Teori Sains

Ide dalam Sains: Teori, Hipotesis, dan Hukum

Ide dalam Sains: Teori, Hipotesis, dan Hukum – Bayangkan diri Anda berbelanja di toko bahan makanan dengan seorang teman baik yang kebetulan adalah seorang ahli kimia. Berjuang untuk memilih di antara banyak jenis tomat di depan Anda, Anda mengambil satu, menoleh ke teman Anda, dan bertanya apakah menurutnya tomat itu organik.

Teman Anda hanya terkekeh dan menjawab, “Tentu saja ini organik!” bahkan tanpa melihat bagaimana buah itu tumbuh. Mengapa reaksi geli? Teman Anda menyoroti perbedaan sederhana dalam kosakata. Bagi seorang ahli kimia, istilah organik mengacu pada senyawa apa pun di mana hidrogen terikat pada karbon. Tomat (seperti semua tanaman) kaya akan senyawa organik – demikian tawa teman Anda. Dalam pertanian modern, bagaimanapun, organik telah diartikan sebagai bahan makanan yang ditanam atau dibesarkan tanpa menggunakan pupuk kimia, pestisida, atau bahan tambahan lainnya.

Jadi siapa yang benar? Kalian berdua. Kedua penggunaan kata tersebut benar, meskipun artinya berbeda dalam konteks yang berbeda. Tentu saja ada banyak kata yang memiliki lebih dari satu arti (seperti kelelawar, misalnya), tetapi banyak arti bisa sangat membingungkan ketika dua arti menyampaikan gagasan yang sangat berbeda dan khusus untuk satu bidang studi.

Teori Sains

Istilah teori juga memiliki dua arti, dan pengertian ganda ini seringkali menimbulkan kebingungan. Dalam bahasa umum, istilah teori umumnya mengacu pada spekulasi atau firasat atau tebakan. Anda mungkin memiliki teori tentang mengapa tim olahraga favorit Anda tidak bermain bagus, atau siapa yang makan kue terakhir dari toples kue. Tetapi teori-teori ini tidak sesuai dengan penggunaan ilmiah istilah tersebut. Dalam sains, teori adalah sekumpulan ide yang didukung dengan baik dan komprehensif yang menjelaskan fenomena di alam. Teori ilmiah didasarkan pada sejumlah besar data dan pengamatan yang telah dikumpulkan dari waktu ke waktu. Teori ilmiah dapat diuji dan disempurnakan dengan penelitian tambahan, dan memungkinkan ilmuwan membuat prediksi. Meskipun Anda mungkin benar dalam firasat Anda, dugaan toples kue Anda tidak sesuai dengan definisi yang lebih ketat ini.

Baca Juga : Teori Relativitas Umum Einstein Menyingkap Kosmos

Semua disiplin ilmu memiliki teori fundamental yang mapan. Misalnya, teori atom menjelaskan sifat materi dan didukung oleh banyak bukti dari cara zat berperilaku dan bereaksi di dunia sekitar kita (lihat seri kami tentang Teori Atom). Teori lempeng tektonik menggambarkan pergerakan skala besar lapisan terluar Bumi dan didukung oleh bukti dari penelitian tentang gempa bumi, sifat magnetis batuan yang menyusun dasar laut, dan sebaran gunung berapi di Bumi (lihat seri kami di Lempeng Tektonik Teori). Teori evolusi melalui seleksi alam, yang menjelaskan mekanisme yang mewarisi sifat yang mempengaruhi kelangsungan hidup atau keberhasilan reproduksi dapat menyebabkan perubahan pada organisme hidup dari generasi ke generasi, didukung oleh penelitian ekstensif tentang DNA, fosil, dan jenis bukti ilmiah lainnya (lihat kami Seri Charles Darwin untuk informasi lebih lanjut). Masing-masing teori utama ini memandu dan menginformasikan penelitian modern di bidang tersebut, dengan mengintegrasikan serangkaian ide yang luas dan komprehensif.

Jadi bagaimana teori fundamental ini dikembangkan, dan mengapa mereka dianggap didukung dengan baik? Mari kita lihat lebih dekat beberapa data dan penelitian yang mendukung teori seleksi alam untuk melihat lebih dekat bagaimana sebuah teori berkembang.

Perkembangan teori sains: Evolusi dan seleksi alam

thebigvantheory evolusi melalui seleksi alam terkadang difitnah sebagai spekulasi Charles Darwin tentang asal mula bentuk kehidupan modern. Namun, teori evolusi bukanlah spekulasi. Walaupun Darwin dianggap sebagai yang pertama kali mengartikulasikan teori seleksi alam, gagasannya dibangun di atas lebih dari satu abad penelitian ilmiah yang muncul sebelumnya, dan didukung oleh lebih dari satu setengah abad penelitian sejak itu.

The Fixity Notion: Linnaeus

Penelitian tentang asal-usul dan keragaman kehidupan berkembang biak pada abad ke-18 dan ke-19. Carolus Linnaeus, seorang ahli botani Swedia dan bapak taksonomi modern (lihat modul kami Taksonomi I untuk informasi lebih lanjut), adalah seorang Kristen taat yang percaya pada konsep Fixity of Species, sebuah gagasan yang didasarkan pada kisah penciptaan dalam Alkitab. Konsep Fixity of Species menyatakan bahwa setiap spesies didasarkan pada bentuk ideal yang tidak berubah seiring waktu.

Pada tahap awal karirnya, Linnaeus melakukan perjalanan secara ekstensif dan mengumpulkan data tentang persamaan struktural dan perbedaan antara spesies tumbuhan yang berbeda. Memperhatikan bahwa beberapa tumbuhan yang sangat berbeda memiliki struktur yang mirip, ia mulai menyusun karya tengara miliknya, Systema Naturae, pada tahun 1735 (Gambar 1). Dalam Systema, Linnaeus mengklasifikasikan organisme ke dalam kelompok terkait berdasarkan kesamaan fitur fisiknya.

Dia mengembangkan sistem klasifikasi hierarkis, bahkan menggambar hubungan antara spesies yang tampaknya berbeda (misalnya, manusia, orangutan, dan simpanse) berdasarkan kesamaan fisik yang dia amati antara organisme ini. Linnaeus tidak secara eksplisit membahas perubahan dalam organisme atau mengusulkan alasan hierarkinya, tetapi dengan mengelompokkan organisme berdasarkan karakteristik fisik, ia menyarankan bahwa spesies terkait, secara tidak sengaja menantang gagasan Fixity bahwa setiap spesies diciptakan dalam bentuk yang unik dan ideal.

Zaman Bumi: Leclerc dan Hutton

Juga di awal 1700-an, Georges-Louis Leclerc, seorang naturalis Prancis, dan James Hutton, seorang ahli geologi Skotlandia, mulai mengembangkan ide-ide baru tentang usia Bumi. Pada saat itu, banyak orang mengira Bumi berusia 6.000 tahun, berdasarkan interpretasi ketat dari peristiwa yang dirinci dalam Perjanjian Lama Kristen oleh Uskup Agung Skotlandia Ussher yang berpengaruh. Dengan mengamati planet dan komet lain di tata surya, Leclerc berhipotesis bahwa Bumi bermula dari batuan cair yang panas dan berapi-api, sebagian besar terdiri dari besi. Dengan menggunakan laju pendinginan besi, Leclerc menghitung bahwa Bumi harus berusia setidaknya 70.000 tahun untuk mencapai suhu saat ini.

Hutton mendekati topik yang sama dari perspektif yang berbeda, mengumpulkan pengamatan tentang hubungan antara formasi batuan yang berbeda dan laju proses geologi modern di dekat rumahnya di Skotlandia. Dia menyadari bahwa proses erosi dan sedimentasi yang relatif lambat tidak dapat menciptakan semua lapisan batuan yang terbuka hanya dalam beberapa ribu tahun (lihat modul kami The Rock Cycle). Berdasarkan koleksi datanya yang ekstensif (hanya satu dari sekian banyak terbitannya yang mencapai 2.138 halaman), Hutton menyatakan bahwa Bumi jauh lebih tua dari sejarah manusia – berusia ratusan juta tahun.

Sementara kita sekarang tahu bahwa Leclerc dan Hutton secara signifikan meremehkan usia Bumi (sekitar 4 miliar tahun), pekerjaan mereka menghancurkan kepercayaan yang telah lama dipegang dan membuka jendela penelitian tentang bagaimana kehidupan dapat berubah dalam rentang waktu yang sangat lama ini.

Hipotesis dan hukum: Konsep ilmiah lainnya

Salah satu tantangan dalam memahami istilah ilmiah seperti teori adalah tidak adanya definisi yang tepat bahkan dalam komunitas ilmiah. Beberapa ilmuwan memperdebatkan apakah proposal tertentu pantas ditetapkan sebagai hipotesis atau teori, dan yang lain secara keliru menggunakan istilah tersebut secara bergantian. Tetapi ada perbedaan dalam istilah-istilah ini. Hipotesis adalah penjelasan yang diajukan untuk fenomena yang dapat diamati. Hipotesis, seperti halnya teori, didasarkan pada pengamatan dari penelitian. Misalnya, LeClerc tidak berhipotesis bahwa Bumi telah mendingin dari bola besi yang meleleh sebagai tebakan acak; sebaliknya, ia mengembangkan hipotesis ini berdasarkan pengamatannya terhadap informasi dari meteorit.

Seorang ilmuwan sering mengajukan hipotesis sebelum penelitian menegaskannya sebagai cara untuk memprediksi hasil penelitian untuk membantu menentukan parameter penelitian dengan lebih baik. Hipotesis LeClerc memungkinkannya menggunakan parameter yang diketahui (laju pendinginan besi) untuk melakukan pekerjaan tambahan. Komponen kunci dari hipotesis ilmiah formal adalah bahwa hipotesis tersebut dapat diuji dan dipalsukan. Misalnya, ketika Richard Lenski pertama kali mengisolasi 12 strain bakterinya, dia kemungkinan berhipotesis bahwa mutasi acak akan menyebabkan perbedaan muncul dalam jangka waktu tertentu pada strain bakteri yang berbeda. Namun ketika hipotesis muncul dalam sains, seorang ilmuwan juga akan membuat hipotesis alternatif, yaitu penjelasan yang menjelaskan suatu penelitian jika datanya tidak mendukung hipotesis asli. Jika strain bakteri yang berbeda dalam penelitian Lenski tidak menyimpang selama periode waktu yang ditentukan, mungkin tingkat mutasi lebih lambat dari yang diperkirakan.

Jadi Anda mungkin bertanya, jika teori didukung dengan baik, apakah akhirnya teori itu menjadi hukum? Jawabannya adalah tidak – bukan karena tidak didukung dengan baik, tetapi karena teori dan hukum adalah dua hal yang sangat berbeda. Hukum menggambarkan fenomena, seringkali secara matematis. Teori, bagaimanapun, menjelaskan fenomena. Misalnya, pada tahun 1687 Isaac Newton mengajukan Teori Gravitasi, yang menggambarkan gravitasi sebagai gaya tarik-menarik antara dua benda. Sebagai bagian dari teori ini, Newton mengembangkan Hukum Gravitasi Universal yang menjelaskan bagaimana gaya ini bekerja. Hukum ini menyatakan bahwa gaya gravitasi antara dua benda berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda tersebut. Hukum Newton tidak menjelaskan mengapa ini benar, tetapi menjelaskan bagaimana gravitasi berfungsi (lihat modul Gravity: Newtonian Relationships kami untuk lebih detail).

Baca Juga : Mengenal Awal Mula Dan Apa itu Kosmos

Pada tahun 1916, Albert Einstein mengembangkan teorinya tentang relativitas umum untuk menjelaskan mekanisme pengaruh gravitasi. Karya Einstein menantang teori Newton, dan telah ditemukan setelah pengujian dan penelitian ekstensif untuk mendeskripsikan fenomena gravitasi dengan lebih akurat. Sementara karya Einstein telah menggantikan Newton sebagai penjelasan dominan tentang gravitasi dalam sains modern, Hukum Gravitasi Universal Newton masih digunakan karena secara wajar (dan lebih sederhana) menggambarkan gaya gravitasi dalam banyak kondisi. Demikian pula, Hukum Suksesi Faunal yang dikembangkan oleh William Smith tidak menjelaskan mengapa organisme mengikuti satu sama lain dengan cara yang berbeda dan dapat diprediksi di lapisan batuan, tetapi secara akurat menggambarkan fenomena tersebut.

Teori, hipotesis, dan hukum mendorong kemajuan ilmiah

Teori, hipotesis, dan hukum bukan hanya komponen penting dari sains, tetapi juga mendorong kemajuan ilmiah. Misalnya, biologi evolusioner sekarang berdiri sebagai bidang sains tersendiri yang berfokus pada asal-usul dan keturunan spesies. Ahli geologi sekarang mengandalkan lempeng tektonik sebagai model konseptual dan teori pemandu ketika mereka mempelajari proses yang bekerja di kerak bumi.

Dan fisikawan mengacu pada teori atom ketika mereka memprediksi keberadaan partikel subatom yang belum ditemukan. Ini tidak berarti bahwa sains telah “selesai”, atau bahwa semua teori penting telah ditemukan. Seperti evolusi, kemajuan sains terjadi secara bertahap dan singkatnya, ledakan dramatis. Kedua jenis kemajuan tersebut sangat penting untuk menciptakan basis pengetahuan yang kuat dengan data sebagai fondasi dan teori ilmiah yang memberi struktur pada pengetahuan itu.