SunnudagsMogginn - 07.03.2010, Blaðsíða 27

7. mars 2010 27
Á
rið 2009 barst Vísindavef Háskóla
Íslands eftirfarandi spurning: „Er
búið að sanna að jörðin sé ekki
flöt?“
Gunnar Þór Magnússon stærðfræðingur
svarar að svo sé ekki og að „[á]stæðan fyrir að
það er ekki hægt að sanna kúlulögun jarð-
arinnar vísindalega er að vísindamenn sanna
aldrei neitt. Þeir smíða tilgátur og kenningar
til að útskýra fyrirbæri í náttúrunni og þeir
prófa tilgáturnar sínar með tilraunum. Það er
aðeins hægt að hrekja, prófa eða endurbæta
vísindalega tilgátu, en ekki sanna hana.“
Spurningin hvort búið sé að sanna ákveðna
vísindalega tilgátu er því í raun marklaus en
þeim mun mikilvægara er að vega og meta
þær athuganir og rök sem við höfum til að
velja eina kenningu fram yfir aðra. Í sumum
tilfellum veljum við jafnvel að nota ófull-
komnari kenningar ef við metum svo að þær
lýsi aðstæðum okkar nægilega vel, framyfir
flóknari kenningar sem samræmast raun-
veruleikanum betur, á svipaðan hátt og
kortagerðarlist í ímynduðu landi, í þekktri
smásögu eftir Borges, leið undir lok þegar hún
hafði náð slíkri fullkomnun að kortið var orð-
ið jafn stórt landinu sem það sýndi.
Eðli heimsins
Frá örófi alda hefur mannfólkið reynt að skilja
heiminn í kringum sig, skilja gang reiki-
stjarnanna, skilja hvernig efni er samsett,
hverjar eru orsakir sjúkdóma, nátt-
úruhamfara, og svo mætti lengi telja. Í þess-
um tilgangi hafa verið smíðaðar tilgátur um
eðli heimsins sem hafa haldið velli í mis-
langan tíma, sumar studdar af tilraunum eða
heimspekilegum röksemdafærslum, aðrar
studdar af kirkju eða öðrum valdastofnunum,
oft í beinni þversögn við athuganir.
Áhugavert er að skoða hvaða kenningar það
eru um eðli heimsins sem þorri fólks (í hinu
svokallaða vestræna samfélagi) á hverjum
tíma skilgreinir sem „réttar“ eða „sannar.“
Gríski heimspekingurinn Pýþagóras er sagður
hafa gert sér grein fyrir tengslum hlutfalla og
tónlistar – að ákveðin tónbil svöruðu til
ákveðinna hlutfalla í stærð hluta. Pýþagórasi
og fylgismönnum hans er einnig eignuð sú
hugmynd að (kúlulaga) jörð, sól og reiki-
stjörnur ferðist í hringi í kringum mikinn eld
og að hlutföllin milli brauta hnattanna svör-
uðu til fullkominna hljóma – tónlistar al-
heimsins!
Tveimur öldum fyrir fæðingu Krists hafði
gríski heimspekingurinn Aristarkos skoðað
ferðir stjarnanna og gert sér grein
fyrir því að jörðin og reikistjörn-
urnar ferðuðust umhverfis sólina.
Honum tókst einnig að staðsetja allar
sýnilegar reikistjörnur í réttri röð í sól-
kerfinu. Fyrir þetta var Aristarkos sak-
aður um guðlast og eldri hugmyndir Arist-
ótelesar þar sem jörðin var í miðju
alheimsins héldu velli í um 1.800 ár.
Í heimsmynd Aristótelesar voru plán-
eturnar óbreytanleg fyrirbæri sem gengu
eftir fullkomnum hringlaga brautum á föst-
um hraða umhverfis jörðina. Hér var það
hugmyndin um fullkomnun himnanna og
sérstöðu jarðarinnar sem varð vísinda-
legum athugunum yfirsterkari, með
þeirri skýringu að frávik frá full-
komnun í hinum „sýnilega raun-
veruleika“ ættu sér skýringar í
ófullkomleika mannskepnunnar.
Slík heimsmynd féll vel að hug-
myndum kirkjunnar um sköpun
heimsins og sambandi mannsins
við almættið og stóð kirkjan
dyggilega vörð um jarðmiðju-
kenninguna í árhundruð.
Sólmiðjukenningin
Rit Kópernikusar um sólmiðjukenn-
inguna er eitt þeirra ritverka sem marka
upphaf svokallaðrar vísindabyltingar um
miðja 16. öld. Nokkru síðar renndi Johannes
Kepler frekari stoðum undir sólmiðjukenn-
inguna með því að sýna fram á að skýra mætti
ferð reikistjarna á himninum með mikilli ná-
kvæmni með því að gera ráð fyrir að þær
ferðuðust á sporöskjulaga brautum umhverfis
sólu en ekki hringlaga. Hann reiknaði einnig
út að reikistjörnurnar ferðuðust á breyti-
legum hraða og að út frá hlutfalli mesta og
minnsta hraða hverrar plánetu mætti finna
tónbil, t.d. hálftón fyrir jörðina (mí-fa skv.
Kepler). Í ritinu Harmonices Mundi frá árinu
1619 lýsir hann tónbilum reikistjarnanna og
leiðir líkum að því að þær geti einstaka sinn-
um myndað fullkominn hljóm en að slíkt hafi
e.t.v. aðeins gerst við sköpun heimsins.
Í upphafi vísindabyltingar voru skil milli
heimspeki, stærðfræði, eðlisfræði, efnafræði,
dulspeki, trúarbragða, gullgerðarlistar og
fleiri greina ekki skýr. Isaac Newton skrifaði
til dæmis meira um túlkun Biblíunnar og dul-
spekileg málefni en um vísindi, en vís-
indakenningar hans áttu þó eftir að gera hann
að einni áhrifamestu persónu mannkynssög-
unnar.
Þegar Newton birti bók sína Principia (um
stærðfræðilegan grundvöll heimspeki nátt-
úrunnar) árið 1687 var hann sakaður um
að blanda saman vísindum og yf-
irskilvitlegum öflum með því að leggja
til að ósýnilegur kraftur gæti verkað
milli hluta yfir gríðarlegar vega-
lengdir án snertingar. Þennan kraft
köllum við þyngdarkraft.
Sannfæringarkrafturinn í tilgátu
Newtons um eðli raunveruleikans
fólst samt sem áður í einfaldleikanum
– að út frá einföldu stærðfræðilegu
samhengi massa hluta og fjarlægðinnar
á milli þeirra mætti spá fyrir um fallhraða
hluta jafnt og hreyfingar himintunglanna.
Newton sjálfur viðurkenndi að tilvist þyngd-
araflsins væri ráðgáta og að hann hefði á
henni engar rökrænar skýringar.
Newton og Einstein
Kenning Newtons um þyngdaraflið er kennd í
skólum í dag eins og um sjálfsagðan sannleika
sé að ræða, þrátt fyrir að hugmyndin um
ósýnilegan kraft á milli hluta sé jafn yf-
irskilvitleg og fyrir 300 árum.
Minna er rætt um að ný heimsmynd
hafi orðið til í upphafi 20. aldar þegar
Albert Einstein sýndi fram á að engin
ástæða væri til að gera ráð fyrir
þyngdarkrafti, massi hluta sveigir
einfaldlega (!) tímarúmið á þann
hátt að okkur virðast hlutir dragast
hver að öðrum, epli sem við hend-
um upp í loftið snýr ekki við og fellur
niður aftur fyrir tilstilli ósýnilegra
krafta heldur fylgir nákvæmlega beinni
línu í rúmtíma sem er sveigður vegna
þyngdar jarðarinnar. Jörðin ferðast í
kringum sólina því það er bein lína í rúmtíma
– enginn ósýnilegur kraftur verkar á jörðina
til að breyta stefnu hennar.
Þrátt fyrir að ýmsar mælingar hafi verið
gerðar sem koma betur heim og saman við
heimsmynd Einsteins en lögmál Newtons þá
leggjum við þau síðari enn til grundvallar
skilningi okkar á heiminum því þau lýsa hon-
um nægilega vel í langflestum tilvikum og
liggja mun nær okkar hversdagslegu upplif-
unum en hugmyndir um sveigðan rúmtíma.
Þetta ber ekki að skilja sem svo að kenn-
ingar vísindanna séu tilviljanakenndar, þær
þurfa áfram að standast ströngustu kröfur um
innra rökfræðilegt eða stærðfræðilegt sam-
ræmi og kenningar þarf að endurskoða ef þær
samræmast ekki einhverjum mælanlegum
fyrirbærum.
Hæfileiki mannskepnunnar til að setja at-
huganir í vísindalegt samhengi hefur skilað
ótrúlegum framförum frá upphafi vís-
indabyltingar. Vissulega hafa þær framfarir
einnig haft ýmsar óæskilegar og ófyrirsjáan-
legar afleiðingar í för með sér, en þau vanda-
mál sem upp hafa komið munum við í flestum
tilfellum einnig þurfa að leysa með vísinda-
legum aðferðum.
Fjöldi vísindamanna leitast
við að svara þeirri spurn-
ingu hvort líf megi finna á
öðrum hnöttum. Stjörnu-
líffræði (sjá t.d. astrobio-
logy.nasa.gov og www.stjor-
nuskodun.is/lif-i-alheimi) er
vísindagrein þar sem líf-
fræði, jarðfræði, efnafræði,
eðlisfræði og stjarnvísindi
sameinast til að leita svara
við spurningum eins og
hvernig líf varð til á jörðinni,
hvað eigi að skilgreina sem
líf, hvaða aðstæður séu
nauðsynlegar svo líf geti
kviknað og þrifist, og hvort
hægt sé að greina slíkar að-
stæður annars staðar í al-
heiminum.
Er líf á öðrum
hnöttum?
Vísindi á mannamáli
Kristján Leósson eðlisfræðingur og Hjálmar
H. Ragnarsson, tónskáld og rektor Listahá-
skóla Íslands skrifa um vísindi á mannamáli.
Ef heimurinn væri tvívíður mætti sjá fyrir
sér sveigju flatarins kringum sólina á
þennan hátt. Erfiðara er að sjá fyrir sér
sambærilega sveigt þrívítt rými.
Heimsmynd úr handriti Peter
Apian, Cosmographia (1539)
Alheimurinn er tónverk …
… og þyngdarlögmálið ímyndun