Luonnontieteiden syntyhetkiä

 

Suuressa kuvassa totuus

Tässä kurkkaus luonnontieteellisen maailmankuvan syntyvaiheeseen 1600 -luvulle. Yleisesitys tieteellisestä maailmankuvasta on blogisarjan alkuosassa, linkki lopussa.

Luonnonilmiöiden tulkintamallien kehityskaari

Fysikaalisen todellisuuden tulkinnan käänteentekevä murros, tieteellis-tekninen vallankumous, alkoi 1600-luvulla, kun Kopernikus haastoi vakiintuneen maakeskeisen maailmankuvan aurinkokeskeisellä selitysmallilla. Kepler kehitti mallia edelleen ja Galilein kaukoputkihavainnot (Jupiterin kuut) antoivat mallille vahvistusta. Galilei antoi alkusykäyksen kokeelliselle mekaniikan tutkimukselle.

Kehityksessä ei ollut kysymys siitä, että tutkimus nyt tukeutui havaintoihin ja kokemukseen, melkeinpä päinvastoin. Aristotelinen maailmankuva rakentui juuri arkikokemuksen varaan. Esimerkiksi Aristoteleen mukaan liike saattoi jatkua vain niin kauan kuin jokin voima piti sitä yllä. Tätä väitettä tukivat jokapäiväiset havainnot, että kärryt liikkuivat vain, jos aasi veti niitä, ja pysähtyivät heti, kun aasi pysähtyi. Galilei rohkeni ajatella tuon arkikokemuksen ylittävä tulkinta: Liike jatkuu samansuuntaisesti, jos sitä ei jokin voima pysäytä. Tälle väitteelle oli vaikeampi löytää vahvistusta havainnoista. (Hänkin ymmärsi liikkeen jatkuvuuden kuitenkin perinteen mukaisesti ympyräliikkeenä.) Ptolemaioksen taivaankappaleiden liikkeiden kuvaus oli havaintojen mukainen, mutta varsin monimutkainen ympyräliikkeiden kellopeli. Siihen ei kuitenkaan onnistuttu istuttamaan aurinkokuntaan tunkeutuneen komeetan liikettä. Kaukoputken avulla saatettiin havaita Venuksen vaiheista, että Venus ei sijainnut aina maan ja auringon välissä, vaan kumpikin planeetta kiersi aurinkoa ja olivat näin välillä sen eri puolilla.

Luonnontieteen kumous merkitsi siis uutta teoreettista ajatusmallia, joka selitti havainnot täydellisemmin ja myös yksinkertaisemmin. Havainnot ja teoreettinen ajattelu vaihtoivat järjestystä. Teoreettinen ajattelu tuotti selityksen, joka voitiin testata kokeellisesti. Havainnollisia esimerkkejä tarjosi ilmanpaineen ilmiöiden tulkitseminen. Tunnettua oli, että ilmakehän massa pystyi nostamaan veden tyhjiössä 13 metriin, mutta selitykset olivat varsin spiritistisiä. Uskottiin, että nesteen ’henki’ loi putkeen kaasun, joka pysäytti nesteen tuolle korkeudelle. Pascal teki totuutta janoavalle kansalle kokeen tyyliin ’in vino veritas’. Hänen kotikaupungissaan Rouenissa lasinpuhaltajat osasivat tehdä pitkiä lasiputkia. Kaksi pitkää putkea tuettiin purjelaivan mastoon. Toiseen laitettiin vettä ja toiseen viiniä. Spiritistisiin voimiin uskovat odottivat että viinipatsas jäisi alemmaksi, koska viinissä on enemmän tuota spiritistä voimaa. Toisin kävi viini nousi vettä kevyempänä korkeammalle.

Robert Boyle jatkoi ilmapuntaritutkimuksia ja saattoi U-muotoisen putken avulla todeta, että ilma painuu putken toisessa haarassa kasaan, kun elohopeaa kaadettiin toiseen haaraan. Kokeiden tuloksena löydettiin ilmanpaineen käsite ja Boylen laki: paine ja tilavuus ovat kääntäen verrannollisia.

Luonnonilmiöt pyrittiin selittämään mekanistilla malleilla, kappaleiden välisellä vuorovaikutuksella. Voima nähtiin liikkuvien kappaleiden aiheuttamana eikä paikallaan olevien kappaleiden vetovoimaa tunnettu ennen kuin Newton loi oman mekaniikan teoriansa, jossa gravitaatio oli keskeinen käsite. Jonkinlaisen kimmokkeen hän sai gravitaation keksimiseen aikalaiseltaan Hookelta. Newton yhtenäisteoria selitti niin planeettojen liikkeet kuin omenan putoamisen maanpinnalle. Newton ei osannut selittää gravitaation syytä ja uskoi, että se jääkin selittämättä.

Yllä olevat esimerkit on poimittu Richard Westfallin kirjasta The Construction of Modern Science, Mechanisms and Mechanics. Fysiikan tutkimuksen voittokulun peräaallossa tulivat kemia ja biologia. Mutta voi ajatella, että biologiaa mekanistinen malli ei kovin pitkälle edistänyt. Kemian alalla esimerkiksi niinkin perustava ilmiö kuin palaminen sai selityksen vasta 1780-luvulla (Lavoisier).

Tämä kehityskaari antaa tukea Marxin esittämälle tieteenteoreettiselle ajatukselle, että tieteellinen näkemys (selitys, tulkinta, ymmärrys) on nousemista aistimellis-konkreettisesta abstraktioiden kautta teoreettis-konkreettiselle tasolle, abstraktista konkreettiseen. ’Konkreettinen’ tarkoittaa tässä asioiden ymmärtämistä kokonaisuuden elementteinä. Kokonaisuus on yhtenäinen, elementtien välisin yhteyksin yhteen punottu ’totaliteetti’. Aistimillisella tasolla se on sitä, miltä asiat havaintojen perusteella näyttävät olevan. Aurinko nousee ja laskee. Teoreettisella tasolla nuo ilmiöt saavat selityksen, joka paljastaa myös sen, miksi ne näyttävät siltä kuin näyttävät. Maapallon pyörimisliike näyy auringon liikkeenä.

----

Palaan ihmistieteiden tilannekuvaan seuraavassa blogissa kevään kuluessa. Johdatuksena olkoon tämän blogsarjan alkupuolella oleva teksti, tässä linkki.

https://svnpohdiskelut.blogspot.com/2016/03/maailmankuvat-tieteet.html