Hipoteza

Hipoteza jest próbą wyjaśnienia jakiegoś zjawiska lub problemu, który może być potwierdzony przez obserwację lub eksperyment. Naukowcy muszą proponować hipotezy jako możliwe wyjaśnienia problemu, który chcą rozwiązać.

„Jest to to, co ktoś myśli o rzeczywistości, którą bada, i że, ponieważ nie ma co do niej pewności, musi ją sprawdzić.”

Mario Tamayo y Tamayo w Investigación para jóvenes.

Hipoteza jest propozycją, że dany fakt spowoduje nieznany dotąd skutek. Zarówno przyczyna, jak i skutek muszą być powiązane w jakiś logiczny sposób i wynikać z wcześniejszej historii.

Nie wszystkie badania wymagają stwierdzenia lub sformułowania hipotez. Gdy badanie nie ma na celu udowodnienia czegoś, nie jest potrzebna hipoteza. Na przykład, jeśli badanie dotyczy cech fizycznych nastolatków w danej szkole, jest to badanie opisowe, bez potrzeby stawiania hipotezy.

Charakterystyka hipotez

• Musi być testowalna: hipoteza musi być możliwa do udowodnienia za pomocą obserwacji i/lub eksperymentów. Na przykład można wykazać badania, które stawiają hipotezę, że zwiększone spożycie soli u mężczyzn w wieku od 40 do 60 lat powoduje wzrost ciśnienia krwi. Z drugiej strony, twierdzenie, że czarna dziura w Drodze Mlecznej zwiększa temperaturę Słońca jest trudne do udowodnienia przy użyciu obecnych instrumentów i technologii.
• Może być falsyfikowalne: oznacza to, że może być odrzucone przez eksperyment. Hipoteza może być prawdziwa lub fałszywa; to poprzez eksperymenty oraz zbieranie i analizę danych możemy wnioskować o prawdziwości hipotezy.
• Musi być szczegółowa: ogólne hipotezy, takie jak „jedzenie jajek powoduje choroby serca”, nie są ważne, ponieważ są zbyt szerokie. W tym przypadku nie jest określony ani rodzaj jaj, ani ich ilość czy częstotliwość, nie ma też związku między spożyciem jaj a sposobem wystąpienia choroby. Lepszą hipotezą byłoby „ludzie w wieku od 60 do 70 lat, którzy spożywają więcej jaj kurzych tygodniowo, będą mieli większy wzrost poziomu cholesterolu we krwi”.
• Muszą być obiektywne: hipotezy muszą skupiać się na aspektach rzeczywistości, które chcemy zbadać; nasze wyobrażenia nie powinny być ich częścią. Na przykład badacz, który bardzo lubi kawę, może ulec pokusie postawienia hipotezy, że kawa poprawia dobrobyt ludzkości, co nie jest ani obiektywne, ani konkretne.

Typy hipotez

W zależności od różnych punktów widzenia istnieją różne typy hipotez. W zależności od celu, spotykamy hipotezy opisowe i wyjaśniające.

Hipotezy opisowe

Tego typu hipotezy dążą do opisania zależności między zjawiskami, a nie przyczyn ich występowania. Przykłady:

1. Odsetek kobiet palących wzrósł w ostatniej dekadzie.
2. Palacze mają zwiększone ryzyko problemów z płucami.
3. Ludzie, którzy spożywają duże ilości soli mają problemy z nadciśnieniem.

Hipotezy wyjaśniające

Gdy jesteśmy zainteresowani odkryciem przyczyn występowania zdarzeń i ich wyjaśnieniem, stawiamy hipotezy wyjaśniające. Przykłady:

1. Wyższy poziom stresu u kobiet prowadzi do zachowań uzależniających, takich jak palenie.
2. Składniki w papierosach powodują nieprawidłowe funkcjonowanie komórek płuc.
3. Chlorek sodu powoduje skurcz komórek mięśniowych w tętnicach.

Hipoteza zerowa i hipoteza alternatywna

Pojęcia hipoteza zerowa i hipoteza alternatywna są stosowane w analizach statystycznych, gdy chce się porównać parametry między populacjami. W tym przypadku hipoteza zerowa odnosi się do tego, że nie ma różnicy między populacjami pod względem ocenianego parametru, a hipoteza alternatywna stwierdza, że różnica istnieje.

Warto wyjaśnić, że hipoteza zerowa nie oznacza, że jest ona błędna.

Jak postawić hipotezę

Hipoteza to przypuszczenie, które można sprawdzić i/lub zbadać. Jako taka powinna być wyrażona w formie oświadczenia lub propozycji w możliwie najprostszy sposób. Niektórzy wolą wyrażać hipotezy w formacie „jeśli A jest obecne, to B zdarza się”.

Gdy mamy hipotezę musimy wiedzieć „co produkuje co”, to znaczy, co jest przyczyną i co jest skutkiem. Hipoteza zakłada, że fakt X wywołuje efekt Y. Te fakty są tym, co znamy jako zmienne.

Na przykład, w hipotezie „ludzie w wieku 60-70 lat, którzy spożywają więcej jaj kurzych tygodniowo będą mieli większy wzrost poziomu cholesterolu we krwi”, zmiennymi są spożycie jaj i poziom cholesterolu we krwi.

W każdej hipotezie związek między przyczyną a skutkiem musi być jasno określony i co najmniej dwa fakty muszą być powiązane.

Może być więcej niż jedna hipoteza dla problemu. Na przykład, jeśli ktoś chce zbadać przyczynę większego wzrostu nastolatków w jakimś kraju, może postawić hipotezę o jakości i/lub ilości diety, genetyce rodziców lub aktywności fizycznej młodych ludzi.

Trudności w formułowaniu hipotez

• Nieznajomość ram teoretycznych: hipotezy powstają po ustaleniu ram teoretycznych, a nie przed.
• Nieznajomość dostępnych technik testowania hipotez: jeśli nie wiemy, jak udowodnić prawdziwość lub fałszywość hipotezy, trudno jest ją poprawnie sformułować.

Ważność hipotezy

• Orientacja i prowadzenie badań: hipoteza wyznacza kierunek, w jakim powinny zmierzać badania.
• Związek między faktami: hipoteza zapewnia pierwszy zarys tego, jak badane fakty mogą być powiązane i dlaczego występują.
• Związek między teorią a rzeczywistością: hipoteza ustanawia związek między tym, co widzimy w rzeczywistości, a teoretycznym wyjaśnieniem rzeczywistości.
• Stymulacja logiki i kreatywności: wiele hipotez było owocem kreatywności naukowców, którzy wprowadzają nowe pomysły oparte na aspektach logicznych.

Zobacz też Co to jest nauka

Przykłady hipotez

Oto kilka przykładów hipotez naukowych.

Napoje słodzone i rak

Wzrost spożycia napojów słodzonych w ostatnich dekadach i ich wpływ na choroby metaboliczne jest dobrze znany. W badaniu populacyjnym we Francji zasugerowano, że wzrost ten może być również związany z chorobami onkologicznymi. Hipoteza bardziej zgodna z tymi badaniami byłaby następująca:

Zwiększone spożycie napojów słodzonych cukrem zwiększa ryzyko rozwoju jakiejś formy raka.

W tym przypadku hipoteza ma charakter opisowy, ponieważ nie starano się wykazać, dlaczego cukier może sprzyjać rozwojowi raka. W tym badaniu wybrano 101 257 uczestników w wieku powyżej 18 lat i sklasyfikowano ich pod względem spożycia napojów zawierających ponad 5% cukru. Po 5 latach, dane dotyczące spożycia cukru i występowania raka zostały przeanalizowane.

Popeye i szpinak

Dla tych z was, którzy nie są zaznajomieni z kreskówki Popeye marynarz, był marynarz, którego szczególną cechą było stać się silniejsze, gdy zjadł szpinak. Rzeczywiście, szpinak posiada związki, które w eksperymentalnych szczurów i myszy poprawić aktywność fizyczną w tych zwierząt.

Grupa badaczy w Niemczech hipoteza, że:

Związek w szpinaku, który działa w zwierząt również poprawia aktywność fizyczną u ludzi.

Hipoteza została przetestowana przez uzupełnienie 22 sportowców z związku, o którym mowa przez dziesięć tygodni, a zostały one porównane z 24 innych sportowców, którzy działali jako kontrole. Pod koniec dziesięciu tygodni zaobserwowano wzrost masy mięśniowej i poprawę wydolności fizycznej, dowodząc, że hipoteza była słuszna.

Super klej ślimaków

Widzieliśmy, jak ślimaki mogą poruszać się po szorstkiej, pochyłej, a nawet równoległej do podłoża powierzchni bez odpadania. Dzieje się tak dzięki śluzowi, który wytwarzają u swojej podstawy. Naukowcy z Korei Południowej i USA postawili hipotezę, że:

Stworzenie materiału o właściwościach śluzu ślimaka będzie działać jak silny, odwracalny klej.

Wynaleźli więc oparty na metakrylanie polimerowy system hydrożelowy, który działa jak odwracalny superklej.

Zobacz też Stwierdzenie problemu.

Hipotezy ważne dla ludzkości

Prawdopodobnie istnieją miliony hipotez naukowych, gdyż od najdawniejszych czasów człowiek szukał wyjaśnienia obserwowanych przez siebie zjawisk. Oto kilka przykładów hipotez naukowych i jak zostały one potwierdzone.

Hipoteza endosymbiotyczna

Lynn Sagan zaproponowała w 1966 roku, że komórki eukariotyczne powstały w wyniku endosymbiozy pomiędzy prokariotami o zdolnościach fotosyntetycznych i oddechowych w środowisku głównie tlenowym. W ten sposób tlenowa prokariota (protomitochondrium) dostała się do cytoplazmy beztlenowego heterotroficznego mikroorganizmu.

Potwierdzenie tej hipotezy opiera się na szczególnych cechach mitochondriów i chloroplastów, organelli komórek eukariotycznych, które posiadają własne DNA.

Tektonika płyt

W 1912 roku niemiecki naukowiec Alfred Wegener (1880-1930) zaproponował koncepcję ruchu płyt kontynentalnych. Wegener zasugerował, że miliony lat temu obecne kontynenty były zjednoczone w duży jeden kontynent (Pangaea), który następnie rozpadł się każdy landmass jako kontynenty wiemy dzisiaj.

Podstawą dla tej hipotezy było w linii brzegowej Ameryki odpowiadającej wybrzeży Europy i Afryki oraz w podobnych skamieniałości znalezionych między tymi kontynentami. Dowód na to, że hipoteza ta była poprawna, został przedstawiony w latach sześćdziesiątych.

Wirus ZIKA i mikrocefalia

Mikrocefalia jest stanem neurologicznym, w którym mózg dziecka nie rozwija się w pełni, powodując, że głowa wydaje się mniejsza niż normalnie. W Brazylii od listopada 2015 r. do czerwca 2016 r. zgłoszono ponad 8000 przypadków, co stanowi alarmujący wzrost tego problemu.

W tym samym czasie wzrosły również zakażenia wirusem Zika. Wirus ten należy do tej samej rodziny co wirus żółtej gorączki (Flaviviridae) i jest przenoszony na ludzi przez komary. Wśród osób zakażonych wirusem Zika u 20-25% rozwijają się objawy podobne do objawów zwykłego przeziębienia lub grypy.

Wstępna hipoteza sugerowała, że płody kobiet w ciąży zakażonych wirusem Zika mogą być narażone na zwiększone ryzyko mikrocefalii. Wyniki badania case-control z 2016 roku wykazały, że 13 z 32 noworodków z mikrocefalią miało dowody zakażenia wirusem, w porównaniu z 62 noworodkami kontrolnymi, które były wolne od zakażenia, wykazując związek między Zika a mikrocefalią.

Hipoteza Riemanna

Liczby pierwsze mają tę własność, że nie mogą być wyrażone jako iloczyn dwóch mniejszych liczb. Kiedy te liczby pierwsze pojawiają się wśród liczb naturalnych jest trudne do określenia. Jednak niemiecki matematyk G,F.B. Riemann (1826-1866) zaproponował równanie, zwane funkcją Zeta Riemanna, które przybliża częstość występowania liczb pierwszych.

Zobacz też Ramy teoretyczne.

Ramy teoretyczne.