תאוריה מדעית

תאוריה מדעית היא הסבר של היבט של עולם הטבע והיקום שנבדק ואושש שוב ושוב בהתאם לשיטה המדעית, תוך שימוש בפרוטוקולים מקובלים של תצפית, מדידה והערכה של תוצאות. במידת האפשר, תאוריות נבדקות בתנאים מבוקרים בניסוי. בנסיבות בהן לא ניתן לבצע ניסויים, תאוריות מוערכות באמצעות עקרונות של אבדוקציה. תאוריות מדעיות מבוססות עמדו בבדיקה קפדנית ומגלמות ידע מדעי.

תאוריה מדעית שונה מעובדה מדעית או מחוק מדעי בכך שתאוריה מסבירה "למה" או "איך". עובדה היא תצפית פשוטה ובסיסית, בעוד שחוק הוא הצהרה (לעיתים קרובות משוואה מתמטית) על קשר בין עובדות. לדוגמה, חוק הכבידה של ניוטון הוא משוואה מתמטית שניתן להשתמש בה כדי לחזות את המשיכה בין גופים, אך אין זו תאוריה שמסבירה כיצד פועל כוח הכבידה. סטיבן ג'יי גולד כתב כי "...עובדות ותאוריות הן דברים שונים, לא שלבים בהיררכיה של ודאות גוברת. עובדות הן הנתונים של העולם. תאוריות הן מבנים של רעיונות שמסבירים ומפרשים עובדות."

משמעות המונח "תאוריה מדעית" (לעיתים קרובות אומרים תאוריה לשם קיצור) כפי שהיא משמשת בדיסציפלינות המדע, שונה באופן מהותי מהשימוש העממי הנפוץ במנוח "תאוריה". בדיבור יומיומי, "תאוריה" יכולה לרמוז על הסבר המייצג ניחוש לא מבוסס וספקולטיבי, שיש סיכוי סביר שאינו נכון, מונח זה דומה יותר במדע למונח היפותזה ראשונית. לעומת זאת במדע המונח תאוריה מתאר הסבר שנבדק ומקובל כתקף בצורה רחבה.. המונח תאוריה יכול לשמש גם בתחומים אחרים כמו פילוסופיה, מחשבה מדינית או מתמטיקה ובתחומים אלה יש לו משמעות שונה מזו שיש למונח תאוריה מדעית. 

כוחה של תאוריה מדעית קשור למגוון התופעות שהיא יכולה להסביר ולפשטותה. ככל שנאספות ראיות מדעיות נוספות, תאוריה מדעית עשויה להשתנות ובסופו של דבר להידחות אם לא ניתן להתאים אותה לממצאים החדשים; בנסיבות כאלה, נדרשת תאוריה מדויקת יותר.

תאוריות מסוימות מבוססות כל כך עד כי לא סביר שהן ישתנו מהותית. לדוגמה, תאוריות מדעיות כמו אבולוציה, תאוריה הליוצנטרית, תאוריית התא, תאוריית טקטוניקת הלוחות, התאורייה הבקטראילית של מחלות וכו'. תאוריות אלה לא רק נבדקו שוב ושוב במספר רב של ניסויים על ידי מדענים, באמצעות שיטות מחקר שונות, אלה גם שימושו כבסיס לפיתוחים בתחומי טכנולוגיה, הנדסה ורפואה.  

חלק מהתאוריות הן במעמד של קונצנזוס מדעי. תאוריה כזו מוסכמת על הקהילה המדעית בתחום מסוים של מחקר מדעי. בהקשר הזה המונח קונצנזוס משמעו הסכמה רחבה, כפי שהיא משתקפת בפרסומים המדעיים הרשמיים, בעיקר בספרי הלימוד ובמאמרים מדעיים שעברו ביקורת עמיתים, אך אין פירושו בהכרח הסכמה פה אחד על כל החוקרים בתחום המדובר. דעתם של חוקרים מתחומים אחרים על התאוריה פחות חשובה, אך לעיתים קרובות גם מדענים אלה מתסמכים על תאוריות בתחומים אחרים כבסיס לנושאי מחקר הנשענים על תחומי אחרים. 

תאוריות אחרות יכולות להיות  שנויות במחלוקת מדעית. הכוונה היא שמדענים מתחום מסויים מתווכחים על נכונות התאוריה. מחלוקת מדעית יסודית היא כאשר מדענים לא מסכימים על על היפותזה או תאוריה מדעית מרכזית. ומחלוקת מדענית משנית -  מדענים חולקים על היבט פחות מרכזי של רעיון מדעי, אם כי מדענים משני צידי הויכוח מסכימים על ליבת הרעיון. לעומת זאת יש ויכוחים הנוגעים לתאוריות מדעיות שאינן מחלקות מדעית - מחלוקת על אתיקה של שיטות מחקר, מחלוקת על יישומי המדע או סתירה בין רעיון מדעי לנקודת מבט לא מדעית. 

במקרים מסוימים, תאוריה מדעית או חוק מדעי הם לא מדויקים, אך בשל פשטותם, יכולים להיות שימושיים כקירוב בתנאים ספציפיים. דוגמה לכך היא חוקי התנועה של ניוטון, שהם קירוב מדויק מאוד לתורת היחסות הפרטית במהירויות קטנות יחסית למהירות האור.

תאוריות מדעיות ניתנות לבדיקה ויוצרות תחזיות שהן בנות הפרכה. הן מתארות את הגורמים לתופעת טבע מסוימת ומשמשים כדי להסביר ולחזות היבטים של היקום הפיזי או תחומי חקירה ספציפיים (לדוגמה, חשמל, כימיה ואסטרונומיה). בדומה לצורות אחרות של ידע מדעי, תאוריות מדעיות הן דדוקטיביות והן אינדוקטיביות, מכוונות להיות בעלות כוח ניבוי וכוח הסבר.

מדענים משתמשים בתאוריות כדי לקדם ידע מדעי - תאוריות מבוססות מסייעות לשאול שאלות חדשות, לחפש עוד תגליות או לפתח ניסויים וכדי לפתח תאוריות חדשות. כמו כן התאוריות משמשות כדי להקל על התקדמות בטכנולוגיה או ברפואה.

קבלה ודחייה של תאוריות מדעיות
המדע שואף להסביר את המציאות בצורה מקיפה, מדויקת ועקבית. מכאן בא צורך בגיבוש תאוריות בנות הפרכה, חסרות סתירות פנימיות ושאינן סותרות זו את זו.

בניגוד לתפיסה הרווחת בעיקר בקרב לא-מדענים, במדע אין הוכחות, אלא אישושים והפרכות.

לעיתים מתקיימות שתי תאוריות הסותרות זו את זו בהסבירן תופעות מסוימות. תהליכים של אישוש והפרכה בתצפית מדעית ובניסוי נערכים כדי להכריע איזו משתי התאוריות עדיפה.

הפילוסוף רב ההשפעה על החשיבה המדעית, קרל פופר, טען שתאוריה המנוסחת כך שאי אפשר לתכנן ניסויים או תצפיות שיכולות להפריך אותה, היא תאוריה חסרת תקפות מדעית. על כן, לפי פופר, תאוריית המרקסיזם שחלק ממדעני החברה רואים בה תאוריה מדעית לכל דבר, וכן התאוריות הפסיכואנליטיות של פרויד אינן תאוריות מדעיות תקפות. רעיון מרכזי זה בפילוסופיה של המדע נקרא עקרון ההפרכה של פופר.

ספרו של תומאס קון המבנה של מהפכות מדעיות, עוסק בהתפתחות המדע בראי היסטורי. בניגוד לקרל פופר אשר ראה את התפתחות המדע כאבולוציה של תאוריות מדעיות שמתקדמת באופן רציונלי דרך הפרכת תאוריה שחלף זמנה, קון הראה כי ההתפתחות של המדע אינה סדורה ומבוססת על מהפכות תפיסתיות. קון טען כי בהיסטוריה של המדע אפשר להבחין בין שני סוגים עיקריים של תקופות:
 תקופה של מדע תקני. תקופה בה המדענים עסוקים בפתרון בעיות על פי פרדיגמה מוכרת, בכלים ידועים וב'תיקון' התאוריה המדעית והתאמתה.
 תקופה של מדע מהפכני. תקופה בה מתחלפת הפרדיגמה השלטת. לאחר שמתגלעים בקיעים רבים מדי בפרדיגמה הקיימת, מתחילה תקופה של מדע מהפכני המולידה רעיונות שלימים ירכיבו את הפרדיגמה החדשה. החלפת הפרדיגמה המדעית אינה תהליך אבולוציוני, סדור ורציונלי אשר נובע מהוכחה או הפרכה אלא תהליך אשר הוא בעיקרו סוציולוגי ודומה יותר להמרת דת או הפיכה צבאית.
יש לציין כי רבים מקרב המדענים אינם מקבלים הסבר זה, וקיימת טענה פרומיננטית כי רעיון המהפכות המדעיות הוא בגדר מיתוס שאומץ על ידי סוציולוגים אשר לא התנסו בעבודה השחורה של המדע.

דוגמאות
בתחומי מחקר רבים לא תמיד יש תאוריות ספציפיות בעלות שם מפורש. לדוגמה ביולוגיה התפתחותית היא תחום מחקר רחב אבל היא לא תאוריה בעלת שם מוגדר. ידע מדעי מחוץ לתאוריה בעלת שם יכול עדיין להיות בעל רמה גבוהה של ודאות, תלוי בכמות הראיות התומכות בו. כמו כן מכיוון שתאוריות שואבות עדויות מתחומים רבים, הסיווג שלהן לתחום מסוים אינו מוחלט.
 ביולוגיה: תאוריית התא, תורת האבולוציה (הסינתזה האבולוציונית המודרנית), אביוגנזה, תאוריית החיידקים כגורמי מחלות, Particulate inheritance, Dual inheritance theory, Young–Helmholtz theory, Opponent process, Cohesion-tension theory
 כימיה: תאוריית ההתנגשויות המולקולריות, התאוריה הקינטית של הגזים, Lewis acids and bases, התאוריה המולקולרית, Transition state theory, תאוריית אורביטל מולקולרי, תאוריית הקשר הערכי
 פיזיקה: תורת האטום, תורת המפץ הגדול, תאוריית הדינמו, תורת ההפרעות במכניקת הקוונטים, תורת היחסות (יורשת של המכניקה הקלאסית), תורת השדות הקוונטית
 מדעי כדור הארץ: תאוריית שינוי האקלים (בקלימטולוגיה), תאוריית טקטוניקת הלוחות (בגאולוגיה), תאוריות על מקורו של הירח, תאוריות על אשליית הירח.
 אסטרונומיה: המודל ההליוצנטרי של מערכת השמש, מחזור החיים של כוכב, תאוריית הערפילית (הנוגעת להתפתחות מערכת השמש), נוקליאוסינתזה כוכבית.

קישורים חיצוניים

 על תאוריות מדעיות – הרצאה מאתר 12 דקות 
 
 Understanding Science 101, אוניברסיטת קליפורניה בברקלי אתר הסבר על יסודות המדע

הערות שוליים

השיטה המדעית
מדע וטכנולוגיה
פילוסופיה של המדע