Home > Razvoj družbe > Leonard Mlodinow: Pokončni misleci, Potovanje človeštva od življenja na drevju do razumevanja vesolja

Leonard Mlodinow: Pokončni misleci, Potovanje človeštva od življenja na drevju do razumevanja vesolja

Znanost je duša sodobne tehnologije in temelj sodobne civilizacije. Kakor znanost vpliva na vzorce človeškega življenja, tako so tudi vzorci človeškega razmišljanja vplivali na znanstvene teorije. Človeka loči od drugih živalskih vrst to, da svoje znanje in inovacije iz preteklosti lahko nadgrajuje. Vsi znanstveni prelomi niso nastali v vakumu, temveč so bili posledica nadaljevanja prejšnih odkritij, pravzaprav njihova nadgradnja. Večina znanstvenikov, ki so bili tvorci prelomnih trenutkov je imela nagnjenost do dolgotrajnega zasledovanja dolgoročnih ciljev z nezmanjšanim zanimanjem in trudom. In kot vse v življenju je bila večina teh na pravem mestu v času, ko je bila okolica zrela za njihove ugotovitve, kajti tisti, ki so bili prezgodnji, niso zapisani v zgodovino. Ko govorimo o znanstvenikih, ki so znanost potiskali na stopnico višje, se moramo vprašati, kaj so pravzaprav počeli: odkrivali ali izumljali. Kajti odkrivanje nečesa, kar prej ni bilo vidno, je ponavadi odpiralo veliko novih poti, toda odkritja so bila velikokrat plod izumov, ki so ta odkritja omogočili.

 

Razvoj človeka in njegovega doumevanja svoje okolice in dogajanja v njem je tok dogodkov, ki so peljali do današnjega dne. Ta tok se je začel po do sedaj znanih podatkih pred približno 3,2 milijoni let (iz tega časa namreč izvira prva najdba človeku podobnega bitja – avstralopitek). In ta tok je bil sprva zelo počasen, saj se spremembe merijo v milijonih let, pa vse hitrejši, do današnjega časa, ko se pomembne spremembe v našem dojemanju kažejo v desetletjih če ne celo letih.

 

Pomembni elementi v razvoju človeka so njegov prehod od primatov k pokončnemu človeku, ki je začel za svoje preživetje uporabljati inteligenco, ki mu je pomagala pri izumljanju orodja, ki ga je pomagalo ubraniti in mu uloviti hrano, do tega da je zaradi uporabe intelekta začel razvijati nove prakse, ki so vodile v združevanje, ki je vodilo v kulturo in skozi civilizacijo do razvoja modernih družb in razlage naravnih danosti skozi znanstvene pristope.

 

Današnjega razumevanja sveta in napredka človeštva skozi razvoj ne bi bilo, če se v naši zgodovini ne bi odvili določeni prelomni trenutki. Eden od teh je bil, da so ljudje namesto poklicev, ki so se ukvarjali s preskrbo hrane, začeli razvijati poklice, ki so se ukvarjali z iskanjem idej. Drugi je bil da so našli način, da se pridobljeno znanje ohrani preko pisave in znanja zapisovanja številčnih vrednosti.

 

Razvoj znanosti je bil tako odvisen od izuma pisave, izgradnje matematike in od iznajdbe konceptov zakonov. Vse to se je lahko razvilo zaradi človeškega združevanja in življenja v mestih, ter potrebe da so se razmerja v mestih regulirala na način, da je bilo takšno skupno življenje mogoče. Torej če je bila sposobnost govora genetsko pogojena pri človeku, je razvoj primernih okoliščin za razvoj pisave, matematike in regulativnih okvirov lahko nastal v mestnem okolju bližnjevzhodnih civilizacij.

 

Naslednji korak v razvoju človeškega znanja so prinesle grške civilizacije, ki so v razvoj začele vključevati razum in katerih misleci, med katerimi je bil najpomembnejši Aristotel so začele dvomiti o božanskih razlagah pojavov. Od Talesa (ki ga je Aristotel prišteval med physikoi – tiste, ki so iskali naravne razlage sveta), preko Pitagore (ki je vpeljal matematiko (algebra) v znanost) do Platona in Aristotela, so grški misleci postavili nove okvire dojemanja takrat znanega sveta in so vpeljali koncepte vprašanj in odgovorov v razvoj znanosti in razvili osnove razvoja fizike in matematike.

 

Aristotelov pogled na svet, ki je veljal skoraj 2.000 let, temelji na harmoniji vesolja, kjer so določeni principi vgrajeni v naravne stvari in če se kaj zgodi v nasprotju s tem pomeni, da je v naravne procese posredovala neka zunanja sila. Verjel je v geocentričen sistem in v 4 glavne elemente iz katerih je vse sestavljeno – voda, zrak, ogenj in zemlja. Bil je opazovalec stvari in natančen popisovalec pojavov, ki jih je razlagal na podlagi zdravega razuma. Njegova znanost je bila kvalitativna in ne kvantitativna. V Naravi je iskal smisel. Včasih je največja ovira razvoju znanosti prav preveliko zaupanje v ustaljeno znanje in tisto, kar je znano danes. Toda razvoj zahteva, da vidimo tudi teoretično možne smeri.

 

V času, ko so bile (po zatonu Rima) v Evropi razmere tako kaotične, da so se šele v 13. in 14. stoletju razmere tako spremenile, da se je razvoj znanosti premaknil naprej, je bil v muslimanskem svetu bližnjega vzhoda ta razvoj večji in so znanstveniki naredili korak naprej na področjih algebre, medicine in optike. Obenem pa je zaradi delovanja znanstevnikov na tem področju ohranila tudi dediščina grških znanstvenikov in njihova dela. Toda po 11. stoletju in nemirnih časih, ki so zajeli tudi muslimanski svet, so v Evropi po zaslugi tako dela določenih prevajalcev v cerkvenih vrstah, kot dokumentov, do katerih so prišli po Španski Reconquisti, tudi evropejci spet vzpostavili stik z grško kulturo in znanostjo.

 

V tem času so začele v Evropi nastajati univerze, ki so omogočile srečevanje skupin znanstvenikov in nadaljni razvoj. Pomembno vlogo pri izgradnji temeljev za znanstvenike 15-17. stoletja, ki so gradili piramido znanja, ki je svoj vrh dosegla z Newtonom, so bili učenjaki z Mertonovega kolida na Oxfordu. Eno takih področij, kjer so delovali je bilo vprašanje časa, kajti v tistih časih čas ni bil količina, temveč subjektivna kategorija. Odkrili so, da se telo, ki se začne gibati iz nič s stalnim pospeškom, naredi isto razdaljo kot telo, ki enakomerno potuje s polovično hitrostjo najvišje končne hitrosti. Nicole Oresme iz Pariza je to ponazoril s sliko in tako uvedel grafe, kot komunikacijsko sredstvo v matematiko.

 

Velik preskok pri širjenju znanosti so prinesli tehnološki izumu naprav, ki so izkoriščala nova odkritja. Napomembnejša tehnološka novost tistega časa je bil tiskarski stroj, ki je vnesel revolucijo v komuniciranju in omogočil širjenje idej s hitrostjo, neprimerljivo s časom pred njegovim izumom. Skupaj z vzponom renesanse, ki je nihče ni poosebljal bolj kot Leonardo da Vinci (1452-1519), je razvoj na obeh področjih pomenil novo obdobje v razvoju znanosti v Evropi. V takem ozračju se je proti koncu renesanse v Pisi rodil Galileo Galilei leta 1564

 

Galilejo, ki je zagovarjal heliocentrični sistem in ki je Aristotelovo fiziko, ki je temeljila na kvalitativnem pristopu opredelil na novo s kvantitativnimi pristopi in tako omogočil preboj na tem področju. Gaileo je zamenjal Aristotelov zakon prostega pada s svojim. Aristotel je trdil, da predmeti padajo s hitrostjo, ki je sorazmerna njihovi teži. Galilei pa je ugotovil, da v odsotnosti upora, ki ga povzroča snov, na primer zrak, vsi predmeti padajo z enakim pospeškom. Pri njegovem raziskovanju vesolja in razmerij med zemljo in soncem, mu je odkritje daljnogleda, omogočilo nove ugotovitve. In njegova trditev o tem, da zemlja ni središče sveta, je vznemirila cerkev do te mere, da se je na koncu moral za to zagovarjati in svojo trditev zanikati.

 

Galilea je nadgradil Newton, ki je s svojimi tremi zakoni postavil temelje mehanske fizike. Newtonov svet je bil kot ura, katere mehanizem deluje po numeričnih zakonih, ki zagotavljajo, da je vsak vidik narave natančno predvidljiv, vključno s človeškimi interakcijami, kot so verjeli mnogi. Newtonova gorečnost za raziskovanje znanosti je bila njegov način odkrivanja Božje prisotnost, ki naj bi mu govorila skozi znanstevna odkritja. Prva odkritja so bila na področju gibanja. Z matematično analizo je prišel do izračuna hitrosti nečesa v danem trenutku. Vmes se je ukvarjal tudi z optiko, alkimijo in teologijo. Premik v njegovi karieri se je zgodil, ko je srečal leta 1684 srečal Edmunda Halleya, ki je hotel najti globjo resnico v Keplerjevih zakonih. Johannes Kepler je na podlagi podatkov, ki jih je zbral Tycho Brahte zapisal zakone o gibanju planetov. Halley pa je verjel, da imajo ti zakoni, neko generalno pravilo (da sila, ki privlači planete k Soncu upada s kvadratom njegove razdalje – kvadratno obratno sorazmerje), ki ga je hotel dokazati. Ko se je oglasil pri Newtonu mu je le ta zatrdil, da to lahko dokaže. Iz tega dokazovanja so se izcimili njegovi Principi in opis orbitalnega gibanja z infinitezimalni intervali.  Newton je prišel do ugotovitve, da je težnost univerzalna sila. V Principih je opisal splošno teorijo o silah in gibanju, v ospredju so bili odnosi med tremi količinami: silo, gibalno količino in maso. Newton se je zavedal, da njegove ugotovitve držijo le v idealnem svetu in da moramo upoštevati vse ostale dejavnike, ki vplivajo na realni svet. V svojih zakonih je zajel mirovanje ali enakomerno gibanje, če na telo ne delujejo sile; pospešek, ki je enak spremembi sile v smeri delovanja sile in to da vsaka akcija povzroči reakcijo. S svojimi Principi je Newton dokončno podrl Aristotelovo kvalitativno znanost in postavil kvantitativne temelje raziskovanja, ki so veljali od takrat naprej.

 

Newtonovi zakoni pa ne veljajo na nivoju atomov, zato je bilo potreben razvoj znanosti o snoveh – kemija, ki je lahko te zakonitosti raziskovala bolje kot fizika – znanost o spremembah. Kemija lahko svoje začetke išče tudi v delu alkimistov. Toda opazovanje snovi se je začelo veliko prej. Najprej so odkrili, da so nekater snovi (elementi) osnovne, druge snovi pa so kombinacije elementov. Kljub temu, da je bilo za razvoj kemije potrebno čakati do 17. in 18. stoletja, ker so takrat razvili aparature za raziskave, pa so določena znanja o postopkih kot so barvanja, balzamiranje, izdelovanje parfumov, steklarstvo in metalurgija, obstajala že prej. Prvi dregljaj v alkimistično znanost v njeni preobrazbi v kemijo je bil delo Teofrasta Bombasta von Hohenheima (1493-1541), ki se je preimenoval v Paracelsus-a. Tako kot je Newton izgnal Aritotela iz fizike, ga je Robert Boyle iz kemije. Boyle je iskal resnične elemente, ki so sestavljali svet, saj je vedel, da štirje Aristotelovi elementi niso bili pravi. Šele sto let po Boylu je Joseph Priestley odkril plin, ki je nujen za gorenje, kisik. Toda ni ga znal pravilno umestiti, to je storil šele Antoine Lavoisier, ki je pojasnil da sta dihanje in gorenje procesa, ki absorbirata nekaj (kisik) iz zraka, ne pa da v zrak sproščata “flogiston”. Lavoisierjev glavni prispevek je bil zakon o ohranitvi mase – skupna masa proizvodov kemijske reakcije mora biti enaka skupni masi reagentov. Lavoisier je umrl kot žrtev fancoske revolucije, zaradi svoje vloge pri pobiranju davkov. Njegovo glavno delo Elementarna razprava o kemiji je bilo izdano leta 1789 in ga imajo nekateri za prvi učbenik kemije. Lavoisier je sicer začel z identifikacijo elementov, toda prezrl je koncept atoma. John Dalton (1766-1844) je bil tisti, ki je svoje delo opiral na koncept atoma. Njegovo delo je bilo ukvarjanje z relativnimi masami. Naslednji korak je bil narejen z Dimitrijem Mendelejevim. Mendelejev je bil ljubitelj pasjanse in njegova razporeditev elementov je bila neke vrste kemijska pasjansa. Svojo tabelo je objavil leta 1869.

 

Vzporedno z raziskovanjem snovi in sprememb je potekalo tudi raziskovanje žive narave. Robert Hooke je s svojim mikroskopom odkril celico. To ime je izbral, ker so ga spominjale na miniaturne sobice, ki so bile dodeljene menihom v samostanih. Najpomembnejša sposobnost celice je, da je sposobna kopije same sebe. Vse do Darwina so ljudje verjeli, da življenje nastane spontano. Za natančna odkritja biološkega sveta okoli nas so bili potrebni mikroskopi. Hookova Micrographia je nastala kot posledica njegovih opazovanj malih bitij preko mikroskopa. Anton van Leeuwenhoek pa je izdelal še boljše mikroskope in začel preiskovati mikroorganizme. Če sta bila Leeuwenhoek in Hooke Galilea biologije, pa je bil njen Newton Darwin. Njegova teorija je izpostavljala fundamentalno načelo, ki opisuje kako se značilnosti vrst spreminjajo skozi čas kot odziv na pritisk okolja, vendar tedanji znanstveniki še niso vedeli ničesar o dedovanju. To vejo raziskovanja je začel Gregor Mendel.

 

“Teorija o atomih je nujna za razumevanje kemije, toda uvidi iz preučevanja atomov so povzročili revolucionarne spremembe tudi znotraj fizike in biologije. Ko so znanstevniki sprejeli obstoj atomov in začeli razvozlavati njihovo obnašanje, so prišli do spoznanj, ki so preoblikovala tudi družbo. Z njimi so osvetlili temeljne sile in delce v naravi, DNK in biokemijo življenja, obenem pa so omogočili tehnološki razvoj življenja, ki je oblikoval današnji svet. Danes govorimo o tehnološki revoluciji, računalniški revoluciji, informacijski revoluciji in atomski dobi, toda bistvo vsega je skupno: pretvoriti atom v orodje. Sposobnost manipuliranja z atomi nam je omogočila današnjo tehnologijo in izkoriščanje atomov za energijske potrebe. Velika revolucija, ki je pripeljala do spoznanj o delovanju atomov in do kvantnih zakonov v svetu atomov, se je začela v začetku 20. stoletja.”[1]

Newtonova fizika je dosegla svoje limite, ko je bilo potrebno razložiti fenomen sevanja črnega telesa, za katerega danes vemo, da se nanaša na kvantne lastnosti atoma. Glavno teoretično vprašanje raziskovanja atomov je bilo ali lahko nekaj kar ne moremo nedvoumno videti, znanstveno določamo le na podlagi natančnih dokazov izpeljav o njihovem obstoju in lastnostih. Novi slog opazovanj ni več vezan na človekovo zaznavanje, temveč vključuje tudi posredne statistične dokaze. Fiziki 20. stoletja so si morali zgraditi mentalne podobe teorij, ki vsebujejo bizarne avantgardne koncepte, kakršen je kvant – koncepte, ki segajo onkraj človeških izkustev in temeljijo zgolj na abstraktni matematiki. Max Planck je bil tisti, ki si je postavljal vprašanja, ki jih klasična fizika ni mogla razumeti. Njegovo delo v termodinamiki je bilo sprva popolnoma nerazumljeno. Ukvarjal se je z vprašanjem sevanja črnega telesa. To je pojav, ki ga je identificiral in poimenoval Gustav Kirchhoff leta 1860. Danes je termin fizikom poznan in gre za sevanje, ki ga oddaja telo, ki je popolnoma črno in ima stalno temperature. Elektromagnetno sevanje vključuje razne vrste valov – mikrovalove, radijske, vidno in ultravijolčno svetlobo, rentgenske in gama žarke. Elektromagnetno sevanje je bilo v tistih časih še skrivnostno. Teorijo, ki jih je opisovala je delo James Clerka Maxwella. Ta je združil elektro in magnetno delovanje. Nadgradil je Newtovo fiziko z delovanjem sil, ki jih Newton ni poznal, čeprav je verjel, da obstajajo. Newton je namreč razdelal le silo težnosti. Kasneje v 20. stoletju so odkrili še dve sili – močno in šibko jedrsko silo, ki pa ju ne vidimo, ker delujeta znotraj atomskega jedra. Planck je svojo formula o sevanju črnega telesa sestavil tako, da je kombiniral v eni formuli izračun obeh sevanj visoko in nizko frekvenčnega in poskušal, če je formula pravilna. Meritve so pokazale, da je, čeprav sam ni čisto dobro vedel zakaj. In ker ni dobro vedel je raziskoval naprej in na koncu je z uporabo Boltzmanovve metode, ki je uporabljala diskretne paketke in ne zvezne količine za razlago energije, prišel do ugotovitve, da če energijo razloži z uporabo disktretnih paketkov, potem je energija mnogokratnik neke zelo majhne enote – poimenoval jo je kvant (beseda za koliko). Tako je nastalo kvantno načelo. Ugotovil je da je velikost energije odvisna od frekvence. Prav tako je ugotovil, da je kvant svetobne energije premosorazmeren s frekvenco, pomnoženo s faktorjem, ki ga je poimenoval h – Planckova konstanta. Leta 1900 je svojo idejo predstavil v Berlinu in mnogi imajo to za začetek kvantne teorije, toda sama ideja ni dobila veliko pomena, saj še sam Planck ni čisto dobro razumel, kaj je ugotovil. Planckove ideje o kvantih sprva nihče ni razumel kot temeljni princip narave. Pravo vrednost Planckove ideje je pokazal šele Albert Einstein (1879-1955).

Kljub temu, da je Einstein kvantno teorijo dvignil na nivo glavne razlage narave, pa jo je kasneje začel zavračati, predvsem iz filozofskih razlogov. Kajti teorije je s seboj nosila nov pogled na svet, na to kaj pomeni obstajati, kaj pomeni biti na določenem mestu in celo, kaj pomeni, da nek dogodek povzroči drugega. Bil je pripravljen sprejeti revizijo fizike, ne pa tudi metafizike, h kateri je vodilo njegovo delo. Med njegovimi tremi prelomnimi teorijami, je najbolj znana relativnostna, ki povezuje prostor in čas in ju definira v odvisnosti od opazovalčevega stanja, torej ne kot absolutne vrednosti. Einsteinova teorija o atomu je analizirala Brownovo (Robert Brown je leta 1927 odkril naključno vijuganje drobcev cvetnega prahu v vodi) gibanje. Einstein je dokazal, da je gibanje posledica naključnega gibanja molekul, ko se v določenem trenutku na eni strani več molekul zaleti v drobec in ga tako premakne. V 20. Stoletju so znanstveniki z novo uporabo novih enačb za opis atomov odkrivali temeljne principe kemije in tako dokazali matematično podprli Daltona in Mendelejeva. Opis atoma pa je zahteval iznajdbo novih naravnih zakonov – kvantnih zakonov. V tej svoji tretji teoriji je uporabil Plankove ideje in jih nadgradil v temeljna fizikalna načela. Svetlobo je videl kot kvantne delce in ne kot valovanje. Posledica Einsteinove definicije svetlobe kot diskretne in ne zvezne energije, katere kvanti so leta 1926 dobili ime fotoni ni bila le potrditev Planckovih idej, je bila tudi ta, da je lahko z njeno uporabo razložil tudi druge pojave, recimo fotoelektrični efekt – ko svetloba s fotoni izbija elektrone iz kovine in generira električni tok. To da svetloba lahko povzroči elektriko na kovinah je odkril Henrich Hertz leta 1887. Einsteinovo teorijo o svetlobnih fotonih so sprejeli zelo zadržano. Njegov zakon, ki opisuje energijo izbitih elektronov je potrdil Robert Milikan.

Ker tudi Einstein ni pretirano poudarjal svojih odkritij na področju kvantnih konceptov in fotonov, je to področje ponovno zaživelo šele z Nilsom Bohrom (1885-1962). Tudi on je deloval v pravem času. Wilhelm Rontgen je odkril žarke x, Thomson je odkril elektrone, Ernest Rutherford pa je klasificiral tri vrste žarkov – alfa, beta, gama. Rutherford je vplival na Bohra, da se je usmeril v raziskovanje teoretičnega modela atoma. Rutherford je svoj model atoma z jedrom in elektroni, ki krožijo okoli njega kot planeti okoli Sonca, postavil po poskusih, ki sta jih opravljala njegova asistenta Geiger in Mardsen, ki sta ugotovila, da pri obstreljevanju zlatih lističev z alfa žarki, delci the žarkov odbijejo popolnoma po svoje, kar je dokazalo, da mora biti v zgradbi delcev v zlatu nekaj zelo trdnega, da jih odbije tako. Njegov model je bil pravilen v razlagi jedra in njegovega pozitivnega naboja, napačno pa je razlagal gibanje elektronov. In Bohr je bil tisti, ki se je odločil model nadgraditi. Bohr je vzel principe kvantne fizike in je sklepal, da če je gibanje elektronov vezano na kroženje okoli jedra na način, da je njegovo kroženje odvisno od energije in hitrosti, če ima elektron v prizmi kvantne diskretne vrednost lahko le eno diskretno vrednost energije, potem morda enako velja za polmer, na katerem kroži okoli jedra in s tem prišel do krožnic in elektronsko preskakovanje krožnic opredelil z izgubo ali pridobitvijo enerije, ampak spet le v diskretnih točno določenih vrednostih. Bohrov prispevek k znanosti je bil tudi njegov predlog, da se elementi v periodnem sistemu razvrščajo po atomskem številu in ne atomski masi, kajti elementove kemijske lastnosti določajo protoni in elektroni in ne nevtroni.

Toda kljub vsem tem briljatnim idejam, težko rečemo, da je obstajala neka koherentna kvantna teorija. Napredek je prihajal v sunkih. Za enega od teh je bil zaslužen Werner Heisenberg. Heisenberg je želel postaviti nov pristop k fiziki, ki bi temeljil izključno na merljivih podatkih. Teorija, katere znanstvene okvire je razvijal, je bila znana kot kvantna mehanika. Pred njim je bil izziv prevedbe ideje, da fizika temelji na “merljivem” na količinah, ki jih merimo, v matematični okvir, ki se ga da (tako kot Newtonovega) uporabiti za opisovanje opredmetenega sveta. Heisenbergov model zahteva, da sprejmemo nov svet, svet kjer predmetova pot ter celo njegova preteklost in prihodnost niso natančno določeni. Toda znanstveniki še vedno niso bili prepričani. Leta 1926 se je pojavil nov pristop v kvantni teoriji. Njegov avtor je bil Erwin Schrodinger. Njegova valovna teorija kvantov je bila bližje tradicionalnim fizikom. Schrodinger sam je izjavil, da sta bili obe teoriji njegova in Heisenbergova matematično ekvivalentni. In ko je Richard Feynman dvajset let kasneje objavil svojo teorijo je bila tudi ta matematično ekvivalentna tema.

Da je Newtonovski koncept resničnosti veljaven le na makroskopskem nivoju je dokazalo načelo nedoločenosti, ki omejuje kaj v določenem trenutku vemo o določenem paru količin, recimo položaju in hitrosti. Kvantna teorija pravi, da predmeti nimajo natančnih lastnosti, kakršna sta na primer položaj in hitrost. V kvantnem svetu ni gotovosti, pač pa samo verjetnost. Newtonovski sistem je determinističen, kvantni ne. To je bil tudi eden od razlogov odmika Einsteina od kvantne teorije. Njegove besede Bornu, so bile, da “kvantna teorija razloži marsikaj, vendar nas v ničemer ne približa skrivnostim Starega. Prepričan sem, da On ne kocka.” [2]

Kvantna teorija prinaša upanje, da bomo znali razložiti nevidno in streznitev, da nam narava postavlja meje, ki jih še nismo sposobni prestopiti.


[1]Opis iz knjige str. 267, 268

[2]V tej knjigi na strani 343

Leave a Reply