Fizika | Csillagászat, űrkutatás » A filozófia és a kozmológia

Filozófia és a kozmológia A filozófia és a tudomány kapcsolatáról, kölcsönhatásáról szeretnék írni. A tudományon belül elsősorban a kozmológiáról, mivel meglátásom szerint ez a tudomány magában hordozza szinte az összes jelentős természettudományt. Csak a fontosabbakat említsem: matematika, fizika, kémia stb. K. R Popper szerint is: „ azt hiszem, hogy, van legalább egy olyan filozófiai probléma, amelyben minden gondolkodó ember érdekelt. Ez a kozmológia kérdése: a világ mibenlétének megértése - beleértve, a világ részeként, magunkat és tudásunkat is.”[1] Nagyon fontos kérdés, hogy megtudjuk hogyan keletkezett a világegyetem, ezen belül a mi bolygórendszerünk, honnan jöttünk és merre tartunk. Szerintem is az ember a világegyetem polgára, mely adott körülmények között az univerzum anyagából jött létre. A kérdés bonyolultsága, sokrétűsége magában hordozza a tudományok bizonyos fokú válságát. Stephen W

Hawking jóslata, melyben az elméleti fizika végét jelzi, ami persze még nem következett be; de ha így történne, akkor is lenne elegendő munkájuk a fizikusoknak. E. Husserl is felteszi a következő kérdést: „Beszélhetünk-e komolyan arról, hogy tudományaink általában válságban vannak? Nincs e túlzás ebben a manapság gyakran hallott fordulatban? Hiszen egy tudomány válsága nem kevesebbet jelent, mint azt, hogy kérdésessé válik igazi tudományossága.” [2] Kezdetben az elméletben kidolgozott kérdések, vagy az empírián alapuló tudások megalapozták a későbbi tudományos kísérleteket, melyek az elméletek igazolását szolgálják. A kísérletek a filozófiában felvetették azt a szkeptikus kérdést, hogy ha egy rendszerbe beavatkoznak műszerekkel, amivel a méréseket végzik, akkor a rendszer is megváltozik, így a világot teljes valóságában nem lehet megismerni. A szkepszis az „észbe” vetett hit megrendülését is jelentheti.

Popper erről a következőket írja: „A tudós, akár elméleti kutató, akár kísérletező, állításokat vagy állítás-rendszereket fogalmaz meg, és lépésről lépésre ellenőrzi azokat. A tapasztalati tudományokban feltevéseket vagy elméletrendszereket alkot, amelyeket megfigyelések és kísérletek segítségével tapasztalatilag ellenőriz”. [3] Husserl a következőképpen fejti ki: „ először is a filozófia végérvényes eszméjét, igazi témáját és módszerét kutassa, mindenekelőtt fedezze fel és oldja meg azt, ami a világban valóban érthetetlen. Mi jelenkori emberek, akiket e fejlődés alakított, azzal a veszéllyel találjuk magunkat szemben, hogy elmerülünk a szkepszis áradatában és emiatt szem elől, tévesztjük saját igazságunkat.” [4] [1] Karl R. Popper: A tudományos kutatás logikája [2] Edmund Husserl: Az európai tudományok válsága I. [3] Karl R. Popper: A tudományos kutatás logikája [4] Edmund Husserl: Az európai

tudományok válsága I. 1 A fenti bevezető után rátérnék a kozmológiára, mely a Világegyetem egészét tanulmányozza, a Világegyetem kezdetét, fejlődését és sorsát. Habár a kozmológia egyike a tudományok legnagyobbikának, de eszközeiben lényege napjainkban is a matematika. Ma már hatalmas lehetőségei vannak a fejlődés révén, mint például: hatalmas távcsövek, űrrobotok, csúcsteljesítményű, nagysebességű számítógépek, földrészeken keresztül összeköthető rádiótávcsövek (ezáltal több milliárd fényévre el lehet „látni”.), a világűrbe kihelyezett távcső (Hubble Space Telescope Melléklet: 1. kép) stb De lényege mégis a matematika. A matematikával a kozmológiai elgondolások ceruzával papírra felírható egyenletekben fejeződhetnek ki. Ezzel a módszerrel mikor Albert Einstein kidolgozta az általános relativitáselméletét, akkor megalkotta az elméleti kozmológia tudományát. A klasszikus fizika kezdetét

Isaac Newton fizikája jelentette. Neki köszönhető, hogy megteremtette a tizenhetedik században a világ kutatására szolgáló tudományos módszer alapjait. Ez tartott a tizenkilencedik század végéig, míg Einstein meg nem alkotta az általános relativitáselméletét, a másik ilyen hatalmas lépés a kvantumelmélet. Einstein elmélete megadja, hogy hogyan működik a gravitáció, a másik pedig megmagyarázza, hogyan működik minden egyéb az anyagi világban. A mai napok következő nagy teljesítménye Stephen W. Hawking nevéhez kapcsolódik, mikor a két elméletet (relativitáselmélet és a kvantumelmélet) egyetlen matematikai egységbe fogta össze. A pulzárok (neutroncsillagok) felfedezése az 1976-os években jelentős fejlemény volt a fizikában és a világ megismeréséhez vezető úton. A neutroncsillagok (Melléklet: 2 kép) hatalmas robbanása -szupernóva robbanáselhalt nagy tömegű csillagok összeroppant magjai, melyek fekete lyukakká

(Melléklet: 3 kép) válnak. Newton rendezett, logikus hellyé tette a világegyetemet, erre nevezetes példa a tömegvonzási törvénye. A newtoni világképet „óramű világegyetemnek” is nevezik „Ha a Világegyetem olyan anyagi objektumból épül fel, amelyek egyetemes törvények kormányozta erőkkel hatnak egymásra, és ha ezek a szabályok a hatás-ellenhatás elvéhez hasonlóan pontosan érvényesülnek mindenütt a Világegyetemben, akkor a Világegyetem egy hatalmas gépezetnek tekinthető, egy olyan kozmikus óraműnek, amely mindörökre pontosan megjósolható utat követ, attól fogva, hogy mozgásba lendült.”[5] Mind a filozófusok, mind a teológusok részéről kérdések sorozatát vetette fel. Az emberi szabad akarat egy ilyen óraműszerű kozmoszban minden előre meg volna határozva, az emberi viselkedés valamennyi vonatkozása is? Lényegében ez a gondolatmenet elvezethet akár a fatalizmushoz. Ha a Világegyetem egy óramű, akkor ki húzta fel

ezt az óraművet, és ki indította el. Ez a témakör a materializmus és az idealizmus küzdőtere Hogyan teremtődött a világ, milyen mechanizmus alapján működik, és egyszer lejár-e az óramű? Nagyon fontos és egyik alapkérdésnek tartom. A statikus Világegyetem képe a tömegvonzás hatására összeomolna. Az Einstein gravitációelmélete bizonyította, hogy a statikus elmélet nem igaz, hisz a Világegyetem tágul, sőt pár évvel ezelőtti kutatások bizonyították, hogy egyre gyorsuló sebességgel tágul. Ami még nagyon fontos előrelépés volt: az idő és a tér egyesítése. Az idő, mint negyedik dimenzió. Az átlagos szemlélőnek a tér és az idő két gyökeresen eltérő dolog Azt mindenki tapasztalja, hogy a tér háromdimenziós szerkezetű. [5] Michael White-John Gribbin: Stephen W. Hawking Élete a tudomány 2 Az időről van tudomásunk, de az átlagember számára megfoghatatlan, szinte leírhatatlan fogalom. Az időnek az egyik iránya

közismert –múltból a jövőbe-, de nem mehetünk vissza a múltba, és nem láthatunk előre a jövőbe, nem mozoghatunk benne szabad akaratunk szerint. Einstein bevezette a görbült téridő fogalmát. A fénysugárnak meg kell görbülnie a nehézkedés hatására, vagyis az anyag eltorzítja maga körül a téridőt, és ettől az eltorzult téridőben mozgó testek eltérülnek. Az anyag meghatározza a téridőnek, hogy hogyan görbüljön, a görbületek pedig az anyag mozgását határozzák meg. Az egyenletek nem hagynak kétséget afelől, hogy a téridő is mozoghat a maga sajátságos módján. 1919-ben egy teljes napfogyatkozás idején készült fényképfelvételeken pontosan az látszott, amit Einstein megjósolt: a távoli csillagokból jövő, és a Nap közelében elhaladó fénysugár meggörbül, amint áthalad a Nap tömege által eltorzított téridőn. Tehát bizonyított tény lett, hogy a görbült téridő valóságos. Az általános relativitáselmélet

helyes elmélet A Világegyetemben elhelyezkedő galaxisokban (Melléklet: 4.-5 kép) - egy galaxis több százmilliárd csillagot tartalmaz- nem a csillagok húzódnak el egymástól, hanem a galaxisok, amint tágul az őket magába foglaló tér. Ha egy csillagnak a tömege legalább háromszor akkora, mint a mi Napunk tömege, akkor ez a csillag összeomlik miután elhasználta nukleáris energiáját, és fekete lyukká változik. Az ilyen égitest teljesen meghajlítja maga körül a téridőt, és központi tömegét elvágja a Világegyetem többi részétől. Egyszerűen elnyeli a fényt, a fotonok zárt pályán keringenek, lényegében a lyuk az emberi szem számára láthatatlan. Ahhoz, hogy egy holt csillagból fekete lyuk legyen még a neutronoknak is meg kell szűnniük. Ha egy ilyen objektum maradna hátra egy nagy tömegű csillagrobbanás után, akkor az teljesen magába roskadna, és egy matematikai ponttá –szingularitássá- zsugorodna össze. Még mielőtt

eljutna ebbe a nulla térfogatú és végtelen sűrűségű állapotba, körberántaná maga körül a téridőt, és elvágná magát a külső Világegyetemtől. A tulajdon súlya alatt külső hatás nélkül is összeroskad. Van egy nagy különbség a fekete lyuk és a Világegyetem között: a fekete lyuk magába szívja az anyagot, a szingularitás felé, a Világegyetem meg kifelé törekszik a Nagy Bummból. A Világegyetem olyan, mint egy kifordított fekete lyuk. Az Einstein-egyenletek szerint maga a tér tágul, a tér ragadja magával a galaxisokat. A Világegyetem megközelítőleg 15 milliárd éves. Ha lennének eszközeink, akkor láthatnánk a Nagy Bummot, egy hatalmas fényvillanást, a kozmosz keletkezésének pillanatát. Egytized másodperccel a kezdet után a Világegyetem sűrűsége harmincmilliószor akkora volt, mint a víz sűrűsége. A hőmérséklet harmincmilliárd fok volt A Világegyetem igen nagy energiájú sugárzás (fotonok), valamint anyagi

részecskék, egyebek között neutronok, protonok és elektronok elegyéből állt. A csillagok (és minden más forró test is) az általa kibocsátott fény sajátosságaival feltárja a maga összetételét. A színképvonalak éppoly jellemzőek, mint az újlenyomat Ezek a színképvonalak a Tejútrendszeren (galaxis, melyben a bolygórendszerünk található) kívül eső galaxisok fényében egy kicsit el vannak tolódva a vörös felé. Ezt a „vöröseltolódást” a Világegyetem tágulása okozza: ez széthúzza a teret, és széthúzza útközben a galaxisból felénk haladó fény hullámhosszát is. 3 A vöröseltolódás szerint a kvazároknak (Melléklet: 6. kép) roppant nagy energiát kell termelniük, hogy ilyen hatalmas nagy távolságból látni lehet őket. A kvazárok mind fekete lyukak: a Nap tömegének legalább százmilliószorosát tartalmazzák kb. akkora átmérőjű, mint a mi Naprendszerünk. A háttérsugárzás felfedezése után

meggyőződhettünk arról, hogy a Nagy Bumm-kozmológiát, mint a Világegyetem leírását bizony komolyan kell venni. Hoyle és munkatársai megjósolták a kiinduló rezonancia létezését, melyet később igazoltak is. Továbbá meghatározták, hogy hogyan épült fel minden hidrogénből és héliumból a csillagok belsejében, vagyis a minket körülvevő anyagi világ, pl. a testünk atomjai is Nagyon fontos most megemlíteni mielőtt Hawking nagy felfedezésére térnék, hogy kiemeljem Karl Popper filozófus munkásságát. Hawking tudományos munka módszerére nagy hatással volt. Ez estben nyomon követhető a filozófia és a tudomány kölcsönhatása Még Einstein is felfigyelt rá, oly annyira, hogy levélben is reagált. Hawking egyetemista kora óta lelkes követője volt K. Popper filozófusnak Popper tudományfilozófiájának legfőbb kitétele szerint egy adott téma hagyományos megközelítése, a „tudományos módszer”, ahogy eredetileg Galilei, Newton

és a hozzájuk hasonlók alkalmazták, voltaképpen egyáltalán nem megfelelő. A hagyományos megközelítés lényegében hat szakaszra osztható: 1.) Megfigyelés vagy a kísérlet 2.) Ezt követi egy általános elmélet, melyet indukció útján megmagyaráz, amit megfigyelt 3.) Erre az általános elméletre alapozva felállít egy hipotézist 4.) Kísérletek elvégzésével megkísérli igazolni a hipotézisét 5.) Ezzel bebizonyítja, vagy cáfolja az eredeti elméletet 6.) Ezután elfogadja, hogy igaz vagy hamis, mindaddig ameddig be nem bizonyosodik, hogy tévedett. Popper ezt a folyamatot fejtetőre állítja, és a következő megközelítést javasolja: Vegyünk egy problémát! Indítványozzunk megoldást vagy egy elméletet, hogy megmagyarázzuk, mi történik. Gondoljuk végig, milyen igazolható tételeket származtathatunk le elméletünkből! Végezzünk kísérleteket e tételekre vonatkozólag, de ne igazolni próbáljuk őket, hanem megcáfolni! Ha a

cáfolatokat összedolgozzuk az eredeti elmélettel, akkor egy sokkal jobb elméletet kapunk. A két megközelítés között az a sarkalatos különbség, hogy a hagyományos tudományos módszer szerint a tudós a kísérletekkel igazolni akarja elméletét, a Popper-féle rendszerben viszont cáfolaton kell dolgoznia, hogy jobb elméletet találjon. Popper gondolatának ez az aspektusa, amelyet Hawking –és sok más tudós- annyira megfelelőnek talált, hogy alkalmazták saját munkájukban! A fekete lyukak kutatása területén Hawking az élcsapatba tartozott. Egyre világosabbá vált számára, hogy a fekete lyukak klasszikus értelmezése nem kielégítő. A huszadik századi fizika két tartóoszlopa a kvantummechanika és a relativitáselmélet, a spektrum két ellentétes végén helyezkednek el. Különböző nyelven beszélnek, de senkinek sem sikerült még összhangba hozni a két elméletet. Hawking azonban pontosan ezt célozta meg. 4 A matematikai érvelés

vitathatatlan eredménye rákényszerítette Hawkingot, hogy a fekete lyukakkal kapcsolatos valamennyi elmélettel szembehelyezkedve azt a következtetést vonja le, hogy a parányi fekete lyukak nem csupán sugárzást bocsátanak ki, hanem bizonyos feltételek mellett még fel is robbanhatnak. Rájött, hogy a Nagy Bumm fizikája voltaképpen nem bonyolultabbá, hanem egyszerűbbé válik, ahogyan egyre közelebb férkőzünk a kezdethez. A felrobbanó fekete lyukak jelenségének a magyarázására összekapcsolta az általános relativitáselméletet és a kvantumfizikát (még a termodinamikának egy részét is), és ezzel olyan következtetésre jutott, amit még ő maga is lehetetlennek ítélt. Ez a munkája tette őt ismerté a matematikusok és a csillagászok körén kívül is, és ma már minden fizikus tudja, hogy mi az a Hawking-sugárzás és miért fontos. Ehhez Popper módszere is nagyban hozzájárult. Óhatatlanul felmerült az a kérdés, hogy a Világegyetem

végletekig tágul, vagy egy idő után megáll a tágulása és elkezd besűrűsödni, míg egy újabb Nagy Bumm be nem következik. Egy tudós csoport ennek a kérdésnek az eldöntését tűzte ki célul. Az első nagy nehézség, amivel szembe találták magukat, hogy legalább 50 szupernóvát (Melléklet: 7.-8 kép) kell felfedezniük, hogy ezen objektumok mérési adataiból valamelyik eredményére jussanak Ez annyit jelent, mintha egy hatalmas szénakazalban jóval kisebb egységet keresnék, mint egy tű. Sikerült kidolgozniuk egy módszert, aminek eredményeképpen megtalálták az 50 szupernóvát. A mérések és a számítások után megdöbbentő eredményre jutottak: a Világegyetem egyre gyorsuló sebességgel tágul! Hawking számításai alapján, is erre az eredményre jutott, de ő maga is lehetetlennek tartotta. Döbbenetes vízió tárult fel a tudósok szeme előtt: ha egy milliárd év múlva felnézünk az égre, feltéve, ha lesz akkorra emberi civilizáció

(megjegyzem, hogy a bolygórendszerünknek még 5 milliárd év van hátra) szinte alig fogunk látni egy pár csillagot. Honnan származik ez az energia a légüres térben? Válasz a kvantumelméletben van: a vákuum „virtuális részecskék” fortyogó tengere. Folyamatosan keletkeznek benne részecskepárok, például elektron-pozitron párok, ezek kölcsönhatásba lépnek lépnek egymással, és a kvantumszabályok szerint eltűnnek. Ezek által keletkezett energia a válasz a kérdésre. A világ megismerése egy szakadatlan folyamat, mely mindig újabb és újabb kérdéseket vett fel, mely újabb és újabb válaszokat szül, és a válaszok, melyek közelebb visznek minket a világ teljesebb objektív megértéséhez, újabb kérdések megoldására sarkallnak. Husserl írta a következőket: „A mindenség megismerésének egyre növekvő és egyre teljesebb hatalmával az ember ugyancsak növekvő –végtelenül bővülő- hatalmat nyer gyakorlati környezete

felett.”[6] „A filozófia és a tudomány minden alakja racionális – ez tautológia. De mindezen alakokban egy magasabb racionalitás felé halad – olyan racionalitás felé, amely, miközben önön tökéletlen viszonylagosságát újra meg újra felfedezi, az emberi fáradozás, az igazi és teljes racionalitás kiküzdésének akarata által halad előre.”[7] [6] – [7] Edmund Husserl: Az európai tudományok válsága I. 5 Felhasznált irodalom: Edmund Husserl: Az európai tudományok válsága I. Karl R. Popper: A tudományos kutatás logikája Michael White – John Gribbin: Stephen W. Hawking Élete a tudomány Spektrum TV: Táguló Világegyetem Mellékletek: NASA Internetről Raksányi István 1949. 12 25 Budapest, 2001-12-16 6 MELLÉKLET 1. kép Hubble Space Telescope 7 2. kép Neutron csillag 8 3. kép Fekete lyukak Összehasonlító képek 9 4. kép Spirál galaxis pár Világegyetemben két galaxis összeütközésének lehetősége

10 5. kép Spirál galaxis 11 6.kép Kvazárok 12 7. kép Szupernóva 13 8. kép Gyűrűs szupernóva 14