Kutatásmódszertan. Kísérlet és megfigyelés

Átírás

1 BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék 1111 Budapest, Sztoczek J. u fsz. 2. Telefon: Kísérlet és megfigyelés

2 A kiindulás Bevett nézet : tudományunkat az különbözteti meg más megismerési formáktól, hogy alapvetően tapasztalati adatokra épül (+ racionalitás, stb ) A mai óra problémái Egy kis meglepetés Miért is olyan fontos a tapasztalat? Hogyan Mire szerezhető meg? jó? 2

3 Simplicio: Tehát te nemcsak hogy százszor nem, de egyetlenegyszer sem végezted el a próbát, és mégis egyszerűen bizonyos vagy az eredményben? Visszatérek a hitetlenségemhez és kezdeti meggyőződésemhez, hogy a főbb szerzők, akik hivatkoznak rá, végrehajtották a kísérletet, éspedig az általuk előadott eredménnyel. Salviati: Kísérlet nélkül is bizonyos vagyok benne, hogy az eredmény az lesz, amit én mondtam, mert annak kell lennie. Sőt, tovább megyek, te magad is éppoly jól tudod, hogy a kísérlet eredménye nem lehet más, még ha azt képzeled, vagy azt szeretnéd is hinni, hogy nem tudod (Galilei: Párbeszédek, 91. o.) 3

4 Hogyan esnek a testek? Salviati: Egyébként a tapasztalati tények ismerete nélkül is rövid és meggyőző érveléssel be lehet bizonyítani, mennyire nem igaz, hogy a súlyosabb test gyorsabban mozog [értsd: esik], mint a nála könnyebb [ ] Ha tehát van két mozgó testünk, amelyek természetes sebessége nem egyenlő, és a lassúbbat összekötjük a gyorsabbal, nyilvánvaló, hogy a lassúbb akadályozza a gyorsabbat, ez utóbbi viszont növeli a lassúbb sebességét. [ ] Igen ám, de ha ez így van, az is igaz, hogy ha van egy nagy kövünk, amely mondjuk nyolcegységnyi sebességgel mozog, egy kisebb pedig négyegységnyivel, és összekötjük, ketten együtt a nyolcegységnyinél kisebb sebességgel fognak mozogni: ugyanakkor a két összekötött kő együttesen nagyobb, mint az első, amely nyolcegységnyi sebességgel mozgott: ezek szerint a nagyobb kő lassabban mozog, mint a kisebb, ami ellentmond az Ön alapfeltevésének. (Galilei: Matematikai érvelések és bizonyítások, o.) 4

5 A példa rekonstrukciója: Hipotézis: v(n) > v(k) (A nehezebb test gyorsabb.) 1. következmény: v(n) > v(n+k) > v(k) 2. következmény: v(n+k) > v(n) > v(k) Konklúzió: v(n+k) = v(n) = v(k) A hipotézis hamis. meggyőző érvelés egy (empirikus) elmélet ellen és egy másik mellett, de úgy, hogy a tapasztalati tények ismerete nélkül győz meg bennünket. 5

6 Gondolatkísérletek A képzelet eszköze a megismerésre: tanulunk egy hipotetikus gondolatmenet következményeiből. Igen gyakori a tudomány történetében: Galilei pl. szinte csak gondolatkísérletekkel alapozta meg a modern mechanikát (ez pl. talán meggyőzőbb, mint a pisai toronyból dobált testek ) A gondolatkísérletek sokkal kevésbé a modern kor sajátosságai, mint a rendes kísérletek: tökéletesen beleférnek a töprengve-passzívan megismerő szemléletbe (vita contemplativa), mint az aktívan-beavatkozva megismerőbe (vita activa) Egy képzelt konkrét szituáció következményeit kutatjuk. Mi a gondolatkísérletek szerepe a tudományban? Hogyan viszonyulnak a valódi kísérletekhez? Mennyire a tudomány sajátossága a használatuk? Létfontosságúak vagy nélkülözhetők a tudományban? 6

7 De sajnos nem elég a karosszékben ülni! Bár van olyan gondolatkísérlet, ami ismeretgyarapító, a legtöbb ilyen agyszülemény nem ilyen Tipikusan indirekt érvelések általában valamilyen nézet tarthatatlanságát mutatják be, az abból levezethető abszurd vagy ellentmondó konklúziók alapján. Már az ókori görögök is na jó ez egy római példa: Lucretius, De Rerum Natura Ha a világegyetemnek van határa, akkor azt megdobhatjuk egy lándzsával. Ha a lándzsa átszakítja, akkor van mögötte valami, tehát nem valódi határ. Ha visszapattan róla, akkor a fal szilárd, tehát vastagsága van, tehát van valami a feltételezett határ mögött, ami tehát nem valódi határ. Vagyis a világegyetem végtelen Fenti két példa: elmélettesztelő szerep: rámutat egy elképzelés vagy elmélet problematikusságára a következmények által igen gyakran indirekt érv Az elvetett elképzelést másikkal helyettesít(het)i: hulló testek sebessége egyenlő ( ) vagy a világegyetem végtelen ( ) 7

8 Marconi Transzatlanti rádiózás Marconi (Simplicio?): Több száz km távolságra már sikerült rádióhullámokat közvetíteni, miért ne sikerülne néhány ezerre? A vállalkozás nagy üzleti sikerrel kecsegtet, mindenképp meg kell próbálni. Tudományos közvélemény (Salviati?): Tudjuk, hogy a rádióhullámok egyenes vonalban terjednek, és azt is, hogy a nagy tömegek (hegyek, óceán) elnyelik őket. Mivel a két kontinens között a bolygó görbülete miatt nincs szabad rálátás, a hullámok a világűrbe fognak veszni, a válllalkozás kidobott pénz, elpocsékolt erőforrás. 8

9 Marconi 2 Marconi mégis megpróbálta Eredmény: sikeres kapcsolat a két kontinens között! Ami még furcsább: sokkal jobb a vétel éjjel mint nappal!! Az eredmény annyira hihetetlen volt, hogy sokáig kétségbe vonták, ma sem tudjuk pontosan, hogy már 1901-ben vagy csak később sikerült az első üzenetet továbbítani Ebben az esetben a hulló testek sebességével kapcsolatos gondolatkísérlettel ellentétben - helytelenül cáfolták meg gondolatkísérlettel egy jelenség létezését 9

10 Marconi 3 Hogy létezik ionoszféra ami visszaveri a hullámokat? Erre senki sem gondolhatott Appleton később(1947) Nobel díjat kapott az F réteg kísérleti megfigyeléséért (1924), sőt, a felfedezés a radar feltalálásában is szerepet játszott Intő példa ez: a gondolatkísérletnél nem tudunk ismeretlen hatásokat figyelembe venni! 10

11 Gondolatkísérlet és meggyőzés Hogy világossá tegyem, miként működik szerintem a természetes kiválasztódás, engedélyt kell kérnem egy-két képzelt illusztráció előadására. Vegyük a farkas esetét, amely számos zsákmányra vadászik, némelyikre ügyességével, másokra erejével, megint másokra fürgeségével; és tegyük fel, hogy a legfürgébb zsákmány, mondjuk a szarvas, a vidék valamely változása miatt számban felszaporodott, mégpedig abban az évszakban, amikor a farkas kiváltképpen élelem híján van. Ilyen körülmények között nem látok okot a kételkedésre abban, hogy a leggyorsabb és legkarcsúbb farkasok rendelkeznének a legjobb eséllyel a túlélésre, és így fennmaradnának és kiválasztódnának. [ ] Ha mármost a legkisebb belső viselkedés- vagy felépítésbeli változás előnyhöz juttatna egy farkas egyedet, neki lenne a legjobb esélye a túlélésre és az utódhagyásra. Néhány kölyke valószínűleg örökölné a kérdéses viselkedést vagy felépítést, és a folyamat ismétlődésével egy új fajta jöhetne létre, amely vagy helyettesítené a farkas eredeti formáját, vagy együtt élhetne vele. 11

12 Nyilván Darwin (A fajok eredete) Nem tudunk meg újat: az elmélet ettől függetlenül született (a mesterséges szelekció analógiájára) Nem teszteltük az elméletet: nem cáfoljuk (vagy esetleg megerősítjük?) Funkció: az olvasó meggyőzése tiszta retorika (?) a korban nincs lehetőség a természetes szelekció megfigyelésére mivel az elmélet bizonyos elemei nem szabad szemmel láthatók, ma is támadások: kreácionizmus, intelligens tervezettség 12

13 Kísérleti (?) fizika Simon Stevin (17. sz. eleje): Mi legyen W és W aránya, hogy a két súly egyensúlyban maradjon? Modellezzük lánccal! De a lánc nem lehet örökmozgó, tehát egyensúlyban van. De az alsó rész eleve egyensúlyban van, tehát elhanyagolható, és a szögek nem számítanak, vagyis az egyensúly az egyes oldalaknál lévő súlyok számától függ. Tehát W/ W a megfelelő oldalak hosszának arányával egyenlő. 13

14 A kísérletek egyik fő formája a gondolatkísérlet? Ernst Mach: A mechanika tudománya, 1883: itt bukkan fel először a fogalom (Gedankenexperiment). Az előbbi példa Mach egyik kedvenc példája Empirista értelmezés: a gondolatkísérlet a tapasztalatból felszedett ösztönös ismeretek tudatosítására szolgál empirikus tudás bővítésének eszköze Pierre Duhem: mivel a gondolatkísérletek nem valóságos (és sokszor nem is megvalósítható) szituációkról szólnak, semmit sem tesznek hozzá a tapasztalati tudásunkhoz, és a tudományban nincs helyük 1990-es évek: a tud.fil. és tud.tört. Egy csapásra ráharap a fogalomra ma fontos, vitatott terület Jól láthatóan ez a kísérlet GYARAPÍTJA ismereteinket! 14

15 De hol a határ? Sokszor nem is olyan könnyű eldönteni, hogy valódi-e egy kísérlet vagy sem! Simplicio: Tehát te nemcsak hogy százszor nem, de egyetlenegyszer sem végezted el a próbát, és mégis egyszerűen bizonyos vagy az eredményben? Visszatérek a hitetlenségemhez és kezdeti meggyőződésemhez, hogy a főbb szerzők, akik hivatkoznak rá, végrehajtották a kísérletet, éspedig az általuk előadott eredménnyel. Salviati: Kísérlet nélkül is bizonyos vagyok benne, hogy az eredmény az lesz, amit én mondtam, mert annak kell lennie. Sőt, tovább megyek, te magad is éppoly jól tudod, hogy a kísérlet eredménye nem lehet más, még ha azt képzeled, vagy azt szeretnéd is hinni, hogy nem tudod (Galilei: Párbeszédek, 91. o.) 15

16 Gondolatkísérletek tulajdonságai Olcsó, biztonságos Bármikor elvégezhető Ne feledjük: sokszor nincs is lehetőségünk a valós kísérlet elvégzése (nem tudunk fénysebességgel utazni, nincs egy bolygónyi forró plazmánk, stb.) Nagyon jó kérdéseket vethet fel Kiválaszthatjuk segítségével azon kísérleteket amelyeket ténylegesen is érdemes elvégezni 16

17 De mit csinál egy valódi kísérlet, amit a g.k. nem tud? Klasszikus tudományfilozófiában a kísérleteket általában elmélettesztelésre használják. A valódi megfigyelések / kísérletek ott fontosak, ahol TESZTELNI / ELLENŐRIZNI szeretnénk valamit (vagyis van elméletünk, de nem tudjuk, mennyire megbízható) De ezen felül ott is, ahol MÉRNI szeretnénk valamit (vagyis esetlegesen sok érték van) ez igen triviálisnak tűnik, de mégis komoly problémákat jelent lásd később FELFEDEZNI akarunk valamit, amit még nem tudunk (ahol pl. még fogalmaink sincsenek) kezdjük ezzel, és egy példával 17

18 Megfigyelések (kísérletek) a 17. sz. előtt is voltak, de jelentőségük kisebb Hagyományos tudománytörténetekben a techné szféráját kevéssé vizsgálják. Itt nyilvánvalóan rengeteg kísérlet (pigmentkeverés, habarcskészítés, fegyvergyártás, metallurgia, stb.) Klasszikus (görög) tudományban kevés, vegyes matematikai területeken alig (de pl. Ptolemaiosznál igen: fénytörési törvény) a beavatkozás nem a természetet ismeri meg, hanem a mesterséget (Arisztotelész) Biológiában sok megfigyelés, orvostudományban felfogástól függően: I.e. 3. sz. - Alexandriában Herophilosz és Erazisztratosz elkezdenek boncolni kivégzés módja: boncolás H: agy és idegrendszer vizsgálata, a dura és pia mater, petefészkek, érző- és mozgatóidegek, szem rétegei, vénák és artériák elkülönítése, szívbillentyűk Életműködések alapja négy erő máj: tápláló, szív: melegítő, agy: gondolkodó, ideg: érző 18

19 A kísérleti szemlélet térnyerése 17. század Francis Bacon hatása a retorikában hangsúlyozzák az ókortól eltérő szemléletet: a jelenségek feltárása, a természet kínpadra vonása : a megismerés aktív ( tudás és hatalom egy és ugyanaz ) a mágikus tradíció esetleges hatása (Yates) az experimentum szó mint kísérlet és az experientia szó, mint tapasztalat elválik a létrejövő akadémiák egyik fő céljuknak a természeti jelenségek kísérleti feltárását tartják. A modern értelemben vett kísérletezés itt jelenik meg! 19

20 Gross és munkatársai a Philosophical Transactions 1700 előtti cikkeit vizsgálják: a megfigyelések (36%), mechanikai magyarázatok (27%) kísérleti eredmények ismertetése (15%) a jelenségek matematikai magyarázata (6%) (Gross, Harmon és Reidy 2000). A francia lapokban némileg nagyobb a matematikai munkák aránya 20

21 Az arisztoteliánus kísérletezők A Liège-i angol jezsuita kollégium munkáját összefoglaló 1685-ös Florus Anglo-Bavaricus A filozófia oktatásában a professzorok nem csak a peripatetikus iskola doktrínáit tanítják három éven keresztül, hanem többen szorgoskodnak azon, hogy a természet titkait kísérleteken keresztül tárják fel, hogy diákjaink azon tudásterületeket is megismerjék, amelyeket, különösen Angliában, igen nagyra értékelnek. Nem hiányzik az algebra, az oszthatatlanok módszerének, vagy az apolloniusi kúpszeletek vizsgálata Általánosságban elmondható, hogy nincs olyan, akár fizikai akár matematikai felfedezése a Királyi Társaságnak, amelyet II. Károly alapított Londonban, amely ne lenne megvizsgálva és továbbfejlesztve kollégiumunkban (Reilly 1962: 225). 21

22 A tizennyolcadik század Szalonokban Stabilizált Európa-szerte kísérleteket mutatnak be jelenségek, megbízható leírások A kémia levegők felfedezése, majd Lavoisier révén a modern kémia kialakulása pontos kvantitatív viszonyok vizsgálata szemben az adeptuselmélettel a kísérlet hozzáférhető mindenki számára aki elég képzett növekvő igény az ipar felől 22

23 Charles Dufay (Charles François de Cisternay du Fay) 1730 körül kísérleteket kezd az elektromossággal a terület zavaros, nincs kialakult terminológia. Kb. ennyit tudtak (nem mai terminológiával, ami főként későbbi, hadászati kifejezésekből jön): Egyes anyagok dörzsölésre elektrizálódnak, mások nem Esetenként tárgyak érintésre átadják az elektromosságot, máskor nem Az elektromosság időnként vonzásként, időnként taszításként jelent meg. Néha hirtelen váltás következett be a vonzás/taszítás tekintetében 23

24 A kísérletek Különböző anyagok, formák, hőmérséklet, szín, páratartalom, légnyomás Az anyagok érinthették egymást, közel lehettek, távol, harmadik testtel összekötve Az eredmények merész következtetésre vezettek: a fémeken kívül minden anyag dörzsöléssel elektromossá tehető, és a lángon kívül minden anyaghoz lehet elektromosságot juttatni. 24

25 Vonzások és taszítások De mitől vonzották egy ideig egymást az anyagok, majd kezdték hirtelen taszítani? közös mintázat: vonzás kontaktus taszítás de harmadik tárgyak ezek a testek vagy vonzottak, vagy taszítottak nem lehetett megjósolni! Merész üveg feltételezés: beszéljünk két elektromosságról! és gyanta alapú elektromosság 25

26 Az eredmény Kísérletek százait lehetett értelmezni létrehozták a fogalmat, holott ma teljesen természetesnek tűnik Dufay nem felfedezte a kétfajta elektromosságot, hanem hipotézisként használta, hogy magyarázni tudjon vele jelenségeket 1734 "A Discourse concerning Electricity" from Philosophical Transactions: a sors utamba vetett egy másik princípiumot, amely új fényt vet az elektromosság tárgyára A kísérlettel nem elméletet próbált tesztelni, hanem szabályszerűséget feltárni, stabilizálni jelenségeket, stb. 26

27 De hogyan lehet villamossá tenni a folyadékokat? Akkoriban mindent megpróbáltak, és megnézték mi történik Prof. Musschenbroek 1745-ben a Leideni Egyetemen a vizet szerette volna feltölteni, ezért egy forgó üveggömbből villamosságot vezetett egy puskacsövön át a kezében tartott, vízzel töltött palackba. Azután megpróbált a puskacsőből szikrákat csiholni. Mi történt?* Muessenbroek olyan eszközt talált fel, amelynek a működési elvét nem értette (hiszen akkoriban még üveg és gyanta alapú villamosságról beszéltek!)** 27

28 Franklin A leideni palackkal történő kísérletezése során egyre erősebb lett Franklinben a gyanú, hogy amikor a palackot kisütik, az ellentétes villamos töltések egyszerűen kiegyenlítik egymást. Azt írja barátjának, Collisonnak 1947-ben: Mi értelme lenne tehát, ha továbbra is üvegvillamosságről és gyantavillamosságról beszélnénk? Mennyiségekről és eloszlásokról, mondjuk egyszerűen: matematikáról van itt szó, pluszról és minuszról. Ezért úgy gondolom, sokkal közelebb járnánk az igazsághoz, ha a jövőben pozitív és negatív előjelű villamosságról beszélnénk. Én ezt a kifejezést használom ezentúl, és remélem, hogy a tudósok is elfogadják majd Történt viszont egy baki: az áram folyását épp fordítva képzelte el mint ahogyan ténylegesen történik. Ezért a mai napig is a jelölt áramirány az áramköri rajzokon mindig ellentétes a ténylegessel. :( (részletekért: Greguss, 1985) A leideni kísérlettel lényegében vaktában felfedeztek valami teljesen ismeretlen jelenséget. Franklin magyarázni szerette volna ezt, ezért megalkotta a negatív és pozitív töltések elméletét. Azt is sejtette, hogy a villámok gyakorlatilag hatalmas elektromos kisülések. Utóbbi elméletét azután ellenőrizni akarta, ezért egy újabb kísérletet talált ki. 28

29 Franklin 2 Egy sárkányrepülőt készített, csúcsára fémtűt erősített, a zsinór végére pedig kulcsot kötött A következő viharban kiment sárkányt eregetni, csuklóját a zsinórhoz közelítette és sikerült egy szikrát megfigyelnie Musschenbroek-nek nem volt határozott előfeltevése kísérletével kapcsolatban: felfedező típusú kísérlet Franklinnek pontos elvárása volt a kísérlet kimenetelével kapcsolatban: elmélettesztelő kísérlet 29

30 Ampère 1. Kísérlet, mint feltárás / felfedezés 1820 júliusa Oersted ismerteti az elektromos és mágneses erő közt felfedezett kapcsolatot galvánelemre kötött vezető kitéríti a mágnestűt helyzetéből hogyan is pontosan? Európa szerte lázas kísérletezés mi is a jelenség? más más szöget mérnek nem vonzás vagy taszítás hanem mi? a mágnestű máshogy viselkedik a drót alatt, mint felett magyarázható mindez vonzó, központi erők jelenlétével (Laplace fizikája)? 30

31 Ampère - Mi is történik? André Marie Ampère nem elkötelezett Laplace felfogása iránt romantikus fizika, nem mindent a newtoni felfogásnak megfelelő fordított négyzetes úttörvényben akar megadni néhány hónap alatt új fogalmak, új jelenségek, új műszerek, új kísérleti módszerek: az elektrodimanika születése 1826 az írott munka megjelenése, de az elmélet fő vonalai három hét alatt megvannak Ampère lázas kísérletekkel tölt el három hetet matematikus, nem gyakorlott kísérletező Kezdetben másokhoz hasonlóan bonyolult magyarázgatás a jelenségleírás a reciprok hatást keresi ha a galvanikus áram megmozgatja a mágnest, akkor a mágnes is a vezetéket? ki akarja küszöbölni a Föld mágnesességének hatását 31

32 Az asztatikus tű a földmágnesesség kiküszöbölése A kísérleti helyzet egyszerűsítése! galvánelem erejének és polaritásának változtatása a tű anyaga és hossza, a tű és a drót helyzete: alatta, felette, mellette, függőlegesen, vízszintesen változók keresése?mitől fordul el a tű és merre? Empirikus szabályszerűségek keresése 32

33 A megfigyelések leírása Ampère megfigyelte, hogy derékszögben áll be a tű, ha szimmetrikus helyzetben van a dróttal (ha a drót a tű forgástengelyéhez van a legközelebb) De melyik irányban mozdul ki? Be kellett vezetni az áram(lás) fogalmát ráadásul ennek jobb és bal oldalát Az úszószabály bevezetése az áramban egy úszó, aki arccal a tű felé néz 33

34 A galvánelem hatása Maga a galvánelem is kimozdítja a tűt fel kellett tételeznie, hogy itt is folyik áram, de nem a réztől a cink pólus felé, hanem fordítva. Pár nappal később már egy folyamatos körforgásról beszél Mindezeket a fogalmakat azért alkotta, hogy kezelhetővé váljanak a jelenségek ha akkor jellegű szabályszerűségek Itt is és Dufay esetében - a kísérlet célja a világ szabályszerűségeinek feltárása, sem nem a mérés, sem nem az elmélettesztelés először rá kell jönni arra, hogy mi a jelenség utána lehet majd tesztelni ld. következő példa 34

35 Galvanométer (Tartalék történet a Galvanométer hatásáról) 35

36 Ampère 2. A kísérlet mint elmélettesztelés Ampère kialakította az elméleti magyarázatot is a magnetizmus oka: kis, körkörös áramkörök a mágneses testekben (akár matematikailag is tárgyalhatóvá válik!!!) ez esetben körkörös áramok egymásra is kellene, hogy hassanak, nem csak a mágnesre! Ez a helyzet jellemzően más, mint az előző két példa: van egy elmélet, de valószínűleg nem könnyű a jelenséget mérni (hiszen akkor már ismert volna) Kísérletet nem annyira feltárásra használjuk, hanem, hogy döntsön: jól gondoljuk-e vagy sem, hogy hogyan van a világ (kérdés, hogy mikor hisszük el, mit mond a világ- -lásd Duhem) 36

37 Az áram hatására kimozdul a másik drót nincs hatás súrlódás? hogyan oldható meg a jó vezetés + a kevés súrlódás? Félhavi fizetésével megveszi Párizs legerősebb galvánelemét a műhelyben működik, pár óra múlva már bejelenti az Akadémián: egyértelmű bizonyítékot talált elmélete igazolására a megtervezett apparátust tökéletesítette, optimalizálás nem ha akkor, hanem bizonyíték. 37

38 Néhány műszaki kísérlet: Repülés Egy korai gondolatkísérlet egy csapkodó szárnyú repülő szerkezetről: JeanPierre Blanchard, Egy valós kísérlet 1807-ből: Jakob Degen csapkodó szárnyú gépe

39 Repülés 2 Természetesen egyik szerkezet sem volt képes repülni. Ezen kísérletek problémája az volt, hogy egy nagyratörő célt tűztek ki, összetett tervet készítettek, de még nem voltak meg a szükséges összetevők, a kellő alapismeretek. George Cayley nem volt ennyire nagyratörő:1799-ben ferde papírlapokat erősített egy forgó korongra és a légellenállást vizsgálta Sok év múlva már tudta, hogy mekkora felhajtóerőre számíthat és az egyensúly jelentőségét is felismerte 1853-ban kocsisa kb. 450 métert repült kísérleti vitorlás gépével. Ez volt az első alkalom, hogy levegőnél nehezebb szerkezettel repültek Tanulság: az alapkutatást néha nem lehet megspórolni 39

40 Repülés 3 Pénaud 1871-ben gumimotoros modellt készített amely könnyedén repült negyven métert 40 Egy olyan gép terveit is elkészítette, amely embert is szállíthatott volna, de nem volt a kivitelezésre pénz.

41 Repülés 4 Ma már tudjuk, hogy Pénaud nagy gépe sosem lett volna képes a repülésre két ok miatt: egyrészt nem volt elég a motor teljesítménye (ezt Pénaud is tudta, de kénytelen volt az akkori csúcstechnikával számolni a gőzgéppel), másrészt nem lett volna képes manőverezni, csak egyenesen repülni. Erre a kis gép sikeres kísérlete alapján nem jöhetett rá A csűrőkormányt csak Lilienthal fedezte fel 1894-ben. Tanulság: ha a kis léptékű kísérlet sikeres, nem biztos, hogy a nagy is az lesz, mert nem minden működik ugyanúgy élesben, nagyban. A lépték nem csak a méretre, hanem a sebességre, magsságra, stb. is vonatkozhat: Parsons 1889-ben a világon elsőként gőzturbinával akart hajócsavart hajtani. Az addig bevált csavar azonban a nagy sebesség miatt gyakorlatilag lyukat fúrt a vízbe: kavitáció A hidrogénballon és hőlégballon-kísérletek nem működtek nagy magasságokon, mivel problémák jelentkeztek: hideg, oxigénhiány, stb. 41

42 Még egy probléma Vannak olyan kísérletek, illetve mérnöki alkotások, amelyeket egyátalán nem lehet kicsiben elvégezni Fúziós erőmű: ha a szükséges reakció csak száz milló Kelvin fok körül jelentkezik, nem próbálkozhatunk kicsiben, például százezer Kelvinnel nem kapunk arányosan kisebb eredményt Űrlift: vagy életnagyságban építjük meg, vagy sehogy, ezért kockázatos a befektetés. Részecskegyorsítás: kicsiben ezt sem nem lehet A most következő kísérlet is ilyen volt, de ez csak a kisebb gond volt vele 42

43 A nap-neutrínó kísérlet 2002: Raymond Davies ¼ Nobelt kap a napneutrínók detektálásáért Probléma: az uralkodó csillagászati és asztrofizikai elméletek szerint a csillagok (köztük a Nap) anyagot energiává alakít un. magfúzió útján (hasonlóképp, mint a hidrogén bombában történik) Ez az elmélet legalább olyan meghatározó és széles körben elfogadott a maga területén, mint a Darwini evolúció elmélet a biológusok körében De ha ennyire komolyan gondoljuk, tesztelni kéne! Kísérlet: 1967/68-tól A feladat: a fúziós során kibocsátott neutrínók észlelése: igen bonyolult apparátust kíván - A neutrínók ugyanis alig lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, ezért ugyan gyorsan ideérkeznek a Nap közepéből, tehát jó hírhozók az ott történtek ügyében elmondják mi történt 8 perccel korábban a Napban (míg a fénynek év milliókra van szüksége, hogy a Nap magjából kiszabaduljon) viszont itt meg nehéz észlelni őket 43

44 Legalább két dologra van szükség ahhoz, hogy a beérkező napneutrínók alapján állást foglaljunk, vajon a legközelebbi csillagban, a Napban, folyik-e magfúzió: (1) tudni, hogy mennyi neutrínó várható a napból (erről vita van, ráadásul az évek során mindig változott a bejósolt mennyiség) (2): Tudni kell ezeket detektálni millió m. ólmon tud keresztülmenni anélkül, hogy megállna, de klórral reakcióba lépve radioaktív argont hoz létre alapreakció: νe + 37Cl 37Ar + e Mivel a 37Ar elbomlik, 37Cl lesz belőle gyorsan ki kell söpörni az argont 44

45 Homestake kísérlet: egy bányában >100 tonna C2Cl4 (tetraklóretilén) mivel a neutrinó gyengén kölcsönható részecske, ezért ekkora, azaz több mint száz tonna tömegű klórral való kölcsönhatásának eredményeként csupán néhány 100!!! Ar-atom detektálható AZ IGAZI BAJ, HOGY KÍSÉRLET SZERINT NINCS MEG AZ ELVÁRT, BEJÓSOLT NEUTRÍNÓ-MENNYISÉG! 45

46 A Homestake-kísérlet: 46

47 Elmélet és tapasztalat ütközése Eredmény: először semmi, majd később kevesebb mint fele annyi neutrínó, mint amennyit várnánk Vajon el kell vetni az elméletet? De melyiket? 1. Napreakciók elmélete 2. neutrínók elmélete 3. radioaktív bomlás elmélete stb Óriási viták: Hol lehet a hiba? Melyik tudományterület a hibás? Magfizika? A magfizikusoknál, akik a Napban és a detektorban végbemenő atommag-reakciókat vizsgálják? Asztrofizika? Az asztrofizikusoknál, akik a Napban uralkodó viszonyok leírására vállalkoznak? Vegyészek, akik a detektorért felelősek? A radiokémikusoknál, akik az észlelési berendezés működési mechanizmusaival foglalkoznak? A neutrínófizikusoknál, akik a szabad neutrínók viselkedését kutatják? 47

48 A napneutrínó-kutatásokban résztvevők diszciplináris megoszlása 48

49 Elmélet és tapasztalat ütközése 2 Hibáztatási stratégiák: A kísérleteken nevelkedett magfizikusok fenntartásokkal viseltettek a megfigyelés-centrikus asztrofizikusokkal szemben. A tiszta megfigyelésekhez szokott asztrofizikusok fenntartásokkal viseltettek a gyanús extrapolációs rátákkal dolgozó magfizikusok iránt (hiszen a laboratóriumi körülmények erősen eltérnek a Nap belsejének viszonyaitól, tehát extrapolálni kell az eredményeket). Mindkét terület képviselői fenntartásokkal viseltettek az alkímiai zavarosságú radiokémiai módszerek iránt. 49

50 Elmélet és tapasztalat ütközése 3. Nem a másik területre vonatkozó, tankönyvekben ismertetett alaptudást kérdőjelezik meg, hanem az elfölött lévő magas szintű kutatói tudást és gyakorlatot: azokat a mesterségbeli gyakorlatra alapozott ezoterikus módszereket és eljárásokat, melyek csak az aktív kutatók számára ismertek és hozzáférhetők. A másik terület képviselői nem elméleti szinten nincsenek tisztában a terület alapjaival, hanem, minthogy a mesterségbeli tudás szinten kívülállók, nem szerezhették meg a megfelelő bizonyossághoz szükséges rutinszerű, gyakorlatias, számos vonatkozásában explikálhatatlan tudást, ezért nem rendelkeznek azzal a speciális tudományos tudással, amellyel az adott terület tudásának bizonyosságát meg tudnák ítélni. 50

51 Elmélet és tapasztalat ütközése 4. A tudás bizonyosságának problémája ebben a szférában áll elő, azaz ahol a tudás komoly része rutinszerű, gyakorlatias, explikálhatatlan elemeket foglal magában. A kísérletben résztvevő teljes kutatói közösségben nincs átfogó tudással és bizonyossággal rendelkező tudós vagy csoport, a kérdéses szinten csak lokális tudás és lokális, mindenkinek a sajét területére vonatkozó bizonyossága van. Az egyes területek függenek, az egész projekt sikerét tekintve pedig együttesen és kölcsönösen függenek egymástól, ún. episztemikus dependencia van: nem teljesül, hogy bárki képes a másik terület eredményeit, az alapul szolgáló módszereket, eljárásokat, számításokat áttekinteni és felülvizsgálni, hanem ki vannak szolgáltatva egymás eredményeinek, amelyet készen kapnak és amelyben meg kell, hogy bízzanak: az eredmények nem bárki számára hozzáférhetők, nem bárki számára reprodukálhatók. 51

52 Eredmény: Később újabb, más elveken működő detektorokat is építenek Fejlődnek A a releváns elméletek bejósolt értékek és a mért adatok közelednek Hosszas egyezkedés vége: neutrínó-oszcillációs elmélet 35 évvel később Nobel-díj 52

53 Néhány tanulság A kísérletek túl bonyolultak ahhoz, hogy elméleteket teszteljenek: aluldetermináltság EGYES kísérletek magukban soha nem véglegesek, nem vetünk el egy kísérlet alapján elméleteket Elméletek és kísérletek nem válnak szét, hanem egy egységes tudás-hálót alkotnak A kísérletek szerves részei a tudásnak A Jelenkor egy hasonló nagy kísérlete: Large Hardon Collider 53