На теоретическом уровне помимо эмпирических фактов требуются понятия, которые создаются заново или берутся из других (преимущественно ближайших) разделов науки. В данном случае это понятия массы и силы, которые были для И. Ньютона основными при выведении законов механики. Эти понятия должны быть определены и представлены в краткой форме в виде слов (называемых в науке терминами) или знаков (в том числе математических), которые имеют каждый строго фиксированное значение.
«Эмпирическое обобщение опирается на факты, индуктивным путем собранные, не выходя за их пределы и не заботясь о согласии или несогласии полученного вывода с другими существующими представлениями о природе… При гипотезе принимается во внимание какой-нибудь один или несколько важных признаков явления и на основании только их строится представление о явлении, без внимания к другим его сторонам. Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших основой для ее построения».[17]
При выдвижении какой-либо гипотезы принимается во внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и некоторые методологические принципы, получившие название критериев простоты, красоты, экономии мышления и т. п. «Я считаю, как и Вы, – говорил В. Гейзенберг А. Эйнштейну, – что простота природных законов носит объективный характер, что дело не только в экономии мышления. Когда сама природа подсказывает математические формы большой красоты и простоты, – под формами я подразумеваю здесь замкнутые системы основополагающих постулатов, аксиом и т. п., – формы, о существовании которых никто еще не подозревал, то поневоле начинаешь верить, что они „истинны“, т. е. что они выражают реальные черты природы».[18]
После выдвижения определенной гипотезы (научного предположения, объясняющего причины данной совокупности явлений) исследование опять возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. Надо иметь в виду, что проверяется не гипотеза в целом (проверка в целом невозможна именно потому, что гипотеза выходит за рамки эмпирического уровня), а следствия, дедуктивно извлекаемые из нее. Эти следствия должны обладать двумя особенностями: быть новыми, полученными из данной, претендующей на статус теории гипотезы, и быть доступными эмпирической проверке. По отношению к закону всемирного тяготения это будет вывод о существовании неизвестной прежде планеты, а, скажем, по отношению к периодической системе элементов Д.И. Менделеева – вывод о существовании неизвестных прежде химических элементов. На вопрос, как смог Д.И. Менделеев предсказать на основе периодической системы эти элементы и их свойства, каждый студент сможет ответить сам, немного подумав. При проверке научной гипотезы должны проводиться новые эксперименты, задающие природе новые вопросы, исходя из сформулированной гипотезы. Цель – проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было известно до ее выдвижения.