ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
สาขาของวิทยาศาสตร์
วิทยาศาสตร์ เป็นความรู้ที่ได้จากการศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ซึ่งความรู้ต่างๆ เหล่านี้มีอยู่อย่างมากมาย ดังนั้น เพื่อความเป็นระเบียบจึงต้องมีการจัดความรู้ต่างๆ ออกเป็นหมวดหมู่ตามแต่ละสาขา เช่น ถ้าเป็นความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตจำพวกพืช หรือพรรณไม้ต่างๆ จัดอยู่ในสาขาพฤกษาศาสตร์ ส่วนเรื่องที่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก เช่น สัตว์เซลล์เดียวหรือเชื้อจุลินทรีย์ จัดอยู่ในสาขาจุลชีววิทยา เป็นต้น อย่างไรก็ตามความรู้ทางวิทยาศาสตร์ได้แบ่งออกอย่างกว้างๆ เป็น 2 ประเภท ตามจุดประสงค์ของการแสวงหาความรู้ คือ
1) วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ (Pure Science) หรือวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ (Natural Science) คือ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่บรรยายถึงความเป็นไปของปรากฏการณ์ต่างๆ ในธรรมชาติ อันประกอบไปด้วย ข้อเท็จจริง หลักการ ทฤษฏี กฎ และสูตรต่างๆ เป็นความรู้พื้นฐานของนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งได้มาเพื่อสนองความต้องการอยากรู้อยากเห็น โดยไม่คำนึงถึงประโยชน์ของการค้นหา สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยได้อีก 3 แขนง คือ
(1) วิทยาศาสตร์กายภาพ (Physical Science) คือ วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยเรื่องราวต่างๆ ของสิ่งไม่มีชีวิต เช่น เคมี ฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ ดาราศาสตร์ (ราชบัณฑิตยสถาน, 2542) รวมถึงอุตุนิยมวิทยา และธรณีวิทยา เป็นต้น
(2) วิทยาศาสตร์ชีวภาพ (Biological Science) คือ วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยเรื่องราวต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต เช่น สัตววิทยา พฤกษศาสตร์ (ราชบัณฑิตยสถาน, 2542) จุลชีววิทยา เป็นต้น
(3) วิทยาศาสตร์สังคม (Social Science) เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาหาความรู้ เพื่อจัดระบบให้มนุษย์มีการดำรงชีวิตอยู่ด้วยกัน อย่างมีแบบแผน เพื่อความสงบสุขของสังคม ประกอบด้วย วิชาจิตวิทยา วิชาการศึกษา วิชารัฐศาสตร์ เศรษฐศาสตร์ เป็นต้น
2) วิทยาศาสตร์ประยุกต์ (Applied Science) วิทยาศาสตร์ประยุกต์ คือ วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยเรื่องราวต่างๆที่มุ่งประโยชน์ในทางปฏิบัติยิ่งกว่าทฤษฏี เช่นแพทย์ศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ เกษตรศาสตร์ (ราชบัณฑิตยสถาน, 2542)
วิทยาศาสตร์ประยุกต์เป็นวิทยาศาสตร์ที่นำเอาความรู้จากวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ มาประยุกต์เพื่อให้เกิดประโยชน์ต่อสังคมสนองความต้องการของมนุษย์ในด้านต่างๆ เช่น การแพทย์การเกษตร การอุตสาหกรรม ทำให้เกิดสาขาวิชาวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ เช่น แพทย์ศาสตร์ สัตวแพทย์ศาสตร์ เกษตรศาสตร์ วิศวกรรม และโภชนาการ เป็นต้น
โดยสรุป คือ วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์เป็นความรู้ในเรื่องต่างๆ ซึ่งมักเป็นสาขาวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ที่มีลักษณะเป็นทฤษฏี หลักการ กฎ หรือสูตรต่างๆ เช่น ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา เป็นต้น ส่วนวิทยาศาสตร์ประยุกต์เป็นการใช้ความรู้เพื่อให้เกิดประโยชน์ โดยเน้นในทางปฏิบัติมากกว่าทฤษฎี และมักเป็นสาขาวิชาเฉพาะทาง เช่น แพทย์ศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ เกษตรศาสตร์ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม เป็นต้น
ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Type of Scientific Knowledge)
ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ได้ถูกจัดแบ่งออกเป็นลำดับขั้นไว้ 6 ประเภท คือ ข้อเท็จจริง มโนมติ หลักการ สมมติฐาน กฎ และทฤษฎี
1) ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Fact)
พจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2542 ได้ให้ความหมายของ“ข้อเท็จจริง” ว่า เป็นข้อความหรือเหตุการณ์ที่เป็นมาหรือเป็นอยู่ตามจริง
ข้อเท็จจริง เป็นความรู้พื้นฐานเบื้องต้นทางวิทยาศาสตร์ ที่เกิดจากการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติและสิ่งต่างๆโดยตรง โดยใช้ประสาทสัมผัสทั้งห้า ได้แก่ ตา หู จมูก ลิ้น และผิวกาย หรือจากการตรวจวัดโดยวิธีการอย่างง่ายๆ โดยผลที่ได้จากการสังเกตและการวัดต้องเหมือนเดิมไม่ว่าจะกระทำกี่ครั้งก็ตาม และเป็นข้อมูลที่เป็นจริงเสมอไม่เปลี่ยนแปลงตามกาลเวลา ข้อเท็จจริงมีลักษณะเป็นข้อความเดี่ยวๆ ที่ตรงไปตรงมา ตัวอย่างของข้อเท็จจริง ได้แก่
- น้ำแข็งลอยน้ำได้ - สุนัขมี 4 ขา
- น้ำไหลจากที่สูงไปสู่ที่ต่ำ - เกลือมีรสเค็ม
- ผลสตรอเบอร์รี่มีสีแดง - ผลทุเรียนสุกมีกลิ่นฉุน
- น้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100๐เซลเซียส ที่ระดับน้ำทะเล
- พระอาทิตย์ขึ้นทิศตะวันออกและตกทางทิศตะวันตก
- เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ที่เกาะสุมาตราเมื่อวันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2547
2) มโนมติ (Concept)
คำว่ามโนมตินั้น บางคนใช้คำว่า ความคิดรวบยอด มโนทัศน์ มโนภาพ หรือ สังกัป ซึ่งเป็นคำที่มีความหมายเดียวกัน มโนมติ หมายถึง ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับวัตถุหรือปรากฏการณ์ต่างๆ ซึ่งแต่ละคนจะมีมโนมติเกี่ยวกับวัตถุหรือปรากฏการณ์อย่างใดอย่างหนึ่งแตกต่างกัน
การที่บุคคลหนึ่งบุคคลใดสังเกตวัตถุหรือปรากฏการณ์ต่างๆ และเกิดการรับรู้ บุคคลนั้นจะนำการรับรู้นี้มาสัมพันธ์กับประสบการณ์เดิมของเขา ทำให้เกิดมโนมติซึ่งเป็นความเข้าใจเกี่ยวกับวัตถุหรือปรากฏการณ์นั้นและทำให้เขามีความรู้ขึ้น (ภพ เลาหไพบูลย์ , 2540 : 3) ซึ่ง มโนมติเป็นความคิดความเข้าใจของแต่ละบุคคล แต่ละบุคคลย่อมมีมโนมติเกี่ยวกับสิ่งใดสิ่งหนึ่งหรือปรากฏการณ์อย่างใดอย่างหนึ่งแตกต่างกัน ขึ้นกับความรู้เดิมและประสบการณ์ที่มีอยู่ และวุฒิภาวะของบุคคลนั้นๆ เช่น การเกิดแผ่นดินไหว บางคนอาจบอกว่าเป็นการกระทำของเทพยดา และสิ่งศักดิ์สิทธิ์ บางคนบอกว่าเกิดจากการพลิกตัวของปลาอานนที่แบกโลกไว้ บางคนบอกว่าเกิดจากการปลดปล่อยพลังงานของเปลือกโลกทำให้พื้นดินเกิดสั่นสะเทือน เป็นต้น หรือหากให้อธิบายลักษณะของต้นมะพร้าว สำหรับเด็กอาจอธิบายว่าเป็นต้นไม้ชนิดหนึ่งลำต้นสูงยาว ไม่มีกิ่งก้านสาขา ใบเป็นแฉกๆ ผลกลมๆ สำหรับนักวิทยาศาสตร์อาจบอกว่ามะพร้าวเป็นพืชใบเลี้ยงเดี่ยว มีระบบรากแบบรากฝอย ลำต้นเป็นข้อปล้องเห็นชัดเจน จัดอยู่ในวงศ์ปาล์ม (Family Palmaceae) มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Cocos nucifera Linn. เป็นต้น
มโนมติอาจเกิดจากการนำข้อเท็จจริงหรือความรู้จากประสบการณ์อื่นๆหลายๆ อย่างมาประกอบกัน แล้วสร้างเป็นความเข้าใจของตนเอง ยกตัวอย่างเช่น ผลทุเรียนมีสีเขียว มีหนามแหลม มีกลิ่นฉุน สามารถแบ่งออกได้เป็นพูๆ สิ่งเหล่านี้ได้จากการสังเกตข้อเท็จจริงย่อย ที่พบว่า ผลทุเรียนมีสีเขียว, ผลทุเรียนมีหนามแหลม, และผลทุเรียนมีกลิ่นฉุน ซึ่งมโนมติเกี่ยวกับทุเรียนนี้เป็นการนำคุณสมบัติที่เหมือนกันของทุเรียนมาใช้อธิบายลักษณะของผลทุเรียน และใช้ในการจำแนกทุเรียนออกจากผลไม้ชนิดอื่น
ตัวอย่างของมโนมติได้แก่
- หัวใจเป็นอวัยวะที่สำคัญที่สุด
- ความร้อนทำให้ร่างกายอบอุ่น
- น้ำแข็ง คือน้ำที่อยู่ในสถานะของแข็ง
- แมลงคือสัตว์ที่มี 6 ขา ลำตัวแบ่งเป็น 3 ส่วน
- อากาศมีความสำคัญต่อมนุษย์มากกว่าอาหาร
- ลมเกิดจากการเคลื่อนที่ของอากาศ
- สสาร คือสิ่งที่มีตัวตน มีมวล ต้องการที่อยู่ และสัมผัสได้ เป็นต้น
3) หลักการ (Principle)
หลักการ จัดเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ประเภทหนึ่งที่เป็นความจริงสามารถทดสอบได้ และได้ผลเหมือนเดิม เป็นที่เข้าใจตรงกันไม่ว่าจะทดสอบกี่ครั้ง เป็นหลักที่ใช้ในการอ้างอิงได้
ด้วยเหตุนี้หลักการมีลักษณะแตกต่างจากมโนมติตรงที่หลักการเป็นสิ่งที่ทุกคนเข้าใจตรงกัน สามารถใช้อ้างอิงได้ แต่มโนมติเกี่ยวกับสิ่งเดียวกันของแต่ละคนอาจไม่เหมือนกัน ทั้งนี้ขึ้นกับประสบการณ์ของแต่ละบุคคล (สุโขทัยธรรมาธิราช, 2541 : 26) หลักการอาจผสมผสานจากมโนมติ ตั้งแต่ 2 มโนมติที่สัมพันธ์กันเข้าด้วยกัน
ตัวอย่างของหลักการได้แก่
แสงจะหักเหเมื่อเดินทางจากตัวกลางชนิดหนึ่ง ไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่มีความหนาแน่นไม่เท่ากัน มาจากมโนมติหลายมโนมติ ได้แก่
- แสงจะหักเหเมื่อเดินทางผ่านน้ำไปสู่กระจก
- แสงจะหักเหเมื่อเดินทางผ่านกระจกไปสู่อากาศ
ฯลฯ
4) สมมติฐาน (Hypothesis)
สมมติฐาน คือ ข้อคิดเห็นหรือถ้อยแถลงที่เป็นมูลฐานแห่งการหาเหตุผล การทดลอง หรือการวิจัย (ราชบัณฑิตยสถาน, 2542) สมมติฐานจัดเป็นการลงความคิดเห็นประเภทหนึ่ง เป็นข้อความที่คาดคะเนคำตอบของปัญหาล่วงหน้า ก่อนจะดำเนินการทดลอง เพื่อตรวจสอบความถูกต้องเป็นจริงของเรื่องนั้นๆ ต่อไป สมมติฐานอาจเป็นข้อความหรือแนวความคิด ที่แสดงการคาดคะเนในสิ่งที่ไม่สามารถตรวจสอบได้โดยการสังเกตโดยตรง หรือเป็นสิ่งที่แสดงความสัมพันธ์ที่เชื่อว่าจะเกิดขึ้น ระหว่างตัวแปรที่เป็นเหตุ (ตัวแปรอิสระ) และตัวแปรที่เป็นผล (ตัวแปรตาม) (เพียร ซ้ายขวัญ, 2536:17-19)
สมมติฐานเกิดจากความพยายามในการตอบปัญหาของนักวิทยาศาสตร์ สมมติฐาน มักเป็นข้อความที่คาดคะเนคำตอบของปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาอยู่ โดยอาศัยข้อมูลและประสบการณ์ความรู้เดิมเป็นพื้นฐาน หรือเป็นการคาดคะเนที่เกิดจากความเชื่อหรือแรงบันดาลใจของนักวิทยาศาสตร์เอง (สุโขทัยธรรมาธิราช, 2541: 28)
สมมติฐานไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงหรือพยากรณ์ได้ เพราะยังไม่ได้ผ่านการทดสอบยืนยันว่าเป็นความจริง ดังนั้นสถานภาพของมันจึงเป็นเพียงหลักการวิทยาศาสตร์ชั่วคราวที่ยกร่างขึ้นเพื่อรอการทดสอบต่อไป (เพียร ซ้ายขวัญ, 2536:18)
ในทางวิทยาศาสตร์ สมมติฐานมีความจำเป็นและมีความสำคัญมาก เพราะสมมติฐานจะเป็นสิ่งที่ช่วยชี้แนะแนวทางว่าจะค้นหาข้อมูลอะไรและจะทำการทดลองได้อย่างไร ถ้าปราศจากสมมติฐานแล้วการค้นหาความรู้วิทยาศาสตร์จะไม่เกิดขึ้น ตัวอย่าง ยาเพนิซิลิน ซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะใช้สำหรับรักษาโรคต่างๆ คงไม่เกิดขึ้น ถ้าเซอร์ อเล็กซานเดอร์ เฟลมิง ไม่ตั้งสมมติฐานว่า “สารเคมีที่ผลิตโดยเชื้อรา Penicillium Notatum มีฤทธิ์ต้านและทำลายแบคทีเรียได้” และจากที่ หลุยส์ ปาสเตอร์ ตั้งสมมติฐานว่า “ผลที่ได้จากการหมักจะเป็นเช่นไร ขึ้นอยู่กับชนิดของจุลินทรีย์ที่มีปรากฏอยู่ในระหว่างกรรมวิธีการหมัก” ทำให้แก้ปัญหาให้กับผู้ผลิตเหล้าองุ่นที่ประสบปัญหา เนื่องจากเหล้าองุ่นที่ผลิตได้มีรสเปรี้ยวแทนที่จะมีรสหวาน เป็นต้น
ตัวอย่างของสมมติฐานอื่นๆ เช่น
- ถ้าเพิ่มปริมาณปุ๋ยให้กับพืชมากเกินไป จะทำให้พืชเฉาตาย
- สารสกัดจากผลสะเดาจะสามารถกำจัดแมลงได้ผลดีกว่าสารสกัดจากใบสะเดา
- แสงสีแดงมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืชมากกว่าแสงสีเขียวและแสงสีน้ำเงิน สมมติฐานเหล่านี้ หรือสมมติฐานอื่นๆจะเป็นที่ยอมรับก็ต่อเมื่อพิสูจน์ได้ว่าสมมติฐานนั้นถูกต้องมีหลักฐานหรือเหตุผลมาสนับสนุน ในกรณีที่สมมติฐานมีหลักฐานมาสนับสนุนไม่เพียงพอหรือมีข้อคัดค้าน สมมติฐานนั้นก็ใช้ไม่ได้ต้องถูกยกเลิกไป นักวิทยาศาสตร์ก็จะเสาะหาสมมติฐานอันใหม่ต่อไป
แต่อย่างไรก็ตาม สมมติฐานที่เป็นที่ยอมรับในสมัยหนึ่ง อาจต้องมีการเปลี่ยนแปลงหรือยกเลิกไป เมื่อมีผู้ค้นพบหลักฐานที่คัดค้านสมมติฐานนั้น และก็มีบางสมมติฐานที่ตั้งขึ้นเป็นเวลานานโดยไม่มีผลการสังเกตหรือผลการทดลองมาคัดค้านได้ สมมติฐานนั้นก็จะได้รับ การยอมรับ และเปลี่ยนไปเป็นหลักการ ทฤษฎี และกฎต่อไป
5) กฎ (Law)
กฎ เป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ประเภทหนึ่ง มีลักษณะคล้ายกับหลักการ คือ ต้องได้รับการพิสูจน์แล้วว่าถูกต้อง ทดสอบแล้วได้ผลตรงกันทุกครั้ง มีลักษณะที่เป็นจริงเสมอ แต่กฎเป็นหลักการที่มักจะเน้นในเรื่องของความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผล ซึ่งอาจเขียนสมการแทนได้ เช่น กฏของบอยล์ ซึ่งกล่าวว่า “ถ้าอุณหภูมิคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะเป็นปฏิภาคผกผันกับความดัน” อยู่ในรูปสมการ คือ (ถ้า T คงที่)
กฎมักจะเป็นหลักการหรือข้อความจริงทางวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการพิสูจน์มาเป็นเวลายาวนานในระดับหนึ่ง จนมีหลักฐานสนับสนุนมากเพียงพอ ไม่มีหลักฐานอื่นที่คัดค้าน จนกระทั่งข้อความนั้นเป็นที่ยอมรับว่าถูกต้องสมบูรณ์ ข้อความนั้นก็จะเปลี่ยนจากหลักการหรือทฤษฎี กลายเป็นกฎ
อย่างไรก็ตาม แม้กฎจะถูกตั้งมาจากข้อความที่ได้รับการยอมรับมานานก็ตาม แต่ในช่วงยุคต่อมา เมื่อความรู้ทางวิทยาศาสตร์เจริญขึ้น ซึ่งอาจทำให้มีข้อความรู้ใหม่ๆเกิดขึ้นและขัดแย้งกับกฎเดิมๆ และหากพิสูจน์ได้ว่าความรู้ใหม่มีความถูกต้องมากกว่า กฎที่มีอยู่แล้วอาจต้องมีข้อยกเว้นหรือถูกยกเลิกไป เช่น กฎทรงมวล (Law of Conservation of Mass) ซึ่งกล่าวว่า “ในปฏิกิริยาเคมี สสารไม่สามารถถูกสร้างหรือถูกทำลายได้” แปรความได้ว่า ในปฏิกิริยาเคมี มวลของสารก่อนทำปฏิกิริยา จะเท่ากับมวลของสารหลังทำปฏิกิริยา เช่น เมื่อเผาเมอร์คิวริกออกไซด์ (HgO) จะได้ปรอท(Hg) และก๊าซออกซิเจน(O2) ดังสมการ 2HgO + Energy -> 2Hg + O2 ซึ่งมวลของปรอทและก๊าซออกซิเจนที่ได้หลังจากการปฏิกิริยาเคมีจะมีค่าเท่ากับมวลของเมอร์คิวริกออกไซด์ (เอกสารเพิ่มเติม http://www.il.mahidol.ac.th/course/ap_chemistry/mass_relationship/index_ new001.htm )
กฎข้อนี้เป็นกฎพื้นฐานที่ใช้อยู่ทั่วไป ในการศึกษาวิทยาศาสตร์เป็นระยะเวลานาน แต่หลังจากได้ศึกษาปฏิกิริยานิวเคลียร์จึงพบว่า กฎนี้ไม่สามารถใช้ได้กับปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งมวลของสารที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์จะน้อยกว่ามวลของสารก่อนทำปฏิกิริยา โดยมวลที่สูญหายไปจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจำนวนมหาศาล ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ที่เสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งได้กล่าวถึงมวลและพลังงานไว้ว่า มวลและพลังงานแปรเปลี่ยนสภาพเข้าหากันได้ในภาวะที่เหมาะสมตามสมการ E = mc2 เมื่อ E เป็นพลังงานมีหน่วยเป็นจูล, m เป็นมวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม, c เป็นความเร็วแสงมีค่าเท่ากับ 3 X 108 เมตรต่อวินาที จากการที่พบว่ามวลและพลังงานสามารถเปลี่ยนจากสภาพหนึ่งไปยังอีกสภาพหนึ่งได้นั้น ขัดกับกฎทรงมวลเดิมที่ว่า มวลไม่สามารถสร้างใหม่หรือทำให้สูญหายได้ ต่อมากฎทรงมวลนี้ได้ถูกเปลี่ยนเป็นกฎทรงมวลและพลังงาน (Law of Conservation of Mass - Energy) ซึ่งกล่าวว่า “the total amount of mass and energy in the universe is constant : ผลรวมระหว่างมวลและพลังงานในจักรวาลเป็นค่าคงที่” ซึ่งหมายถึง “มวลและพลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สูญหายและมีอยู่เท่าเดิม แต่สามารถแปรเปลี่ยนจากสภาพหนึ่งไปอีกสภาพหนึ่งได้”
ถึงแม้ว่ากฎ จะเป็นหลักการที่มีความสัมพันธ์ระหว่างเหตุกับผล และเขียนเป็นสมการแทนได้ แต่กฎไม่สามารถอธิบายให้เข้าใจได้ว่า ทำไมความสัมพันธ์ระหว่างเหตุกับผลจึงเป็นเช่นนั้น สิ่งที่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ภายในตัวกฎได้ก็คือ ทฤษฏี ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป
6) ทฤษฏี (Theories)
ทฤษฎี คือ ความเห็น ลักษณะที่คิด คาดเอาตามหลักวิชาการเพื่อเสริมเหตุผล และรากฐานให้แก่ปรากฏการณ์หรือข้อมูลในภาคปฏิบัติ ซึ่งเกิดขึ้นมาอย่างมีระเบียบ (ราชบัณฑิตยสถาน, 2542)
ทฤษฎี เป็นความรู้วิทยาศาสตร์ประเภทหนึ่ง มีลักษณะเป็นข้อความที่ใช้ในการอธิบายข้อเท็จจริง หลักการ และกฎต่างๆ หรือกล่าวได้ว่า ทฤษฏีเป็นข้อความที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ทั้งหลาย (สุโขทัยธรรมาธิราช, 2541 : 30)
ในการแสวงหาความจริงของนักวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ใช้การสังเกตการสรุปรวมข้อมูล การคาดคะเนซึ่งทำให้เกิดความรู้วิทยาศาสตร์ต่างๆ ตั้งแต่ข้อเท็จจริง หลักการ สมมติฐาน และกฎ แต่การจะรู้แต่เพียงว่าข้อเท็จจริงหรือหลักการเกี่ยวกับสิ่งใดสิ่งหนึ่งเป็นอย่างไร เท่านั้นยังไม่พอ นักวิทยาศาสตร์จะต้องสามารถอธิบายข้อเท็จจริงหรือหลักการนั้นได้ด้วยว่า ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามสร้างแบบจำลอง (model) ขึ้น และเขียนคำอธิบายกว้างๆเกี่ยวกับสิ่งนั้น โดยที่คิดว่าแบบจำลองที่สร้างขึ้นจะใช้อธิบายข้อเท็จจริงย่อยในขอบเขตที่เกี่ยวข้องนั้นได้และสามารถทำนายปรากฏการณ์ที่ยังไม่เคยพบในขอบเขตของแบบจำลองนั้นได้ เราเรียกแบบจำลองที่สร้างขึ้นนี้ว่า ทฤษฎี (สุโขทัยธรรมาธิราช, 2541 : 30)
ความสัมพันธ์ระหว่างทฤษฎีกับกฎ กฎนั้นอธิบายโดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่างเหตุกับผลเป็นหลัก คือบอกได้แต่เพียงว่าผลที่ปรากฏให้เห็นนี้มีสาเหตุอะไร หรือเหตุกับผลสัมพันธ์กันอย่างไร แต่ไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ส่วนทฤษฎีนั้นสามารถอธิบายความสัมพันธ์ในกฎได้ เช่น “ถ้าเอาขั้วแม่เหล็กที่เหมือนกันมาวางใกล้กันมันจะผลักกันแต่ถ้าขั้วต่างกันมันจะดูดกัน” นี่คือความสัมพันธ์ที่อยู่ในรูปของกฎ ถ้าจะถามว่าทำไมขั้วแม่เหล็กเหมือนกันจึงผลักกัน การอธิบายความสัมพันธ์นี้ต้องใช้ทฤษฏีโมเลกุลแม่เหล็กมาอธิบายจึงจะเข้าใจ (เพียร ซ้ายขวัญ, 2536 : 15)
