Hypothese

Eine Hypothese ist ein Erklärungsversuch für ein Phänomen oder ein Problem, der durch Beobachtung oder Experimente bestätigt werden kann. Wissenschaftler müssen Hypothesen als mögliche Erklärungen für das Problem, das sie lösen wollen, vorschlagen.

„Es ist das, was jemand über die Realität denkt, die er untersucht, und die er, weil er darüber unsicher ist, testen muss.“

Mario Tamayo y Tamayo in Investigación para jóvenes.

Die Hypothese ist die Aussage, dass eine gegebene Tatsache eine bisher unbekannte Wirkung verursacht. Ursache und Wirkung müssen in einem logischen Zusammenhang stehen und sich aus einer Vorgeschichte ergeben.

Nicht jede Forschung erfordert die Aufstellung oder Formulierung von Hypothesen. Wenn eine Forschungsstudie nicht darauf abzielt, etwas zu beweisen, ist keine Hypothese erforderlich. Geht es beispielsweise um die körperlichen Merkmale von Jugendlichen in einer bestimmten Schule, so handelt es sich um deskriptive Forschung, für die keine Hypothese erforderlich ist.

Merkmale von Hypothesen

• Müssen überprüfbar sein: Eine Hypothese muss durch Beobachtungen und/oder Experimente nachweisbar sein. So können beispielsweise Forschungsarbeiten nachgewiesen werden, die die Hypothese aufstellen, dass ein erhöhter Salzkonsum bei Männern im Alter zwischen 40 und 60 Jahren zu einem Anstieg des Blutdrucks führt. Andererseits ist die Behauptung, dass das Schwarze Loch in der Milchstraße die Sonnentemperatur erhöht, mit den gegenwärtigen Instrumenten und Technologien schwer zu beweisen.
• Sie kann falsifizierbar sein: Das bedeutet, dass sie durch Experimente widerlegt werden kann. Eine Hypothese kann wahr oder falsch sein; erst durch Experimente und die Sammlung und Analyse von Daten können wir auf die Richtigkeit der Hypothese schließen.
• Sie muss spezifisch sein: Allgemeine Hypothesen wie „Eier essen verursacht Herzkrankheiten“ sind ungültig, weil sie zu allgemein sind. In diesem Fall wird weder die Art der Eier noch die Menge oder die Häufigkeit angegeben, und es wird auch kein Zusammenhang zwischen dem Eierkonsum und dem Auftreten der Krankheit hergestellt. Eine bessere Hypothese wäre: „Menschen zwischen 60 und 70 Jahren, die mehr Hühnereier pro Woche verzehren, haben einen stärkeren Anstieg des Cholesterinspiegels im Blut“.
• Sie müssen objektiv sein: Hypothesen müssen sich auf die Aspekte der Realität konzentrieren, die wir untersuchen wollen; unsere Wahrnehmungen sollten nicht Teil davon sein. Ein Forscher, der zum Beispiel sehr gerne Kaffee trinkt, könnte versucht sein, die Hypothese aufzustellen, dass Kaffee das Wohlbefinden der Menschen verbessert, was weder objektiv noch spezifisch ist.

Typen von Hypothesen

Es gibt verschiedene Arten von Hypothesen, die sich nach verschiedenen Gesichtspunkten richten. Je nach Zielsetzung gibt es deskriptive und erklärende Hypothesen.

Deskriptive Hypothesen

Diese Art von Hypothesen zielt darauf ab, den Zusammenhang zwischen Phänomenen zu beschreiben, nicht aber die Gründe, warum sie auftreten. Beispiele:

1. Der Anteil der Raucherinnen hat in den letzten zehn Jahren zugenommen.
2. Raucher haben ein erhöhtes Risiko für Lungenprobleme.
3. Personen, die viel Salz konsumieren, haben Probleme mit Bluthochdruck.

Erklärungshypothese

Wenn wir daran interessiert sind, herauszufinden, warum Ereignisse auftreten und wie sie zu erklären sind, stellen wir Erklärungshypothesen auf. Beispiele:

1. Erhöhte Stresswerte bei Frauen führen zu Suchtverhalten wie Rauchen.
2. Verbindungen in Zigaretten führen zu Fehlfunktionen von Lungenzellen.
3. Natriumchlorid bewirkt, dass sich Muskelzellen in Arterien zusammenziehen.

Nullhypothese und Alternativhypothese

Die Begriffe Nullhypothese und Alternativhypothese werden in statistischen Analysen verwendet, wenn Parameter zwischen Populationen verglichen werden sollen. In diesem Fall bezieht sich die Nullhypothese auf die Tatsache, dass es keinen Unterschied zwischen den Populationen in Bezug auf den bewerteten Parameter gibt, und die Alternativhypothese besagt, dass es einen Unterschied gibt.

Es ist wichtig klarzustellen, dass die Nullhypothese nicht bedeutet, dass sie falsch ist.

Wie man eine Hypothese aufstellt

Eine Hypothese ist eine Vermutung, die getestet und/oder untersucht werden kann. Als solche sollte sie in Form einer Aussage oder eines Satzes so einfach wie möglich ausgedrückt werden. Manche ziehen es vor, Hypothesen in der Form „wenn A vorhanden ist, dann geschieht B“ auszudrücken.

Wenn wir eine Hypothese haben, müssen wir wissen, „was was bewirkt“, das heißt, was die Ursache und was die Wirkung ist. Die Hypothese geht davon aus, dass die Tatsache X die Wirkung Y hervorruft. Bei der Hypothese „Menschen im Alter von 60-70 Jahren, die mehr Hühnereier pro Woche verzehren, haben einen stärkeren Anstieg des Cholesterinspiegels im Blut“ beispielsweise sind die Variablen der Eierkonsum und der Cholesterinspiegel im Blut.

In jeder Hypothese muss die Beziehung zwischen Ursache und Wirkung klar dargelegt werden, und mindestens zwei Fakten müssen miteinander in Beziehung stehen.

Es kann mehr als eine Hypothese für ein Problem geben. Wenn man zum Beispiel den Grund für die größere Körpergröße von Jugendlichen in einem Land untersuchen will, kann man Hypothesen über die Qualität und/oder Quantität der Ernährung, die Genetik der Eltern oder die körperliche Aktivität der Jugendlichen aufstellen.

Schwierigkeiten bei der Formulierung von Hypothesen

• Unkenntnis des theoretischen Rahmens: Hypothesen entstehen, nachdem der theoretische Rahmen festgelegt wurde, nicht vorher.
• Unkenntnis der verfügbaren Techniken zum Testen von Hypothesen: Wenn wir nicht wissen, wie wir eine Hypothese als wahr oder falsch beweisen können, ist es schwierig, sie richtig zu formulieren.

Bedeutung der Hypothese

• Orientierung und Leitung der Forschung: Die Hypothese gibt die Richtung vor, in die die Forschung gehen soll.
• Beziehung zwischen Tatsachen: Die Hypothese gibt einen ersten Überblick darüber, wie die untersuchten Tatsachen zusammenhängen können und warum sie auftreten.
• Verbindung zwischen Theorie und Realität: Die Hypothese stellt die Verbindung zwischen dem, was wir in der Realität sehen, und der theoretischen Erklärung der Realität her.
• Anregung von Logik und Kreativität: Viele Hypothesen sind das Ergebnis der Kreativität von Wissenschaftlern, die auf der Grundlage logischer Aspekte neue Ideen einbringen.

Siehe auch Was ist Wissenschaft

Beispiele für Hypothesen

Hier sind einige Beispiele für wissenschaftliche Hypothesen.

Gesüßte Getränke und Krebs

Die Zunahme des Konsums von zuckerhaltigen Getränken in den letzten Jahrzehnten und ihre Auswirkungen auf Stoffwechselkrankheiten sind allgemein bekannt. In einer bevölkerungsbezogenen Studie in Frankreich wurde vermutet, dass dieser Anstieg auch mit onkologischen Erkrankungen zusammenhängen könnte. Die Hypothese, die dieser Forschung eher entspricht, wäre:

Ein erhöhter Konsum von zuckergesüßten Getränken erhöht das Risiko, an einer Form von Krebs zu erkranken.

In diesem Fall ist die Hypothese deskriptiver Natur, da nicht versucht wurde, nachzuweisen, warum Zucker Krebs fördern könnte. In dieser Studie wurden 101.257 Teilnehmer über 18 Jahren ausgewählt und nach ihrem Konsum von Getränken mit mehr als 5 % Zucker klassifiziert. Nach 5 Jahren wurden die Daten über den Zuckerkonsum und das Auftreten von Krebs analysiert.

Popeye und Spinat

Für diejenigen unter Ihnen, die den Zeichentrickfilm Popeye der Seemann nicht kennen: Er war ein Seemann, dessen besondere Eigenschaft darin bestand, stärker zu werden, wenn er Spinat aß. Tatsächlich enthält Spinat Verbindungen, die bei Versuchsratten und Mäusen die körperliche Aktivität dieser Tiere verbessern.

Eine Gruppe von Forschern in Deutschland stellte die Hypothese auf, dass:

die Verbindung im Spinat, die bei Tieren wirkt, auch die körperliche Aktivität beim Menschen verbessert.

Die Hypothese wurde getestet, indem 22 Sportler zehn Wochen lang mit der fraglichen Verbindung supplementiert und mit 24 anderen Sportlern verglichen wurden, die als Kontrollen dienten. Am Ende der zehn Wochen wurden eine Zunahme der Muskelmasse und eine Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit festgestellt, was beweist, dass die Hypothese richtig war.

Der Superkleber der Schnecken

Wir haben gesehen, wie Schnecken sich über rauen, schrägen und sogar parallelen Boden bewegen können, ohne herunterzufallen. Dies ist dem Schleim zu verdanken, den sie an ihrer Basis produzieren. Forscher in Südkorea und den USA stellten die Hypothese auf, dass:

Ein Material mit den Eigenschaften von Schneckenschleim als starker, reversibler Klebstoff wirkt.

So erfanden sie ein polymeres Hydrogelsystem auf Methacrylatbasis, das als reversibler Superklebstoff wirkt.

Siehe auch Problemstellung.

Hypothesen von Bedeutung für die Menschheit

Es gibt wahrscheinlich Millionen von wissenschaftlichen Hypothesen, denn seit dem Altertum hat der Mensch versucht, die von ihm beobachteten Phänomene zu erklären. Hier sind einige Beispiele für wissenschaftliche Hypothesen und wie sie bestätigt wurden.

Die Endosymbionten-Hypothese

Lynn Sagan schlug 1966 vor, dass eukaryotische Zellen aus einer Endosymbiose zwischen Prokaryoten mit Photosynthese- und Atmungsfähigkeiten in einer vorwiegend aeroben Umgebung entstanden sind. So ist ein aerober Prokaryote (Protomitochondrium) in das Zytoplasma eines anaeroben heterotrophen Mikroorganismus eingedrungen.

Die Bestätigung dieser Hypothese beruht auf den besonderen Merkmalen von Mitochondrien und Chloroplasten, Organellen eukaryontischer Zellen, die eine eigene DNA besitzen.

Plattentektonik

Im Jahr 1912 schlug der deutsche Wissenschaftler Alfred Wegener (1880-1930) das Konzept der Kontinentalplattenbewegung vor. Wegener schlug vor, dass sich die heutigen Kontinente vor Millionen von Jahren zu einem einzigen großen Kontinent (Pangäa) vereinigten, der dann in die uns heute bekannten Kontinente auseinanderbrach.

Die Grundlage für diese Hypothese waren die Küstenlinien Amerikas, die den Küsten Europas und Afrikas entsprachen, und die ähnlichen Fossilien, die zwischen diesen Kontinenten gefunden wurden. Der Beweis für die Richtigkeit dieser Hypothese wurde in den 1960er Jahren erbracht.

ZIKA-Virus und Mikrozephalie

Mikrozephalie ist eine neurologische Erkrankung, bei der sich das Gehirn eines Babys nicht vollständig entwickelt, wodurch der Kopf kleiner als normal erscheint. In Brasilien wurden zwischen November 2015 und Juni 2016 mehr als 8.000 Fälle gemeldet, was eine alarmierende Zunahme dieses Problems darstellt.

Zum gleichen Zeitpunkt nahmen auch die Zika-Virus-Infektionen zu. Dieses Virus gehört zur gleichen Familie wie das Gelbfiebervirus (Flaviviridae) und wird durch Stechmücken auf den Menschen übertragen. Von den mit dem Zika-Virus Infizierten entwickeln 20-25 % Symptome, die denen einer Erkältung oder Grippe ähneln.

Die ursprüngliche Hypothese besagte, dass die Föten von schwangeren Frauen, die mit dem Zika-Virus infiziert sind, ein erhöhtes Risiko für Mikrozephalie haben könnten. Die Ergebnisse einer Fall-Kontroll-Studie aus dem Jahr 2016 zeigten, dass 13 von 32 Neugeborenen mit Mikrozephalie Anzeichen einer Infektion mit dem Virus aufwiesen, verglichen mit 62 Kontroll-Neugeborenen, die frei von einer Infektion waren, was den Zusammenhang zwischen Zika und Mikrozephalie belegt.

Riemannsche Hypothese

Primzahlen haben die Eigenschaft, dass sie nicht als Produkt zweier kleinerer Zahlen ausgedrückt werden können. Wann diese Primzahlen unter den natürlichen Zahlen erscheinen, ist schwer zu bestimmen. Der deutsche Mathematiker G,F.B. Riemann (1826-1866) schlug jedoch eine Gleichung vor, die sogenannte Zeta-Riemann-Funktion, die die Häufigkeit der Primzahlen annähert.

Siehe auch Theoretischer Rahmen.

Theoretischer Rahmen.