Επαλήθευση και διάψευση στην επιστημονική θεωρία

24-04-2015
 
Submit to FacebookSubmit to TwitterSubmit to Google PlusSubmit to StumbleuponSubmit to Delicious

Στη σημερινή παρουσίαση θέλω να δείξω μέσα από ιστορικά παραδείγματα την διαφορετική λειτουργικότητα επαλήθευσης και διάψευσης όσον αφορά την διατήρηση ή την απόρριψη μιας επιστημονικής θεωρίας.

Ήδη σε προηγούμενο άρθρο παρουσίασα την αιτία αυτής της σημαντικής διαφοροποίησης. Κάθε επιστημονική θεωρία είναι πάντα μια υπόθεση που βάλλεται συνεχώς από τα υπόλοιπα μέλη της επιστημονικής κοινότητας, τα οποία, μέσω της οργάνωσης παρατηρήσεων και πειραμάτων, επιχειρούν να ελέγξουν την αλήθεια της. Είναι η μοίρα κάθε θεωρίας τελικά να υποκύψει, δίνοντας τη θέση της σε μια ισχυρότερη που και αυτή δεν θα μείνει επ' άπειρο στο βάθρο της αλήθειας. Μοιάζει η υποστήριξη μιας θεωρίας με τον μύθο του Σίσυφου, σύμφωνα με τον οποίο, μόλις κατάφερνε να σταθεροποιήσει την πέτρα στην κορυφή ενός λόφου, αυτή έπεφτε από την άλλη πλευρά. Ποια είναι αυτή η αιτία της σισύφειας φύσης της επιστημονικής μεθοδολογίας;

Αν p είναι η επιστημονική υπόθεση και q μια πρόταση που προκύπτει αιτιακά από αυτήν τότε αν κάποιος δείξει, βασισμένος στις εμπειρικές του παρατηρήσεις, ότι η q δεν ισχύει, τότε η θεωρία p πρέπει και αυτή να απορριφθεί ως λανθασμένη. Αντίθετα όσες αληθινές προτάσεις q και να βρίσκουμε, βασισμένες σε παρατηρήσεις και πειράματα, αυτές δεν αποδεικνύουν ποτέ την θεωρία p, απλά την επαληθεύουν (διαδικασία επαλήθευσης), εξ ού και η σισύφεια φύση των επιστημονικών ανακαλύψεων. Θα συμπέραινε τότε κανείς ότι μια θεωρία είναι πολύ εύκολο να ανατραπεί, κι όμως, μελετώντας την ιστορία της επιστήμης, μπορούμε να εντοπίσουμε θεωρίες που άντεξαν όχι μόνο χρόνια αλλά και χιλιετηρίδες ολόκληρες, όπως αυτή του γεωκεντρικού συστήματος του Αριστοτέλη, η οποία κράτησε από το 300 πΧ μέχρι το 1600 μΧ. Δεν είχαν άραγε βρεθεί τρωτά που να την ανέτρεπαν; Ναι, και βέβαια είχαν βρεθεί. Η απάντηση για την μη ανατροπή της δεν είναι η απουσία εντοπισμού προτάσεων q που ενώ έπρεπε να είναι αληθείς είναι τελικά ψευδείς αλλά η μη παραδοχή από την υπόλοιπη επιστημονική κοινότητα του ψεύδους της q που θα συμπαρέσυρε στο βάραθρο και την θεωρία p.

Θα εξετάσουμε δυο πολύ σημαντικές θεωρητικές υποθέσεις και τα ιστορικά γεγονότα που οδήγησαν στην τελική τους απόρριψη, το προαναφερθέν γεωκεντρικό σύστημα και την υπόθεση για την ύπαρξη ενός υπέρλεπτου διαφανούς μέσου, του λεγόμενου αιθέρα, που θεωρείτο απαραίτητος για τη διάδοση των κυμάτων του φωτός.

Θεωρία p1: Οι πλανήτες (συνεπώς και ο ήλιος που θεωρείτο τότε πλανήτης) περιστρέφονται γύρω από ένα ακίνητο κέντρο που ταυτίζεται με τη Γη (Θεωρία Αριστοτέλη, Ίππαρχου, Πτολεμαίου)

Πρόταση q1 που αποτελεί λογική συνέπεια της p1: Η θέση των απλανών αστέρων (των μακρινών αστεριών του ουράνιου θόλου) δεν αλλάζει παρατηρώντας τα σε διαφορετικές εποχές (άνοιξη και φθινόπωρο).

Ο Αρίσταρχος υποστήριξε ότι η θέση των απλανών αστέρων αλλάζει, αλλά η αλλαγή αυτή (που σήμερα αποκαλείται παράλλαξη) είναι τόσο μικρή, που είναι αδύνατο να ανιχνευθεί με το μάτι.

Ο Αρίσταρχος είχε δίκιο. Πράγματι η θέση των απλανών αστέρων μεταβάλλεται λόγω της κίνησης της Γης, καθώς βλέπονται από διαφορετικό σημείο του σύμπαντος. Το ψεύδος όμως της q1 έπρεπε να οδηγήσει και στην άρνηση της p1, την άμεση δηλαδή και πρόωρη απόρριψη του γεωκεντρικού συστήματος. Κι όμως τα εργαλεία της εποχής δεν επαρκούσαν για την εμπειρική επιβεβαίωση της q1, και η απόρριψη του γεωκεντρικού και η υιοθέτηση του ηλιοκεντρικού συστήματος άργησαν 19 αιώνες, όταν πια η χρήση των τηλεσκοπίων επιβεβαίωσε ότι όντως συμβαίνει το φαινόμενο της παράλλαξης.

Θεωρία p2: Υπάρχει ένα υπέρλεπτο υλικό που καλύπτει τα πάντα (ο λεγόμενος αιθέρας), το οποίο είναι ακίνητο, ως προς το οποίο κινείται η περιστρεφόμενη Γη. Ακόμη και να μην είναι ο αιθέρας ακίνητος, παρασύρεται σε ένα μόνο βαθμό από την περιστροφή της Γης, με αποτέλεσμα να συνεχίζει η περιστρεφόμενη Γη να παρουσιάζει σχετική κίνηση ως προς τον αιθέρα (Υπόθεση του Fresnel, 1818).

Πρόταση q2 που αποτελεί λογική συνέπεια της p2: Η ταχύτητα του φωτός κατά την κατεύθυνση της περιστροφής της Γης (από τα δυτικά προς τα ανατολικά) είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του κατά την κατακόρυφη κατεύθυνση (από τα νότια προς τα βόρεια), καθώς στην καθαυτή του ταχύτητα προστίθεται και η ταχύτητα της Γης.

Τα πειράματα των Mickelson-Morley (1881, 1887) δεν έδειξαν την παραμικρή διαφορά μεταξύ αυτών των δυο ταχυτήτων, και ίδιο αποτέλεσμα είχαν και πολλά ακριβέστερα πειράματα κατά τον 20ό αιώνα. Όσοι αποδέχτηκαν την ακρίβεια των πειραμάτων, και αυτή ήταν η πλειοψηφία της επιστημονικής κοινότητας, οδηγήθηκαν στη διάψευση της πρότασης q2 και κατά συνέπεια σε απόρριψη της θεωρίας p2 του Fresnel.

Θεωρία p3: Ο αιθέρας υπάρχει αλλά παρασύρεται εξ ολοκλήρου από κάθε κινούμενο σώμα εντός του, με αποτέλεσμα κανένα σώμα, ούτε η Γη, να παρουσιάζει σχετική κίνηση ως προς τον αιθέρα (Υπόθεση Stokes, 1845)

Πρόταση q3 που αποτελεί λογική συνέπεια της p3: Η ταχύτητα του φωτός παράλληλα και κάθετα προς την κίνηση της Γης, είναι ακριβώς η ίδια.

Η πρόταση q3 ισχύει σύμφωνα με τα πειράματα των Mickelson-Morley, οπότε η θεωρία του Stokes κέρδισε ένα βαθμό επαλήθευσης.

Τρία όμως πειράματα, του Fizeau (1851- όπου το φως εμφανίζει μεγαλύτερη ταχύτητα κατά την φορά ενός κινούμενου υγρού σε σχέση με την ταχύτητά του κατά την αντίθετη φορά), της αστρικής απόκλισης που παρουσιάστηκε από τον Airy (1871- όπου τα αστέρια - στόχοι φαίνονται σε διαφορετικές εποχές από το τηλεσκόπιο με μια μικρή απόκλιση λόγω της μικρής μεταβολής της ταχύτητας περιστροφής της Γης), και πολύ αργότερα του Sagnac (1913 - όπου το φως κινούμενο σε μια κλειστή τροχιά στρεφόμενη γύρω από τον άξονά της, επιστρέφει στην αφετηρία, διανύοντας την ίδια απόσταση σε διαφορετικούς χρόνους) ήρθαν σε σύγκρουση με την πρόταση q3, ακυρώνοντας έτσι οριστικά την εναλλακτική θεωρία p3 του Stokes και επαναφέροντας στο προσκήνιο την θεωρία p2 του Fresnel, με μια παραλλαγή, ως εξής.

Θεωρία p4: Ο αιθέρας υπάρχει και είναι ακίνητος, οπότε η περιστρεφόμενη Γη κινείται ως προς τον αιθέρα (Υπόθεση Lorentz, 1892, 1899, 1904). Οι αποστάσεις όμως και οι χρονικές διάρκειες μετρώνται παραμορφωμένες (συστολή μήκους και διαστολή χρόνου) από ένα κινούμενο παρατηρητή, με αποτέλεσμα το φως, είτε μετράται από ένα κινούμενο παρατηρητή είτε από ένα ακίνητο, να παρουσιάζει την ίδια ταχύτητα. Κατ' αυτό το τρόπο παύει να βρίσκεται σε αντίφαση με την πρόταση q2 που είχε επιβεβαιωθεί τελειωτικά από το πείραμα των Michelson-Morley.

Θεωρία p5: Αν και η θεωρία p4 δεν διαψεύστηκε ποτέ, η υπόθεση του απόλυτου συστήματoς αναφοράς του Lorentz και του συνδεδεμένου με αυτό αιθέρα εγκαταλείφθηκαν οριστικά. Ενώ η συστολή του μήκους και η διαστολή του χρόνου διατηρήθηκαν από τους Einstein - Minkowski και το φως είχε πλέον την ίδια ταχύτητα και ως προς ένα ακίνητο και ως προς ένα κινούμενο παρατηρητή, έχασε κάθε νόημα η διάκριση μεταξύ κινούμενου και ακίνητου συστήματος αναφοράς. Καθώς δεν υπήρχε πλέον απόλυτο ακίνητο σύστημα αναφοράς, ως προς το οποίο να εξετάζεται η κίνηση του υποτιθέμενου αιθέρα, ο αιθέρας πετάχτηκε στο χρονοντούλαπο των άχρηστων επιστημονικών εννοιών. Δεχόμαστε δηλαδή ότι το φως δεν χρειάζεται να έχει κανένα μέσο διάδοσης, έχοντας τη δυνατότητα να διαδίδεται στο απόλυτο κενό (Θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Einstein που ισχύει μέχρι σήμερα).

Μια άλλη έννοια που μπήκε και αυτή στο χρονοντούλαπο της ιστορίας είναι η έννοια του φλογιστού, μια κεντρική έννοια που η απόρριψή της οδήγησε στην ανακάλυψη του οξυγόνου και τη θεμελίωση της Χημείας από τους Sheeley – Priestley – Lavoisier. Αυτό όμως θα είναι θέμα για επόμενο άρθρο.