Hvordan utvikler fysikken objektiv kunnskap?

Transkript

1 Hvordan utvikler fysikken objektiv kunnskap? Det viktigste formålet med fysikken og de andre naturvitenskapene er å skaffe til veie objektiv kunnskap om naturen. Objektiv kunnskap eller erkjennelse om naturen vil her si at kunnskapen kan etterprøves, og at den er uavhengig av personen som formulerte den. Subjektiv kunnskap, derimot, er knyttet til enkeltmennesker og trenger ikke å bli kontrollert av andre. Ladningen til et elektron er et eksempel på objektiv kunnskap. Den blir målt til samme verdi uavhengig av hvor i verden elektronet er, når på dagen ladningen blir målt, og hvilken fysiker som utfører målingen. Vi sier at kunnskapen om elektronets ladning er objektiv. Andre former for erkjennelse, f.eks. av kunst og moral, er ikke objektive, men relative og omskiftelige. Forskersamfunnets idealer Fysikkens historie har vist oss hvordan nye teorier har erstattet andre eller kommet i tillegg til tidligere teorier. De greske filosofene skiftet ut fortellinger om gudene og deres aktiviteter med en naturalistisk forklaring på naturfenomener. Galilei erstattet Aristoteles bevegelseslære med bevegelseslikninger, Copernicus gjorde at det heliosentriske verdensbildet kom i stedet for det geosentriske, og Maxwell utviklet en teori for fenomener som fysikken tidligere ikke hadde hatt noen teoretisk forklaring på. I tillegg til at fysikken på 1600-tallet etablerte et nytt verdensbilde, ble en ny forskningstradisjon grunnlagt. Det var særlig Galilei som innførte en ny metode for naturvitenskapelig forskning. Det nye var at eksperimenter avgjør om en hypotese eller en teori er en god beskrivelse av naturen. Metoden krever også at eksperimenter må beskrives nøyaktig slik at også andre forskere kan utføre dem. Men veien fra eksperimenter og observasjoner til objektiv kunnskap er ikke lett. Forskerens konklusjoner kan være farget av hans forventninger, fordommer og interesser. Dermed er en forsker i seg selv ingen kilde til objektiv kunnskap. Et eksempel på det er et eksperiment som R. Millikan gjorde i Etter ti års arbeid klarte han å måle sammenhengen mellom frekvensen til lys som ble sendt mot en metallplate, og den kinetiske energien som elektronene forlot metallet med, se side 38. Målet var å vise at Einsteins fotonteori var feil. Men Einsteins formel for fotoelektrisk effekt stemte perfekt med Millikans resultater. Millikan kunne likevel ikke tro at fotoner var virkelige, og han skrev at selv om Einsteins teori stemmer med alle data, vil han fortsatt betrakte fotonteorien som uholdbar. For Millikan var det utenkelig at lysenergien var kvantisert, og han lot seg ikke overbevise av resultatene fra sine egne eksperimenter. / RSTnett 1

2 Det har også hendt at selv dyktige forskere har iakttatt ting som ikke fins. Det er heller ikke sjeldent at forskere er uenige om hvordan de skal tolke resultatene. Et svært viktig prinsipp i den naturvitenskapelige forskningen er derfor at eksperimentene må kunne gjentas og kontrolleres av andre som helst bruker en annen apparatur. Elektronets ladning kan måles på mange måter, og alle måtene må gi samme resultat for at verdien av ladningen skal kunne regnes som en objektiv sannhet. Ved at andre gjentar eksperimenter eller gjør målinger på andre måter, sikrer vi oss objektive resultater. Men det fins jo forhold og hendelser som vi ikke kan kontrollere ved eksperimenter. Eksempler på det er Kjempesmellet, en supernovaeksplosjon, solas indre, global oppvarming, vulkansk aktivitet eller nordlys. For å få innsikt i slike fenomener kan forskerne forsøke å simulere dem på laboratoriet og/eller ved hjelp av datamaskiner. Kristian Birkeland studerte nordlys ved å konstruere en magnetisk minijord på størrelse med en baskeball som han så plasserte i en lufttom boks og bombarderte med elektroner. Ved polene observerte han da lys som liknet på nordlys. Dette tolket han som en styrking av sin hypotese om at opphavet til nordlys er elektroner fra sola som kommer inn mot jorda og følger magnetiske feltlinjer mot polene. Solas indre kan vi ikke studere på denne måten, men vi kan lage matematiske modeller som datamaskiner «eksperimenterer» med. Det er svært viktig i prosessen fram mot kunnskap om naturen at vitenskapelige resultater er offentlig kjent, og at forskerne kritisk etterprøver ethvert vitenskapelig resultat. Åpenhet, toleranse og frihet er idealer i vitenskapens verden. Men forteller disse idealene hvordan det virkelig går for seg i den beinharde konkurransen mellom forskerne? Nei, det gjør de nok ikke. Hele tida blir reglene overtrådt av enkeltforskere. Akkurat som i idretten, der utøvere tyr til doping for å vinne, vil noen forskere ty til fusk for å oppnå anerkjennelse. Da er det ikke enkeltutøvere i idretten som sikrer rettferdighet, men idrettsorganisasjonene. De har straffereaksjoner som sørger for at utøvere som blir tatt for fusk, blir utestengt. På samme måte er idealene for vitenskapelig forskning retningslinjer for forskersamfunnet som sosial institusjon og ikke nødvendigvis en beskrivelse av den enkelte forskers oppførsel. The American Physical Society har formulert disse forskersamfunnets idealer på denne måten (den engelske teksten står på side 158): Naturvitenskap er en systematisk virksomhet for å samle kunnskap om universet og organisere og konsentrere denne kunnskapen i lover og teorier som kan etterprøves. Naturvitenskapens suksess og troverdighet er forankret i naturforskerens vilje til å 1. utsette sine ideer og resultater for uavhengig testing og etterprøving av andre naturforskere. Dette forutsetter fullstendig og åpen utveksling av data, framgangsmåter og materiale / RSTnett 2

3 2. gå vekk fra eller modifisere aksepterte konklusjoner når en blir konfrontert med mer fullstendig eller pålitelig eksperimentell erfaring Ved å holde seg til disse prinsippene får naturviterne en mekanisme for selvkorreksjon som er grunnlaget for naturvitenskapens troverdighet. Den hypotetisk-deduktive metoden En vitenskapelig metode som har som mål å oppnå objektiv kunnskap om naturen, er den hypotetisk-deduktive metoden. Den bygger på de idealene for forskersamfunnet som vi har omtalt. Her ser vi på hovedtrekkene i denne metoden. 1 Formuler hva problemet er. Hvilke fenomener er det som skal beskrives eller forklares? 2 Sett opp en gjetning en hypotese om svaret (forklaringen) på punkt 1. Denne fornuftige gjetningen bygger ofte på foreløpige observasjoner og/eller eksperimenter eller teori. 3 Utarbeid konsekvenser av hypotesen. Hva fører for eksempel hypotesen til av resultater eller fenomener som ennå ikke er observert eller undersøkt? 4 Test konsekvensene gjennom nye eksperimenter eller observasjoner. Resultatene her kan føre til at hypotesen må revideres eller kanskje forkastes helt. En ny runde med punkt 2 og 3 blir da nødvendig. 5 Formuler på enklest mulig måte en generell lov eller regel som inneholder hypotesen og konsekvensene. Figuren nedenfor gir en oppsummering av den hypotetisk-deduktive metoden. Den viser hvordan vi gjør observasjoner i den virkelige Verden og prøver ut konsekvensene av våre hypoteser. Dette er en gjentegning av en figur som Einstein brukte i et brev til en venn. Med denne figuren prøver Einstein å forklare hvordan han selv arbeider med problemer i fysikken. Einsteins figur kan stå som en illustrasjon av den vitenskapelige arbeidsmåten som Galilei anbefalte. / RSTnett 3

4 Modell Teori Teorier, lover og modeller Når fysikere står overfor noe som det ikke er mulig å gi en eksakt beskrivelse av med de begrepene de er fortrolige med, lager de et bilde eller en modell av fenomenet. Modellen blir en slags beskrivelse. Den viser de spesielle egenskapene som er observert, ved å framheve bestemte, viktige trekk. Når vi bruker ordet modell i en slik sammenheng, mener vi at det fenomenet som skal forklares, i visse grunnleggende trekk likner på noe vi kjenner godt til fra et annet erfaringsområde. Hensikten med en modell er ofte å gi oss et mentalt bilde som vi kan holde oss til når vi ikke direkte kan se hva som foregår. Et eksempel på det er bølgemodellen for lys. En annen og viktig hensikt med en modell er å finne fram til tjenlige begreper, f.eks. frekvens og bølgelengde i vårt eksempel med bølgemodellen. Ikke så sjelden blir ordene modell og teori brukt litt om hverandre. Som regel er en teori f.eks. den fullt utbygde bølgeteorien for lys et omfattende sett med velprøvde hypoteser og kunnskaper som dekker en stor del av egenskapene ved fenomenet. En teori i fysikken er ofte formulert i et presist matematisk språk slik at det blir lettest mulig å sammenlikne teorien med resultatene av eksperimenter. Teorier i fysikken er vanligvis ikke formulert en gang for alle. Det vanlige er at de blir utvidet og forbedret etter hvert som nye observasjoner og bedre tester kommer til. Av og til må også større eller mindre deler av en teori forkastes på grunn av nye observasjoner som ikke er i samsvar med teorien. Med en lov i fysikken mener vi som regel en naturlov. Er en naturlov en lov som gjelder absolutt i naturen, en lov alle må akseptere fordi den er bevist? Som vi har sett i historien om utviklingen av fysikken, er forskerne stadig på jakt etter klare beskrivelser av naturfenomener. Dersom de finner en form for lovmessighet eller regelmessighet, kan de uttrykke den i en lov. Hvis loven som blir satt fram, blir akseptert og får allmenn tilsutning, kan den bli kalt en naturlov. Men det er ikke snakk om en lovmessighet som forskerne er kommet fram til på grunnlag av bevis. En naturlov må ikke forstås som en evigvarende sannhet, men som et utrykk for en den erkjennelsen og innsikten vi har i dag. Eksempler på lover i fysikken kan være Ohms lov, gasslovene, brytningsloven for lys som går fra ett stoff til et annet, Newtons 2. lov, gravitasjonsloven, osv. Einsteins relativitetsteorier viste at Newtons 2. lov ikke gir riktig sammenheng mellom kraft og akselerasjon når farten nærmer seg lysfarten. Vi kaller likevel Newtons 2. lov for en lov, selv om vi vet at den har et begrenset gyldighetsområde. Vi bruker den for eksempel til å beregne banen til en satellitt rundt jorda, beregne massen til planeten Mars, regne ut bremselengden for en bil og finne ut hvilke krefter som virker på vann og tøy i sentrifugen i en vaskemaskin. / RSTnett 4

5 Naturvitenskapenes muligheter og begrensinger Tro og tvil i naturvitenskapen Når det gjelder politiske og religiøse ideer, kan vi tro på dem eller la være å tro på dem uten at vi trenger å begrunne vårt standpunkt. I naturvitenskapen forholder det seg ikke slik. Jeg kan ikke si at jeg tror at formelen for vann er HO, selv om jeg aldri så mye kunne ønske at det var slik. Eksperimenter viser nemlig at formelen for vann er H 2 O. Vi kan likevel høre forskere snakke om sin tro på en bestemt teori på en måte som kan likne på religiøs språkbruk. Men hvis eksperimenter viser at teorien ikke stemmer, nytter det ikke å vise til sin tro. En forsker som gjør det, vil ikke bli tatt seriøst. Derimot vil tro og tvil normalt spille en viktig rolle i den prosessen som fører forskeren fram til en hypotese. Også innenfor områder som ikke kan eller som vanskelig kan undersøkes eksperimentelt, er tro og tvil med på å avgjøre hvordan den enkelte forsker stiller seg til forskjellige teorier. Paravitenskapelige fenomener Hvordan forholder naturvitenskapen seg til det vi kaller alternativ vitenskap? Hvorfor avviser astronomer astrologi uten at de selv har studert astrologi? Hvorfor avviser fysikere telekinese bevegelser av gjenstander ved tankens hjelp uten å interessere seg for at mange hevder at de har erfart fenomenet? Såkalte paravitenskapelige fenomener, som telekinese er et eksempel på, er fenomener som ikke kan forklares ut fra eksisterende fysikkteorier. Disse fenomenene er ofte knyttet til psykiske krefter som enkelte mennesker sies å være i besittelse av. Mange troverdige mennesker hevder å ha erfart slike fenomener, og de beklager at fysikere avviser dem med at fenomenene ikke kan eksistere fordi de strider mot fysikkens lover. Men det er ikke slik at et fenomen blir virkelig fordi om mange har observert det. En tryllekunstner kan få ting til å forsvinne eller sveve i lufta framfor hundrevis av tilskuere. Mange paravitenskapelige fenomener er blitt avslørt som svindel og kan ikke forklares rett og slett fordi de ikke eksisterer. Men det er også mange fenomener som er en utfordring for naturvitenskapen, og hvordan skal vi klare å skille den fantastiske virkeligheten fra den fantastiske bløffen? Selv om et fenomen strider mot dagens fysikklover, er ikke det tilstrekkelig til å avvise fenomenet som ikke-eksisterende. Det kan jo tenkes at en framtidig teori kan beskrive fenomenet. Burde ikke fysikere være mer interessert i paravitenskapelige fenomener? Grunnen til at få velger å studere slike fenomener, er nok at det ikke tjener karrieren som forsker, og at påstander om forskjellige paravitenskapelige fenomener er svært mange og omfattende. Fins det en alternativ naturvitenskap? Noen kritiserer naturvitenskapen for at den ignorerer den åndelige verden når den begrenser seg til å studere det fysiske og målbare. De ønsker en alternativ naturvitenskap som har plass til åndelige og religiøse aspekter for å få med helheten i menneskenes tilværelse. / RSTnett 5

6 Andre hevder at naturvitenskapen har en kapitalistisk tankegang og derfor ikke tjener til folkets beste. Naturvitenskapen får også kritikk av moralsk og filosofisk art, f.eks. at den er reduksjonistisk i sitt vesen. Det betyr at en prøver å forstå en kompleks virkelighet ved å forenkle den og studere delene hver for seg. Det kalles for eksempel reduksjonisme hvis man hevder at alt biologisk liv kan forstås hvis man bare forstår de grunnlegende kjemisk prosessene. Dette er noen av grunnene til at enkelte ønsker å etablere en alternativ naturvitenskap som skiller seg fra den etablerte i sitt grunnlag og i sin form for naturerkjennelse. Mange har forsøkt dette, og felles for forslagene er at de ikke anerkjenner vitenskapens metoder og ideer om objektiv kunnskap. I stedet ønsker de erkjennelsen skal bygge på innlevelse, helhet og samspill med naturen. Men ingen har lyktes i å utvikle en alternativ måte å oppnå kunnskap om naturen på. Hvis den fins, så er den ennå ikke oppdaget. / RSTnett 6