En el uso común, las palabras hipótesis, modelo, teoría y ley tienen diferentes interpretaciones y en ocasiones se usan sin precisión, pero en ciencia tienen significados muy exactos.
Hipótesis
Quizás el paso más difícil e intrigante es el desarrollo de una hipótesis específica y comprobable. Una hipótesis útil permite realizar predicciones aplicando el razonamiento deductivo, a menudo en forma de análisis matemático. Es una declaración limitada sobre la causa y el efecto en una situación específica, que puede ser probada por experimentación y observación o por análisis estadístico de las probabilidades a partir de los datos obtenidos. El resultado de la hipótesis de prueba debe ser desconocido actualmente, de modo que los resultados puedan proporcionar datos útiles con respecto a la validez de la hipótesis.
A veces se desarrolla una hipótesis que debe esperar a que los nuevos conocimientos o tecnología sean comprobables. El concepto de átomos fue propuesto por los antiguos griegos, que no tenían forma de probarlo. Siglos más tarde, cuando se dispuso de más conocimientos, la hipótesis ganó apoyo y finalmente fue aceptada por la comunidad científica, aunque tuvo que ser modificada muchas veces durante el año. Los átomos no son indivisibles, como suponían los griegos.
Modelo
Un modelo se utiliza para situaciones en las que se sabe que la hipótesis tiene una limitación en su validez. El modelo de Bohr del átomo , por ejemplo, muestra electrones que rodean el núcleo atómico de una manera similar a los planetas del sistema solar. Este modelo es útil para determinar las energías de los estados cuánticos del electrón en el átomo de hidrógeno simple, pero de ninguna manera representa la verdadera naturaleza del átomo. Los científicos (y los estudiantes de ciencias) a menudo utilizan estos modelos idealizados para obtener una comprensión inicial del análisis de situaciones complejas.
Teoría y Ley
Una teoría o ley científica representa una hipótesis (o un grupo de hipótesis relacionadas) que se ha confirmado mediante pruebas repetidas, casi siempre realizadas durante un período de muchos años. Generalmente, una teoría es una explicación de un conjunto de fenómenos relacionados, como la teoría de la evolución o la teoría del Big Bang.
La palabra «ley» se invoca a menudo en referencia a una ecuación matemática específica que relaciona los diferentes elementos dentro de una teoría. La Ley de Pascal se refiere a una ecuación que describe las diferencias de presión según la altura. En la teoría general de la gravitación universal desarrollada por Sir Isaac Newton, la ecuación clave que describe la atracción gravitacional entre dos objetos se llama ley de la gravedad.
En estos días, los físicos rara vez aplican la palabra «ley» a sus ideas. Esto se debe a que se descubrió que muchas de las «leyes de la naturaleza» anteriores no eran tanto leyes como pautas, que funcionan bien dentro de ciertos parámetros pero no dentro de otros.
Paradigmas científicos
Una vez que se establece una teoría científica, es muy difícil lograr que la comunidad científica la descarte. En física, el concepto de éter como medio para la transmisión de ondas de luz encontró una seria oposición a fines del siglo XIX, pero no se descartó hasta principios del siglo XX, cuando Albert Einstein propuso explicaciones alternativas para la naturaleza ondulatoria de la luz que no dependían de un medio de transmisión.
El filósofo científico Thomas Kuhn desarrolló el término paradigma científico para explicar el conjunto funcional de teorías bajo las cuales opera la ciencia. Hizo un extenso trabajo sobre las revoluciones científicas que tienen lugar cuando un paradigma se vuelca a favor de un nuevo conjunto de teorías.
Su trabajo sugiere que la naturaleza misma de la ciencia cambia cuando estos paradigmas son significativamente diferentes. La naturaleza de la física anterior a la relatividad y la mecánica cuántica es fundamentalmente diferente de la posterior a su descubrimiento, al igual que la biología anterior a la Teoría de la evolución de Darwin es fundamentalmente diferente de la biología que la siguió. La propia naturaleza de la investigación cambia.
Una consecuencia del método científico es tratar de mantener la coherencia en la investigación cuando ocurren estas revoluciones y evitar intentos de derrocar los paradigmas existentes sobre bases ideológicas.
Un principio a destacar en lo que respecta al método científico es la navaja de Occam (deletreada alternativamente navaja de Ockham), que lleva el nombre del lógico inglés del siglo XIV y fraile franciscano William of Ockham. Occam no creó el concepto: la obra de Tomás de Aquino e incluso Aristóteles se refirió a alguna forma de él. El nombre se le atribuyó por primera vez (que sepamos) en el siglo XIX, lo que indica que debe haber abrazado la filosofía lo suficiente como para que su nombre se asocie con ella.
La navaja de Occam indica que la explicación más simple que se ajusta a los datos disponibles es la que es preferible. Suponiendo que dos hipótesis presentadas tienen el mismo poder predictivo, prevalece la que hace menos suposiciones y entidades hipotéticas. Esta apelación a la simplicidad ha sido adoptada por la mayor parte de la ciencia y se invoca en esta cita popular de Albert Einstein:
Todo debe hacerse lo más simple posible, pero no más simple.
Es importante señalar que la navaja de Occam no prueba que la hipótesis más simple sea, de hecho, la verdadera explicación de cómo se comporta la naturaleza. Los principios científicos deberían ser lo más simples posible, pero eso no prueba que la naturaleza en sí sea simple.
Sin embargo, generalmente ocurre que cuando un sistema más complejo está en funcionamiento, hay algún elemento de la evidencia que no se ajusta a la hipótesis más simple, por lo que la navaja de Occam rara vez se equivoca, ya que solo se ocupa de hipótesis de poder predictivo puramente igual. El poder predictivo es más importante que la simplicidad.
