Obserwacja – Na początku badacz zauważa zjawisko fizyczne, które może być interesujące i warte zbadania. Obserwacja może być wynikiem wcześniejszej wiedzy, intuicji, lub przypadkowego odkrycia.
Formułowanie hipotezy – Na podstawie obserwacji formułuje się przypuszczenie (hipotezę), które wyjaśnia dane zjawisko lub przewiduje jego zachowanie w określonych warunkach.
Eksperyment – Hipoteza jest następnie testowana w warunkach kontrolowanych. Eksperymenty pozwalają na zbieranie danych i pomiarów, które mogą potwierdzić lub obalić hipotezę.
Analiza wyników – Zebrane dane są analizowane statystycznie i matematycznie. W tym etapie poszukuje się zależności między zmiennymi oraz ewentualnych błędów pomiarowych.
Wnioskowanie – Na podstawie analizy wyników wyciąga się wnioski. Jeśli hipoteza została potwierdzona, może stać się częścią teorii fizycznej. Jeśli nie, konieczne jest jej modyfikowanie lub odrzucenie.
Publikacja wyników – Wyniki badań fizycznych są publikowane w czasopismach naukowych lub prezentowane na konferencjach. To pozwala na ich weryfikację przez innych badaczy.
Powtórzenie eksperymentu – Badania w fizyce są często powtarzane, aby upewnić się, że wyniki są prawidłowe i uniwersalne. Często przeprowadza się je w różnych warunkach, aby zweryfikować ich ogólność.
Kryteria poprawności teorii fizycznej:
Zgodność z eksperymentami – Teoria fizyczna musi być zgodna z wynikami eksperymentów i obserwacji. Wszystkie przewidywania teoretyczne muszą być weryfikowalne doświadczalnie. Jeżeli teoria przewiduje coś, co nie zgadza się z wynikami eksperymentów, zostaje uznana za błędną lub wymaga modyfikacji.
Spójność wewnętrzna – Teoria musi być spójna wewnętrznie, tzn. jej założenia i wnioski nie mogą prowadzić do sprzeczności. Jeśli różne elementy teorii prowadzą do sprzecznych wyników, teoria traci na wiarygodności.
Ogólność – Teoria powinna wyjaśniać szeroki zakres zjawisk i być stosowana do różnych przypadków. Teorie o wąskim zakresie zastosowań (np. tylko w jednym specyficznym przypadku) nie są uznawane za pełne lub ogólnoprzyjęte.
Prostota (zasada oszczędności) – Teoria powinna być jak najprostsza, przy zachowaniu maksymalnej liczby wyjaśnionych zjawisk. To znane jako zasada parsimoni (Ockham's Razor) – teorie o mniejszej liczbie założeń są preferowane, jeśli spełniają te same kryteria eksperymentalne.
Zdolność do przewidywań – Teoria musi umożliwiać formułowanie nowych przewidywań, które mogą zostać zweryfikowane w przyszłości. Dobre teorie pozwalają na przewidywanie nowych zjawisk, które jeszcze nie zostały zaobserwowane, ale które mogą być potwierdzone eksperymentalnie.
Konsystencja z innymi teoriami – Nowa teoria powinna być spójna z już istniejącymi teoriami, zwłaszcza tymi, które zostały potwierdzone w wielu eksperymentach. Często teorie są rozbudowywane lub modyfikowane w celu objęcia szerszego zakresu zjawisk bez sprzeczności z wcześniejszymi teoriami (np. teoria względności z fizyką klasyczną).
Matematyczna precyzyjność – Teoria musi być wyrażona w formie matematycznej, która pozwala na precyzyjne obliczenia i jednoznaczne wnioski. Matematyczna formalizacja pozwala na testowanie teorii w sposób ścisły i obiektywny.
Przewidywalność i testowalność – Teoria musi oferować przewidywania, które mogą być testowane eksperymentalnie. Jeśli przewidywania te są prawdziwe, teoria zostaje potwierdzona. Brak możliwości testowania teorii sprawia, że staje się ona spekulatywna i mniej wartościowa w nauce.
Przykład potwierdzenia teorii:
Teoria względności przewidziała zjawisko ugięcia światła w polu grawitacyjnym, potwierdzone później przez Eddingtona podczas zaćmienia Słońca w 1919 r.