ΤΕΙ ΧΑΛΚΙΔΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΑΝΘΡΩΠΟΣ Α ΕΞΑΜΗΝΟΥ

Transcript

1 ΤΕΙ ΧΑΛΚΙΔΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΑΝΘΡΩΠΟΣ Α ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΔΙΔΑΣΚΟΥΣΑ: ΣΤΑΥΡΟΥΛΑ ΑΔΑΜΟΠΟΥΛΟΥ 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Η έννοια της επιστήμης και της «επιστημονικότητας» δεν είχαν πάντοτε το περιεχόμενο που έχουν σήμερα. Αν ανατρέξουμε στην ιστορία της επιστήμης θα δούμε πως η επιστήμη έχει αλλάξει πολλές φορές στη μακραίωνη διαδρομή της, προτού εδραιωθεί όπως τη γνωρίζουμε σήμερα. Ένα από τα βασικότερα χαρακτηριστικά της επιστήμης είναι η μέθοδος που ακολουθούμε για να την ορίσουμε. Σήμερα, μιλώντας για την επιστήμη σε σχέση με το φυσικό κόσμο, αναγνωρίζουμε 4 στάδια, ή «βήματα» [1] που αποτελούν την επιστημονική μέθοδο: Στάδιο 1 ο : Πρόβλημα/Φαινόμενο Στάδιο 2 ο :Παρατήρηση και Πείραμα Στάδιο 3 ο : Ερμηνεία του Προβλήματος (Υπόθεση) Στάδιο 4 ο : Έλεγχος της Υπόθεσης Στο πρώτο στάδιο, θέτουμε το πρόβλημα/φαινόμενο που θέλουμε να εξετάσουμε. Κατόπιν, κάνουμε παρατηρήσεις και πειράματα, με πολύ μεγάλη ακρίβεια και προσοχή. Στο τρίτο στάδιο γίνεται η ερμηνεία των αποτελεσμάτων που μας δίνει ο εμπειρικός έλεγχος, η οποία ονομάζεται και υπόθεση. Συχνά ο σχηματισμός του ερωτήματος ταυτίζεται με την ερμηνεία του, με άλλα λόγια πολλές φορές η υπόθεση είναι η αφετηρία της επιστημονικής έρευνας, που στη συνέχεια θα πρέπει να επαληθευτεί. Στο τέταρτο στάδιο, προχωρούμε σε νέες παρατηρήσεις και πειράματα για να επαληθεύσουμε την υπόθεση.[1] Αυτή η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές, εφόσον μελλοντικά δεδομένα μπορούν να ανατρέψουν τη γνώση που έχει ήδη θεμελιωθεί. Όταν όμως μια υπόθεση θεωρηθεί βέβαιη και απόλυτη, έχοντας ελεγχθεί και επαληθευτεί, τότε οδηγούμαστε σε μια θεωρία ή έναν νόμο. ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Νόμος: νόμοι είναι οι προτάσεις που δηλώνουν κανονικότητες στο φυσικό κόσμο. [1] Χρησιμότητα των νόμων: 1) Οι νόμοι μας εξηγούν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το σύμπαν. Απαντούν στο ερώτημα «πώς» λειτουργεί κάτι μέσα στη φύση.[1] 2

3 2) Οι νόμοι της φύσης μας επιτρέπουν να προβλέψουμε φαινόμενα που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμα. Με άλλα λόγια, μας επιτρέπουν να κάνουμε προβλέψεις για το μέλλον.[1] 3) Οι φυσικοί νόμοι μας επιτρέπουν να εξηγήσουμε φαινόμενα που δεν μπορούμε να μελετήσουμε απ ευθείας, πχ το εσωτερικό του ήλιου.[1] Θεωρία: η θεωρία είναι «μια αναλυτική δομή, σχεδιασμένη για να εξηγεί ένα σύνολο από παρατηρήσεις» [2] Επιστήμη: είναι η συστηματική διαδικασία οργάνωσης της γνώσης, υπό τη μορφή ελέγξιμων εξηγήσεων και προβλέψεων αναφορικά με το σύμπαν.[3] Επιστημονική μέθοδος: η μέθοδος που ακολουθεί ένας επιστήμονας βάσει των σταδίων που περιγράφηκαν πιο πάνω, ώστε να ερευνήσει ένα φαινόμενο και να οδηγηθεί σε νέα γνώση ή σε βελτίωση/ενσωμάτωση προηγούμενης γνώσης. [1], [4] Σημασία / Χρησιμότητα της επιστήμης: Η επιστήμη, σε αντίθεση με άλλες διανοητικές εργασίες, είναι μια «ζωντανή» διαδικασία διαρκούς ελέγχου της γνώσης που έχει αποκτηθεί, από τον ίδιο τον επιστήμονα και από την επιστημονική κοινότητα στο σύνολό της. Η δύναμη της επιστήμης έγκειται σε αυτόν ακριβώς το χαρακτήρα της, στο ότι είναι ανά πάσα στιγμή ανοιχτή σε έλεγχο που θα την επαληθεύσει ή θα την απορρίψει. Κεφάλαιο 1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΛΗΨΕΙΣ ΤΗΣ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ: ΠΛΑΤΩΝ, ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ, ΠΤΟΛΕΜΑΙΟΣ ΠΛΑΤΩΝ ( πχ..) Ο Πλάτωνας ήταν μαθηματικός και φιλόσοφος με μεγάλη επίδραση τόσο στην φιλοσοφία όσο και στον ίδιο το μαθητή του, τον Αριστοτέλη. Σε ό,τι αφορά την αστρονομία, ο Πλάτωνας διαχωρίζει την αστρονομία σε Μαθηματική αστρονομία (θεωρητική) και σε Παρατηρησιακή αστρονομία, ενώ ο ίδιος τάσσεται υπέρ της μαθηματικής αστρονομίας. Επιπλέον, θεωρεί την κίνηση των πλανητών ως το σημαντικότερο ζήτημα που πρέπει να απασχολήσει τους αστρονόμους της εποχής του. [5] Οι πλανήτες δεν φαίνονταν να διαγράφουν πάντοτε ομαλές κινήσεις, αλλά εμφάνιζαν αναδρομήσεις και ορθοδρομήσεις. Ωστόσο, κατά τον Πλάτωνα, οι ουρανοί πρέπει να 3

4 διέπονται από την ομορφιά και την αρμονία των μαθηματικών, κι έτσι οι φαινόμενες κινήσεις των πλανητών θα έπρεπε να εξηγηθούν βάσει ομαλών κυκλικών κινήσεων. [5], [6] ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ ( π.χ.) Ο Αριστοτέλης είναι ο φιλόσοφος με τη μεγαλύτερη επίδραση στην επιστημονική σκέψη από την εποχή του και μέχρι και την Επιστημονική Επανάσταση. Η κοσμοθεωρία του λειτούργησε σαν αυθεντία σε όλο το δυτικό κόσμο, στους φιλοσόφους, επιστήμονες και ακαδημαϊκούς των Ευρωπαϊκών Πανεπιστημίων και χρειάστηκε να περάσουν πολλοί αιώνες και να εμφανιστούν μεγάλες προσωπικότητες από το χώρο της επιστήμης, όπως ο Γαλιλαίος και ο Νεύτωνας, για να ξεπεραστούν οι ιδέες και οι θεωρίες του. Ο Αριστοτέλης έφτιαξε μια πλήρη θεωρία του κόσμου, μέσα από την οποία εξηγούνται όλα τα φαινόμενα που αργότερα θα ερευνηθούν από τις επιστήμες της φυσικής, της αστρονομίας, των μαθηματικών κλπ. Με τη φυσική φιλοσοφία του ο Αριστοτέλης ξεκινώντας από τα όσα βλέπει γύρω του, προσπαθεί να ανακαλύψει τα αίτια που προκαλούν τα διάφορα φαινόμενα.[6] Ο Αριστοτέλης διαχωρίζει την Επιστήμη από τη Τέχνη: Τέχνη = Πρακτική γνώση. Η τέχνη είναι βασισμένη στην καθημερινή, πρακτική εμπειρία και χρησιμεύει στο να ξέρουμε τι να κάνουμε την επόμενη φορά που θα βρεθούμε σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Δηλαδή, η τέχνη είναι αποτέλεσμα της εμπειρίας και έχει πρακτικό χαρακτήρα, μας χρησιμεύει στην καθημερινότητά μας.[7] Από την «τέχνη» βγαίνει η σημερινή λέξη «τεχνολογία». Σήμερα, η τεχνολογία είναι η εφαρμογή της επιστημονικής γνώσης, η εφαρμοσμένη επιστήμη. Αυτό δεν υπάρχει σαν αντίληψη στο παρελθόν. Επιστήμη = Επιστημονική γνώση. Η επιστήμη είναι βασισμένη στη λογική και όχι στην εμπειρία και δεν έχει πρακτική χρησιμότητα όπως η τέχνη. Ο στόχος της επιστήμης είναι η κατανόηση των πραγμάτων μέσω των αιτίων τους και όχι η πρακτική ωφελιμότητα. Είναι η ίδια η κατανόηση του σύμπαντος, της φύσης και της αιτίας κάθε φαινομένου μέσα στη φύση.[7] Η αντίληψη του Αριστοτέλη για την Επιστήμη και την Τέχνη δημιουργεί έναν ξεκάθαρο διαχωρισμό ανάμεσα στην εμπειρία και τη λογική, αφού άλλη είναι η χρήση και ο σκοπός της κάθε μίας. Έτσι, η μελέτη των φυσικών φαινομένων είναι κομμάτι της ίδιας της φιλοσοφίας και η γνώση κερδίζεται μέσω της φιλοσοφικής σκέψης. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ 1. Στόχος της φιλοσοφίας είναι τα αίτια των φαινομένων. Δηλαδή, αυτό που ενδιαφέρει τον Αριστοτέλη είναι το γιατί συμβαίνει κάτι (πχ η ελεύθερη πτώση ενός σώματος, ή η κίνηση των πλανητών)[6], [7] 4

5 Η έρευνα των αιτίων των πραγμάτων αποτέλεσε θεμελιώδη ιδέα της φιλοσοφίας και της επιστήμης. Η απομάκρυνση από το ερώτημα «γιατί» συμβαίνει κάτι και η μετάβαση στο ερώτημα του «πώς» συμβαίνει κάτι έγινε κατά τη διάρκεια της Επιστημονικής Επανάστασης για πρώτη φορά, κυρίως χάρη στη συμβολή επιστημόνων όπως ο Γαλιλαίος. Τότε μόνο οι έννοια ενός «νόμου» της φύσης θα αποκτήσει τη σημασία που κατανοούμε με σημερινούς επιστημονικούς όρους. 2. Δημιουργία ενός κλειστού συστήματος, όπου όλα εξηγούνται. Ο Αριστοτέλης φτιάχνει μια θεωρία του κόσμου, ένα κλειστό σύστημα, όπου τίποτα δεν είναι ανεξάρτητο: κάθε ζήτημα, κάθε φαινόμενο, είναι μέρος της αλυσίδας φαινομένων που εξηγούνται βάσει του ίδιου μοντέλου του κόσμου. 3. Το Γεωκεντρικό μοντέλο του κόσμου Σύμφωνα με την αριστοτελική κοσμοθεωρία η Γη βρίσκεται ακίνητη στο κέντρο του κόσμου, και όλοι οι πλανήτες γυρίζουν γύρω της, σε ομαλές κυκλικές τροχιές. Αυτή είναι μια θεωρία που ήταν δεκτή στον αρχαίο κόσμο, και βασίστηκε στο μοντέλο των «ομόκεντρων σφαιρών» που είχε αρχικά διατυπώσει ο αστρονόμος Εύδοξος και που ο Αριστοτέλης είχε αποδεχτεί και επεξεργαστεί. Αυτό το μοντέλο, που ο Εύδοξος πρότεινε μάλλον ως γεωμετρική κατασκευή, απέκτησε φυσική ύπαρξη στο αριστοτελικό σύστημα, δηλαδή ο Αριστοτέλης δέχτηκε το σύστημα των σφαιρών όχι μόνο ως ιδέα αλλά και ως σύστημα με υλική υπόσταση. [5] Η ιδέα των κρυστάλλινων σφαιρών, πάνω στις οποίες βρίσκονται όλοι οι πλανήτες, και της κίνησής τους που κάνει τους πλανήτες να γυρίζουν, επικράτησε για πολλούς αιώνες, όπως και η θεωρία του Αριστοτέλη γενικότερα. 4. Διαχωρισμός του κόσμου σε 2 περιοχές: α) υποσελήνια περιοχή (ατελής) και β) περιοχή πάνω από τη σελήνη (τέλεια). [6] Η υποσελήνια περιοχή (δηλαδή από τη Γη μέχρι τη Σελήνη) είναι φθαρτή, υπόκειται σε αλλαγές και φθορές. Εκεί τα σώματα δεν κινούνται με ομαλή, κυκλική κίνηση. Η περιοχή πάνω από τη Σελήνη είναι άφθαρτη, αμετάβλητη και οι κινήσεις των σωμάτων (δηλαδή των πλανητών) είναι ομαλές, κυκλικές, δηλαδή τέλειες.[6] 5. Διαχωρισμός της φύσης στα 4 στοιχεία: γη αέρας, νερό φωτιά, και στις 4 ποιότητες: ζεστό κρύο, ξηρό υγρό.[6] Η γήινη περιοχή αποτελείται από τα 4 στοιχεία: γη, αέρα, νερό και φωτιά. Τα βαριά στοιχεία (γη και νερό) τείνουν προς το κέντρο του κόσμου, άρα προς τα κάτω, ενώ τα ελαφρά στοιχεία (φωτιά και αέρας) τείνουν προς τα πάνω. Τα 4 στοιχεία είναι ανάμικτα μέσα στη φύση, αλλά αν μπορούσαν να υπάρχουν καθαρά, θα σχημάτιζαν 4 ομόκεντρες σφαίρες γύρω από τη γη, με βάση το βάρος τους, με την εξής σειρά από μέσα προς τα έξω: γη νερό αέρας φωτιά. Αυτοί είναι και οι φυσικοί τόποι στους οποίους τείνουν όλα τα σώματα, ανάλογα με το υλικό από το οποίο τα ίδια αποτελούνται.[6] 5. Τα ουράνια σώματα δεν αποτελούνται από την ύλη του φθαρτού κόσμου, αλλά από ένα πέμπτο στοιχείο, τον αιθέρα.[6] 5

6 Η ουράνια περιοχή είναι αιώνια και εφόσον η φύση της είναι ανώτερη από τη φύση της γήινης περιοχής, θα πρέπει να αποτελείται από ένα άλλο στοιχείο που να είναι αναλλοίωτο. Αυτό είναι ο αιθέρας, που αργότερα ονομάστηκε και «πεμπτουσία».[6] 6. Ολιστική προσέγγιση του κόσμου τελεολογικό μοντέλο (τέλος = σκοπός) Ο κόσμος σύμφωνα με τον Αριστοτέλη δεν χαρακτηρίζεται από τυχαιότητα ή από συμπτώσεις, αλλά αντίθετα είναι ένας κόσμος σκοπιμότητας, όπου κάθε τι οδηγείται από την ίδια τη φύση του.[6] Για παράδειγμα: το σύμπαν αποτελείται από τα 4 στοιχεία, γη, νερό αέρα, φωτιά. Κάθε σώμα, ανάλογα με την ύλη από την οποία αποτελείται, τείνει να πάει προς τα όμοιά του στοιχεία, δηλαδή μια πέτρα τείνει να πάει προς τα κάτω (πτώση), για να συναντήσει την αντίστοιχή της ύλη, δηλαδή τη γη, κ.ο.κ. Άρα, κάθε σώμα λειτουργεί με βάση τη φύση του. Κατά συνέπεια, η πτώση είναι μια φυσική κίνηση.[6] 7. Η ελεύθερη πτώση των σωμάτων Σύμφωνα με τη θεωρία του Αριστοτέλη, αν 2 σώματα αφεθούν να πέσουν στο έδαφος ταυτόχρονα, το πιο βαρύ από τα 2 θα φτάσει πρώτο: ο χρόνος πτώσης είναι αντιστρόφως ανάλογος του βάρους τους. Όταν έχουμε 2 σώματα ίδιου βάρους σε μέσα διαφορετικής πυκνότητας, τότε ο χρόνος είναι ανάλογος της πυκνότητας του μέσου. Όσο πιο μεγάλη είναι η πυκνότητα του μέσου, τόσο πιο αργά θα κινηθεί το σώμα. [5] 8. Απόρριψη του κενού. Ο Αριστοτέλης αρνείται την ιδέα του κενού, βάσει του ακόλουθου συλλογισμού: η κίνηση διενεργείται πάντοτε εντός ενός μέσου. Όπως έχει ήδη ειπωθεί, η κίνηση είναι αντιστρόφως ανάλογη της πυκνότητας του μέσου. Η πυκνότητα όμως του κενού είναι μηδέν, και επομένως η κίνηση εντός του κενού θα οδηγούσε σε άπειρη ταχύτητα, και τα σώματα στο κενό θα μεταφέρονταν στιγμιαία από ένα σημείο σε ένα άλλο, πράγμα εντελώς αδύνατο. Επομένως, η έννοια του κενού στο φυσικό κόσμο πρέπει να απορριφθεί. [5] 9. Απόρριψη του πειράματος ως επιστημονικής μεθόδου, ικανής να αποκαλύψει την πραγματική φύση των πραγμάτων.[6] Ο κόσμος, σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, λειτουργεί με βάση τη φύση των πραγμάτων που τον απαρτίζουν. Η «φύση» ή αλλιώς ο χαρακτήρας των αντικειμένων τα οδηγεί να λειτουργήσουν με τον τρόπο που λειτουργούν. Επομένως, η κατανόηση της φύσης του αντικειμένου είναι εκείνη που θα μας οδηγήσει στη γνώση. Όμως, το αντικείμενο θα πρέπει να βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση για να γίνει κάτι τέτοιο. Οποιοιδήποτε τεχνητοί περιορισμοί θα λειτουργούσαν ως παρεμβολές, και θα απέκρυπταν από μας την πραγματική φύση των πραγμάτων. Έτσι, το πείραμα δεν αποκαλύπτει τίποτα σχετικά με τη φύση των πραγμάτων που δεν μπορεί να επιτευχθεί με έναν καλύτερο τρόπο. [6] 6

7 ΟΙ 2 ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ 1) Η κίνηση δεν είναι ποτέ αυθόρμητη: δεν υπάρχει κινούμενο χωρίς κινούν Για να κινηθεί ένα σώμα θα πρέπει να εφαρμόζεται πάνω του μια δύναμη. Όσο διαρκεί η ενεργούσα δύναμη, το σώμα κινείται. Όταν παύσει η δύναμη, το σώμα παύει να κινείται.[6] 2) Υπάρχουν 2 είδη κίνησης, η Φυσική και η Εξαναγκασμένη Φυσική είναι η ελεύθερη κίνηση ενός σώματος προς το φυσικό του τόπο. Μόλις φτάσει σε αυτόν, η κίνηση σταματάει. Η φυσική κίνηση είναι ευθύγραμμη και κατακόρυφη.[5] (Σ αυτή την περίπτωση, η δύναμη που εφαρμόζεται στο σώμα που πέφτει είναι η ίδια η φύση του, που το κάνει να πηγαίνει προς το φυσικό του τόπο.) Βίαιη ή εξαναγκασμένη είναι η κίνηση που προκαλείται από μια εξωτερική δύναμη, η οποία αναγκάζει το σώμα να παρεκκλίνει από τη φυσική του κίνηση. Κι αυτή είναι ευθύγραμμη αλλά όχι απαραίτητα κατακόρυφη. [5] Οι κινήσεις στη γήινη περιοχή είναι είτε φυσικές είτε εξαναγκασμένες. Η κίνηση των πλανητών, εφόσον οι ουρανοί είναι τέλειοι και αναλλοίωτοι, πρέπει κι εκείνη να είναι η τελειότερη δυνατή. Η κίνηση αυτή δεν μπορεί να είναι βίαιη, γιατί είναι αιώνια όπως και οι ουρανοί. Επομένως, πρέπει να είναι φυσική κίνηση. Έτσι, ο Αριστοτέλης αποδίδει στους ουρανούς την τέλεια κίνηση, δηλαδή την ομαλή, κυκλική κίνηση.[6] ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ Η θεωρία του Αριστοτέλη επικράτησε σε όλο τον αρχαίο κόσμο και συνέχισε να υποστηρίζεται μέχρι και την επιστημονική επανάσταση, ωστόσο ήταν φανερό ότι υπήρχαν προβλήματα που αυτή η θεωρία δεν μπορούσε να λύσει. Τα βασικότερα προβλήματα ήταν τα εξής: 1) Οι ανάδρομες κινήσεις των πλανητών. Εφόσον οι πλανήτες διέγραφαν τέλειους κύκλους γύρω από τη γη, οι ανάδρομες κινήσεις τους δεν μπορούσαν να εξηγηθούν με τη θεωρία του. 2) Το πρόβλημα του τόξου και του βέλους. Σύμφωνα με την αριστοτελική κοσμοθεωρία μία δύναμη ενεργούσε σε ένα σώμα μόνο όσο ασκούνταν σε αυτό. Όταν έπαυε η ενεργούσα δύναμη, το σώμα θα έπρεπε να πάψει να κινείται. Αυτό, όμως, δεν εξηγούσε την παραβολική τροχιά ενός βέλους που κινούνταν όχι μόνο όσο ενεργούσε πάνω του η δύναμη του τόξου, αλλά και αφότου το βέλος απομακρυνόταν από το τόξο. [5] Οι Αριστοτέλης απαντά σ αυτό το πρόβλημα ως εξής: το ίδιο το μέσο στο οποίο κινείται το σώμα, γίνεται το κινούν, γίνεται η δύναμη που επενεργεί στο σώμα και το ωθεί να κινείται. Πχ σε ένα βέλος που εκτοξεύεται, η δύναμη που κινεί το σώμα μεταδίδεται και στο μέσο, (δηλαδή στο αέρα μέσα στον οποίο κινείται το βέλος) και κάθε στιγμή, ένα τμήμα του μέσου στο οποίο κινείται το βέλος βρίσκεται σε επαφή με το κινούμενο σώμα [6] 7

8 Οι φιλόσοφοι που ασχολήθηκαν με τα προβλήματα της αριστοτελικής θεωρίας προσπάθησαν να δώσουν εξηγήσεις που θα συμπλήρωναν και θα διατηρούσαν την αξιοπιστία της αριστοτελικής θεωρίας, όπως θα δούμε αμέσως παρακάτω. ΚΛΑΥΔΙΟΣ ΠΤΟΛΕΜΑΙΟΣ (2 ος αιώνας μχ) Ο Πτολεμαίος ήταν Έλληνας φυσικός φιλόσοφος, κυρίως γνωστός για το έργο του πάνω στην αστρονομία και για την περίφημη θεωρία των επικύκλων που ανέπτυξε. Ο Πτολεμαίος, ακολούθησε το Αριστοτελικό, Γεωκεντρικό μοντέλο για τη διάταξη και κίνηση των πλανητών, και ανέπτυξε τη θεωρία των έκκεντρων κύκλων και των επικύκλων, για να μπορέσει να εξηγήσει την ανάδρομη κίνηση των πλανητών. [6] Σύμφωνα με το γεωκεντρικό πλανητικό μοντέλο, η γη βρισκόταν στο κέντρο του συστήματος και όλοι οι άλλοι πλανήτες περιστρέφονταν γύρω της. Το μοντέλο των έκκεντρων κύκλων βασιζόταν στην αρχή ότι αν το κέντρο γύρω από το οποίο περιστρέφεται ένας πλανήτης (δηλαδή η γη) ταυτίζεται με το σημείο από το οποίο παρατηρούμε την κυκλική πορεία του πλανήτη (πάλι η γη), η πορεία του πλανήτη θα έπρεπε και να είναι αλλά και να φαίνεται ομαλή.[6] Όμως οι πορείες των πλανητών δεν φαίνονταν να είναι πάντοτε ομαλές κυκλικές γύρω από τη γη. Αν, όμως, το σημείο παρατήρησης δεν ταυτιζόταν με το κέντρο της ομαλής περιστροφής, αν δηλαδή η θέση της γης και το κέντρο της περιστροφής του πλανήτη γύρω από τη γη δεν ταυτίζονταν, τότε η κίνηση του πλανήτη δεν θα φαινόταν ομαλή. Αυτό ήταν το μοντέλο των έκκεντρων κύκλων, που εξηγούσε κάποια από τα προβλήματα της ανώμαλης κίνησης των πλανητών γύρω από τη γη. [6] Οι επίκυκλοι ήταν επιπλέον περιστροφές που έκαναν οι πλανήτες γύρω από ένα σημείο πάνω στον αρχικό κύκλο περιστροφής, ενόσω διέγραφαν την κυκλική πορεία τους γύρω από τη Γη. [6] Αυτό το μοντέλο, που συνδύαζε δύο ομαλές κυκλικές κινήσεις, μία γύρω από τη γη και μία δεύτερη πάνω στην τροχιά της πρώτης, μπόρεσε να εξηγήσει και να λύσει πολλά από τα προβλήματα που αντιμετώπιζαν οι αστρονόμοι της εποχής, να αντιμετωπίσει τα γνωστά αστρονομικά προβλήματα του αρχαίου κόσμου, ενώ ταυτόχρονα συμφωνούσε με τη θεωρία του Αριστοτέλη. Γι αυτό και το μοντέλο του Πτολεμαίου συνέχισε να είναι το επικρατές μοντέλο εξήγησης της κίνησης των πλανητών, το οποίο επεξεργάστηκαν, ανέπτυξαν και τροποποίησαν οι μεταγενέστεροι αστρονόμοι, μέχρι και την εμφάνιση του Νικόλαου Κοπέρνικου το 16 ο αιώνα, που με το έργο του ανέτρεψε το γεωμετρικό σύστημα. 8

9 Κεφάλαιο 2 ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΜΕΧΡΙ ΤΟ 17 Ο ΑΙΩΝΑ Η ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΑΡΧΑΙΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ: ΒΑΣΙΚΑ ΓΕΓΟΝΟΤΑ 1) Σταματά η προφορική παράδοση της αρχαιότητας και αναπτύσσεται σχολιασμός πάνω στα αρχαία κείμενα. [5] 2) Αναπτύσσονται φιλοσοφικές και θρησκευτικές διδασκαλίες, με χαρακτηριστικό το ρεύμα του Νεοπλατωνισμού, που επικρατεί από τον 3 ο μχ αιώνα και μετά. Ο νεοπλατωνισμός βασίζεται όχι μόνο στη φιλοσοφία του Πλάτωνα αλλά και σε της δοξασίες, και είναι κυρίως μια φιλοσοφία της αποκάλυψης. [5] Ο Νεοπλατωνισμός υποστηρίζει ότι το πείραμα και η εμπειρική έρευνα της φύσης δεν αρκούν για να φτάσουμε στην αλήθεια των πραγμάτων, και πως η αλήθεια αποκαλύπτεται από το Θεό. Θεωρώντας ότι το έργο του Πλάτωνα και άλλων φιλοσόφων ήταν προϊόν τέτοια αποκάλυψης, σταδιακά το ενδιαφέρον στράφηκε σ αυτά για αναζήτηση της αλήθειας, και η ίδια η έρευνα της φύσης ήρθε σε δεύτερη μοίρα. [5] 3) Εμφανίζεται και εξαπλώνεται ο Χριστιανισμός, γεγονός που έχει σημαντική επίδραση στην εξάπλωση των αρχαίων κειμένων, άλλοτε θετική και άλλοτε αρνητική. Πολλά αρχαία κείμενα σώζονται χάρη της βυζαντινούς μοναχούςαντιγραφείς, της άλλα χάνονται. Οι εκκλησιαστικοί συγγραφείς άλλοτε υποστηρίζουν και άλλοτε κατακρίνουν την κοσμική γνώση του παρελθόντος. [5] 4) Ο αραβικός πολιτισμός που γνωρίζει άνθηση είναι ο άμεσος συνεχιστής της ελληνικής επιστήμης. Οι Άραβες μεταφράζουν και διασώζουν τα κείμενα των Ελλήνων και όταν εξαπλώνονται στην Ευρώπη μέσω των κατακτήσεων της, φέρνουν μαζί της και τα κείμενα της ελληνικής και ελληνιστικής επιστήμης. Αυτά τα κείμενα μεταφράζονται κατόπιν στα λατινικά και έτσι διαδίδονται σε ολόκληρη την Ευρώπη. [5] 5) Τα πρώτα πανεπιστήμια στην Ευρώπη κάνουν της εμφάνισή της κατά τον 12 ο αιώνα, και μπορούν να θεωρηθούν ως εξέλιξη κάποιων μοναστηριών. Μέσα στα πανεπιστήμια/μοναστήρια διδάσκονται η θεολογία, η ιατρική και η νομική, και το έργο του Αριστοτέλη βρίσκεται στον πυρήνα αυτών των σπουδών στον πρώιμο Μεσαίωνα. [5] 9

10 Κεφάλαιο 3 Η ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ: ΚΟΠΕΡΝΙΚΟΣ, ΚΕΠΛΕΡ, ΓΑΛΙΛΑΙΟΣ Φτάνοντας στον 16 ο αιώνα, οι αστρονόμοι αντιμετώπιζαν όλο και περισσότερα προβλήματα με το πτολεμαϊκό γεωκεντρικό μοντέλο του σύμπαντος, καθώς παρουσιάζονταν διαρκώς σφάλματα στις θέσεις των πλανητών που το πτολεμαϊκό μοντέλο δεν μπορούσε να εξηγήσει. Έτσι, το μοντέλο αυτό γινόταν όλο και πιο πολύπλοκο, αλλά τα προβλήματα παρέμεναν. Τη λύση έδωσε ο Νικόλαος Κοπέρνικος. ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΚΟΠΕΡΝΙΚΟΣ ( ) Ο Κοπέρνικος ήταν Πολωνός αστρονόμος, και η πολύτιμη συμβολή του στην επιστήμη δεν ήταν άλλη από την δημιουργία ενός Ηλιοκεντρικού μοντέλου του σύμπαντος, σε αντίθεση με το Γεωκεντρικό μοντέλο που είχε ακολουθηθεί επί σειρά αιώνων από τους αστρονόμους. Ο Κοπέρνικος έδωσε μια νέα ερμηνεία των ουρανών, βγάζοντας τη Γη από το κέντρο του σύμπαντος και τοποθετώντας στη θέση της τον Ήλιο. Η θεωρία του δημοσιεύτηκε το 1543, στο βιβλίο του De Revolutionibus Orbium Celestium, (Περί της Περιστροφής των Ουρανίων Σφαιρών). ΒΑΣΙΚΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΤΟΥ ΚΟΠΕΡΝΙΚΟΥ, ΟΠΩΣ ΔΙΑΤΥΠΩΝΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΒΙΒΛΙΟ ΤΟΥ [9]: 1) Ο Ήλιος βρίσκεται στο κέντρο του πλανητικού συστήματος. 2) Η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της. Αυτή η περιστροφή μας δημιουργεί την εντύπωση ότι το στερέωμα κινείται γύρω από τη γη. 3) Η Γη περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, συμπληρώνοντας μία περιφορά σε ένα έτος. 4) ΟΙ πλανήτες επίσης περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο. Αυτό σε συνδυασμό με την περιστροφική κίνηση της γης εξηγεί τις φαινόμενες ορθοδρομήσεις και αναδρομήσεις των πλανητών.[9] Ο Κοπέρνικος οδηγήθηκε στη διατύπωση του έργου του στην προσπάθειά του να βρει έναν νέο τρόπο υπολογισμού της κίνησης των σφαιρών, επειδή οι απόψεις των μαθηματικών δεν συμφωνούσαν μεταξύ τους. Στην προσπάθειά του να απαλλαγεί από τους ατελείωτους επικύκλους που είχαν επινοηθεί από τους μαθηματικούς, στην προσπάθειά τους να κρατήσουν τη Γη στο κέντρο του σύμπαντος, πρότεινε κάτι ριζοσπαστικό: έβαλε τον Ήλιο στο κέντρο του κόσμου αντί για τη Γη.[8] Το αποτέλεσμα ήταν μια νέα, απλούστερη 10

11 εξήγηση της κίνησης των πλανητών, που αν και δεν εξάλειψε τη χρήση επικύκλων, τους μείωσε.[8] Η εξήγησή του, όμως, δεν ήταν καθόλου απλή ως προς τις φιλοσοφικές προεκτάσεις της. Η παραδοχή ότι ένας άλλος πλανήτης, και όχι η Γη, βρισκόταν στο κέντρο του κόσμου, ερχόταν σε πλήρη αντίθεση με τις αντιλήψεις της εποχής, που βασίζονταν αφενός στον Αριστοτέλη και αφετέρου στις Βιβλικές παραδόσεις. Η θεωρία του Κοπέρνικου ερχόταν σε σύγκρουση με τις θρησκευτικές πεποιθήσεις που τοποθετούσαν τη Γη αλλά και τον Άνθρωπο στο κέντρο του σύμπαντος. Επιπλέον, η παραδοχή ότι το πλανητικό σύστημα ήταν ηλιοκεντρικό δεν άλλαζε μόνο την αντίληψη των αστρονόμων για τους ουρανούς, αλλά είχε πολύ βαθύτερες προεκτάσεις σε όλο το φιλοσοφικό και επιστημονικό οικοδόμημα, που είχε στηριχθεί στην Φυσική του Αριστοτέλη. Η επιστήμη είχε χτισθεί για 2000 χρόνια πάνω στην παραδοχή της ορθότητας της Αριστοτελικής ερμηνείας του κόσμου, και για να ανατραπεί απαιτούνταν πολλά περισσότερα από μια απλή αλλαγή στην αντίληψη των ουρανών. ΓΙΟΧΑΝΕΣ ΚΕΠΛΕΡ ( ) Ο Κέπλερ ήταν γερμανός μαθηματικός και αστρονόμος, που άλλαξε την αντίληψη των αστρονόμων για τους ουρανούς, με τους περίφημους 3 νόμους του για τις κινήσεις των πλανητών. Η σημασία των νόμων του είναι ότι χάρη σ αυτούς τους νόμους οι πλανήτες «απαλλάχθηκαν» από τις τέλειες κυκλικές κινήσεις που επί αιώνες αποδίδονταν σ αυτούς. [9] Το έργο του Κέπλερ χαρακτηριζόταν από πάθος για τη μαθηματική αρμονία της φύσης: κάθε του προσπάθεια στόχευε στην αναζήτηση των αρμονικών και γεωμετρικών αναλογιών της πραγματικότητας, μέσω των οποίων ο Κέπλερ ήταν βέβαιος ότι θα έφτανε στη γνώση του ίδιου του Θεού. [9] Ο Κέπλερ εργάστηκε δίπλα στον Δανό ευγενή και αστρονόμο Tycho Brache, το αρχείο του οποίου χρησιμοποίησε μετά το θάνατο του τελευταίου για να συνεχίσει τις μελέτες του. Ο Brache ήταν αφοσιωμένος αστρονόμος, που είχε χτίσει ένα καταπληκτικό αστεροσκοπείο, το Ουράνιμποργκ, και εκεί αφιέρωσε όλο του το χρόνο σε παρατηρήσεις και μετρήσεις των πλανητών, με τη μέγιστη ακρίβεια που τα όργανα της εποχής μπορούσαν να δώσουν. [9] Το εύρος και η ακρίβεια των παρατηρήσεων του Tycho Brache και της ομάδας επιστημόνων που είχε συγκεντρώσει στο Ουράνιμπογκ, απαιτούσαν ένα μαθηματικό πνεύμα που θα μπορούσε να τα αξιοποιήσει: αυτός ήταν ο Κέπλερ. [9] Ο Κέπλερ ήταν ένας από τους πρώτους και πιο ένθερμους υποστηρικτές της ηλιοκεντρικής θεωρίας του Κοπέρνικου. Ταυτοχρόνως, όμως, πίστευε και ο ίδιος στην τελειότητα των σφαιρών και της κυκλικής κίνησης. Χρειάστηκαν πολλά χρόνια επίπονης και συστηματικής μελέτης και έρευνας ώστε να οδηγηθεί στην ανακάλυψη της ελλειπτικής τροχιάς των πλανητών. Η βασανιστική αυτή πορεία, που απαιτούσε από τον Κέπλερ να ξεπεράσει τη βαθειά πεποίθηση της τελειότητας της κυκλικής τροχιάς, αντικατοπτρίζει και όλη τη δυσκολία μετάβασης από έναν τρόπο σκέψης, και ακόμα, από ένα πλαίσιο σκέψης σε ένα άλλο. [5] Όλη η πορεία της επιστημονικής επανάστασης χαρακτηρίζεται από τέτοιες θεμελιώδεις αλλαγές τόσο στον τρόπο σκέψης όσο και στο ευρύτερο πλαίσιο ιδεών και αντιλήψεων, εντός του οποίου δρούσαν οι επιστήμονες. 11

12 ΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ ΚΕΠΛΕΡ Νόμος 1 ος : «Οι πλανήτες κινούνται σε ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον ήλιο, που αποτελεί τη μία από τις δύο εστίες της έλλειψης.» [9] Νόμος 2 ος : «Η επιβατική ακτίνα ανάμεσα στον ήλιο και τους πλανήτες διαγράφει ίσα εμβαδά σε ίσους χρόνους.» [9] Νόμος 3 ος : «Το τετράγωνο του χρόνου της περιφοράς είναι ανάλογο προς τον κύβο των μέσων αποστάσεων από τον ήλιο. [8] _ Η επιστήμη είχε ήδη αρχίσει να αλλάζει κατεύθυνση, και αντιλήψεις αιώνων σταδιακά να αμφισβητούνται. Ωστόσο, η Αριστοτελική φυσική εξακολουθούσε να είναι η επικρατούσα ερμηνεία του κόσμου. Ο Gillispie εξηγεί τη διαφορά ανάμεσα στην αριστοτελική φυσική και τη φυσική του Γαλιλαίου, με τα ακόλουθα: «Μέχρι τον καιρό του Γαλιλαίου, η επιστήμη και η αυθεντία του Αριστοτέλη είχαν κυριαρχήσει για πολύ καιρό στο δυτικό πνεύμα, για να το οδηγήσουν τελικά σε αδιέξοδο. Η αριστοτελική φιλοσοφία ήταν η πιο ευρύχωρη από όλες τις φιλοσοφίες. Καταρχήν εξηγούσε τα πάντα, καθώς ασχολούνταν περισσότερο με αιτίες παρά με δομές, και προτιμούσε τις κατηγορίες από τις αφαιρέσεις. Για παράδειγμα, ο Γαλιλαίος μπορούσε να περιγράψει μαθηματικά πώς θα έπεφτε μια πέτρα υπό ιδανικές συνθήκες. Δεν μπορούσε να πει γιατί έπεφτε. Η φυσική του Αριστοτέλη, αντίθετα, δεν μπορούσε να μετρήσει την κίνηση της πέτρας. Αλλά δεν έπρεπε να περιμένει κανείς μια τέτοια κίνηση σε έναν πραγματικό κόσμο όπου υπάρχει τριβή και πολυπλοκότητα και όπου οι ιδανικές συνθήκες δεν εμφανίζονται ποτέ. Ο Αριστοτέλης μπορούσε να κάνει σπουδαιότερα πράγματα. Μπορούσε να εξηγήσει γιατί έπεφτε μια πέτρα, γιατί οι σπίθες πετάνε προς τα πάνω και γιατί τα αστέρια γυρίζουν στον ουρανό.» [9] ΓΑΛΙΛΑΙΟΣ ( ) Ο Γαλιλαίος ήταν μαθηματικός φιλόσοφος από την Πίζα της Ιταλίας. Η περίπτωσή του είναι μία από τις πιο διάσημες στην ιστορία της επιστήμης, λόγω της δίκης και καταδίκης του από τη ρωμαιοκαθολική εκκλησία το Πολλές παρανοήσεις και απλουστεύσεις αναφορικά με το Γαλιλαίο, τη σχέση του με την εκκλησία και τη θρησκεία έχουν προκύψει από αυτό το γεγονός, που δημιουργούν ακόμα μεγαλύτερη ανάγκη αποσαφήνισης του έργου και των αντιλήψεών του. Ο Γαλιλαίος γνώριζε το έργο του Κοπέρνικου και του Κέπλερ και είχε ταχθεί υπέρ του κοπερνίκειου συστήματος, δηλαδή υπέρ της ηλιοκεντρικής θεωρίας. Μέσα από το δικό του έργο προσπάθησε να επιβεβαιώσει την αλήθεια της νέας αυτής θεωρίας, και επιπλέον να εξηγήσει συγκεκριμένα επιστημονικά προβλήματα χρησιμοποιώντας την παρατήρηση, το πείραμα και τη μαθηματική σκέψη. Ο ίδιος υποστήριξε ότι η φύση λειτουργεί με φυσικούς νόμους, και αυτοί ισχύουν απόλυτα σε έναν ιδεατό κόσμο. Για να τους καταλάβουμε 12

13 χρειαζόμαστε τα μαθηματικά, ενώ το πείραμα μας επιτρέπει να μελετήσουμε τις επιπτώσεις των φυσικών νόμων. [7], [10] Ο Γαλιλαίος ήταν από τους πρώτους που κατασκεύασε τηλεσκόπιο και ήταν ο πρώτος που το έστρεψε στον ουρανό και παρατήρησε με αυτό τα ουράνια σώματα. Οι σημαντικές παρατηρήσεις του ήταν οι εξής: 1) Παρατήρησε ότι ο Δίας είχε 4 δορυφόρους. [7] 2) Παρατήρησε ότι η Αφροδίτη είχε φάσεις, παρόμοιες με εκείνες της Σελήνης.[7] 3) Παρατήρησε ότι η επιφάνεια της Σελήνης είχε βουνά. [7] Οι παρατηρήσεις αυτές έρχονταν να προστεθούν στα δεδομένα που ήταν σε αντίθεση με την αριστοτελική κοσμοθεωρία. Η ύπαρξη δορυφόρων στο Δία σήμαινε ότι υπήρχε κι άλλο κέντρο στο σύμπαν, πέραν του ενός κέντρου που ώς τότε πιστευόταν πως ήταν η γη. Οι φάσεις της Αφροδίτης δεν μπορούσαν να εξηγηθούν με βάση το γεωκεντρικό σύστημα, και τέλος, η ομοιότητα της σελήνης με τη γη έδειχνε ότι τα ουράνια σώματα δεν αποτελούνταν από αιθέρα, όπως υποστήριζαν οι οπαδοί του Αριστοτέλη. Όλα αυτά ενίσχυαν την πεποίθηση ότι το ηλιοκεντρικό σύστημα του Κοπέρνικου ήταν σωστό, ενώ οι πεποιθήσεις που στηρίζονταν στην Αριστοτελική θεωρία άρχιζαν να κλονίζονται. ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ 1. Ο Γαλιλαίος απομακρύνεται από τα «αίτια» των πραγμάτων για να φτάσει στους νόμους που διέπουν το σύμπαν. Παύει να ρωτάει «γιατί», δηλαδή παύει να αναζητά τα αίτια των φαινομένων (που ήταν ο τρόπος με τον οποίο γινόταν η επιστήμη μέχρι τότε) και ρωτάει «πώς». Με άλλα λόγια, ο Γαλιλαίος πρώτος θέτει το θεμέλιο της σύγχρονης επιστήμης, ρωτώντας πώς συμβαίνει κάτι και ψάχνοντας τον νόμο που θα του δώσει την απάντηση.[7] Επιπλέον, ο Γαλιλαίος δεν προσπαθεί να φτιάξει ένα σύστημα/θεωρία όπου όλα εξηγούνται, με τον τρόπο του Αριστοτέλη, αλλά αναπτύσσει μέθοδο για να εξηγήσει συγκεκριμένα φαινόμενα.[7] Δηλαδή, ο Γαλιλαίος δεν προσπαθεί να εντάξει όλα τα φαινόμενα σε ένα ενιαίο ερμηνευτικό μοντέλο. Τον ενδιαφέρει να δημιουργήσει μια μέθοδο, που θα είναι επιστημονική, και με την οποία θα μπορεί να μελετάει τα φαινόμενα και να οδηγείται σε ασφαλή και σωστά συμπεράσματα. 2. Με βάση τα παραπάνω, ο Γαλιλαίος εξηγεί την κίνηση ως αποτέλεσμα ενός νόμου, που δεν σχετίζεται με τη «φύση» του κάθε σώματος. 3. Εισάγει το πείραμα και την παρατήρηση ως την ορθή μέθοδο μελέτης του φυσικού κόσμου, και υποστηρίζει ότι η γλώσσα στην οποία είναι γραμμένο το βιβλίο της φύσης είναι τα μαθηματικά. [7], [10] 13

14 4. Ταυτόχρονα, εισάγει την αφαιρετική σκέψη: εφαρμόζει τη μαθηματική σκέψη στη φυσική και διατυπώνει την ιδέα ότι στο κενό, όλα τα σώματα θα έπεφταν με την ίδια ταχύτητα, εφόσον δεν θα υπήρχε τριβή.[7] Ο Γαλιλαίος ασχολήθηκε ιδιαίτερα με το ζήτημα της κίνησης, και χρησιμοποίησε πολλά πειράματα για να οδηγηθεί τελικά στη διατύπωση του νόμου της ελεύθερης πτώσης των σωμάτων. Νόμος της ελεύθερης πτώσης: «Ένα σώμα το οποίο αφήνεται να πέσει από ένα σημείο αναπτύσσει μια σταθερή επιτάχυνση ανά μονάδα χρόνου και η απόσταση που διανύει είναι ανάλογη προς το τετράγωνο του χρόνου που μεσολαβεί μέχρι να ακινητοποιηθεί» [5] Αυτός ο νόμος ισχύει με απόλυτη ακρίβεια στο κενό, και δηλώνει ότι η επιτάχυνση είναι σταθερή, και δεν εξαρτάται από το βάρος, τον όγκο και το σχήμα του σώματος. [5] ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Πείραμα 1 ο : ο Γαλιλαίος χρησιμοποίησε 2 ίδια ορθογώνια παραλληλεπίπεδα, το ένα από μάρμαρο και το άλλο από ξύλο. Τοποθετούσε τα δύο παραλληλεπίπεδα το ένα πάνω στο άλλο, βάζοντας το ξύλινο πάνω από το μαρμάρινο και τα άφηνε να πέσουν από ορισμένο ύψος. Όταν πλησίαζαν στο έδαφος ήλεγχε αν υπήρχε κενό μεταξύ τους. Κατόπιν επανελάμβανε το πείραμα τοποθετώντας το μαρμάρινο πάνω από το ξύλινο, ελέγχοντας πάλι αν τώρα υπήρχε κενό μεταξύ τους λίγο πριν την πρόσκρουση στο έδαφος. Διαπίστωσε ότι δεν υπήρχε ποτέ κενό μεταξύ τους, κι έτσι συμπέρανε ότι κατά την πτώση η επιτάχυνση είναι πάντοτε η ίδια, αφού αν ήταν διαφορετική θα έπρεπε να υπάρχει απόσταση μεταξύ των 2 σωμάτων είτε στην πρώτη είτε στη δεύτερη περίπτωση. [5] Πείραμα 2 ο : ο Γαλιλαίος έκανε πειράματα με κεκλιμένα επίπεδα ως εξής: άφηνε μια σφαίρα να πέσει από την κορυφή ενός κεκλιμένου επιπέδου. Αφού βεβαιωνόταν για το χρόνο καθόδου, επαναλαμβάνοντας πολλές φορές το πείραμα, άφηνε τη σφαίρα να κυλήσει από διαφορετικά σημεία του κεκλιμένου επιπέδου και χρονομετρούσε την πτώση. [5] Το πείραμα αυτό επιβεβαίωσε την ορθότητα του νόμου του. Τα πειράματα του Γαλιλαίου για την κατανόηση της κίνησης τον οδήγησαν και στο συμπέρασμα ότι αν δεν υπήρχε η τριβή, η οριζόντια κίνηση θα ήταν ομαλή. Αυτή η συνεχής κίνηση με σταθερή ταχύτητα, δεν ήταν άλλη από την αδρανή κίνηση. Όμως, ο Γαλιλαίος δεν φτάνει σε διατύπωση ενός καθολικού νόμου. Θεωρεί την συνεχή κίνηση δυνατή για βαρέα σώματα που κινούνται σε σχετικά μικρές αποστάσεις κοντά στην επιφάνεια της γης.[7] Για να γενικευθεί ο νόμος της αδράνειας σε όλα τα σώματα, έπρεπε να εμφανιστεί ο Ισαάκ Νεύτων, όπως θα δούμε στη συνέχεια. 14

15 ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ 1. Διαχώρισε την έννοια της ταχύτητας από εκείνη της επιτάχυνσης. 2. Διατύπωσε το νόμο της ελεύθερης πτώσης των σωμάτων. 3. Εισήγαγε την έννοια της αδράνειας, υποστηρίζοντας ότι «η ταχύτητα που αποκτά ένα σώμα θα συνεχίσει να συντηρείται, όσο δεν υπάρχουν αιτίες που δημιουργούν επιτάχυνση ή επιβράδυνση, κατάσταση που παρατηρείται μόνο σε οριζόντια επίπεδα».[7] 4. Κατέδειξε ότι η τροχιά ενός βλήματος είναι παραβολική, λύνοντας έτσι το πρόβλημα της κίνησης των βολών. [7] 5. Εισήγαγε το πείραμα ως έγκυρη επιστημονική μέθοδο. 6. Κατασκεύασε ένα από τα πρώτα τηλεσκόπια και ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε το τηλεσκόπιο για να μελετήσει τις ουράνιες κινήσεις. [7] Ο Γαλιλαίος είναι γνωστός κυρίως για τη σύγκρουσή του με την Καθολική Εκκλησία, τη δίκη και καταδίκη του. Ο Γαλιλαίος ήρθε σε ρήξη με την εκκλησία, αλλά όχι επειδή δεν ήταν και ο ίδιος ένθερμος χριστιανός. Αντιθέτως, πίστευε βαθιά στην ύπαρξη του Θεού και ήταν ευλαβής καθολικός. Ωστόσο, δεν δεχόταν την άποψη ότι τα επιστημονικά ερωτήματα θα έβρισκαν στη Βίβλο την απάντησή τους. Πέρα από τα πειράματα, τις μετρήσεις και τα επιτεύγματά του, ο Γαλιλαίος είναι σημαντικός επειδή τόνισε αυτή τη διαφορά και προσπάθησε να διαχωρίσει την επιστήμη από τη θρησκεία, κάτι που κανείς δεν είχε κάνει πριν απ αυτόν. Ο Γαλιλαίος πρότεινε μια νέα γλώσσα για την επιστήμη, τη γλώσσα των μαθηματικών, και θέλησε να αντικαταστήσει με αυτήν τη γλώσσα της θρησκείας, εξηγώντας ότι η θρησκεία και η επιστήμη απαντούν σε εντελώς διαφορετικά ερωτήματα. Με το έργο του Γαλιλαίου μπαίνουν τα θεμέλια μιας νέας φυσικής, που θα ολοκληρωθεί στη συνέχεια με το έργο του Ισαάκ Νεύτωνα. 15

16 Κεφάλαιο 4 Η ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΑ ΤΟ 17 Ο ΑΙΩΝΑ: Η ΜΗΧΑΝΟΚΡΑΤΙΚΗ ΑΝΤΙΛΗΨΗ Η ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΙΣΑΑΚ ΝΕΥΤΩΝΑ Η ΜΗΧΑΝΟΚΡΑΤΙΚΗ ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΤΟΥ ΚΟΣΜΟΥ Η μηχανοκρατική αντίληψη του κόσμου ήταν το αποτέλεσμα μια σειράς αλλαγών, στη διάρκεια του πρώτου μισού το 17 ου αιώνα, στις επιστήμες, που οδήγησαν στην αναζήτηση μηχανικών εξηγήσεων για κάθε φυσικό φαινόμενο. [5] Αυτή η αντίληψη, στην οποία συνεισέφεραν πολλοί στοχαστές, εκφράζει αφενός την πεποίθηση σε ένα μηχανιστικό σύμπαν, και αφετέρου την επιθυμία κατανόησης και ερμηνείας του σύμπαντος που να μην στηρίζεται σε θεϊκές ή υπερφυσικές δυνάμεις. [5] Ο κυριότερος εκπρόσωπος της μηχανοκρατικής αντίληψης ήταν ο Γάλλος μαθηματικός και φιλόσοφος Rene Descartes. RENE DESCARTES ( ): O Descartes βάσισε ολόκληρη της θεωρία του πάνω σε δύο αρχές: 1) αρνείται την ύπαρξη κενού στη φύση, ακολουθώντας την αριστοτελική θεωρία, και 2) αρνείται την επίδραση μιας δύναμης από απόσταση. Επομένως, μόνο όταν ένα σώμα ακουμπά ένα άλλο, υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ τους.[8] ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΤΟΥ DESCARTES 1. Ο Descartes βασίζει τη θεωρία του σε δύο στοιχεία: την ύλη και την κίνηση. [8] Η ύλη αποτελείται από άπειρα σωματίδια που καταλαμβάνουν όλο το χώρο στο σύμπαν, και ο χώρος είναι τόσο πλήρης από σωματίδια ύλης, ώστε κανένα σωματίδιο δεν μπορεί να κινηθεί, χωρίς να μεταδώσει την κίνησή του και στα διπλανά σωματίδια. Αυτή ή κίνηση των σωματιδίων, σύμφωνα με τον Descartes, δημιουργεί δίνες στους ουρανούς που ευθύνονται ακόμα και για τις κινήσεις των πλανητών. [8] Έτσι, η ύλη και η κίνηση συνδέονται, και η κίνηση εξηγείται ως αποτέλεσμα της ύλης. 2. Εφόσον η ύλη καταλαμβάνει όλο το χώρο στο φυσικό κόσμο, το κενό απορρίπτεται. [5], [8] 3. Κάθε τι στο φυσικό κόσμο πρέπει να εξηγείται μαθηματικά (γεωμετρικά ή αριθμητικά). [8] 4. Ο Descartes υποστήριξε ότι η ποσότητα της κίνησης που υπάρχει στο σύμπαν είναι πάντα σταθερή. [8] 5. Διατύπωσε τον νόμο της αδράνειας, λέγοντας ότι η ομαλή, ευθύγραμμη κίνηση συνεχίζεται απεριόριστα αν δεν διακοπεί από κάποια εξωτερική παρέμβαση. [8] 16

17 Έτσι ο Descartes φτιάχνει ένα μοντέλο του κόσμου που βασίζεται στα μαθηματικά, και που αποτελείται από ύλη (έκταση) και κίνηση. Με αυτό το μοντέλο προσπάθησε να προσεγγίσει τον φυσικό κόσμο με αυστηρό τρόπο, δηλαδή με την αυστηρότητα και την ακρίβεια της γεωμετρίας, χωρίς την ανάμιξη μεταφυσικών στοιχείων. [5] Το πρόβλημα της κίνησης απασχολεί τους επιστήμονες καθ όλη τη διάρκεια του 17 ου αιώνα. Ήδη πολλές έννοιες είναι γνωστές, όπως η αδράνεια, η φυγόκεντρη δύναμη, ακόμα και η βαρύτητα. Όμως, όλες αυτές οι έννοιες αφορούν τη γήινη μηχανική. Δεν αφορούν ολόκληρο το σύμπαν. [8] Εκείνος που μπόρεσε όχι μόνο να συνδυάσει αυτή την αποσπασματική γνώση, αλλά και να την ερμηνεύσει διαφορετικά, ώστε να δώσει μια νέα και πλήρη εικόνα του κόσμου, ήταν ο Ισαάκ Νεύτων. Ο ΝΕΥΤΩΝ ΚΑΙ Η ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΚΛΑΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΙΣΑΑΚ ΝΕΥΤΩΝ ( ) Ο Ισαάκ Νεύτων ήταν Άγγλος φυσικός, που η συμβολή του στην επιστήμη τόσο στην επιστημονική επανάσταση όσο και μέχρι σήμερα, είναι μοναδική. Ο Gillispie δηλώνει ότι «Το πνεύμα του σερ Ισαάκ Νεύτωνα ήταν μια από τις δόξες του ανθρώπινου γένους, και ένα από τα μυστήριά του» [9] Το έργο του ήταν ποικίλο και συνεισέφερε ιδιαίτερα στα μαθηματικά, την οπτική και τη δυναμική. Ο Νεύτων είναι ο θεμελιωτής της κλασικής φυσικής. ΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ: 1) ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ο Νεύτωνας ήταν εκείνος που διατύπωσε την «μέθοδο των ροών», δηλαδή τον απειροστικό λογισμό, παράλληλα με τον Gottfried Leibniz. Αυτή η μέθοδος βασίστηκε στην ιδέα ότι «η ολοκλήρωση μιας συνάρτησης (δηλαδή η εύρεση του εμβαδού που ορίζεται από την καμπύλη που την αναπαριστά) είναι ακριβώς η αντίστροφη διαδικασία της διαφόρισης (δηλαδή της εύρεσης της κλίσης της καμπύλης σε κάθε σημείο της.)» [5] Αυτή η μέθοδος συνέβαλε στην επίλυση πολλών προβλημάτων στα μαθηματικά και τη φυσική. 2) ΟΠΤΙΚΗ Ο Νεύτων έκανε πολύ σημαντικό έργο πάνω στην οπτική, και οδηγήθηκε στα συμπεράσματά του έπειτα από πολλά πειράματα. Μελέτησε τη φύση του φωτός και απέδειξε πειραματικά το χρωματικό φάσμα. Ήταν ο πρώτος που ανέλυσε το φάσμα του 17

18 φωτός, για να βγάλει το συμπέρασμα ότι το λευκό φως είναι στην πραγματικότητα σύνθετο. [9] Το πείραμα που έκανε για να φτάσει σ αυτό το συμπέρασμα ήταν το εξής: Ο Νεύτων διέθλασε μια ακτίνα φωτός μέσα από ένα πρίσμα, με αποτέλεσμα να αποκαλυφθούν όλα τα χρώματα. Είδε ότι οι ακτίνες των χρωμάτων είχαν επίμηκες σχήμα. Κατόπιν διάθλασε μια ακτίνα από κάθε ξεχωριστό χρώμα μέσα από ένα δεύτερο πρίσμα. Διαπίστωσε τότε ότι «η διαθλαστικότητα είναι σταθερό μέγεθος, ειδική για το κάθε χρώμα, μεγαλύτερη προς το ιώδες και μικρότερη προς το κόκκινο»[9]. Ανάμεσα στα δύο άκρα του φάσματος (ιώδες κόκκινο) παρουσιάζονταν όλα τα χρώματα που είναι γνωστά στη φύση. Ο Νεύτων επανέλαβε το πείραμα με πολλούς συνδυασμούς, και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το λευκό φως αποτελείται από όλα τα χρώματα.[9], [11] 3) ΔΥΝΑΜΙΚΗ Η γνωστότερη συμβολή του Νεύτωνα στην επιστήμη δεν είναι άλλη από τις Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας (Principia). Σ αυτό το δύσκολο έργο ο Νεύτων δίνει τους ορισμούς των όρων του, που είναι τα βασικά μεγέθη της κλασικής φυσικής, και που εκφράζονται ρητά για πρώτη φορά: η μάζα, η ορμή και η δύναμη. [9] Εκεί διατυπώνει τους περίφημους 3 νόμους του, και τον νόμο της παγκόσμιας έλξης. ΟΙ 3 ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ 1 Ος ΝΟΜΟΣ (Αρχή της αδράνειας) «Κάθε σώμα διατηρεί την κατάσταση της ακινησίας ή της ομαλής ευθύγραμμης κίνησης μέχρις ότου υποχρεωθεί να αλλάξει την κατάσταση αυτή από δυνάμεις που εφαρμόζονται επάνω του.»[5] 2 ος ΝΟΜΟΣ «Η μεταβολή της κίνησης είναι ανάλογη προς την κινητήρια δύναμη που εφαρμόζεται, και γίνεται κατά τη διεύθυνση της ευθείας κατά την οποία εφαρμόζεται η δύναμη»[5] 3 ος ΝΟΜΟΣ (Αρχή της δράσης και της αντίδρασης) «Σε κάθε δράση αντιτίθεται πάντοτε μια ίση και αντίθετη αντίδραση.» [5] ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑΣ ΕΛΞΗΣ (ΒΑΡΥΤΗΤΑ) «Υπάρχει μια δύναμη βαρύτητας, την οποία διαθέτουν όλα τα σώματα, ανάλογη προς τις διάφορες ποσότητες ύλης που περιέχουν» [5] 18

19 ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ 1. Ο Νεύτων (παράλληλα και ανεξάρτητα από τον Leibniz) έδωσε τα θεμελιώδη θεωρήματα του Απειροστικού Λογισμού. 2. Μέσα από το κορυφαίο επίτευγμά του, τις «Μαθηματικές αρχές της φυσικής φιλοσοφίας» (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), ο Νεύτων μας παρουσιάζει αυτό που ονομάστηκε «Νευτώνεια σύνθεση». Στο ερώτημα «τι είναι η νευτώνεια σύνθεση», ο Gillispie απαντά ως εξής: «Στο πιο άμεσο επίπεδο, η θεωρία για πρώτη φορά αντιμετώπισε το πείραμα επί ίσοις όροις με τον Νεύτωνα. Τόσο πρακτικά όσο και θεωρητικά, ο Νεύτων εγκαθίδρυσε τη σωστή σχέση ανάμεσα στη φυσική, ως επιστήμη της μετρικής, και τα μαθηματικά, ως γλώσσα των μεγεθών». [9] Ο Νεύτων διατυπώνει μαθηματικά φυσικές έννοιες. [5] Έτσι, ακόμα κι αν ένα φυσικό μέγεθος δεν είναι κατανοητό στην υπόστασή του, πρέπει να γίνει δεκτό ως μαθηματική έννοια, εφόσον είναι αναγκαία για τις επιστημονικές αποδείξεις. [5] Αυτό φαίνεται πιο καθαρά στην έννοια της δύναμης, που ως φυσικό μέγεθος δεν μπορούσε να γίνει κατανοητή, αλλά που όμως ήταν απαραίτητη εφόσον δρούσε όπως δήλωνε ο νόμος. Με άλλα λόγια, υπάρχουν έννοιες όπως η βαρύτητα που δεν μπορούν να γίνουν κατανοητές στην υπόστασή τους, όμως, ο Νεύτωνας υποστηρίζει ότι αυτό δεν έχει σημασία. Το σημαντικό είναι ότι οι έννοιες αυτές είναι αναγκαίες για τη διατύπωση των νόμων που ενοποιούν και αποκαλύπτουν το φυσικό κόσμο. Άρα, η ορθότητα της μαθηματικής έννοιας της δύναμης, πχ απορρέει από τη χρησιμότητά της στις αποδείξεις,[5] και όχι από τις θεωρίες για την προέλευσή της. Ο ίδιος ο Νεύτωνας παίρνει το φυσικό κόσμο ως κάτι δεδομένο και αμφιβάλει για το αν η επιστήμη θα μπορέσει να φτάσει την ουσία του, το «είναι» του. Αυτό που πρέπει να απασχολεί την επιστήμη είναι το πώς λειτουργεί ο φυσικός κόσμος.[9] ΚΡΙΤΙΚΗ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ Ο Νεύτωνας δέχτηκε πολύ μεγάλη κριτική για τα έργα του και ιδιαίτερα για τη μελέτη του πάνω στην οπτική και πάνω στη βαρύτητα. Ο βασικός λόγος που έγινε αυτό, δεν αφορούσε αντιρρήσεις για τα μαθηματικά της θεωρίας του, αλλά αντιρρήσεις ως προς το ότι ο Νεύτων δεν εξηγούσε το γιατί υπάρχει πχ η δύναμη της βαρύτητας και ποιος τη δημιούργησε. Ο Νεύτων θεμελιώνει την επιστήμη που απαντά στο ερώτημα πώς συμβαίνει κάτι, πώς λειτουργεί η φύση και ποιοι είναι οι νόμοι της. Δεν απαντά στο ερώτημα αν πίσω από αυτούς τους νόμους κρύβεται πχ το χέρι του Θεού, για τον οποίο ο Νεύτων πιστεύει ότι «ο θεός δεν είναι ούτε υπόθεση ούτε αντικείμενο της επιστήμης. Είναι βεβαιότητα.» [9] Η Οπτική του Νεύτωνα κλόνισε την πεποίθηση αιώνων για την απλότητα και λευκότητα του φωτός, που θεωρούνταν ως ένα από τα πρωτογενή στοιχεία της φύσης. [5] Η μελέτη του για τη βαρύτητα ως δύναμης που επιδρά εξ αποστάσεως πάνω στα σώματα θεωρήθηκε ως 19

20 επιστροφή στον αποκρυφισμό και τη μαγεία. Η βαθιά πίστη του Νεύτωνα στο θεό και στο ότι η βαρυτική δύναμη είναι δοσμένη από το Θεό, ενίσχυσαν την αρνητική κριτική των επιστημόνων της εποχής του που είχαν υιοθετήσει τη μηχανοκρατική αντίληψη του κόσμου, στον οποίο δεν χωρούσε καμιά θεϊκή ή υπερφυσική παρέμβαση. Σκόπιμο είναι να αναφερθεί και κάτι ακόμα αναφορικά με τον Νεύτωνα. Ο Νεύτων στην προσωπική του ζωή ήταν ένας βαθιά θρήσκος άνθρωπος, και μάλιστα ασχολήθηκε και με αντικείμενα (όπως έγινε πολύ αργότερα γνωστό) που δεν σχετίζονταν με την επιστήμη, όπως η θεολογία και η αλχημεία. [5],[11] Γι αυτό και πρέπει να τονιστεί η διαφορά ανάμεσα στον επιστήμονα και τον άνθρωπο: ο άνθρωπος Νεύτωνας ήταν μυστικιστής, αιρετικός και αλχημιστής: ο επιστήμονας Νεύτωνας ήταν ακριβής, συγκεκριμένος και το έργο του έθεσε τη βάση αλλά και το πρότυπο της σύγχρονης επιστήμης που βασίζεται στα μαθηματικά, και τους φυσικούς νόμους. _ Κεφάλαιο 5 18 ος ΑΙΩΝΑΣ Ο LAVOISIER ΚΑΙ Η ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ ΣΤΗ ΧΗΜΕΙΑ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ 18 ος αιώνας: μετάβαση από την Αλχημεία στη Χημεία. Αιτίες εξέλιξης: 1) Η βιομηχανική επανάσταση, 2) η μηχανιστική φιλοσοφία, όπως αναπτύχθηκε από τις θεωρίες του Νεύτωνα Ταύτιση της χημείας με την πειραματική φυσική και σταδιακή αυτονόμηση της χημείας ως ξεχωριστής επιστήμης Τα 4 στοιχεία του Αριστοτέλη: γη, αέρας, νερό, φωτιά: αρχικά πιστευόταν ότι αυτά τα στοιχεία δεν μπορούν να αναλυθούν σε επιμέρους στοιχεία Η πιο εντυπωσιακή από όλες τις χημικές διεργασίες που απασχόλησαν τους χημικούς ήταν η καύση. Ο Αριστοτέλης, με βάση τα 4 στοιχεία που αποτελούσαν την ύλη του γήινου κόσμου, είχε εξηγήσει την καύση ως εξής: κάθε σώμα που καίγεται εμπεριέχει το στοιχείο της γης και της φωτιάς. Κατά την καύση, το στοιχείο της φωτιάς εγκαταλείπει το σώμα, και μένει το στοιχείο της γης υπό μορφή στάχτης. [1] Αυτή η αντίληψη έδωσε τη θέση της στη θεωρία του φλογιστού, που ήταν μια προσπάθεια ερμηνείας του φαινομένου της καύσης. 20

21 Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΦΛΟΓΙΣΤΟΥ Η θεωρία αυτή, που αναπτύχθηκε πρώτα στη Γερμανία από τους Johan Joachim Becher και Georg Stahl, υποστήριζε ότι κάθε σώμα που καίγεται αποβάλει ένα στοιχείο που είναι το στοιχείο της φωτιάς ή αλλιώς το φλογιστό. To φλογιστό εθεωρείτο μια στερεή και λιπαρή ουσία την οποία, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, περιείχαν όλα τα σώματα. Μάλιστα, όσο λιγότερη στάχτη άφηνε η καύση ενός σώματος, τόσο περισσότερο φλογιστό εθεωρείτο ότι περιείχε. Με βάση αυτή τη θεωρία ερμηνεύονταν όλα τα ζητήματα καύσης, μέχρι την εμφάνιση της θεωρίας του Lavoisier.[8], [9] ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Η θεωρία του φλογιστού εφαρμοζόταν και σε ό,τι αφορούσε την καύση μετάλλων, και υπήρχε η αντίληψη ότι οι κοινές ιδιότητες των μετάλλων εξηγούνταν με την παρουσία του φλογιστού. Πολλά μέταλλα κατά την καύση τους μετατρέπονται σε τέφρα: ο κασσίτερος σε λευκή τέφρα, ο υδράργυρος σε κόκκινη και ο σίδηρος σε μαύρη. Και αυτή η αλλαγή αποδιδόταν στην αποβολή του φλογιστού. [1] Όταν η τέφρα θερμαινόταν ξανά με ξυλάνθρακα, το μέταλλο επέστρεφε στην αρχική μορφή του. Έτσι, η επικρατούσα άποψη ήταν ότι τα μέταλλα αποτελούνται από φλογιστόν και τέφρα. Το 1766 ανακαλύφθηκε το υδρογόνο, που επειδή κατά την καύση δεν άφηνε στάχτη πίσω του, θεωρήθηκε ως μια άλλη μορφή του φλογιστού. Ωστόσο, η θεωρία αυτή, δεν έμεινε χωρίς προβλήματα. [1] ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΦΛΟΓΙΣΤΟΥ Σειρά πειραμάτων καύσης μετάλλων έδειχναν ότι μετά την καύση, τα κατάλοιπα (τέφρα) είχαν μεγαλύτερο βάρος από το αρχικό μέταλλο. Πώς μπορούσε να ισχύει αυτό, εφόσον υπήρχε απώλεια ουσίας (φλογιστού) κατά την καύση;[1] 1772: Η Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού δημοσιεύει εργασία του L. B. Guyton de Morveau που αποδεικνύει ότι με τη διαπύρωση τα μέταλλα κερδίζουν αντί να χάνουν βάρος.[8] Οι προσπάθειες να εξηγηθεί η αύξηση του βάρους των μετάλλων μετά την καύση οδήγησε σε διάφορες θεωρίες ως απάντηση. Μία άποψη που διατυπώθηκε ήταν εκείνη του «αρνητικού βάρους» του φλογιστού, που είχε σαν αποτέλεσμα το βάρος να αυξάνεται όταν το φλογιστόν εγκαταλείπει το σώμα.[1] Μια άλλη άποψη, υποστήριζε ότι καθώς το σώμα χάνει το φλογιστόν του, γίνεται ταυτοχρόνως μια άλλη διεργσία που αναπληρώνει το χαμένο βάρος. Ο Boyle εξήγησε το φαινόμενο με αυτόν τον τρόπο, υποστηρίζοντας ότι υπάρχουν πύρινα σωματίδια που κατά την καύση εισχωρούν μέσα στην καμένη ύλη, και πως μπορούν αυτά τα σωματίδια να διαπεράσουν ακόμα και τα γυάλινα τοιχώματα ενός δοχείου. Αυτή η εξήγηση ήταν βέβαια λανθασμένη, ωστόσο ήταν ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση.[8] 21

22 Ο τρόπος με τον οποίο αντιμετωπιζόταν το πρόβλημα της καύσης, δηλαδή η θεωρία του φλογιστού, δείχνει ότι τα πορίσματα της ζύγισης και της μέτρησης δεν ήταν οι βασικοί παράγοντες διαμόρφωσης μιας θεωρίας της χημείας.[8] Επιπλέον, η θεωρία του φλογιστού βασιζόταν στην ιδέα της διάσπασης ενός σύνθετου στοιχείου σε τέφρα και φλογιστόν, πράγμα που καθιστούσε ακόμα δυσκολότερη την κατανόηση του χαρακτήρα των χημικών στοιχείων. Εκεί που η σημερινή επιστήμη βλέπει κατά τη διαπύρωση ενός μετάλλου την ένωση του μετάλλου με το οξυγόνο, οι χημικοί του 18 ου αιώνα έβλεπαν διάσπαση του μετάλλου: όταν στη συνέχεια, κατά την αναγωγή της τέφρας με ξυλάνθρακα, εμείς βλέπουμε το οξυγόνο να αφαιρείται, οι χημικοί της εποχής εκείνης έβλεπαν το φλογιστό να επιστρέφει στο σώμα, έβλεπαν δηλαδή μια χημική ένωση. [8] Με άλλα λόγια, η αντίληψη για την καύση ήταν ουσιαστικά η αντίστροφη από αυτό που πραγματικά συμβαίνει. ANTOINE LAVOISIER ( ) Ο Lavoisier ήταν Γάλλος χημικός που σήμερα θεωρείται ο πατέρας της σύγχρονης χημείας. Ο ίδιος αντιλήφθηκε γρήγορα τα προβλήματα της θεωρίας του φλογιστού και μάλιστα έκανε ειρωνικά σχόλια γι αυτή την ουσία στην οποία αποδίδονταν διάφορες ιδιότητες, ανάλογα με το ζήτημα που κάθε φορά μελετούσαν οι χημικοί, με αποτέλεσμα να είναι ταυτοχρόνως ελεύθερο στοιχείο αλλά και στοιχείο ενωμένο με κάποιο άλλο, να μπορεί να διαπεράσει ένα κλειστό δοχείο αλλά και να μην μπορεί, κλπ. [8] ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΤΟΥ LAVOISIER Ο Lavoisier έκανε μια σειρά νέων πειραμάτων που αποδείκνυαν ότι κατά την καύση φωσφόρου γίνεται απορρόφηση αέρα. Το ίδιο αποτέλεσμα βρήκε κατά την καύση θείου. [8] Σε άλλα πειράματα θέρμανε υδράργυρο μέσα σε περιορισμένη ποσότητα αέρα. Αυτό του έδωσε τέφρα και αέρα που ήταν λιγότερος από τον αρχικό. Ο αέρας που περίσσευε ήταν εκείνος που δεν υποστήριζε την καύση (άζωτο). Στη συνέχεια θέρμανε την τέφρα του υδραργύρου που του έδωσε ξανά υδράργυρο και τόσο αέρα όσος είχε αρχικά αφαιρεθεί από την πρώτη καύση. Αυτός ο αέρας υποστήριζε την καύση (οξυγόνο). [8] Πείραμα 1 ο : Ο Λαβουαζιέ έβαλε κασσίτερο πάνω σε μια ξύλινη σανίδα που έπλεε στο νερό. Σκέπασε τη σανίδα με ένα γυάλινο δοχείο, ώστε να μην περνάει ο αέρας, και θέρμανε στο δοχείο με τις ακτίνες του ήλιου που συγκέντρωσε με τη χρήση μεγεθυντικού φακού. Μέρος του μετάλλου μετατράπηκε σε λευκή τέφρα και η στάθμη του νερού εντός του δοχείου ανέβηκε μέχρι που έμειναν τα 4/5 του αρχικού αέρα μέσα στο δοχείο. Η επιπλέον θέρμανση του δοχείου δεν άλλαζε το αποτέλεσμα. [1] Πείραμα 2 ο : Ο Λαβουαζιέ θέρμανε κασσίτερο μέσα σε κλειστό γυάλινο δοχείο. Ζύγιζε το δοχείο πριν από την καύση και ξανά μετά από την καύση, προτού ανοίξει το δοχείο, και έβρισκε ότι η μάζα ήταν ίδια πριν και μετά την καύση. Κατόπιν άνοιγε το δοχείο και ο αέρας 22

23 εισερχόταν στο δοχείο. Τότε ζύγιζε ξανά το δοχείο, και το βάρος είχε αυξηθεί. Η αύξηση του βάρους του δοχείου ισοδυναμούσε με την αύξηση του βάρους του κασσίτερου. [1] Από όλα τα παραπάνω, ο Λαβουαζιέ κατάλαβε ότι ο αέρας είναι μείγμα 2 αερίων, όπου το ένα απορροφάται από τα μέταλλα και διευκολύνει την καύση (οξυγόνο), ενώ το άλλο όχι (άζωτο). ΑΛΛΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ Steven Hales: έδειξε πειραματικά ότι τα αέρια μπορούν να «σταθεροποιηθούν», δηλαδή να παγιδευτούν σε σύζευξη με μια άλλη σταθερή ουσία πίστευε όμως ακόμα ότι ο αέρας είναι ένας και πως παρουσιάζεται διαφορετικός λόγω προσμείξεων με ατμούς ή αναθυμιάσεις, ως «καθαρός» ή «μολυσμένος». [8] Joseph Black: απέδειξε πειραματικά την ύπαρξη «σταθεροποιημένου» αέρα (το σημερινό διοξείδιο του άνθρακα). Ταυτόχρονα, τον διαχώρισε από τον κοινό αέρα, χωρίς ωστόσο να διαμορφώσει ξεκάθαρη θεωρία και πεποίθηση γι αυτό.[8] Henry Cavendish: παρήγαγε με πειράματα «σταθεροποιημένο» αέρα και υδρογόνο.[8] Joseph Priestley: παρασκεύασε οξυγόνο και το απομόνωσε ως διακριτό, πλέον, αέριο.[8] Εδώ αξίζει να σημειωθούν τα εξής: Ο Priestley ήταν εκείνος που πρώτος «βρήκε» ένα αέριο που έκανε τη φλόγα ενός κεριού να ζωντανεύει και που όταν το τοποθετούσε μέσα σε ένα κλειστό δοχείο μαζί με ένα ποντίκι, το ποντίκι ζούσε περισσότερο χρόνο απ ό,τι όταν το έβαζε μέσα σε ένα κλειστό δοχείο με κοινό αέρα. [1] Ο Priestley ονόμασε αυτό το αέριο «αποφλογιστικοποιημένο αέρα». Ο Λαβουαζιέ επανέλαβε το πείραμα του Priestley για να οδηγηθεί στο συμπέρασμα ότι αυτό το αέριο δεν είναι απλώς «πιο καθαρός αέρας», αλλά ένα ξεχωριστό συστατικό του αέρα. [5] Έτσι, ο Priestley ήταν εκείνος που πρώτος ανακάλυψε το αέριο που ονομάστηκε οξυγόνο, όμως ο Λαβουαζιέ ήταν εκείνος που πρώτος κατάλαβε τι ήταν πραγματικά αυτό που είχε ανακαλυφθεί. Ο Λαβουαζιέ του έδωσε και το όνομα με το οποίο το γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, οξυγόνο. [9] 23