Hypoteesi

Hypoteesi on yritys selittää jokin ilmiö tai ongelma, joka voidaan vahvistaa havainnoin tai kokein. Tutkijoiden on ehdotettava hypoteeseja mahdollisina selityksinä ongelmaan, jonka he haluavat ratkaista.

”Se on se, mitä joku ajattelee todellisuudesta, jota hän tutkii, ja että koska hän on siitä epävarma, hänen on testattava sitä.”

Mario Tamayo y Tamayo teoksessa Investigación para jóvenes.

Hypoteesi on väite, jonka mukaan tietty tosiasia aiheuttaa toistaiseksi tuntemattoman vaikutuksen. Sekä syyn että seurauksen on liityttävä toisiinsa jollakin loogisella tavalla, ja niiden on synnyttävä jostain aiemmasta historiasta.

Ei kaikki tutkimus vaadi hypoteesien esittämistä tai muotoilemista. Kun tutkimuksella ei pyritä todistamaan jotakin, hypoteesia ei tarvita. Jos tutkimus koskee esimerkiksi tietyn koulun nuorten fyysisiä ominaisuuksia, kyseessä on kuvaileva tutkimus, jossa ei tarvita hypoteesia.

Hypoteesien ominaisuudet

• On oltava testattavissa: hypoteesi on voitava osoittaa havainnoilla ja/tai kokeilla. Esimerkiksi voidaan osoittaa tutkimustuloksia, joiden mukaan lisääntynyt suolan saanti 40-60-vuotiailla miehillä aiheuttaa verenpaineen nousua. Toisaalta väite, että Linnunradan musta aukko nostaa auringon lämpötilaa, on vaikea todistaa nykyisillä välineillä ja tekniikalla.
• Se voi olla väärennettävissä: tämä tarkoittaa, että se voidaan hylätä kokeellisesti. Hypoteesi voi olla tosi tai epätosi; vasta kokeiden, tietojen keräämisen ja analysoinnin avulla voimme päätellä hypoteesin paikkansapitävyyden.
• On oltava täsmällinen: yleiset hypoteesit, kuten ”munien syöminen aiheuttaa sydänsairauksia”, eivät ole päteviä, koska ne ovat liian laajoja. Tässä tapauksessa kananmunatyyppiä, kananmunien määrää tai esiintymistiheyttä ei ole täsmennetty, eikä kananmunien kulutuksen ja taudin ilmenemisen välistä suhdetta ole selvitetty. Parempi hypoteesi olisi ”60-70-vuotiailla ihmisillä, jotka syövät enemmän kananmunia viikossa, veren kolesterolipitoisuus nousee enemmän.”
• Hypoteesien on oltava objektiivisia: hypoteesien on keskityttävä niihin todellisuuden osa-alueisiin, joita haluamme tutkia; meidän käsityksemme eivät saisi olla osa niitä. Esimerkiksi tutkija, joka pitää kovasti kahvista, saattaa joutua tekemään hypoteesin, jonka mukaan kahvi parantaa ihmiskunnan hyvinvointia, mikä ei ole objektiivista eikä spesifistä.

Hypoteesien tyypit

Hypoteeseja on erityyppisiä eri näkökulmien mukaan. Tavoitteesta riippuen on olemassa kuvailevia ja selittäviä hypoteeseja.

Kuvailevat hypoteesit

Tätyyppiset hypoteesit pyrkivät kuvaamaan ilmiöiden välisiä korrelaatioita, eivät syitä, miksi ne esiintyvät. Esimerkkejä:

1. Tupakoivien naisten osuus on kasvanut viime vuosikymmenen aikana.
2. Tupakoitsijoilla on kohonnut keuhko-ongelmien riski.
3. Henkilöillä, jotka käyttävät paljon suolaa, on verenpainetaudin ongelmia.

Erittelevä hypoteesi

Kun olemme kiinnostuneita selvittämään, miksi tapahtumat tapahtuvat ja mikä on niiden selitys, asetamme selittäviä hypoteeseja. Esimerkkejä:

1. Naisten korkeampi stressitaso johtaa riippuvuuskäyttäytymiseen, kuten tupakointiin.
2. Savukkeiden sisältämät yhdisteet aiheuttavat keuhkosolujen toimintahäiriöitä.
3. Natriumkloridi saa valtimoiden lihassolut supistumaan.

Nollahypoteesi ja vaihtoehtoinen hypoteesi

Käsitteitä nollahypoteesi ja vaihtoehtoinen hypoteesi käytetään tilastollisissa analyyseissä, kun parametreja halutaan verrata populaatioiden välillä. Tällöin nollahypoteesi viittaa siihen, että populaatioiden välillä ei ole eroa arvioitavan parametrin suhteen, ja vaihtoehtoinen hypoteesi väittää, että ero on olemassa.

On syytä selventää, että nollahypoteesi ei tarkoita, että se on väärä.

Miten hypoteesi tehdään

Hypoteesi on arvelu, jota voidaan testata ja/tai tutkia. Sellaisenaan se olisi ilmaistava lausumana tai ehdotuksena mahdollisimman yksinkertaisella tavalla. Jotkut ilmaisevat hypoteesit mieluummin muodossa ”jos A on läsnä, niin B tapahtuu”.

Kun meillä on hypoteesi, meidän on tiedettävä ”mikä tuottaa mitä”, eli mikä on syy ja mikä on seuraus. Hypoteesissa oletetaan, että tosiasia X aiheuttaa vaikutuksen Y. Näitä tosiasioita kutsutaan muuttujiksi.

Esimerkiksi hypoteesissa ”60-70-vuotiailla ihmisillä, jotka kuluttavat enemmän kananmunia viikossa, veren kolesterolitaso nousee enemmän” muuttujat ovat kananmunien kulutus ja veren kolesterolitaso.

Missä tahansa hypoteesissa syyn ja seurauksen välinen suhde on ilmaistava selkeästi, ja vähintään kahden tosiasian on liityttävä toisiinsa.

Ongelmaan voi liittyä useampi kuin yksi hypoteesi. Jos esimerkiksi halutaan tutkia, mistä johtuu nuorten suurempi pituus jossakin maassa, voidaan esittää hypoteeseja ruokavalion laadusta ja/tai määrästä, vanhempien genetiikasta tai nuorten fyysisestä aktiivisuudesta.

Hypoteesien muotoiluun liittyvät vaikeudet

• Teoreettisen viitekehyksen tuntemattomuus: hypoteesit syntyvät teoreettisen viitekehyksen luomisen jälkeen, ei ennen sitä.
• Tietämättömyys käytettävissä olevista hypoteesien testaustekniikoista: Jos emme tiedä, miten hypoteesi voidaan todistaa oikeaksi tai vääräksi, sitä on vaikea esittää oikein.

Hypoteesin merkitys

• Tutkimuksen suuntaaminen ja ohjaaminen: Hypoteesi määrittelee, mihin suuntaan tutkimuksen tulisi suuntautua.
• Tosiasioiden välinen yhteys: hypoteesi tarjoaa ensimmäisen hahmotelman siitä, miten tutkittavana olevat tosiseikat voivat liittyä toisiinsa ja miksi ne esiintyvät.
• Teorian ja todellisuuden välinen yhteys: hypoteesi luo yhteyden sen välille, mitä näemme todellisuudessa, ja todellisuuden teoreettisen selityksen välille.
• Logiikan ja luovuuden stimuloiminen: monet hypoteesit ovat olleet hedelmiä tiedemiesten luovuudesta, kun he ovat tuoneet esiin uusia ajatuksia, jotka perustuvat loogisiin näkökohtiin.

Katso myös Mitä on tiede

Esimerkkejä hypoteeseista

Tässä on useita esimerkkejä tieteellisistä hypoteeseista.

Makeutetut juomat ja syöpä

Sokeripitoisten juomien kulutuksen lisääntyminen viime vuosikymmeninä ja niiden vaikutus aineenvaihduntasairauksiin tunnetaan hyvin. Ranskassa tehdyssä väestöpohjaisessa tutkimuksessa esitettiin, että tämä lisääntyminen saattaa liittyä myös onkologisiin sairauksiin. Tätä tutkimusta paremmin vastaava hypoteesi olisi:

Sokerilla makeutettujen juomien lisääntynyt kulutus lisää riskiä sairastua johonkin syöpään.

Tässä tapauksessa hypoteesi on luonteeltaan kuvaileva, sillä siinä ei pyritä osoittamaan, miksi sokeri saattaa edistää syöpää. Tähän tutkimukseen valittiin 101 257 yli 18-vuotiasta osallistujaa, jotka luokiteltiin sen mukaan, kuinka paljon he käyttivät yli 5 prosenttia sokeria sisältäviä juomia. Viiden vuoden kuluttua analysoitiin tiedot sokerin kulutuksesta ja syövän esiintymisestä.

Kippari ja pinaatti

Sille, jotka eivät tunne sarjakuvaa Kippari merimies, hän oli merimies, jonka erityispiirteenä oli tulla vahvemmaksi, kun hän söi pinaattia. Pinaatissa onkin yhdisteitä, jotka koe-eläimillä, rotilla ja hiirillä, parantavat fyysistä aktiivisuutta.

Saksalainen tutkijaryhmä oletti, että:

Pinaatin yhdiste, joka toimii eläimillä, parantaa fyysistä aktiivisuutta myös ihmisillä.

Hypoteesia testattiin antamalla 22 urheilijalle kyseistä yhdistettä kymmenen viikon ajan, ja heitä verrattiin 24:ään muuhun urheilijaan, jotka toimivat kontrollina. Kymmenen viikon kuluttua havaittiin lihasmassan lisääntyminen ja fyysisen suorituskyvyn paraneminen, mikä osoitti hypoteesin pitävän paikkansa.

Etanoiden superliima

Olemme nähneet, miten etanat pystyvät liikkumaan karkealla, kaltevalla ja jopa samansuuntaisella alustalla putoamatta. Tämä johtuu limasta, jota ne tuottavat tyvestään. Eteläkorealaiset ja yhdysvaltalaiset tutkijat päättelivät, että:

Luotu materiaali, jolla on etanoiden liman ominaisuuksia, toimii vahvana, palautuvana liimana.

Siten he keksivät metakrylaattipohjaisen polymeerisen hydrogeelijärjestelmän, joka toimii palautuvana superliimana.

Vrt. myös ongelmanasettelu.

Hypoteesit, joilla on merkitystä ihmiskunnalle

Tieteellisiä hypoteeseja on luultavasti miljoonia, sillä ihminen on muinaisista ajoista lähtien pyrkinyt selittämään havaitsemiaan ilmiöitä. Seuraavassa on joitakin esimerkkejä tieteellisistä hypoteeseista ja siitä, miten ne on vahvistettu.

Endosymbioottinen hypoteesi

Lynn Sagan esitti vuonna 1966, että eukaryoottiset solut ovat syntyneet fotosynteettisen ja hengityskapasiteetin omaavien prokaryoottien endosymbioosin tuloksena vallitsevassa aerobisessa ympäristössä. Näin aerobinen prokaryootti (protomitokondrio) pääsi anaerobisen heterotrofisen mikro-organismin sytoplasmaan.

Tämän hypoteesin vahvistaminen perustuu mitokondrioiden ja kloroplastien erityispiirteisiin, jotka ovat eukaryoottisolujen organelleja ja joilla on oma DNA.

Levytektoniikka

Vuonna 1912 saksalainen tiedemies Alfred Wegener (1880-1930) esitti käsitteen mannerlaattojen liikkeistä. Wegener esitti, että miljoonia vuosia sitten nykyiset mantereet yhdistyivät yhdeksi suureksi mantereeksi (Pangaiaksi), joka sitten hajosi kukin maamassoista nykyisin tuntemiksemme mantereiksi.

Tämän hypoteesin perustana olivat Amerikan rannikkolinjat, jotka vastasivat Euroopan ja Afrikan rannikoita, sekä samankaltaiset fossiilit, joita löytyi näiden maanosien väliltä. Todisteet tämän hypoteesin paikkansapitävyydestä osoitettiin 1960-luvulla.

ZIKA-virus ja mikrokefalia

Mikrokefalia on neurologinen sairaus, jossa vauvan aivot eivät kehity täysin, jolloin pää näyttää normaalia pienemmältä. Brasiliassa raportoitiin yli 8 000 tapausta marraskuun 2015 ja kesäkuun 2016 välisenä aikana, mikä on hälyttävä lisäys tässä ongelmassa.

Samoihin aikoihin myös zikavirustartunnat lisääntyivät. Tämä virus kuuluu samaan perheeseen kuin keltakuumevirus (Flaviviridae), ja se tarttuu ihmisiin hyttysten välityksellä. Zikavirustartunnan saaneista 20-25 prosenttia sairastuu flunssan tai flunssan kaltaisiin oireisiin.

Alkuperäisen hypoteesin mukaan zikavirustartunnan saaneiden raskaana olevien naisten sikiöillä voi olla kohonnut mikrokefaliariski. Vuonna 2016 tehdyn tapaus-verrokkitutkimuksen tulokset osoittivat, että 13:lla 32:sta mikrokefaliaan sairastuneesta vastasyntyneestä oli todisteita viruksen aiheuttamasta tartunnasta, kun taas 62:lla kontrollivastasyntyneellä ei ollut tartuntaa, mikä osoittaa, että Zika-virus ja mikrokefalia ovat yhteydessä toisiinsa.

Riemannin hypoteesi

Primusluvuilla on ominaisuus, että niitä ei voida ilmaista kahden pienemmän luvun tulona. On vaikea määrittää, milloin nämä alkuluvut esiintyvät luonnollisten lukujen joukossa. Saksalainen matemaatikko G,F.B. Riemann (1826-1866) ehdotti kuitenkin Zeta-Riemannin funktioksi kutsuttua yhtälöä, joka approksimoi alkulukujen esiintymistiheyttä.

Katso myös Teoreettinen kehys.

Teoreettinen kehys.