Vitenskapelig rasjonalitet
VITENSKAPELIG RASJONALITET handler både om å observere bestemte fenomener og om å teste hypoteser gjennom kontrollerte eksperimenter. Eksperimenter som kan gjentas av andre og som gir målbare resultater, har fremskaffet mye ny og til dels overraskende kunnskap som har motbevist hevdvunne antakelser basert på «sunn fornuft».
Det spiller ingen rolle hvor vakker teorien din er eller hvor smart du er. Stemmer den ikke med eksperimentet, er den feil.
Richard P Feynman
Utallige eksperimenter kan ikke bevise at jeg har rett, men ett eneste eksperiment kan bevise at jeg tar feil.
Albert Einstein
Utforming av hypoteser
Vitenskapelig fremskritt handler om å avdekke enda en av naturens – eller samfunnets eller historiens – hemmeligheter, slik at vi dermed vet litt mer enn det vi gjorde før. Vitenskapelig fremskritt handler med andre ord om å finne ut av noe vi ikke allerede visste. For å gjøre det, utformer forskerne hypoteser, som er antakelser eller gjetninger som kan testes, slik at hypotesen kan bekreftes eller avkreftes.
Det er to måter å teste en hypotese på. Den ene er å observere det aktuelle fenomenet man forsker på, og den andre er å foreta et kontrollert eksperiment. Forskjellen på observasjon og eksperiment er det viktig å kunne.
Testing ved observasjon
Allerede for 2500 år siden, i antikkens Hellas, vektla filosofen Aristoteles betydningen av å observere de ulike fenomener i den fysiske verden. Skal vi kunne si noe om hvordan et bestemt naturfenomen arter seg, holder det ikke å bare tenke seg fram til dette. Det er nemlig mange ulike måter et naturfenomen (eller samfunnsfenomen) kan arte seg på, og tenkning alene er ikke i stand til å gi det rette svaret. Da trengs først og fremst empiri eller sanseerfaring – erfaring vi skaffer oss ved å se og lytte og berøre og smake og lukte.
Den vanligste måten å fremskaffe empiri på, er å observere det aktuelle fenomenet. Da utelukkes mange av de muligheter tenkning alene kunne ha frembrakt, slik at vi sitter igjen med én eller noen få mulige måter å forstå fenomenet på.
Et eksempel på slik observasjon er fuglekikking. Skal vi finne ut av hvor mange fuglearter som finnes i et bestemt område, og hvordan de lever, må vi kunne se og registrere forskjeller i de enkelte fuglers utseende og i hvordan de oppfører seg, samt høre hvordan de synger. Jo mer av dette vi observerer, desto bedre grunnlag får vi for å si noe vettugt om hvor mange fuglearter det faktisk er, og om de ulike arters liv og levnet.
For Aristoteles var observasjon det å betrakte et naturfenomen på et passivt fuglekikkervis, uten å forstyrre og gripe inn i det som skjedde. Så fikk man, ut fra det man hadde observert, tenke seg til resten for å danne seg et fullstendig bilde.
Vi observerer f.eks. at fysiske legemer faller til jorden. Det skjer uten unntak dersom ikke noe holder dem oppe. Men har vekten deres noe å si for hvor fort de faller? Dét lar seg vanskelig observere ved å betrakte ting som skjer i naturen på et passivt fuglekikkervis. Aristoteles tok derfor også tenkningen til hjelp, og antok at vekten må ha noe å si, på den måten at et legeme som veier mer et annet, faller raskere til bakken enn det lettere legemet.
Testing ved et kontrollert eksperiment
Aristoteles’ resonnement virker så fornuftig – ja, så selvfølgelig – at ingen fant grunn til å sette spørsmålstegn ved det før matematikeren Galileo Galilei to tusen år senere kom på ideen om å teste ut denne antakelsen ved å foreta et kontrollert eksperiment. Dette var en mulighet knapt noen hadde tenkt på før. Galileo gikk opp i det skjeve tårnet i Pisa, og derfra slapp han to kuler med ulik vekt – én i hver hånd – samtidig, mens noen av hans studenter sto nede og observerte kulene da de traff bakken. Så gjentok han dette en rekke ganger.
Galileo nøyde seg ikke altså med å passivt observere ting som skjedde av seg selv. Han rigget aktivt til et eksperiment som 1) kan gjentas, også av andre, og som 2) gir konkrete, målbare resultater.
Hva fant Galileo og hans studenter så ut med sitt kontrollerte eksperiment? Jo, de så til sin overraskelse at kulene hver gang traff bakken omtrent samtidig, uansett hvor mye eller lite de veide og hva slags materiale de var lagd av. Resultatet var så entydig at Galileo med god grunn kunne si at Aristoteles’ hevdvunne antakelse var feil. Alle legemer, uansett vekt, faller til bakken med samme fart.
Hadde det ikke vært for luftmotstanden som jordas atmosfære gir, ville alle slags legemer – for eksempel en hammer og en ørnefjær – treffe bakken samtidig, dersom de ble sluppet samtidig fra samme høyde. Nesten hundre år etter Galileos eksperiment skulle Isaac Newton påvise dette matematisk, med en formel for fallende legemers akselerasjon som følge av tyngdekraften, der legemets vekt ikke inngår.
En av astronautene på Apollo 15-ferden til månen i 1971 demonstrerte dette for åpent tv-kamera, der det nettopp var en ørnefjær og en hammer han slapp. Siden månen ikke har noen atmosfære, finnes det der ingen luftmotstand, men kun gravitasjonskraft.
Aktiviteter
Hva faller fortest?
Fremfør Aristoteles’ antakelse om at et legeme faller fortere til bakken jo tyngre det er for elevene. Spør dem så om dette er riktig. Hvem mener ja? Hvem mener nei? Hvem vet ikke?
Spør også: Hvordan kan vi finne ut om det er slik at et tyngre legeme faller fortere til jorden enn et lettere legeme? Eller at det ikke er slik?
For å konkretisere spørsmålet: Hva faller fortest til bakken: en hammer eller en fuglefjær? Eller er det kanskje slik at de faller like fort til bakken?
Et opplagt svar her er at en hammer faller fortest til bakken. Men skyldes det at hammeren er tyngst, eller skyldes det snarere at det er luftmotstanden som bremser fuglefjæren mer enn hammeren? Ja, hva ville ha skjedd hvis vi kunne ta bort luftmotstanden og la hammeren og fjæren falle samtidig ned fra samme høyde i et lufttomt rom? Som på et himmellegeme der det ikke er noen atmosfære, slik at bare tyngdekraften virker?
Etter at elevene har grunnet på dette, og gjerne diskutert saken, forteller læreren om Galileos eksperiment med å slippe kuler av ulik størrelse og vekt ned fra det skjeve tårnet i Pisa. Avslutningsvis kan tv-opptaket med astronauten som slipper en ørnefjær og en hammer ned på månens overflate avspilles.
Eksperimentet som overdommer
Noen spørsmål som klassen kan diskutere:
- Hva virker mest i samsvar med sunn fornuft: Aristoteles’ resonnement om at tyngre legemer faller raskere enn lettere legemer, eller Galileos eksperiment som påviste at legemers vekt ikke har noe å si for hvor fort de faller? Hvorfor?
- Hvorfor skal vi legge mer vekt på hva et godt og samvittighetsfullt utført eksperiment viser enn på hva et godt og fornuftig resonnement tilsier?
- For at et eksperiment skal være gyldig, må det kunne utføres flere ganger og av ulike personer, og gi samme konkrete, målbare resultat hver gang. Hvorfor stilles det i naturvitenskapen slike krav?
Grublespørsmål
- Galileo skrev en gang at: «Bibelen lærer oss hvordan vi kommer til himmelen, men ikke hvordan himmelen fungerer.» Hva kan han ha ment med det? Og hva blir da forholdet mellom religiøs tro og naturvitenskap?
- Drøft utsagnet «Du kan ha dine egne meninger, men ikke dine egne fakta». Hva menes med dette? Er du enig eller uenig?
- Spiller det noen rolle for vår selvforståelse at jorden – og dermed vi mennesker – ikke er universets sentrum, slik Kopernikus og Galileo påviste? Og at vår klode og hele vårt solsystem befinner seg i utkanten av en galakse i et ufattelig stort univers, slik senere tiders astronomer har påvist? Eller nei? Hvorfor (ikke)?
- Inngir vitenskap og teknologi oss fortsatt troen på at fremtiden blir bedre enn fortiden? Eller er det ikke lenger grunnlag for en slik fremtidsoptimisme, nå som klodens miljø trues av forsøpling av havet og global oppvarming som følge av alt det som vitenskap og teknologi har gjort det mulig å produsere?
