Tri kratke priče (iz znanosti) o važnosti promjene perspektive

 

U  ove tri kratke priče iz povijesti znanosti pokušat ću pokazat koliko je važno umjeti promijeniti perspektivu i "izaći" iz okruženja ideja vremena u kojem živimo. Važno za spoznaju istine.

Marie Curie i radioaktivnost 

 Kada je Marie Curie 1897. tražila temu svoga doktorata, dvije vrlo važne znanstvene opservacije već zaokupirale su misli vodećih fizičara i kemičara tog vremena: (i) opservacija njemačkog  fizičara Wilhelm Conrad Röntgena o postojanju X-zraka (u tim eksperimentima jedan od pionira bio je i srpski izumitelj Nikola Tesla), te (ii) te opservacija francuskog fizičara Antoine Henri Becquerela o tome da "uranske soli emitiraju zrake slične onima koje je otkrio i  Röntgen".

 Sasvim je prirodno da su ta dva velika otkrića, čije je objašnjenje još letjelo na nebu ideja, motivirala mladu Marie Curie da pokuša naći objašnjenje ovih fenomena primjenjujući znanje fizike i matematike (završila je dva fakulteta) koje je do tada savladala na zavidnoj razini: Marie Curie je odlučila istraživati  Becquerelovu opservaciju ponašanja uranskih soli.

 No kako je madam Curie uspjela objasniti nešto  što ostatak znanstvene zajednice nije mogao? Promjenom perspektive, naravno.   

 Naime, u ova dva velika otkrića, fizičari i kemičari su bili svjesni fenomena fotoluminescencije, točnije fosforescencije:  fenomen u  kojem materijal, nakon određenog vremena (sat, dva, deset) nakon što ste ga prestali zračiti (npr. UV zrakama ili pak dijelom običnog spektra), počne svijetliti. Ako ste kao dijete imali po sobu zalijepljene zvjezdice koje bi po noći, čudesno, počele  svijetliti onu specifično zelenkasto-žućkastu boju, onda već imate praktičkog iskustva sa ovim kvantno-mehaničkim fenomenom.   

 Stoga, centralna ideja tadašnje znanstvene zajednice je bila da je narav novootkrivenog zračenja također takva: tj. da je takvo zračenje inducirano od strane okoline. Znanstvenici tog vremena pokušavali su pronaći što to iz okoline inducira takvo zračenje.

 Međutim, nizom eksperimenata, kojih je radila koristeći elektrometar (koji je bio nova tehnologija tog vremena, dijelom razvijenom od strane njena supruga i fizičara Pierre Curiea), zaključila je da razina zračenja koja dolazi iz urana ne ovisi o ničem drugom osim o jednom parametru: količini urana. Što urana ima više, veće će biti zračenje.

 Marie Curie zaključuje da je izvor zračenja sam uran i da uranu ne treba nikakav poticaj "izvana" da zrači. Ona zaključuje da zračenje nije rezultat molekularnih interakcija, već da dolazi iz samoga atoma!

 Stoga je Marie Curie za objašnjenje ovog fenomena, uz pomoć inovativne tehnologije koja joj je omogućila ovo mjerenje, morala: (i) promijeniti perspektivu gledanja na problem (perspektivu koja je bila opća perspektiva tadašnje znanstvene zajednice), i (ii) napasti centralnu "dogmu" tog vremena, tj. dogmu da je atom "nedjeljiv", postulirajući da zračenje dolazi upravo iz atoma. 

 Albert Einstein i eter

 Jedan od najpoznatijih fizičara u povijesti bio je majstor za mijenjanje perspektive. Pobogu, pa on nam je totalno promijenio sliku prostor(-)vremena. Njegov istraživački rad prepun je primjera gdje  je gledao stvari iz sasvim novog kuta i dao nam vrijedne spoznaje.

 No spomenut ću kratko možda  najpoznatiji primjer, primjer etera.

 Nakon što je engleski fizičar James Clerk Maxwell u 18. stoljeću formulirao zakone elektrodinamike, povezujući električne i magnetske fenomene (da, i on je priča za sebe), postalo je jasno da je svjetlost val. Elektromagnetski val. A svi znamo da valovima za gibanje treba: medij.

 Valovima na vodi treba voda.

 Valovima zvuka potreban je zrak.

 Valovima koji se šire kada udarite od metal treba.. pa taj metal (inače, zvuk u metalu putuje puno brže nego u zraku: ta informacija objašnjava zašto u kaubojskim filmovima razbojnici stavljaju uho na tračnice, dok u zasjedi čekaju vlak!)

 Eleketromagnetskim valovima svjetla, koji dolaze sa Sunca ka nama, je također potreban neki medij. Koji očito ispunjava prostor između Sunca, Zemlje i ostalih nebeskih tijela: eter.

 To je bilo jasno po sebi. I kada su došli prvi rezultati (Michelson-Morely eksperiment) u kojem se eter ponašao na način kao da nije postojao, fizičari su tražili objašnjenja tog neobičnog ponašanja etera. Uvedena su čak nova teorijska svojstva etera koja bi objasnila zašto se eter u eksperimentima ponaša kao da ne utječe na svjetlost.   

 Einstein, koji je već ranije sagradio teorijski svoju teoriju, dao je najjednostavnije moguće rješenje na pitanje "zašto se eter ponaša na način kao da ne utječe na svjetlost, ako bi to po svojim svojstvima trebao raditi": zato što eter ne postoji.

 Ili da malo promijenimo onu staru američku: ako se ne ponaša kao patka, ako ne izgleda kao patka, ako se ne glasa kao patka i ako ne hoda kao patka, onda vjerojatno nije patka.

 Zvuči jednostavno i prirodno, zar ne? Pa i ne baš, ako već imate čitav sustav koji radi sa eterom i generacije fizičara koji eter uzimaju "zdravo za gotovo". Takva promjena perspektive naišla je na veliko protivljenje i, ponekad, i izrugivanje od strane vodećih fizičara.

 Srećom, Einstein je već u rukavu imao čitavu novu teoriju koja objašnjava sve fenomene iz fizike bez etera, ali uz fundamentalnu promjenu našeg poimanja prostorvremena: teoriju relativnosti. Kada su ga pitali kako je moguće da se svjetlost giba bez medija (etera), te kako da to zamisle, Einstein im je odgovorio:

- Zamislite zmiju koja se giba preko bare. Jeste?
- Jesmo.
- E sada zamislite istu stvar, samo bez bare!

 Newton i čitava fizika

  Šećer dolazi na kraju. Čovjek kojem su fizičari podigli spomenik ispod kojeg piše: "Koji intelektom  nadmašuje čitavo čovječanstvo". Kada je slavni ruski fizičar i nobelovac Lev Davidovič Landau radio listu najboljih fizičara u povijesti, na prvom mjestu je stavio Newtona, ispod njega Einsteina, pa ostale smrtnike. I danas je u svijetu fizike opće poznato da se Newtona smatra najvećim fizičarom koji je ikada postojao, ali i njenim utemeljiteljem.  

  Ali zašto?  

  Vi znate da je on izmislio čitavo područje matematike (!) da bi matematički izrazio ono što je imao na umu? Znate? Fascinantno, je l da? Ali to mi je manje važno kada je riječ o Newtonu. Čak i manje kreativno i manje nevjerojatno od onoga što vam želim reći o njemu.  

  Možda vam pada na pamet njegov iskorak prema eksperimentima kao saznavanju prirode prirode i njegova slavna "Optika" iz koje i danas, dobrim dijelom, učimo o optici? Dovoljno da ga stavimo u aleju slavnih fizičara, ali ne želim ni o tome govoriti. Ovo što slijedi je nevjerojatno nevjerojatnije.  

  Zamislite da ste u 17. stoljeću, u vrijeme kada kuga ubija žitelje Europe. U intelektualnoj zajednici raspravlja se, između ostaloga, i o dva važna problema: (i) opis gibanja tijela na Zemlji, na ovoj našoj Zemlji na kojoj vladaju i žive ljudi, te (ii) opis gibanja nebeskih tijela – svega onog što je iznad nas i što se giba nekim čudnim zakonitostima (ako uopće i postoje neki zakoni vezani za to).  

  Dva totalno razdvojena problema. Zašto bi netko i pomislio da ovo što se događa s nama na Zemlji ima bilo kakve veze sa onim što se događa s tim čudnim točkama na nebu, udaljenim tko zna koliko milijuna kilometara od nas!? Pogotovo u svijetu u kojem je udaljenost od nekoliko stotina kilometara predstavljala pravi napor.  

  E, pa Newton je zaključio da je za padanje kamena, ili jabuke sa stabla (spoznaje?) i svega vezanog  za kretanje na Zemlji, odgovorna ista sila koja je odgovorna za gibanje i ponašanje onoga što vidimo na noćnom nebu (Marsa, Mjeseca, Sunca, dalekih zvijezda i ostalih nebeskih tijela) i što je od nas milijunima kilometara udaljeno:  sila gravitacije.     

  I ne samo da je Newton urbi et orbi objavio svoju spoznaju, nego je točno definirao principe svoje mehanike i dao formulu za opću gravitaciju koja je bila u stanju reproducirati (i) gibanja koja smo vidjeli na nebu, kao i (ii) gibanja koja opažamo na Zemlji.  

  Takva promjena perspektive o svijetu je možda najveći primjer "razmišljanja van kutije", ali i temelj onoga što je danas temeljni princip fizike: zakoni fizike su univerzalni i vrijede, kako na Zemlji, tako i u čitavom svemiru.

  Ali i objašnjenje zašto smatramo da je upravo Newton "intelektom nadmašio čitavo čovječanstvo".  
  

P.S. primijetite da su u sva tri slučaja eksperimenti bili presudan faktor (koji su se slagali sa teorijom). Danas na internetu možemo naći enormne količine "gluposti" od strane ljudi koji za sebe govore kako, i oni, razmišljaju "van kutije", napominjući da su se na isti način smijali Einsteinu, Galileu, i ostalim. No kao što je Carl Sagan rekao:  "But the fact that some geniuses were laughed at does not imply that all who are laughed at are geniuses. They laughed at Columbus, they laughed at Fulton, they laughed at the Wright Brothers. But they also laughed at Bozo the Clown."

Priroda je konačan arbitar naših ideja. Arbitar sa kojim komuniciramo preko eksperimenata i znanstvene metode. Za sada.

----------------------
 Napomena: sve slike su pronađene uz Labeled for reuse opciju.