Naturvitenskap = ? Per Arne Bjørkum Statoil Prof. II NTNU/UiS Skolelaboratoriet NTNU

2 «Vitenskap er en raffinert utgave av dagligdags tenkning» Om vitenskap og dagligdags tenkning.. Albert Einstein A. Einstein, Ideas and Opinions, 1954

Vitenskapelig kunnskap «Vitenskapelig kunnskap er en samling utsagn med varierende grad av sikkerhet, - noen nokså usikre, noen nesten sikre, men ingen absolutt sikre.» R. Feynman, The Meaning of it All, Richard Feynman

Sir Karl Popper Conjectures and Refutations, 1989 Vitenskapelig kunnskap «Alle lover, alle teorier, forblir essensielt sett tentative, eller gjetninger, eller hypotetiske, også i de tilfeller der vi føler oss ute av stand til å tvile på dem.»

5 Om vanskelighetene med å finne på noe nytt …som fungerer «Den store vanskeligheten er å prøve å forestille seg noe som du aldri har sett, som stemmer i hver minste detalj med det som allerede er blitt sett, og som er forskjellig fra hva som har vært tenkt på.» The Meaning of it All, 1998 Richard Feynman

Sir Karl Popper Forklare det kjente med det ukjente… Vitenskapelige forklaringer er «forklaring av det kjente med det ukjente» Objective Knowledge, K. Popper, 1979, p. 191

The step from observations to a valid concept is not logical! The step from observations to a valid concept is not logical! Einstein: The Evolution of Physics (1938), co-written with Leopold Infeld. “Physical concepts are free creations of the human mind, and are not, however it may seem, uniquely determined by the external world. In our endeavour to understand reality we are somewhat like a man trying to understand the mechanism of a closed watch”. Fra observasjon til konsepter/begreper

8 Johann Wolfgang von Goethe «Vi vet presist bare når vi vet lite, med økt kunnskap øker tvilen» Når kunnskapsøya er liten…

9 En metafor for kunnskap

10 Kunnskapsøya Tid Normalvitenskap Øya vokser …kunnskapen vokser Man vet stadig mer om det man vet noe om. Det er en logisk-empirisk utvidelse.

11 Metafysikk(spekulasjoner) ▲ ║ Antagleser Begreper/definisjoner Styrende prinsipper verdivalg (estetiske preferanser) Kunnskapsøya ?

12 Metafysikk(spekulasjoner) ▲ ║ Antagleser Begreper/definisjoner Styrende prinsipper verdivalg (estetiske preferanser) Kunnskapsøya Utgangspunktet kan man ikke begrunne logisk, det er et (individuelt) valg…. en gjetning Utgangspunktet kan man ikke begrunne logisk, det er et (individuelt) valg…. en gjetning

13 ”Speculation has no place in natural philosophy” Principia, 2. utgave Datiden begrep for naturvitenskap Selveste Newton skrev…

14 Paradigme (meningsklima) Kunnskapsøya

filteret Logikk En ekstra beskyttelse…filteret! Fundamentale antagelser (starten) Irrelevant observasjon Metafysikk (spekulasjoner)

16 “Facts are selected, by a process that is a kind of controlled neglect…” 2012 Man er selektiv… By your theory/thinking

Info «Det er teorien som bestemmer hva vi kan observere» Einstein Filteret styrer hva man ser… det du tror på

18 «The chief attraction of the theory lies in its logical completeness» Ideas and Opinions, 1954 Einstein on theory and logic… «Du tenker ikke, du er bare logisk» N. Bohr

Mesterne… Da den norske matematikeren Niels Henrik Abel en gang ble spurt om hvordan han hadde klart å komme til toppen i matte så fort, svarte han: "Ved å studere mesterne og ikke deres elever" Niels Abel

Hvordan startet det? Kunnskap om naturen

25 Hvordan kom man i gang med å forstå verden/naturen?

26 Hvordan kom man i gang med å forstå verden/naturen? Er det mulig å forstå? Er naturen lovstyrt?

27 Naturvitenskap dreier seg fundamentalt sett om å identifisere og beskrive ”det uforanderlige i det foranderlige” = Lovene (Konserveringslovene) Det tilfeldige

28 Samfunnsvitenskap og vitenskaper om mennesker Det finnes ingen uforanderlige lover i samfunnsvitenskapen eller vitenskapen om mennesker K. Popper

29 Det uforanderlige i alt som endrer seg Starten: Forandring som fenomen opptok de første greske naturfilosofene på tallet f. Kr (f.eks. Tales, Anaksimander, Anaksimenes, Heraklit, Parmenides, Leukipp, Demokrit…). De lurte bl.a. på hvordan det er mulig for noe å forandre seg og samtidig være det samme. Pre-sokratene (de som levde før Sokrates).

30 Den gamle greske kulturen Pre-Sokratene: Tales, Empedokles Anaximander Demokrit Pytagoras etc

31 De tok et oppgjør med gudene, og antok at det var mulig for oss (mennesker) å forstå naturen!! fordi naturen var styrt av (uforanderlige) lover !! Dette var det radikale og nyttige ved kulturen!! Et fundamentalt steg… De tok utgangspunkt i fornuften, tankens kraft. De var de man nå omtaler som rasjonalister paradigmeskifte

32 Kan vi stole på sansene? De begynte å diskuterte om vi kunne stole på våre sanser. Det utviklet seg til to ulike skoler. Skole 1: Ingenting endrer seg. Det vi ser som endring skyldes sansebedrag, det er en illusjon. Alt er en uforanderlig helhet. Det er ikke plass for endring. Heller ikke bevegelse! Skole 2: Alt er i endring. Hele tiden! også det vi ikke kan se endre seg, dvs. sansene strekker ikke til!

33 Løsningen… De søkte en forening/kobling/relasjon mellom de ulike oppfatningene ”Alt er i endring” Skole 2 ”Ingenting endrer seg” Skole 1 De stolte på sansene og fornuften ”Kompromiss” Genialt Trekker ut det mest fruktbare fra begge

34 De søkte en forening/relasjon mellom de ulike oppfatningene ”Alt er i endring””Ingenting endrer seg” Skole 1 og 2 ”Forenes” Det fruktbare i begge Demokrit Empedokles Løsningen…

35 Alt (for eksempel toner) kunne utrykkes som forhold mellom hele tall. Pytagoras f. Kr. Pytagoras : alt er tall, eller forhold mellom tall (musikkstrenger og matematikk: harmoni ) Pytagoreerne tilhørte ingen av generasjonene, de stod for noe eget. Tillegg:

36 Alt (for eksempel toner) kunne utrykkes som forhold mellom hele tall. Pytagoras f. Kr. Pytagoras : alt er tall, eller forhold mellom tall (musikkstrenger og matematikk: harmoni ) Ble en religiøs sekt til slutt, drev med hemmelighold. Den ble forfulgt og utradert. Phytagoras ble etter hvert oppfattet som en slags gud som i følge myten kunne gå på vannet, han kunne dempe vind og bølger, han skulle ha vært på to steder samtidig, hans mor ble kalt Parthenis (som betyr jomfru), han oppstod (tilsynelatende) fra de døde – men skal visst (i følge myten) ha lurt alle ved å gjemme seg i en undergrunnshule….. Krise: Hva med √2 = ?; det er et tall som kan ikke uttrykkes som a/b der a og b er hele tall! Dette ble forsøkt holdt skjult…. Pytagoreerne tilhørte ingen av generasjonene, de stod for noe eget. Tillegg:

37 ”Philosophy of science” Det (tilsynelatende) kompliserte krever ikke et komplisert utgangspunkt

38 Tales: ”vann er urstoffet” ”alt stammer fra vann” ”vann er alle tings opphav” Vann var det uforanderlige - et slags ”universalatom”- oppe i all forandringen Opptatt av: Hva er naturen bygget opp av? Andre urstoff ble også foreslått av ulike naturfilosofer: luft, ild, mens andre mente vi ikke kunne vite hva det var og kalte derfor for ”det ubestemte”(aperion)

Et kanskje enda viktigere trekk ved den kulturen som Tales innførte, også omtalt som den joniske kulturen, var at elevene ble oppfordret til å utøve kritikk av det mesteren hadde lagt frem. Det var derfor Anaksimander, som var elev av Tales, kunne legge frem et alternativ til Tales’ forklaring på hva det var som holdt jorda på plass i universet. Tales og kritikk av læremesteren

40 Det nyttige i det pre-sokratene (”de første naturfilosofen”) stod for var ikke svarene de ga, men at Dette (foregående side) var viktige elementer i utviklingen den vitenskapelige metoden(1600-tallet), som satte fart i utviklingen av vår kunnskap om naturen, og der formålet var å forstå den for å utnytte den til å gjøre livet lettere å leve. Å søke kunnskap om naturen for et slikt formål (det å gjøre livet lettere å leve) oppstod først rundt Før den tid søkte man kunnskap av andre grunner - dels for sin egen del, gleden av å forstå, og i Middelalderen: for å forstå Guds skaperverk.

41 For Platon hadde ideene (og begrepene knyttet til disse) en reell eksistens. De var ikke bare en tanketing. Ideene var faktisk mer reelle er den virkeligheten vi sanser/ser. De vi ser og sanser er uperfekte kopier, avskygninger av ideene. Derfor var den sansbare verden ikke så interessant. For Platon var det ideene som var dette uforanderlige. (Ideen ’menneske’ forandres ikke selv om mennesker gjør det.) Platon ( Aristoteles’ læremester)

42 Det nyttige i det pre-sokratene (”de første naturfilosofen”) stod for var ikke svarene de ga, men at 1) De tok oppgjør med gudene, og trodde at naturen var forståelig, dvs. den var lovstyrt, og at vår fornuft var i stand til å forstå den, dvs. rasjonalismen (og uten gudenes hjelp!) 2) De søkte enkle svar, og svarene var gitt i form av relasjoner/blandinger 3) De baserte seg på ca-”observasjoner” (ikke eksperimenter – så lang vi vet) 4) Det var et klima for kritikk av mesterne. 5) De (Pytagoras og hans elever) forsøkte å anvende matematikk på fenomener i naturen så som musikk Styrken til denne kuturen var mangfoldet av ideer

Logikk – rasjonalitetens verktøy f. Kr Aristoteles

f. Kr

46 Det logiske = rasjonelt

47 Det logiske = rasjonelt = sant

48 Det logiske = rasjonelt = sant = virkelig

49 Det logiske = rasjonelt = sant = virkelig = ?

50 Det logiske = rasjonelt = sant = virkelig = uforanderlig Man mente Aristoteles sin virkelighet var den endelige

51 Utfordring for alle.. Teoriene vi har (dere lærer om dem) virker så logisk overbevisende.. Og den er bygget inn i en struktur

Classification: Statoil internal Status: Draft 52 “Det etablerte strukturen…Beste Praksis

Classification: Statoil internal Status: Draft 53 hmmm

Også gale mennesker har evnen til logisk tenkning!

«Det synes ikke for meg som om de gale har mistet evnen til å resonnere. De har satt sammen ideene veldig galt, og antatt dem for å være sanne. For, i deres forestillingens vold, har de tatt oppdiktninger for virkelighet. Men de foretar riktige utledninger fra disse oppdiktninger.» J. Locke, An Essay Concerning Human Understanding (1690) John Locke Evnen til å tenke logisk …og de som er «gale» (Locke hadde ansatsene både til moderne psykologi og psykoanalyse)

Et legeme som var dobbelt så tungt (som et annet) ville falle dobbelt så fort! Fordi det ivret dobbelt så mye (det var dobbelt så naturlig for det å være nær verdens sentrum) Aristoteles om fritt fall V i luft = proporsjonal med tyngden (iveren) Støttet av observasjoner av steiner vs. blader som faller? En stein faller til bakken fordi det er dens naturlige tilholdssted (steinen hadde en iboende iver) animistisk fysikk

Kast …..eller 1400-tallet: kanoner (som denne tegningen er fra) Hvorfor?

Tenkning: Kun en kraft kunne virke om gangen 1 2 Først på-tvungen, dernest naturlig bevegelse (vertikalt nedover) Aristoteles og kast (her fra en tegning i sen-middelalderen) 1400-tallet

Ergo blir hastigheten uendelig i vakuum (R = 0) Hastighet = tyngden/motstanden i mediet (R) Tenkning: Kun en kraft kunne virke om gangen 1 2 Først på-tvungen, dernest naturlig bevegelse (vertikalt nedover) Aristoteles og kast (her fra en tegning i sen-middelalderen) 1400-tallet (uendlig = tall/0) Frykten for null hang sammen med menigsløsheten av uendelig (tynn luft)

60 Så til de Store kosmologiske spørsmålene…

Not in scale

62 Platons ”ordre” til eleven Aristoteles: ”Forsøk å forklare planetenes, stjernenes og solas bevegelser med sirkler og konstant hastighet (i banen)” ”Keep it simple” Forklaringen på universet:

63 OG: Sirkelbevegelser var naturlige bevegelser som ikke krevde en forklaring. Plantene kunne derfor være i bevegelse (konst. hast) uten å flytte på seg! – egentlig! Sirklen var perfekt, ingen begynnelse, ingen slutt Platon:

64 Aristoteles sitt univers (Aristoteles avviste/”tilbakeviste” pre-Sokratene) Jorda var rund! Aristotels estimerte Jordas radius (1.8 ganger den rette) Den roterte ikke Den var i ro. Den befant seg i verdens geometriske sentrum! Aristoteles var påvirket av andre som jobbet med det samme Aristoteles var påvirket av andre som jobbet med det samme

65 Aristoteles sitt univers stjernene Universet var endelig (Uendelighet var utenkelig) Det kunne heller ikke eksistere vakuum Frykten for “0”, ingenting Sublunare sfærene De fire elementene jord, luft, ild og vann Dette var område der det forekom endringer. Løk -modellen

66 Aristoteles sitt univers En todelt verden Jorda Him mel De lover som styrte det som skjedde på Jorda, var forskjellig fra de som styrte himmellegemene. Eteren var ikke av samme “sort” som de jordiske elemente (jord,vann, luft og ild).

67 Jordaksen er skråstilt i forhold til Jordas rotasjonsplan omkring Sola. Det gjør oppgaven litt vanskelig... Man hadde en forklaring på denne skråstillingen, som er en viktig årsak til årstider. Opprinnelig var den ikke skråstilt. Men gudene hadde gitt Jorda et puff som førte til skråstillingen …. for å straffe oss (ref. årstidene).

68 Aristoteles univers og bevegelsen opphav? Gud: Satte universet dvs. det ytterste skallet i gang!! (”første Beveger”) som selv ikke var påvirket av at han satte det i gang Universet hadde alltid eksistert! Problem (som kom i Middelalderen): Det var i ingen skaper av Univserset!

69 Men: Det skjedde ved at noen av Aristoteles’ oppfatninger ble imøtegått, bl.a. hans oppfatning om at universet alltid hadde eksistert (Aristoteles hvedet at «bevegelse enten skulle ha blitt til eller vil slutte, er umulig» og «at universet var skapt på et bestemt tidspunkt (…..) var utenkbart»”). Det var ingen plass for en skaper i Aristoteles’ verden. Bibelen starter imidlertid med setningen «I begynnelsen skapte Gud himmel og jord». Aquinas forening av Aristoteles og Bibelen - vi tar ikke det her, fordi den var en komplisert sak. NB: Viktig hendelse (ca 1200): Dette ordnet Aquinas opp i

70 Aristoteles: On Generation and Corruption Air is primarily wet and secondarily hot. Fire is primarily hot and secondarily dry. Earth is primarily dry and secondarily cold. Water is primarily cold and secondarily wet.

71 The Middle Ages: The basic elements/building blocks of the worlds (below the moon) By this they could explain - qualitatively – “everything” Basic concepts + Ether above the moon

Retrograde (baklengse) bevegelser til planeten Mars, sett fra jorda ?

Ptolemaios ( ) Middelalderen Til slutt (ca. 1500): eksisterte mange utgaver Av Ptolemaios og med inntil ca. 50 sirkler. Økt opptatthet av presisjon førte til flere sirkler (ad hoc løsninger, men ikke noe prinsipielt nytt)) Og jorda var ikke helt sentrum, hver planet hadde sitt egent sentrum litt utenfor jorda Videreutviklet Aristoteles sin modell!

Effekten av tilleggssirkler

75 From: A New Astronomy, Kepler, Chapter 1, (1609).

I Ptolemaios sin modell var Jorda (E) ikke helt i sentrum NB!! En svakhet….

jorda Betydningen av lite fruktbare antagelser og hva en logisk tenkning fra et uheldig utgangspunkt kan føre til. Ptolemaios tenkte innenfor Aristoteles sin fysikk og derfor kunne ikke jorda være i bevegelse..som vi kan lese fra hans hovedverk Almagest. Hvis Jorda roterte…..

Ptolemaios om hva konsekvensene ville bli hvis jorda roterte.. Legg også merke til at hele avsnittet er en setning, …. og dere har ikke fått med starten… Her ser dere hvordan det går når man har et ”galt” utgangspunkt. Oppfatningen er rasjonell, gitt utgangspunktet. Hvis Jorda roterte…..

Om ulike perspektiv på verden og hva det fører til Middelalderen (ca ca. 1500)

Perspektivtegning i middelalderen

400 tallet Gud sitt perspektiv på verden Augustin ”Jeg må tro (på Gud) for å forstå” Perspektivtegning i Middelalderen Ditt tilfeldige perspektiv var ikke interessant Ditt tilfeldige perspektiv var ikke interessant

1400-tallet Aquinas Perspektivtegning!

1400-tallet Individets perspektiv på verden Aquinas (1200-tallet) - åpnet for at enkeltindividet kunne komme til erkjennelse av Guds sannhet ved å studere naturen slik en selv opplevde den, dvs. ved bruk av Sansene og Fornuften Individualisme!! Aquinas Perspektivtegning!