šimtmečių senumo dėsniu, norėdami išlaipinti robotus Marse. Tačiau jis nepaaiškina, kaip veikia gravitacija ir kas tai yra. Panašiai Mendelio nepriklausomo požymių paveldėjimo dėsnis aprašo, kaip skirtingi požymiai perduodami iš tėvų palikuonims, o ne kaip ir kodėl tai vyksta“, – dėsto P.Koppingeris.

Gregoras Mendelis atrado, kad skirtinguose palikuonyse du skirtingi genetiniai požymiai atsiranda nepriklausomai vienas nuo kito. „Tačiau G.Mendelis nieko nežinojo apie DNR ar chromosomas. Tik po šimtmečio mokslininkai atrado DNR ir chromosomas – biocheminį Mendelio dėsnių paaiškinimą. Tik tada mokslininkai – tokie kaip T. H. Morganas – dirbdami su vaisinėmis muselėmis paaiškino pasitelkdami chromosominio paveldėjimo teoriją paaiškino nepriklausomo požymių paveldėjimo dėsnį. Dar ir šiandien tai yra visuotinai pripažintas Mendelio dėsnio paaiškinimas (teorija)“, – teigia biomedikas.

Skirtumą tarp mokslo dėsnių ir mokslinių faktų šiek tiek sunkiau apibrėžti – nors toks apibrėžimas yra svarbus. Faktai – tai paprasti, vienkartiniai pastebėjimai, kurių teisingumas įrodytas. Pasak NASA, dėsniai yra apibendrinti pastebėjimai apie dviejų ar daugiau objektų ryšį, pagrįsti įvairiais faktais ir empiriniais įrodymais, dažnai suformuluoti kaip matematinis teiginys.

Pavyzdžiui, teiginys „obuoliai krenta nuo šios obels“ laikomas faktu, nes tai paprastas teiginys, kurį galima įrodyti. „Gravitacijos stiprumas tarp bet kurių dviejų objektų (pavyzdžiui, obuolio ir Žemės) priklauso nuo objektų masių ir atstumo tarp jų“ yra dėsnis, nes apibūdina dviejų objektų elgesį tam tikromis aplinkybėmis. Jei aplinkybės pasikeistų, pasikeistų ir dėsnio pasekmės. Pavyzdžiui, jei obuolys ir Žemė susitrauktų iki subatominio dydžio, jie elgtųsi kitaip.

Moksliniai dėsniai ir matematika

Daugelį mokslo dėsnių galima suvesti į matematinę lygtį. Pavyzdžiui, Newtono gravitacijos dėsnis teigia:

Pasak Ohajo valstijos universiteto (JAV) pateikiamo apibrėžimo, \(F_g\) – tai gravitacijos jėga; \(G\) – gravitacijos konstanta, kurią galima išmatuoti [\(G\approx6,67\cdot10^{−11} N\cdot{m}\cdot{kg^{-2}}\)]; \(m_1\) ir \(m_2\) – dviejų objektų masės, o \(d\) – atstumas tarp jų.

Mokslo dėsniai taip pat dažnai vadovaujasi tikimybių matematika. „Esant dideliems skaičiams, tikimybė visada veikia, – sako Alberto Einsteino medicinos koledžo (JAV) profesorė Sylvia Wassertheil-Smoller. – Galime apskaičiuoti įvykio tikimybę ir nustatyti, kiek esame tikri dėl savo įvertinimo – tačiau visada egzistuoja kompromisas tarp tikslumo ir tikrumo. Tai vadinama pasikliautinuoju intervalu. Pavyzdžiui, galime būti 95 proc. tikri, kad tai, ką bandome įvertinti, patenka į tam tikrą intervalą, arba galime būti tikresni – tarkime, 99 proc. tikri, kad tai patenka į platesnį intervalą. Kaip ir įprastame gyvenime, turime pripažinti, kad egzistuoja kompromisas“.

Ar dėsniai gali keistis?

Tai, kad idėja tampa dėsiu, dar nereiškia, kad ateityje atlikus mokslinius tyrimus jis negali pasikeisti. Žodį „dėsnis“ nespecialistai ir mokslininkai vartoja skirtingai. Kai dauguma žmonių kalba apie dėsnį, jie turi omenyje kažką absoliutaus. Tačiau mokslinis dėsnis yra daug lankstesnis. Pasak Kalifornijos universiteto pateikiamo apibrėžimo, mokslinis dėsnis gali turėti išimčių, būti įrodytas esantis klaidingu arba laikui bėgant keistis.

„Geras mokslininkas yra tas, kuris visada užduoda klausimą: kaip galiu įrodyti, kad klystu?“, – teigia P.Koppingeris. – Kalbant apie gravitacijos dėsnį ar nepriklausomo požymių paveldėjimo dėsnį, nuolatiniai bandymai ir stebėjimai „pakoregavo“ šiuos dėsnius. Buvo rasta išimčių. Pavyzdžiui, Newtono gravitacijos dėsnis sugriūva, kai žvelgiama kvantiniu (subatominiu) lygmeniu. Mendelio nepriklausomo požymių paveldėjimo dėsnis sugriūva, kai požymiai „susiejami“ toje pačioje chromosomoje“.

Mokslinių dėsnių pavyzdžiai

• Energijos tvermės dėsnis, kuris teigia, kad izoliuotoje sistemoje bendra energija išlieka pastovi. Kitaip tariant, energija negali būti nei sukurta, nei sunaikinta.
• Termodinamikos dėsniai, kurie nagrinėja šilumos ir kitų energijos formų santykius.
• Niutono gravitacijos dėsnis, kuris teigia, kad bet kokie du objektai veikia vienas kitą gravitacine jėga.
• Hubble'o dėsnis – kosminio plėtimosi dėsnis, kuris apibrėžia ryšį tarp galaktikos atstumo ir greičio, kuriuo ji nuo mūsų tolsta.
• Archimedo dėsnis, teigiantis, kad į skystį panardinto objekto plūdrumo jėga yra lygi to objekto išstumto skysčio svoriui.

Parengta pagal „Live Science“.