فلسفه و تاریخ علم

آسمان؛ بزرگترین آزمایشگاه فیزیک

آسمان بزرگترین آزمایشگاه فیزیک
نوشته شده توسط عرفان کسرایی

شناخت امروزین ما از کیهان؛ میراث فکری هزاران سال اندیشه و استدلال و تفسیر رویدادهای آسمان است و به عبارت دیگر ماحصل کنجکاوی بشر برای سر در آوردن از رمز و راز جهان هستی.  جایگاه ما در جهان هستی کجاست؟ ابعاد کیهان چقدر است؟ جهان هستی چرا و چگونه به وجود آمده؟ چرا کهکشان راه شیری بازوهای مارپیچی دارد؟  چنین پرسش هایی تنها بخش کوچکی از مباحث مرتبط با نجوم و کیهان شناسی هستند. تا همین چند قرن اخیر تصور بر این بود که زمین؛ مرکز جهان هستی است و خورشید؛ ستارگان و سایر سیارات به دور زمین می چرخند. تا همین آغاز قرن بیستم باور غالب بر این بود که جهان هستی تنها از کهکشان راه شیری تشکیل شده است. تازه در سال ۱۹۲۳ ادوین هابل نشان داد آندرومدا متعلق به کهکشان راه شیری نیست و در جایی بسیار دورتر از کهکشان ما واقع شده است. انبساط جهان که دیدگاه انسان در قبال موقعیت اش در کیهان را به صورت بنیادینی زیرو رو کرد حدود هشتاد سال پیش؛ در سال ۱۹۲۹ به اثبات رسید. این جملات پیش از آنکه تامل برانگیز باشند؛ حیرت برانگیز و حتی مایوس کننده اند و به ما نشان می دهند که پارادایم های معرفتی رایج ؛ به عبارت ساده تر یعنی الگوهای علمی هر دوره تاریخی که روزگاری مسلم و قطعی دانسته می شدند تا به چه حد می توانند ناقص یا اشتباه باشند. کسی چه می داند! شاید آیندگان نیز محتوای نجوم و کیهان شناسی زمانهء ما را همانگونه در کتابهای تاریخ علم شان روایت کنند که ما از پیشینیان خود روایت می کنیم.

۱.۱ آزمایشگاه بزرگ فیزیک

در سراسر پهنه بی کران کیهان؛ تا جایی که ابزار مشاهده اجازه می دهد هم اپتیک آزمون می شود و هم الکترومغناطیس؛ هم ترمودینامیک و هم نسبیت عام و خاص و هم مکانیک نیوتنی و هم اثر دوپلر. بدین معنی می توان آسمان را بزرگترین آزمایشگاه فیزیک نامید. اگرچه مقصود ما در اینجا از واژگانی چون ٬آزمون٬ یا ٬ آزمایشگاه٬ قدری با تعبیر رایج آن متفاوت است. کیهان شناسی علی الاصول یکی از شاخه های علوم طبیعی است و الگوی مشاهده و نظریه پردازی و استدلال علمی در آن؛ تا حد زیادی از سنخ همان روشهایی است که در سایر علوم به کار می رود. تنها تفاوت در این است که  ٬حذف و تغییر عوامل و پارامترها٬ در کیهان شناسی ممکن نیست. مثلا نمی توان خورشید را از منظومه شمسی برداشت یا ابعاد آن را تغییر داد و  اثر این حذف یا تغییر را بر حرکت و گردش سیارات بررسی کرد. اما در یک آزمایشگاه معمولی فیزیک برای یافتن رابطه میان پارامترهای Vولتاژ و  R مقاومت الکتریکی و I  جریان؛ می توان مقاومت الکتریکی را کم یا زیاد کرد و اثر آن را روی تغییرات ولتاژ و جریان بررسی نمود. در کیهان شناسی و نجوم اما ذهن ما معطوف به جهان بی کران است و آزمایشگاه ما اشیایی هستند که میلیونها و بلکه میلیاردها سال نوری از دسترس ما دورند.
در واقع هدف علم ؛ تبیین و پیش بینی است. تلاشی برای تفسیر داده ها و اراﯬ نظریات صادق از چگونگی وقوع رویدادها. رودولف کارناپ فیزیکدان و فیلسوف علم در کتاب مبانی منطق و ریاضیات؛ الگوی بنیادین نظریه پردازی در  علوم را اینگونه خلاصه می کند. مثال او منجمی است که تلاش می کند توسط نظریه T ؛ مشاهدات O¹ خود را درباره حرکت یک سیاره بخصوص توضیح در گام بعدی؛ منجم با در اختیار داشتن نظریه T و مشاهده O¹ ؛ وقوع رویداد P را پیش بینی می کند.
کارناپ می گوید اگر مشاهدات بعدی منجم؛ یعنی O² با پیش بینی وی یعنی P  همخوانی داشته باشد و بعبارتی توسط مشاهدات تایید شود ؛ نظریه T  در جهت تصدیق پیش رفته است.
مثال آشکار شبیه به این الگو در تاریخ علم؛ کار سر آرتور ادینگتون است که نظریه نسبیت عام اینشتین را در سال ۱۹۱۹ در هنگام کسوف به محک تجربه گذاشت. دو گروه یکی برزیل و دیگری ساحل آفریقا در اقیانوس اطلس؛ انحراف نور ستاره در میدان جاذبه خورشید را به همان میزان اندازه گرفتند (O²) که نظریه نسبیت عام اینشتین (در اینجا T) پیش بینی کرده بود. (P)
در این مثال تاریخی البته از مشاهدات O¹ خبری نیست. چون نظریه نسبیت روی هندسه های نااقلیدسی بنا شده بود و نه مشاهدات نجومی. به بیان دیگر کار ادینگتون تنها معطوف به قسمت O² و بررسی همخوانی آن با P  (یعنی پیش بینی انحراف نور ستاره طبق نسبیت عام)  بود.
مثال دیگری شبیه به این الگو ماجرای کشف سیاره نپتون است. پوپر فیلسوف علم معتقد بود که علوم باید ابطال پذیر باشند با  بعبارت بهتر؛ گزاره های علمی باید قابلیت ابطال پذیری داشته باشند. منظور پوپر از ٬ابطال پذیری٬ این بود که گزاره های علمی باید بتوانند نقد شوند یا درستی آنها بایستی بتواند در معرض آزمون قرار بگیرد. مثلا از دید پوپر گزاره ای مثل “فردا یا باران می بارد یا باران نمی بارد٬ ابطال پذیر نیست و بنابراین علمی نیست. چون این گزاره هیچ پیش بینی خاصی نمی کند و هیچ چیزی را توضیح نمی دهد. چنین گزاره ای همیشه و بدون اینکه مورد آزمون قرار بگیرد؛ درست از آب در می آید و این یک نقطه ضعف بزرگ است. گزاره های علمی نمی توانند اینگونه باشند و اگر درست هستند بایستی بتوان درستی آنها را در محک تجربه آزمود.
به همین جهت پوپر مارکسیسم و فرویدیسم و آدلریسم را علمی نمی دانست. مثلا مارکسیسم می تواند همه رویدادها و تحولات اجتماعی را تفسیر کند و برای آن دلیل بیاورد.  یا فرویدیسم می تواند تمامی رفتارهای سرزده از انسان را توجیه و تفسیر کند. در حالیکه از دید پوپر ؛ علم نباید اینگونه باشد. علم باید ابطال پذیر باشد ولی مثال های فوق از دیدگاه وی ابطال پذیر و بنابراین علمی نیستند.  اما بازگردیم به مثال تاریخی ماجرای کشف سیاره نپتون. از قضا این مثال تاریخی تا حدی نشان دهنده آن است که ایده ابطال پذیری پوپر در تفکیک علم از غیرعلم؛ چندان هم قوی نیست. دلیل آن البته ساده است. طبق نظر پوپر مارکسیست ها به جای آنکه بپذیرند نظریات شان در قبال رویدادهای اجتماعی ؛ اشتباه از آب درآمده در پی توجیه آن بر می آمدند.
اما واقعیت آن است که دانشمندان علوم تجربی نیز؛ زمانی که یک رویداد با نظریه علمی همخوانی و سازگاری نداشته باشد؛ همان کاری را می کنند که پوپر از آن انتقاد می کند. دانشمندان نیز به جای پذیرفتن اشتباه بودن نظریه؛ در پی توجیه رخداد ناسازگار  بر می آیند. مثلا ﺑﺎ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﮔﺮﺍﻧﺶ ﻧﯿﻮﺗﻦ، ﻣﺴﯿﺮ ﮔﺮﺩﺵ ﺳﯿﺎﺭﺍﺕ ﺑﻪ ﺩﻭﺭ ﺧﻮﺭﺷﯿﺪ ﭘﯿﺶ ﺑﯿﻨﯽ ﻣﯽ ﺷﺪ. ﺗﻨﻬﺎ ﺍﺳﺘﺜﻨﺎﺀ ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﺑﯿﻦ، ﺍﻭﺭﺍﻧﻮﺱ ﺑﻮﺩ. ﻣﺪﺍﺭ ﺧﻼ‌ﻑ ﻗﺎﻋﺪﻩﺀ ﺍﻭﺭﺍﻧﻮﺱ، ﺑﺎ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻧﯿﻮﺗﻦ ﻫﻤﺨﻮﺍﻧﯽ ﻧﺪﺍﺷﺖ ﻭ ﺑﻪ ﻧﻮﻋﯽ ﺍﺑﻄﺎﻝ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻧﯿﻮﺗﻦ ﺑﻮﺩ. ﺩﺭ ﺳﺎﻝ ۱۸۴۶ ﺁﺩﻣﺰ ﺍﺯ ﺍﻧﮕﻠﺴﺘﺎﻥ ﻭ ﻟﻮﻭﺭﯾﻪ ﺍﺯ ﻓﺮﺍﻧﺴﻪ ﺣﺪﺱ ﺯﺩﻧﺪ ﭘﺎﯼ ﯾﮏ ﺳﯿﺎﺭﻩﺀ ﺩﯾﮕﺮ ﺩﺭ ﻣﯿﺎﻥ ﺍﺳﺖ. ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﺁﻧﻬﺎ ﺳﯿﺎﺭﻩ ﺍﯼ ﺑﻮﺩ ﮐﻪ ﺑﺮ ﺍﻭﺭﺍﻧﻮﺱ ﻧﯿﺮﻭﯼ ﮔﺮﺍﻧﺸﯽ ﻭﺍﺭﺩ ﻣﯽ ﮐﺮﺩ . ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺁﻥ ﺩﻭ ، ﺟﺮﻡ ﻭ ﻣﺤﻞ ﺍﯾﻦ ﺳﯿﺎﺭﻩ ﺭﺍ ﻧﯿﺰ ﻣﺸﺨﺺ ﮐﺮﺩ ﻭ ﻇﺮﻑ ﻣﺪﺕ ﮐﻮﺗﺎﻫﯽ ﺳﯿﺎﺭﻩ ﻧﭙﺘﻮﻥ ﮐﺸﻒ ﺷﺪ. ﻣﺤﻞ ﻧﭙﺘﻮﻥ ﻧﯿﺰ ﺗﻘﺮﯾﺒﺎً ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺑﺎ ﭘﯿﺶ ﺑﯿﻨﯽ ﺁﺩﺍﻣﺰ ﻭ ﻟﻮﻭﺭﯾﻪ ﺑﻮﺩ. ﺍﯾﻦ ﻣﺜﺎﻝ ﺩﻗﯿﻘﺎً ﻧﻘﻄﻪ ﺿﻌﻒ ﻣﻌﯿﺎﺭ ﺍﺑﻄﺎﻝ ﭘﺬﯾﺮﯼ ﺍﺳﺖ. ﺁﺩﺍﻣﺰ ﻭ ﻟﻮﻭﺭﯾﻪ ﺑﻪ ﺟﺎﯼ ﺍﯾﻨﮑﻪ ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺑﮕﯿﺮﻧﺪ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻧﯿﻮﺗﻦ ﻧﺎﺩﺭﺳﺖ ﺍﺳﺖ ﺗﻼ‌ﺵ ﮐﺮﺩﻧﺪ ﺑﺎ ﻓﺮﺽ ﻭﺟﻮﺩ ﯾﮏ ﺳﯿﺎﺭﻩﺀ ﺟﺪﯾﺪ، ﺭﺻﺪﻫﺎﯼ ﻧﺎﻗﺾ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻧﯿﻮﺗﻦ ﺭﺍ ﺗﻮﺟﯿه کنند.

۱.۲ رشد معرفت و توسعه علمی درکیهان شناسی

 اندیشه بشر و تحلیل او از رویدادهای آسمان؛ از موقعیت اش در جهان هستی و به صورت کلی نگاهش به کیهان ﻃﯽ ۲۶۰۰ ﺳﺎﻝ ، ﺍﺯ ﺯﻣﺎﻥ ﺗﺎﻟﺲ ﺗﺎ ﻋﺼﺮ ﮐﻨﻮﻧﯽ بصورت حیرت برانگیزی ﺗﻮﺳﻌﻪ ﭘﯿﺪﺍ ﮐﺮﺩﻩ ﺍﺳﺖ. کارل پوپر ؛ روند توسعه علم و الگوی اراﯬ نظریات علمی در تاریخ علم را بر مبنای نقد نظریات ad hoc (اصطلاح لاتین به معنی موقتی) می داند . طبق الگوی پوپر ؛ توسعه علمی با مساله آغاز و به مساله ختم می شود. دانشمند برای تفسیر یک رویداد (تبیین یک مساله) ؛ نظریه موقتی اراﯬ می کند و این نظریه موقتی در بوته نقد قرار گرفته و با گذر زمان به اراﯬ نظریات بهتر و سازگارتر منجر می شود.

P1→TT→CD→P2

مساله ۱← نظریه موقتی ← بحث نقادانه ← مساله ۲

پوپر معتقد است که ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻫﺮ ﻧﻈﺮﯾﻪ، ﺍﺯ ﺩﻝ ﻧﻘﺪ ﺁﻥ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﺩﺭ ﻣﯽ ﺁﯾﺪ. الگوی پوپر در خصوص توسعه علمی الگوی ارزشمندی است که نشان می دهد چگونه ﻧﻈﺮﯾﺎﺕ علمی ﺑﻪ ﺗﺪﺭﯾﺞ ﺑﺎ ﻧﻘﺪ ﺭﻭﯼ ﻧﻘﺪ در گذر زمان ﺗﻮﺳﻌﻪ ﭘﯿﺪﺍ می کنند. ﺑﺮﺍﯼ ﻣﺜﺎﻝ ﻃﺒﻖ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﺗﺎﻟﺲ ، ﺯﻣﯿﻦ ﻣﺜﻞ ﮐﺸﺘﯽ ﺑﺮ ﺭﻭﯼ ﺁﺏ ﻗﺮﺍﺭ ﺩﺍﺷﺘﻪ ﺍﺳﺖ. ﺍﻧﮑﺴﯿﻤﻨﺪﺭ ﺑﻪ ﺍﯾﻦ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻧﻘﺪ ﺟﺎﻟﺒﯽ ﺍﯾﺮﺍﺩ ﮐﺮﺩ. ﺍﻭ ﭘﺮﺳﯿﺪ ﺍﮔﺮ ﺯﻣﯿﻦ ﻣﺜﻞ ﮐﺸﺘﯽ ﺭﻭﯼ ﺁﺏ ﺍﻗﯿﺎﻧﻮﺱ ﺍﺳﺖ ﭘﺲ ﺁﻥ ﺍﻗﯿﺎﻧﻮﺱ ﺭﻭﯼ ﭼﻪ ﭼﯿﺰﯼ ﻗﺮﺍﺭ ﺩﺍﺭﺩ؟ ﺳﭙﺲتلاش کرد نظریه کیهان شناسی اش را ﭼﻨﯿﻦ ﺍﺻﻼ‌ﺡ ﮐند: ﻫﯿﭻ ﭼﯿﺰﯼ ﮐﻪ ﺯﻣﯿﻦ ﺭﺍ ﻧﮕﺎﻩ ﺩﺍﺭﺩ ﻭﺟﻮﺩ ﻧﺪﺍﺭﺩ، ﺯﻣﯿﻦ ﺑﻪ ﺍﯾﻦ ﺩﻟﯿﻞ ﺩﺭ ﺣﺎﻟﺖ ﺳﮑﻮﻥ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﺍﺵ ﺍﺯ ﻫﻤﻪ ﭼﯿﺰ ﯾﮑﺴﺎﻥ ﺍﺳﺖ.

طرح کلی از توسعه نظام اندیشه بشر در قبال کیهان:

نظریه تالس ← نظریه انکسیمندر←آریستارخوس←کپرنیک ← مدل کپلری ← مدل نیوتن← مدل اینشتین

 در این بین؛ گاهی شکاف های عمیق تاریخی هم رخ می دهد. به تعبیر کارل پوپر ؛ کوپرنیک (۱۴۷۳ تا ۱۵۴۳ م) کیهان شناسی آریستارخوس (مدل خورشید مرکزی مربوط به ۳۱۰ سال پیش از میلاد) را دوباره کشف کرده است.  در حالیکه در تمام این سالها ؛ الگوی غالب به مدت ۱۸۰۰ سال؛  هیات بطلمیوسی (یعنی مدل زمین مرکزی)  بوده است. از دیدگاه وی؛ ﺩﺭ ﺳﺎﯾﻪ ﻧﻘﺪ ﻋﻠﻤﯽ ﻫﺮ ﻧﻈﺮﯾﻪ است که ﻧﻈﺮﯾﻪ ﺟﺪﯾﺪﯼ ﺧﻠﻖ ﻣﯽ شود. نظریه جدیدی ﮐﻪ ﻣﻨﺴﺠﻢ ﺗﺮ ﻭ ﺩﻗﯿﻖ ﺗﺮ ﻭ ﺑﺎ ﻭﺍﻗﻌﯿﺖ ﺟﻬﺎﻥ ﺳﺎﺯﮔﺎﺭﺗﺮ است. ﻣﺜﻼ‌ً ﻗﻮﺍﻧﯿﻦ ﮐﭙﻠﺮ ﺳﺎﺯ ﻭ ﮐﺎﺭ ﺟﻬﺎﻥ ﺭﺍ ﺑﻪ ﻣﺮﺍﺗﺐ ﺑﻬﺘﺮ ﺍﺯ ﻣﺪﻝ ﻫﺎﯼ ﭘﯿﺸﯿﻦ ﺗﻮﺿﯿﺢ ﻣﯽ ﺩهد. ﺩﺭ ﻭﺍﻗﻊ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﺑﺪﯾﻞ ﻭ ﺟﺎﯾﮕﺰﯾﻦ، ﺭﻭﺍﯾﺘﯽ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﯾﺎﻓﺘﻪ ﺍﺯ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻗﺒﻠﯽ ﺍﺳﺖ ﺑﺎ ﺗﺼﺤﯿﺢ ﻧﻘﺎﯾﺺ ﻭ ﺣﺬﻑ ﯾﮏ ﺧﻄﺎ ﯾﺎ ﺍﺷﺘﺒﺎﻩ ﺩﺭﻭﻥ ﻧﻈﺮﯾﻪ ﻗﺒﻠﯽ و ﯾﮏ ﮔﺎﻡ ﻣﻌﺮﻓﺘﯽ ﺭﻭ ﺑﻪ ﺟﻠﻮ ﺑﻪ ﺷﻤﺎﺭ ﻣﯽ ﺭﻭﺩ. درست مثل دینامیک نیوتن که توانست فیزیک زمینی که گالیله نماینده آن بود و فیزیک اجسام سماوی که کپلر آن را بررسی میکرد را یکپارچه کند.

۱.۲.۱ اصل موضوع سادگی

در روش علمی؛ وقتی دو فرض امکان وجود داشته باشد ؛ ما موقتا فرضی را که به نظرمان ساده تر است انتخاب می کنیم. زیرا چنین فرض می کنیم که احتمال اینکه فرض ساده تر ما را به حقیقت راهنمایی کند  بیشتر است. این اصل که با عنوان تیغ اوکام Occam شناخته می شود می گوید باید از قبول بدون ضرورت موجودات متعدد پرهیز کرد. مثال های زیادی در این خصوص در تاریخ علم وجود دارد. مثلا در هیات بطلمیوسی؛ وضعیت سیارات با در نظر گرفتن افلاک تدویر (epicycle) پیش بینی و تبیین می شد.  در این هیات فرض بر این بود که خورشید و ماه و ستارگان به دور زمین که ثابت در نظر گرفته می شد در گردش اند. به تدریج که حرکات ستارگان با دقت بیشتری معلوم شد برای توجیه آنها آنقدر مفهوم فلک تدویر روی فلک تدویر روی هم  انباشته شد که دستگاه هیات بطلمیوس بسیار بغرنج گردید. بسیاری معتقد شدند که این دستگاه خیلی پیچیده تر از آن است که بتواند امور اساسی و نهایی هیات را نمایش دهد. از قول آلفونس دهم (پادشاه کاستیل ۱۲۵۲ تا ۱۲۸۴؛ در اروپا جداول نجومی زیج به دستور وی تدوین شد) نقل کرده اند که گفته است: اگر آفریدگار به هنگام آفرینش از من مشورت می خواست؛ می توانستم مشاور مفیدی باشم!
کوپرنیک نیز معتقد بود که دستگاه هیات بطلمیوس  به سبب پیچیدگی نمی تواند مطابق واقع باشد و پس از سالها نشان داد که اگر اساس حرکات ستارگان را تغییر دهیم می توان آن ها را بسیار ساده تر توجیه کرد. بطلمیوس در دستگاه خود زمین را ثابت فرض کرده بود؛ کوپرنیک خورشید را ثابت فرض کرد. ولی اکنون ما می دانیم که به معنای مطلق؛ سکون خورشید اصیل تر از سکون زمین نیست.  (همانگونه که حرکت زمین به دور خورشید با سرعت ۳۰ کیلومتر در ثانیه یک سال طول میکشد، حرکت خورشید به دور کهکشان راه شیری با سرعت نزدیک به ۲۵۰ کیلومتر در ثانیه انجام میشود و دویست میلیون سال طول خواهد کشید تا یک دور کامل به دور راه شیری بچرخد. حتی کهکشان ما نیز ساکن نیست و با سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ثانیه به سمت کهکشان آندرومدا حرکت می کند.) با این وجود ؛ قبول این فرض که به جای زمین؛ این خورشید است که ساکن است مشکلات متعددی را رفع می کند.
باری! آسمان آزمایشگاهی است با ماتریال آزمایشگاهی دوردست و اشیاء غیرقابل دسترس در میلیونها و میلیاردها سال نوری آنسو تر. در این آزمایشگاه سخن از فواصل غیرقابل تصور است و از سرعت هایی که در ذهن نمی گنجد. صحبت از ابعاد بی کران است که یادداشت اعداد و ارقام آن روی کاغذ نیز دشوار است. با این وجود ؛ حس کنجکاوی بشر برای فهم جهان آرام ننشسته و اگر با چشم نمی شد اعماق آسمان را دید؛ تلسکوپ ابداع شده و اگر اتمسفر زمین مانع رسیدن نور ستارگان و کهکشان های دوردست است؛ تلسکوپ را راهی فضا کرده که از آنجا بهتر بتوان کرانه های جهان را رصد کرد. اگر بخشهایی از جهان؛ نادیدنی است رادیوتلسکوپ ابداع کرده که نادیدنی را دیدنی کند و هر طور که شده از رمز و راز کیهان بیشتر سر در بیاورد.

درباره نویسنده

عرفان کسرایی

کسرایی، عضو انجمن فلسفه علم آلمان و پژوهشگر مطالعات علم و فناوری در دانشگاه کاسل است
زمینه های پژوهشی او عبارتند از:
-فلسفه فیزیک؛ منطق مدلسازی در ریاضیات مهندسی
-ارتباطات علم و جامعه شناسی شبه علم در ایران
-تاریخ فیزیک مدرن در قرن بیستم

دیدگاه شما چیست