Nisam mogao otkriti uzrok tih svojstava gravitacije iz pojava, i ne postavljam nikakvu hipotezu… Dovoljno je što gravitacija zaista postoji i ponaša se prema zakonima koje smo objasnili.
Isaac Newton
Unatoč svim pokušajima, fizika ne može bez matematike. Ovisno o stupnju matematičke formuliranosti, razlikujemo hipoteze i teorije. Hipoteze su spekulativnog karaktera i najčešće se pojavljuju na početku istraživanja nekog novog pitanja i izgradnje neke teorije. Teorije su, nasuprot tome, za razliku od upotrebe u svakodnevnom govoru, mnogo zrelije i poduprte brojnim neovisnim testovima njihove konzistencije kao i, u idealnom slučaju, brojnim opažanjima. Teorije su temelj fizike, s kojim se mogu usustaviti razna opažanja, objasniti pojave putem fizikalnih slika kao primjerice one ekspandirajućeg svemira, ili se pak mogu donositi nova predviđanja. Najvažnije tvrdnje etabliranih teorija često bivaju oplemenjene tako što ih se deklarira kao “prirodne zakone”. To ne znači da su ti zakoni i teorije koje ih sadrže vječno važeći, jer uvijek će biti novih opažanja koja se ne mogu objasniti ni jednom postojećom teorijom. No uspješne teorije opisuju velik dio već provedenih opažanja, i stoga su neophodne za uređenje poznate fizike.
I ovdje je, prije svega, matematika ta koja pojmu teorije u fizici daje daleko viši status od onoga koji ima u razgovornom jeziku. Teorije počivaju na jednostavnim, za iskusne fizičare izravno razumljivim principima, iz kojih se često dugim računanjima mogu izvesti tvrdnje koje se čine puno manje trivijalnima. Takve se tvrdnje, za razliku od temeljnih principa, mogu podvrći eksperimentalnim testovima. Ako su testovi uspješni, teorija je potvrđena; ako pak nisu, ona uskoro pada u zaborav. U tom su smislu specijalna i opća teorija relativnosti uistinu teorije.
Teorije se, naravno, ne pojavljuju samo u fizici već i u drugim znanostima. Poznati je primjer teorija evolucije u biologiji, koja na temelju principa kao što su selekcija i mutacija može objasniti bogatstvo vrsta zemaljskog života i mnoge specifične detalje.
Hipoteze su, za razliku od teorija, puno manje poduprte i često se tek trebaju sustavno izgraditi u teorije – osim ako u međuvremenu nisu opovrgnute. Jedan povijesni primjer za ovo je hipoteza o česticama svjetlosti, kako ju je nazvao sam tvorac, Einstein. U to vrijeme, oko 1905., atomska struktura materije nije bila objašnjena i pretpostavka o postojanju fotona kao svjetlosne čestice mnogima se, vjerojatno, učinila čudnom. Iz toga je Einstein, doduše, mogao izvesti Planckovu formulu za toplinsko zračenje, što je samo po sebi predstavljalo velik uspjeh; no sama pretpostavka morala je biti osigurana dodatnim temeljima. Tek u daljnjem povijesnom razvoju iz te je hipoteze proizišla teorija koja je ušla u modemu kvantnu elektrodinamiku kao teorija fotona i njihova uzajamnog djelovanja s električki nabijenom materijom.
Kvantna gravitacija o kojoj se danas raspravlja strogo uzevši još nije teorija, iako se često mogu provesti mnogi neovisni matematički testovi. Međutim u svim slučajevima nedostaje konačni dokaz potpune dosljednosti, a još nije dostupno ni jedno podupiruće opažanje. (Isto tako ne postoje ni opažanja koja su u očitom proturječju s tim teorijama.) Pa ipak, ta su razmišljanja više od pojedinačnih hipoteza, pa se tako, radi pojednostavljenja jezika, unatoč svemu često rabi pojam teorija, ponekad i u ublaženom obliku kao okvirna teorija: postoje čvrsti obrisi, no u unutrašnjosti još mnogo toga treba ispuniti. Sve što je dosad rečeno o kvantnoj gravitaciji, nalazi se, kao znanstvena formulacija, između hipoteze i teorije, i stoga se treba smatrati spekulativnim. Tek opažanja mogu promijeniti taj status.
Izvor: Znanost blog