Znanost sve brže grabi naprijed, ali često iz medija slušamo da je neko dugogodišnje uvjerenje znanstvenika pobijeno. O napuštenim znanstvenim teorijama najprije razgovaramo s mladim fizičarom sa zagrebačkog Prirodoslovno-matematičkog fakulteta, doc. dr. sc. Nikolom Poljakom. S kvocijentom inteligencije 183 jedan je od tridesetak najinteligentnijih ljudi na svijetu.
– Znanstvena teorija najčešće se rodi iz niza opažanja. Tvorac teorije ili više njih moraju uočiti značajke tih opažanja koje su svima zajedničke i u neku ruku osnovne. Takve se značajke potom preispituju u eksperimentima i ako se ne mogu izvesti iz nekih drugih tvrdnji, uzimaju se kao istinite i nazivaju aksiomima – tvrdnjama koje se ne preispituju. Iz aksioma se teorija potom izvodi te daje svoje vlastite zaključke i predviđanja, među kojima moraju biti i prethodno navedena opažanja. Jednostavan primjer rađanja teorije su Newtonovi zakoni. Newton je napustio davna Aristotelova razmišljanja o gibanju tijela i jednostavnim promatranjem došao do tri zakona gibanja koje je potvrdio nizom eksperimenata. Iz ta tri zakona slijedila je cijela mehanika pa danas na temelju toga razumijemo većinu makrosvijeta oko nas – objašnjava fizičar Poljak.
Postoji niz teorija koje su u prošlosti potpuno napuštene ili, što je češće, izmijenjene i nadograđene. I primjera iz fizike ima mnogo.
– Tako je potpuno napuštena teorija etera s kraja 19. stoljeća, koja je govorila da mora postojati neki medij koji bi omogućavao putovanje svjetlosnih valova, kao što, recimo, za valove zvuka mora postojati neki plin, tekućina ili krutina. Danas znamo da svjetlost može putovati kroz medij, ali i bez njega, kroz vakuum – rekao je Nikola Poljak.
U doba kad je teorija etera bila aktualna, tražio se eksperiment koji bi mogao potvrditi njegovo postojanje, no tehnička realizacija pokusa bila je jako komplicirana. Prvi takav eksperiment pokušao je provesti Albert Michelson 1881. godine, ali bez uspjeha (nije ni potvrdio ni negirao postojanje etera), a 1887. godine je u suradnji s Edwardom Morleyem uspio provesti eksperiment koji je pokazao da eter ne postoji. Još i danas se taj pokus smatra najboljim primjerom ‘neuspjelog eksperimenta’ jer su Michelson i Morley namjeravali pokazati kako eter postoji, a zapravo su potvrdili njegovo nepostojanje. Nakon toga je teorija etera malo-pomalo potpuno napuštena.
– Teorija koje se s vremenom mijenjaju i nadograđuju ima mnogo. Razmislite samo o atomskoj teoriji. Demokrit je još u 5. stoljeću prije Krista postavio hipotezu da se sve tvari sastoje od nedjeljivih čestica zvanih atomi. Njegova teorija spadala je u klasu onih koje su u to doba bile eksperimentalno nedokazive pa se može više zvati hipotezom nego teorijom. Dolaskom 20. stoljeća, s novim otkrićima vezanim uz atome, ta se teorija bitno izmjenjuje više puta. Na primjer, J. J. Thomson je 1904. pretpostavio da su atomi kao neki puding negativnog naboja u kojem se nalaze čestice pozitivnog naboja (prigodno nazvane ‘šljive’, prema britanskoj hrani plum pudding). Rutherford je eksperimentom pokazao kako takva teorija nema smisla i morala je biti mijenjana. Neke njezine značajke ostale su iste, a neke su se bitno izmijenile – tumači Poljak.
Još je postojao konsenzus da se u atomu nalaze pozitivni i negativni naboji, no sad se znalo da ne izgledaju kao šljive u pudingu, nego više kao neki planetarni sustav, u kojem se pozitivan naboj nalazi u centru atoma, a negativni naboji oko njega kruže. Takav model, tj. teorija, nažalost je sa sobom nosila niz dodatnih problema. Novi modeli, koji su bili usklađeni s kvantnom fizikom, upućivali su na to kako atomi zapravo izgledaju (iako se struktura pojedinog atoma ne može fizički vidjeti) i danas ih opisujemo kvantno fizički, pomoću modela elektronskog oblaka.
– Drugi dobar primjer teorije koja je relativno lako shvatljiva, a mijenjala se više puta, jest teorija gravitacije, u modernoj fizici zvana opća teorija relativnosti – opisuje dalje Nikola.
– Iako je od Aristotela nadalje postojao niz razmišljanja o tome kako i zašto se tijela gibaju, tek su uvođenjem pokusa teorija gibanja, tj. mehanika i specifično gravitacija poprimili obrise neke teorije. Isaac Newton uveo je tri zakona gibanja i dao opis sile koja djeluje među tijelima s masom. Uspjeh njegove teorije ležao je u tome što uspješno opisuje gibanja tijela na Zemlji, ali i u svemiru. Uz to, pomoću matematičkog formalizma teorije rodila su se predviđanja – npr. bilo je jasno zašto se neki komet na nebu pojavljuje u točno određenim vremenskim razmacima i zašto ide točno tom putanjom koju vidimo na nebu. Sve te posljedice slijedile su iz nekoliko jednostavnih pravilnosti, no bilo je i eksperimentalnih opažanja na nebu koja se nisu baš sasvim poklapala s predviđanjima teorije. Tek je u 20. stoljeću Einstein uveo tzv. Opću teoriju relativnosti koja je uspjela opisati i te fenomene, no u sebe i uključiti i Newtonovu teoriju gravitacije – rekao je fizičar.
Gotovo sve današnje, postojeće teorije još se preispituju. Svrha teorije nije da samo opiše neku pojavu, nego da i da neka predviđanja. Ako se predviđanje eksperimentalno potvrdi, teorija ostaje na čvrstim nogama, a ako se ne potvrdi ili se dogodi nešto suprotno predviđanju teorije, ona se mora preispitati i/ili mijenjati.
– Čak i Newtonova teorija gravitacije, kao sastavnica Opće teorije relativnosti, još se i danas preispituje. Podsjetimo, ona kaže da se bilo koja dva tijela ili čestice uzajamno privlače silom razmjernom njihovim masama, a obrnuto razmjernom kvadratu udaljenosti između njih. Prema toj teoriji, zvijezde spiralnih galaksija gibaju se toliko brže što su dalje od centra galaksije, ako se uzme u obzir da se sva masa galaksije nalazi u tzv. svjetlećoj materiji, tj. zvijezdama. No ako samo pogledamo kroz teleskop zviježđe Andromedu, vidjet ćemo da to nije slučaj. Stoga se znanstvena zajednica mora upitati kako razriješiti taj problem – govori Poljak.
Načelno, uvijek su moguća dva izlaska iz takve situacije – ili se mijenja teorija ili se eksperimentalni podaci pokušavaju objasniti u svjetlu postojeće teorije.
– U spomenutom slučaju, oba puta su istraživana i već postoje teorije koje kažu da Newtonova teorija gravitacije vrijedi samo za svemirski male udaljenosti (promjer Sunčeva sustava bio bi malena udaljenost u takvoj teoriji), a mora se modificirati za veće udaljenosti. Drugi put se kaže da teorija gravitacije ostaje vrijediti na svim skalama, no za gibanje zvijezda u galaksijama kakvo opažamo zaslužna je neka masa koju ne uočavamo nikakvim teleskopom. Takva je masa dobila ime ‘dark matter’ ili tamna tvar, tvar u svemiru koju ne možemo vidjeti. Očiti je problem da dok se ne otkrije takva tamna masa, a još nije otkrivena, ne možemo znati koji je od dva predložena puta dobar, odnosno treba li za velike skale modificirati postojeću teoriju ili ne – rastumačio je docent.
I druge teorije stalno se preispituju. Ljudska civilizacija gradi laboratorije, ciklotrone, sudarivače čestica i drugo, upravo u svrhu preispitivanja našeg temeljnog znanja. No najčešće se ne preispituju rezultati neke teorije koji su već višestruko potvrđeni, nego samo nova predviđanja.
– Na primjer, na sudarivaču čestica LHC (Large Hadron Collider), koji je dio CERN–a, glavnog svjetskog laboratorija za istraživanja elementarnih čestica (nalazi se pokraj Ženeve i često tamo odlazim), nitko ne preispituje strukturu atoma, jer je to već poznato stanje. Međutim, stalno se ispituje struktura manjih, subatomskih čestica, kako bi se odgovorilo na druga temeljna pitanja o prirodi – nastavio je znanstvenik.
Zanimljivo je, pritom, da postoji snažna veza između mnogih fizikalnih teorija, pa tako preispitivanjem svojstava čestica nastalih u sudarivaču LHC možemo dobiti odgovore na pitanja o nastanku samog svemira, iako na prvi pogled ne postoji jaka poveznica između te dvije discipline.
Zanimalo nas je kad je neka teorija na čvršćim nogama, a kad je slabija, ali Nikola Poljak odgovara da nema nekog pravila. Postoje, doduše, opskurnije teorije za koje znanstvena zajednica vjeruje da su malo vjerojatne, jer za njih ne postoji nikakav eksperimentalan dokaz i uglavnom su bazirane na nekom jednostavnom eksperimentalnom opažanju.
– Tako su na primjeru gibanja zvijezda u galaksijama znanstvenici skloniji vjerovati u postojanje tamne tvari, jer je Newtonova teorija gravitacije dosad potvrđena na nizu eksperimenata i, što je bitnije, na širokom rasponu prostornih udaljenosti. Ako znamo da se dvije metalne kugle privlače na isti način ako su udaljene 1 milimetar ili 1 kilometar, zašto ne bismo vjerovali da se na isti način privlače i na udaljenosti od 1 megametra, tj. 1 milijun metara? – pita Poljak.
Strogo govoreći, svaka teorija počiva na nekoliko aksioma, kako rekosmo, tvrdnji koje se ne preispituju. Ako je teorija izvedena iz tih aksioma i samo iz njih, vjerojatnije je da će biti ispravna. Ako se pak u teoriju ‘rukom dodaju’ pretpostavke, manja je vjerojatnost da će ona preživjeti test vremena.
– Teorije su u znanosti važne jer se iz njih uvijek rađaju nova predviđanja. U nadi da se predviđanja potvrde, radom u laboratorijima, stvara se civilizacijska tekovina i dolazi se do napretka u tehnologiji i razumijevanju svijeta. Bez mehanike nitko ne bi konstruirao zrakoplov, a bez teorije fluida ne bismo imali hidrauličke dizalice – ilustrira sugovornik.
Zanimljivo je da rad na nekoj teoriji može dovesti do napretka u potpuno drugoj ljudskoj djelatnosti.
– Na primjer, CERN je laboratorij koji se bavi nuklearnom i čestičnom fizikom, a doveo je do stvaranja interneta, ekrana na dodir kakve imamo na mobitelima i tabletima ili pak metode nuklearne magnetske rezonancije u medicini. Kad je laser otkriven kao posljedica teorije, smatran je potpuno nevažnim, a danas se koristi gotovo svakodnevno u nekom aspektu ljudskog života – završio je Nikola Poljak.
A što o svemu kažu filozofi znanosti? Dobar sugovornik za to je dr. sc. Boris Kožnjak, koji je diplomirao fiziku, a magistrirao je i doktorirao iz filozofije te radi na Institutu za filozofiju u Zagrebu. Doktor Kožnjak veli da nije sasvim točno uvriježeno mišljenje prema kojem se znanost razvija ‘pravocrtno’, tako da se neke teorije potvrđuju, a druge odbacuju.
– Prije svega, nijedna količina dobivenih podataka nije dovoljna da se neka teorija može smatrati sasvim potvrđenom, a druga sasvim opovrgnutom. Čak se i one teorije koje iskustvo demantira mogu ‘spasiti’ spretnim prilagođavanjem pomoćnih i dodatnih pretpostavki o samim istraživanim predmetima, o korištenim instrumentima i tako dalje. Suvremeni znanstveni eksperimenti time obiluju – kaže dr. Kožnjak.
Osim toga, nastavlja, ako o znanstvenim teorijama govorimo u isključivim kategorijama ‘istine’ i ‘laži’, na skliskom smo terenu:
– Ako za plovidbe morem za navigaciju koristite sekstant, možete se vrlo uspješno orijentirati i usmjeravati plovidbu. No znači li to da svaki put kad koristite sekstant ‘potvrđujete’ geocentrični model na kojemu se temelji princip njegova rada? A on je, podsjećamo, smatrao da je Zemlja u središtu, a Sunce na periferiji kruži oko nje!
Čak ni današnji heliocentrični model, sa Suncem u središtu, nije sasvim istinit, jer se središte mase Sunčeva sustava većinom ne poklapa sa središtem Sunca, nastavlja ovaj znanstvenik. Zato filozofi znanosti više vole govoriti o empirijski (iskustveno) odgovarajućim, a ne istinitim teorijama.
– Povijest znanosti prepuna je primjera (teorija epicikla, flogistonska teorija u kemiji, teorija topline kao kaloričnog fluida, Daltonova atomska teorija, Maxwellova teorija etera, Bohrov model atoma…) kad teorija može biti empirijski uspješna, ali ne i nužno istinita prema kasnijim standardima – naveo je primjere ovaj filozof znanosti.
Primjerice, nastavlja Kožnjak, često se spominje da je u 18. stoljeću tzv. flogistonsku teoriju, prema kojoj je gorenje proces oslobađanja hipotetske tvari flogistona, smijenilo Lavoisierovo otkriće kisika. Od tada se gorenje tumačilo kao proces spajanja gorive tvari s kisikom. No stvari nisu povijesno tako jednostavne. Prije svega, Priestleyev ‘deflogisticirani zrak’ bio je dobar model velikog broja opaženih kemijskih procesa. I drugo, Lavoisierov ‘kisik’ zapravo i nije bio kisik kako ga danas shvaćamo, nego ‘princip izgaranja’ koji je aktivan u kombinaciji s također hipotetskim toplinskim ‘kalorikom’. Dakle, promjena paradigme nije bila ni brza ni linearna.
Na ‘groblju preminulih teorija’ završila je i teorija epicikla u Ptolemejevu geocentričnom sustavu. Epicikl je bila mala kružnica po kojoj se gibao planet, dok se centar epicikla gibao većom kružnicom, tzv. deferentom. No u svoje vrijeme epicikli su bili empirijski odgovarajući modeli tad poznatih astronomskih činjenica.
– Moguće je čak imati nekoliko alternativnih teorija o istoj stvari, svaku sa svojom ‘istinom svijeta’, a koje sve jednako dobro opisuju promotrene i eksperimentalne činjenice. Primjerice, tzv. standardna kvantna mehanika, formulirana još 1920-ih godina, i njezina alternativna formulacija Davida Bohma iz 1950-ih jednako dobro i uspješno opisuju sve promotrene činjenice o mikrosvijetu, ali su njihove ‘slike mikrosvijeta’ sasvim različite – objasnio je Boris Kožnjak i zaključio:
– Smjena znanstvenih paradigmi puno je složeniji proces od jednostavnog obrasca ‘potvrđivanja i opovrgavanja‘. Taj proces uključuje znanstvene dokaze i opovrgavanja, ali i druge, izvanznanstvene kriterije, poput ljepote i jednostavnosti, pa i složene mreže socijalnih faktora. I takvi kriteriji igraju važnu ulogu u postizanju dogovora među znanstvenicima!
Zabluda o čiru na želucu
U biomedicinskim znanostima teorije se ne napuštaju, nego ih nova znanja nadopunjavaju, kaže prof. dr. sc. Janoš Terzić s Medicinskog fakulteta u Splitu. Na primjer, do 1990-ih se mislilo da čir želuca nastaje zbog viška želučane kiseline, psihosomatskog stresa i obiteljske sklonosti bolesti. Poslije je dokazano da bolest uzrokuje bakterija Helicobacter pylori pa je promijenjena i terapija – umjesto lijekova protiv kiseline daju se antibiotici.
Za mnoge bolesti još ne znamo pravi razlog nastanka. Tako za neurodegenerativne bolesti, poput Parkinsonove i Alzheimerove, znamo da ih karakterizira nakupljanje loših proteina u moždanim stanicama, ali ne znamo zašto dolazi do nakupljanja tih proteina. Jednom kad će se znati točan razlog nastanka poremećenih proteina, gotovo sigurno će se ubrzo razviti lijek za te bolesti, tumači dr. Terzić.
Kod istraživanja u medicini općenito se može reći da prilikom znanstvenih pokusa u laboratoriju, koji se rade kako bi se pronašli uzroci neke bolesti, većina pretpostavki testiranih na dnevnoj osnovi bude pogrešna. To je tako jer o biološkim sustavima poput čovjeka ne znamo puno, a kako se pretpostavke rade na temelju postojećih znanja koja su krnja, ne iznenađuje da se često pogriješi. Naravno, s vremenom se dođe i do točnih pretpostavki i točnih odgovora. Biomedicinske teze su višestruko provjeravane prije nego što postanu opće prihvaćene, stoga ih se rijetko potpuno napušta, objasnio je prof. Terzić.
Ne znamo kako osjećamo miris
Fizičar Nikola Poljak misli da bi u bliskoj budućnosti najprije mogle biti napuštene one teorije koje se bave područjima o kojima još malo znamo. Na primjer, iako jako dobro znamo na koji način vidimo (nekad je postojala emisijska teorija vida, no davno je napuštena) i čujemo, još je nejasno kako osjećamo miris. Posjedujemo uređaje koji mogu reproducirati točno onu boju ili ton koji želimo, no još ne znamo kako ‘zapisati’ neki miris. Zamislite da dođete negdje s pametnim telefonom, nešto vam odlično zamiriši, snimite taj miris i kod kuće ga ‘pokažete’ drugima. U takvim područjima, gdje smo još u nekoj vrsti istraživačke faze, postoji niz teorija koje se, kako spoznajemo sve više i više, nadmeću i odumiru.
