科学理論
アインシュタインは遠隔作用である中心力のニュートン力学的な重力という概念を排し、重力場という概念を提唱した。1907年に発表されたアインシュタインの等価原理では、重力場における自由落下運動も慣性運動であることを示唆している。特殊相対性理論の効果を三次元空間に拡張することで、長さの収縮は空間の収縮に拡張され、すべての物体の経路を設定し幾何学的に変化する重力場としての四次元空間を考えることができる。これにより、質量を持たず重力に影響しないと考えられてきた、エネルギーでさえもこの四次元空間の「表面を曲げる」ことで物体の重力場での運動に作用できるようになる。しかし、エネルギーが膨大でない限りは空間の変化と時間の進む速度の低下の効果は、予測される運動に対してわずかな影響しか与えない。この点で、相対性理論はより説明的な科学的実在論として受け入れられている一方で、ニュートン力学は道具主義として依然ある程度の予測ができる理論として受け入れられている。計算するのが簡単なこともあり、NASAのエンジニアもほとんどの場合でニュートンの運動方程式を現在も使い続けている。
カール・ポパーは科学理論の特徴を以下のように説明している。
確証を探すことで、ほぼすべての理論について簡単に確証・検証結果を得ることができる。
確証は、危険な予測の結果であるときのみ数えられるべきである。つまり、問いになっている理論で説かれていなければ、我々は理論と相容れない出来事、つまり理論を反芻する出来事を期待すべきだったのである。
「優れた」理論とは全て何かを禁止するものであり、特定のことが起こることを禁ずる。理論が多くのことを禁ずれば禁ずるほどその理論は優れている。
考えられる限りのいかなる出来事によっても反芻できない理論はもはや科学的ではない。多くの人は何にも反芻できないことが理論の美徳であると考えがちであるが、むしろそれは悪である。
理論への真のテストとは、すべて理論を反証するか反芻しようとする試みである。試行可能性とは反証可能性であるが、その程度にも度合いがあり、試行可能性の高い理論はより反証にさらされやすく、危険にさらされている。
証拠の確認は、それが真にその理論の試行である時以外は確認として数えてはいけない。これは、理論を反証するための重大な試みとして扱われることがあるが、「裏付け証拠」の確認をしているだけならばそれは失敗に終わっている。
真に試行可能な理論の場合、それが誤った理論と分かっても一部の支持者によって依然支持され、誤りと棄却されることを防ぐために、事後的に補助的な仮説や仮定を導入したり、事後的に理論を再解釈されることがある。こうした手順はいつでも可能であるが、科学における不正行為により科学的地位を捨てるか低下させることによってしか理論を反芻から無理やり救うことはできない。
科学理論(かがくりろん、英:scientific theory)とは、広く受け入れられたプロトコルに即した観測や測定・その結果の評価を用いて科学的方法に従って繰り返しテストされ裏付けられた、自然科学における様々な側面に対する説明である。実験が可能であれば、科学理論は条件を厳しく制御された実験において直接確かめられる。その性質上実験的検証が困難な場合は、科学理論は仮説的推論を用いて検証される。確立された科学理論は厳しい追実験にも耐え、科学的知識として具現化される。
科学理論は、理論が「なぜ」「どのように」を説明しているのに対し、事実が単純に観測結果を、法則が多くの場合数式を使いながら事実同士の関係を記述しているという点で、科学的事実・科学法則とは異なる概念である。たとえば、アイザック・ニュートンによる万有引力の法則は物体間の相互作用を予測するために使われる単なる数式にすぎず、「どのように」重力が働いているか自体を説明できるものではない。科学史家のスティーヴン・ジェイ・グールドは著書『ドーバーの悪魔(英語版) 』で、「事実と理論は全く別物であり、その確実性の高さで階層化して分類されているものではない。事実とはこの世界のデータであり、理論は事実を説明・解釈する考え方からなる構造体である。」と記している。
科学の分野で用いられる「科学理論」(短くするため単に理論とも呼ばれる)という言葉の意味は、一般的に日常会話で使われている「理論」が指す意味と大きく異なる。
科学理論も科学法則も、仮説を立てそれを検証するという科学的方法を通じての産物である点、自然界の事象について予測を立てられる点では共通している。また、両方とも観測や実験による証拠によって支持される点でも同じである。しかし、科学法則はある限られた特定の条件下での自然現象のふるまいを記述しているにすぎないが、それに対して科学理論は範囲が広く、自然現象がどのように起こり、なぜその特定の条件下でそのようなふるまいをするのかの理由まで包括的に説明できる。科学理論は多くの異なった情報源による証拠に支えられているため、1つかそれ以上の科学法則を内包する。
よくある誤解として、科学理論は初歩的なアイデアに過ぎず、そこから十分なデータや証拠の蓄積を経て最終的に科学法則になると考えられることがしばしばある。しかし正しくは、新しい・より良い証拠が集まっても理論が法則に変わることはなく、理論は理論のままであり法則は法則のまま変わらない。理論と法則の両方が、相反する証拠によって改ざんされることもありうる。
理論や法則は仮説ともまた異なる。仮説とは違い、理論や法則は単に科学的事実と呼ばれることもある。しかし、正しくは科学においては、いくらその理論が十分に裏付けられていようと、その理論は事実とは異なる。たとえば、進化論は理論でもあると同時に事実でもあり、理論が事実と同じ扱いまで格上げされているわけではない。