A Gólem 4. Előadás A kísérlet, amely „bizonyította” a relativitás elméletét A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Kérdések és fogalmak  Kérdések: Mi történik, ha egy elméletnek ellentmondó eredményre vezet egy kísérlet? Mikor igazol és mikor cáfol egy megfigyelés egy elméletet? Hogyan alakul ki konszenzus egy elmélet megítélése körül a tudományos közösségben?  Fogalmak: Döntő kísérlet; Igazolás (verifikáció) és cáfolás (falszifikáció); A társas elfogadás viszonyai; A kísérletek elméletfüggése; Elméleti elköteleződések és várakozások; A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Az elméletek igazolása  Honnan tudjuk, hogy egy elmélet igaz? Megmérjük? Tudunk olyan kísérletről, ami igazolja a jóslatait? Minden kísérlet igazolja a jóslatait? Belátjuk, hogy szükségszerűen igaz? Mindenki elhiszi?  „Ha van olyan mérés, amely igazolja az elméletünket, azaz az elmélet jóslatait megbízható adatokkal tudja alátámasztani, akkor az elméletünk helyes.” Ez logikailag nyilvánvalóan sántít, mégis sokszor ebben a formában szoktak hivatkozni kísérletekre..  Milyen döntő kísérletekről tudunk, amelyek igazoltak kérdéses elméleteket? A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Miről lesz szó?  Egy kísérletről, amely az értő közvélemény szemében „bizonyította” a relativitás elméletét: Eddington 1919-es expedícióját az általános relativitáselmélet melletti döntő bizonyítékként szokták említeni;  Kik? Elsősorban a fizika tankönyvek és a tudományos népszerűsítő irodalom; NEM az adott részterülettel foglalkozó tudósok és tudománytörténészek! Nekik általában alapos tudásuk van ezekről az esetekről, ők a szakértői ennek  bár az eltérő nézőpontnak köszönhetően nem feltétlenül jutnak ugyanazokra a konklúzióra, mint a tudománytörténészek; Viszont szinte mindenki más laikus ezzel kapcsolatban: nemcsak a tudomány iránt érdeklődők általában, hanem a más területen dolgozó kutatók is! A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Egy új gondolat elsöprő sikere  „Albert Einstein nevéhez fűződik a tudományos élet egyik legnagyobb felfedezése, a relativitáselmélet megalkotása. A híres német tudóst barátság fűzte kortársához, az angol tudományos élet kiemelkedő képviselőjéhez, Sir Arthur Eddingtonhoz. Az angol fizikus volt ugyanis az első, aki megértette Einstein elméletét. A két lángelme felvette egymással a kapcsolatot, levelezésük során megosztották egymással észrevételeiket és gondolataikat.” (port.hu: Einstein és Eddington c. film ismertetője)  A relativitáselmélet sok mindennek vált a szimbólumává: az emberi géniusz csúcsteljesítménye; az érthetetlenség netovábbja; a relativizmus mételye; a bátor tudományos állítások és kísérleti igazolásuk iskolapéldája… A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

„Elmászó csillagok”  Einstein forradalmi elmélete bátor jóslatot tesz a newtoni világképhez képest: Mindkét elméletben elhajlik a fény erős gravitáció esetén, de az általános relativitáselmélet szerint nagyobb mértékben. Kérdés: kinek van igaza?  Eddington csillagászati mérései Einstein elméletét igazolták!  Egy csapásra tudományos hősök lesznek- akik felülemelkednek a nemzetek közötti konfliktusokon- együttműködésükből világraszóló eredmény születik; A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

A relativitáselmélet „általánosítása”  Einsteint korábbi eredményei után is foglalkoztatták a különböző megfigyelők közötti relációk;  Ekvivalencia-elv: egy külső „gravitációs erő” hatására szabadon eső rendszer lokálisan megkülönböztethetetlen az erőmentes mozgástól (1907): Ez a felismerés, ha többnek tekintjük puszta véletlennél, a gravitáció és a mozgásegyenletek alapvető „összegyúrását” követeli meg;  Einstein egy évtizedig küzd a problémával, mire rátalál a megfelelő matematikai alakra  1916-ban eljut az általános relativitáselmélet megfogalmazáshoz; A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

A fényelhajlás jóslata  Einstein elgondolásai fokozatosan alakultak ki: 1911-ben egy még félig klasszikus gondolatmenet alapján arra jut, hogy közvetlenül a Nap mellett elhaladó fénysugár 0,87’’ (szögmásodperc) elhajlást szenved, 1916-ban, a teljes elmélet birtokában egy második levezetést is ad, amely pontosan egy kettes szorzóban tér el a korábbitól: 1,74”;  Eddington 1918-as összefoglalójában az első számot nevezte az elhajlás „newtoni” értékének: Pedig Einstein ezt is már az ekvivalencia-elv alapján vezette le, viszont még hagyományos téridő-képben; Newton természetesen nem mondott ilyesmit! A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Kísérleti ellenőrzés?  Einstein már az 1911-es cikkében felvetette, hogy teljes napfogyatkozáskor lehetne ellenőrizni a jóslatát: Elméletileg a kor technológiája alapján kimérhető a jósolt eltérés; Gyakorlatban azonban – mint azt látni fogjuk – jóval nehezebb a feladat…  Az öt legközelebbi teljes napfogyatkozás: október 10.: Erwin Freundlich Brazíliába utazott – ahol a fogyatkozás idején végig esett; augusztus 21.: három kutatócsoport is egy kitörő háborúban találja magát Oroszországban; 1916: mindenki háborúskodik; június 8.: egy amerikai csoport (W. Campbell és H. D. Curtis) felvételeket készít, de az eredményeket a kiértékelés nehézsége és bizonytalansága miatt soha nem publikálták; május 29.: pont igen jó a csillagok állása – erről szól a mi történetünk… A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

A megfigyelés nehézségei  Cél: összehasonlítani a csillagok pozícióit normál körülmények között, valamint akkor, amikor a Nap közelében vannak;  Feladat: meg kell tudni különböztetni a berendezés torzító hatásait a kimérni kívánt effektustól (fényelhajlás vs. Skálázási hiba);  Nehézségek: A Nap mellett a csillagok csak teljes napfogyatkozás idején látszanak, amik csak ritkán és tipikusan nem az obszervatóriumok felett történnek; Olyan kicsi az eltérés, hogy csak akkor lehet kimutatni, ha ugyanazt az égboltterületet fotózzák le Nappal és Nap nélkül; Több hónapos várakozás… A megfigyelések ezért más-más évszakra tevődnek, ami eltérő környezeti hőmérsékletet, és így a távcsövek nehezen kontrollálható deformációját okozhatja, ami módosítja a fókusztávolságot is; A távoli, eldugott helyen esedékes napfogyatkozásokhoz csak kisebb távcsöveket lehet használni, amelyeknek hosszabb záridőre van szükségük az éles képhez; ez újabb problémához vezet; A távcsövet vagy egy tükröt mozgatni kell, hogy kövesse a Föld forgását; Ráadásul az időjárás minden előkészületet meghiúsíthat… A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Helyszín, eszközök és problémák 1. Príncipe szigete (Afrika) – Eddington & Cottingham egy nagyobb, asztrográfiai teleszkóp 2. Sobral (Brazília) – Commelin & Davidson egy nagyobb, asztrográfiai teleszkóp + egy kisebb távcső, probléma esetére  Probléma lett is: Príncipén felhős volt az ég; Sobralban a felhők éppen eltűntek a fogyatkozás körül, viszont a nagyobb távcső alatt mozgatandó tükörrel akadtak gondok; A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

A Sobral-csoport eszközei Príncipe szigete (Afrika) – Eddington & Cottingham  egy nagyobb, asztrográfiai teleszkóp Sobral (Brazília) – Commelin & Davidson  19 fotó egy nagyobb és  8 egy kisebb távcsővel (ebből 1 felhős) A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

A mérések eredménye  Príncipe (Eddingtonék): a felhőzet nem volt nagyon vastag, ezért készítettek felvételeket, hátha valami látszik majd; 16 fotólemez készült, DE otthon kiderült, hogy ezek közül csak 2 használható, és azokon is csak öt csillag látszik;  Sobral (Commelin & Davidson): 19 fotó a nagyobb teleszkóppal:  a tükör problémája miatt elmosódott képek (nagyon nehéz és bizonytalan a kiértékelésük) 8 a kisebb távcsővel:  szép éles képek, csak egy felhős  viszont kisebb területet mutatnak (kevesebb az adat a torzítási korrekciók kiszámítására) A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

A mérések kiértékelése  A fotólemezek kiértékelése hónapokig tart;  A különféle hibák miatt többféle módszertant is alkalmaznak;  1. eredmény (Sobral): A kisebb távcső adatai: a Nap melletti csillag-elmozdulás (fényhajlás) mértéke: 1,86 és 2,1 szögmásodperc között van:  Einsteinnek van igaza (?); A nagyobb teleszkóp adatai szerint: csak 0,86 szögmásodperc a fényelhajlás  Newtonnak van igaza(?);  2. eredmény (Príncipe): A két rossz minőségű fotó alapján számított szögelhajlás 1,31–1,91 szögmásodperc:  mégis inkább Einsteinnek van igaza (?); A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Az eredmények értelmezése  november 6.: Frank Watson Dyson, a királyi főcsillagász bejelenti, hogy a megfigyelések Einstein elméletét igazolták: A kisebb sobrali távcső adatait tekintették döntő bizonyítéknak; Támogató adatként kezelték a két rossz minőségű Príncipe-i fotót; A 18 db, nagyobb távcsővel készült képet figyelmen kívül hagyták!  A publikált anyagból a sobrali nagy távcsővel készített képek már kimaradtak  így a mérések közzétett eredményei inkább Einsteint igazolták.  A 2.0 körüli érték viszont Einsteint sem igazolja egyértelműen…  Nem bizonyítható egyértelműen, de valószínű, hogy Dyson és Eddington az adatok kiértékelése során valamennyire szem előtt tartották a tesztelendő elméleteket is…  Így az elmélet és a kísérlet „idő előtt” kapcsolatba került egymással  pedig a kísérletektől azt szokás elvárni, hogy függetlenek legyenek az elmélettől! A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Az eredmények értelmezése  Később természetesen sok további mérés igazolta ezt az értéket, az 1919-es adatok kiértékelése azonban korántsem volt egyértelmű;  Mi volt a siker titka? Szerencse? Helyes tudományos megérzés? Valamennyire mindkettő, de az bizonyos, hogy az utókor megítélésében nagy szerepet játszott a retorika; A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék

Tanulságok  Van olyan eset, hogy egy-egy mérés eredménye alátámaszt egy elméletet, azonban nem igazolja azt sosem;  Ha egy mérés egy elmélet igazolásának látszik, akkor is még számos emberi tényezőt kell számításba vennünk, és semmiképpen nem érdemes véglegesnek tekintenünk az eredményeket;  Fel kell adnunk a „döntő kísérlet” mítoszát, hiszen jól látszik, hogy az ilyen kísérletek nem mindig igazolják a kérdéses elméletet, és „döntővé” nyilvánításuk és népszerűségük pedig számos (tudomány)szociológiai tényezőtől is függ: A döntő kísérlet szinte sohasem egyetlen kísérlet, hanem mérések gondosan (sőt: egyre gondosabban) kivitelezett sorozata; A kísérletek különböző kritikákat vonnak maguk után, a következő mérések ezekre próbálnak meg válaszolni; Az utókor ezek közül egyet emel ki és jegyez meg (általában időben az elsőt), ami eléggé hamis tudományképhez vezet; A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék