In the philosophy of science, underdetermination or the underdetermination of theory by data (sometimes abbreviated UTD) is the idea that evidence available to us at a given time may be insufficient to determine what beliefs we should hold in response to it. The underdetermination thesis says that all evidence necessarily underdetermines any scientific theory.

Underdetermination exists when available evidence is insufficient to identify which belief one should hold about that evidence. For example, if all that was known was that exactly $10 were spent on apples and oranges, and that apples cost $1 and oranges $2, then one would know enough to eliminate some possibilities (e.g., 6 oranges could not have been purchased), but one would not have enough evidence to know which specific combination of apples and oranges were purchased. In this example, one would say that belief in what combination was purchased is underdetermined by the available evidence.

In contrast, overdetermination in philosophy of science means that more evidence is available than is necessary to justify a conclusion.

Origin
Ancient Greek skeptics argued for equipollence, the view that reasons for and against claims are equally balanced. This captures at least one sense of saying that the claims themselves are underdetermined.

Underdetermination, again under different labels, arises in the modern period in the work of René Descartes. Among other skeptical arguments, Descartes presents two arguments involving underdetermination. His dream argument points out that experiences perceived while dreaming (for example, falling) do not necessarily contain sufficient information to deduce the true situation (being in bed). He concluded that since one cannot always distinguish dreams from reality, one cannot rule out the possibility that one is dreaming rather than having veridical experiences; thus the conclusion that one is having a veridical experience is underdetermined. His demon argument posits that all of one's experiences and thoughts might be manipulated by a very powerful and deceptive "evil demon". Once again, so long as the perceived reality appears internally consistent to the limits of one's limited ability to tell, the situation is indistinguishable from reality and one cannot logically determine that such a demon does not exist.

Underdetermination and evidence
To show that a conclusion is underdetermined, one must show that there is a rival conclusion that is equally well supported by the standards of evidence.  A trivial example of underdetermination is the addition of the statement "whenever we look for evidence" (or more generally, any statement which cannot be falsified). For example, the conclusion "objects near earth fall toward it when dropped" might be opposed by "objects near earth fall toward it when dropped but only when one checks to see that they do." Since one may append this to any conclusion, all conclusions are at least trivially underdetermined.  If one considers such statements to be illegitimate, e.g. by applying Occam's Razor, then such "tricks" are not considered demonstrations of underdetermination.

This concept also applies to scientific theories: for example, it is similarly trivial to find situations that a theory does not address. For example, classical mechanics did not distinguish between non-accelerating reference frames. As a result, any conclusion about such a reference frame was underdetermined; it was equally consistent with the theory to say that the solar system is at rest, as it is to say that it moves at any constant velocity in any particular direction. Newton himself stated that these possibilities were indistinguishable. More generally, evidence may not always be sufficient to distinguish between competing theories (or to determine a different theory that will unify both), as is the case with general relativity and quantum mechanics.

Another example is provided by Johann Wolfgang von Goethe's Theory of Colours: "Newton believed that with the help of his prism experiments, he could prove that sunlight was composed of variously coloured rays of light. Goethe showed that this step from observation to theory is more problematic than Newton wanted to admit. By insisting that the step to theory is not forced upon us by the phenomena, Goethe revealed our own free, creative contribution to theory construction. And Goethe's insight is surprisingly significant, because he correctly claimed that all of the results of Newton's prism experiments fit a theoretical alternative equally well. If this is correct, then by suggesting an alternative to a well-established physical theory, Goethe developed the problem of underdetermination a century before Duhem and Quine's famous argument." (Mueller, 2016) Hermann von Helmholtz says of this, "And I for one do not know how anyone, regardless of what his views about colours are, can deny that the theory in itself is fully consequent, that its assumptions, once granted, explain the facts treated completely and indeed simply".

Experimental violations of Bell inequality show, that there are some limitations to underdetermination – every theory exhibiting local realism and statistical independence was disproved by this tests. Analogus limitations follow from Kochen–Specker experiments. These tests employ only correlations between results of measurements and therefore are able to bypass the issue of theory-ladenness of observation.

Arguments involving underdetermination
Arguments involving underdetermination attempt to show that there is no reason to believe some conclusion because it is underdetermined by the evidence.  Then, if the evidence available at a particular time can be equally well explained by at least one other hypothesis, there is no reason to believe it rather than the equally supported rival, which can be considered observationally equivalent (although many other hypotheses may still be eliminated).

Because arguments involving underdetermination involve both a claim about what the evidence is and that such evidence underdetermines a conclusion, it is often useful to separate these two claims within the underdetermination argument as follows:
All the available evidence of a certain type underdetermines which of several rival conclusions is correct.
Only evidence of that type is relevant to believing one of these conclusions.
Therefore, there is no evidence for believing one among the rival conclusions.
The first premise makes the claim that a theory is underdetermined. The second says that rational decision (i.e. using available evidence) depends upon insufficient evidence.

Epistemological problem of the indeterminacy of data to theory
Any phenomenon can be explained by a multiplicity of hypotheses.  How, then, can data ever be sufficient to prove a theory?  This is the "epistemological problem of the indeterminacy of data to theory".

The poverty of the stimulus argument and W.V.O. Quine's 1960 'Gavagai' example are perhaps the most commented variants of the epistemological problem of the indeterminacy of data to theory.

General skeptical arguments
Some skeptical arguments appeal to the fact that no possible evidence could be incompatible with 'skeptical hypotheses' like the maintenance of a complex illusion by Descartes' evil demon or (in a modern version) the machines who run the Matrix. A skeptic may argue that this undermines any claims to knowledge, or even (by internalist definitions), justification.

Philosophers have found this argument very powerful. Hume felt it was unanswerable, but observed that it was in practice impossible to accept its conclusions. Influenced by this, Kant held that while the nature of the 'noumenal' world was indeed unknowable, we could aspire to knowledge of the 'phenomenal' world. A similar response has been advocated by modern anti-realists.

Underdetermined ideas are not implied to be incorrect (taking into account present evidence); rather, we cannot know if they are correct.

Philosophy of science
In the philosophy of science, underdetermination is often presented as a problem for scientific realism, which holds that we have reason to believe in entities that are not directly observable talked about by scientific theories.  One such argument proceeds as follows (to be compared to the previous one):  
All the available observational evidence for such entities underdetermines the claims of a scientific theory about such entities.
Only the observational evidence is relevant to believing a scientific theory.
Therefore, there is no evidence for believing what scientific theories say about such entities.

Particular responses to this argument attack both the first and the second premise (1 and 2).  It is argued against the first premise that the underdetermination must be strong and/or inductive. It is argued against the second premise that there is evidence for a theory's truth besides observations; for example, it is argued that simplicity, explanatory power or some other feature of a theory is evidence for it over its rivals.

A more general response from the scientific realist is to argue that underdetermination is no special problem for science, because, as indicated earlier in this article, all knowledge that is directly or indirectly supported by evidence suffers from it—for example, conjectures concerning unobserved observables. It is therefore too powerful an argument to have any significance in the philosophy of science, since it does not cast doubt uniquely on conjectured unobservables.

See also
 Poverty of the stimulus
 Reference class problem
 Scientific method
 Instrumentalism
 Confirmation holism
 Equifinality
 Metaphysics
 Occam's razor
 Observational equivalence
 Overdetermination
 Philosophical skepticism

Notes and references

External links
Underdetermination and the Claims of Science by P. D. Magnus

Concepts in epistemology
Concepts in the philosophy of science
Evidence
과학 철학에서 데이터에 의한 이론의 과소결정은 주어진 시간에 우리가 사용할 수 있는 증거가 그에 대한 응답으로 어떤 믿음을 유지해야 하는지 결정하기에 불충분할 수 있다는 생각이다. 증거가 과학적 이론을 과소 결정한다고 말한다.

과소결정은 이용 가능한 증거가 그 증거에 대해 어떤 믿음을 가져야 하는지를 식별하기에 불충분할 때 존재한다. 예를 들어, 알려진 모든 것이 사과와 오렌지에 정확히 10달러가 소비되었고 사과는 1달러이고 오렌지는 2달러라는 것뿐이라면 일부 가능성을 제거하기에 충분할 것이다(예: 6개의 오렌지는 구입할 수 없었음). 어떤 특정 조합의 사과와 오렌지를 구입했는지 알 수 있는 충분한 증거가 없을 것이다. 이 예에서 어떤 조합이 구매되었는지에 대한 믿음은 사용 가능한 증거에 의해 과소 결정된다고 말할 수 있다.

르네 데카르트의 작업에서 현대에 다시 다른 레이블로 과소결정이 발생한다. 다른 회의적인 주장 중에서 데카르트는 과소결정과 관련된 두 가지 주장을 제시한다. 그의 꿈 논증은 꿈을 꾸는 동안 지각된 경험(예를 들어, 넘어짐)이 반드시 실제 상황(침대에 있는 것)을 추론하기에 충분한 정보를 포함하지 않는다는 점을 지적한다. 그는 꿈과 현실을 항상 구별할 수는 없기 때문에 실제 경험보다는 꿈일 가능성을 배제할 수 없다고 결론지었다. 따라서 실제 경험이 있다는 결론은 과소 결정된다. 그의 악마 주장은 모든 경험과 생각이 매우 강력하고 기만적인 "악마"에 의해 조작될 수 있다고 가정한다. 다시 한 번, 지각된 현실이 자신의 제한된 말하기 능력의 한계와 내적으로 일치하는 것처럼 보이는 한, 상황은 현실과 구별할 수 없으며 그러한 악마가 존재하지 않는다고 논리적으로 결정할 수 없다.

결론이 과소결정되었다는 것을 보여주기 위해서는 증거의 표준에 의해 동등하게 잘 뒷받침되는 경쟁적 결론이 있다는 것을 보여주어야 한다. 과소 결정의 사소한 예는 "증거를 찾을 때마다"(또는 더 일반적으로 위조 될 수 없는 모든 진술)라는 문구를 추가하는 것이다. 예를 들어, "지구 근처에 있는 물체는 떨어뜨렸을 때 그 쪽으로 떨어진다"라는 결론은 "떨어졌을 때 지구 근처에 있는 물체가 지구 쪽으로 떨어지지만, 그것이 떨어지는 것을 확인하는 경우에만"이라는 결론과 반대될 수 있다. 이것을 어떤 결론에 추가할 수 있기 때문에 모든 결론은 최소한 사소한 부분에서 과소결정된다. 예를 들어 오컴의 면도날를 적용하여 그러한 진술이 불법으로 간주되는 경우 그러한 "속임수"는 과소 결정의 증거로 간주되지 않다.

이 개념은 과학적 이론에도 적용된다. 예를 들어, 이론이 다루지 않는 상황을 찾는 것도 마찬가지로 간단한다. 예를 들어, 고전 역학은 비가속 기준 좌표계를 구분하지 않았다. 결과적으로 그러한 기준 프레임에 대한 결론은 과소 결정되었다. 태양계가 정지해 있다고 말하는 것은 이론과 동일하게, 특정 방향으로 일정한 속도로 움직인다고 말하는 것이다. 뉴턴 자신은 이러한 가능성을 구별할 수 없다고 말했다. 더 일반적으로, 일반 상대성 이론과 양자 역학의 경우와 같이 증거가 항상 경쟁 이론을 구별하기에 충분하지 않을 수 있다(또는 둘 다를 통합할 다른 이론을 결정하기 위해).

과소 결정과 관련된 주장은 증거에 의해 과소 결정되기 때문에 어떤 결론을 믿을 이유가 없음을 보여주려고 시도한다. 그런 다음 특정 시간에 사용할 수 있는 증거가 적어도 하나의 다른 가설에 의해 동등하게 잘 설명될 수 있다면 관찰적 으로 동등하다고 간주될 수 있는 동등하게 지지되는 경쟁자보다 그것을 믿을 이유가 없다(많은 다른 가설이 여전히 동일할 수 있지만 제거).

과소결정과 관련된 논증은 증거가 무엇인지에 대한 주장과 그러한 증거가 결론을 과소결정한다는 주장 모두를 포함하기 때문에 다음과 같이 과소결정 논증 내에서 이 두 주장을 분리하는 것이 종종 유용한다.

 특정 유형의 사용 가능한 모든 증거는 여러 경쟁적 결론 중 어느 것이 정확한지 과소 결정한다.
 그러한 유형의 증거만이 이러한 결론 중 하나를 믿는 것과 관련이 있다.
 따라서 경쟁적 결론 중 하나를 믿는다는 증거는 없다.

첫 번째 전제는 이론이 과소결정되었다는 주장을 한다. 두 번째는 합리적인 결정(즉, 이용 가능한 증거를 사용하는 것)이 불충분한 증거에 달려 있다고 말한다.

모든 현상은 다양한 가설로 설명될 수 있다. 그렇다면 어떻게 데이터가 이론을 증명하기에 충분할 수 있는가? 이것이 "이론에 대한 데이터의 불확정성의 인식론적 문제"이다.

일부 회의적인 주장은 데카르트의 사악한 악마 또는 (현대 버전에서) 매트릭스를 실행하는 기계에 의한 복잡한 환상의 유지와 같은 '회의적 가설'과 양립할 수 없는 가능한 증거가 없다는 사실에 호소한다. 회의론자는 이것이 지식에 대한 모든 주장 또는 심지어 (내재주의적 정의에 따라) 정당화를 훼손한다고 주장할 수 있다.

철학자들은 이 주장이 매우 강력하다는 것을 발견했다. 흄은 그것이 대답할 수 없다고 느꼈지만, 실제로 그 결론을 받아들이는 것은 불가능하다고 보았다. 이것의 영향을 받아 칸트는 우리는 ' 현상적' 세계에 대한 지식을 열망할 수 있다고 주장했다. 현대 반실재론도 비슷한 반응을 내놓았다.

과학 철학에서 과소 결정은 종종 과학적 실재론에 대한 문제로 제시되는데, 이는 우리가 과학적 이론에 의해 이야기되는 직접 관찰할 수 없는 실체를 믿을 이유가 있다고 주장한다. 그러한 주장 중 하나는 다음과 같이 진행된다(이전 주장과 비교).

 그러한 실체에 대해 이용 가능한 모든 관측 증거는 그러한 실체에 대한 과학적 이론의 주장을 과소 결정한다.
 관찰 증거만이 과학적 이론을 믿는 것과 관련이 있다.
 따라서 과학적 이론이 그러한 실체에 대해 말하는 것을 믿을 수 있는 증거는 없다.

이 주장에 대한 특별한 반응은 첫 번째와 두 번째 전제(1과 2)를 모두 공격한다. 과소결정은 강하고 그리고/또는 귀납적이어야 한다는 첫 번째 전제에 반대하여 주장된다. 관찰 외에 이론의 참에 대한 증거가 있다는 두 번째 전제에 반대하여 주장된다. 예를 들어, 단순성, 설명력 또는 이론의 다른 특징은 경쟁자에 대한 증거라고 주장한다.

과학적 실재론의 보다 일반적인 반응은 증거에 의해 직접 또는 간접적으로 뒷받침되는 모든 지식이 과소결정이 과학에 특별한 문제가 아니라고 주장하는 것이다. 따라서 과학철학에서 어떤 의미를 갖기에는 너무 강력한 논증이다. 왜냐하면 그것은 추측된 관찰할 수 없는 것에 대해 유일하게 의심을 던지지 않기 때문이다.

각주 

증거
과학철학
인식론