KURZUS: Fizikatörténet

MODUL: Az ókor természettudománya

1.1. lecke: Bevezetés I. / Az absztrakt gondolkozás

Ebben a modulban megismerkedünk a természettudományok kialakulásával és első olyan eredményeivel, melyekről írásos emlékeink vannak. Mivel az ókorban nem történt még meg az emberi tudás mai tudományágakra bomlása, ezért amiről szó lesz, az nemcsak a mai értelemben vett fizikát, hanem a matematikát és filozófiát is érinti. Mindezeket az ókori görögök a "filozófia" szóval jelölnék meg. Például Arisztotelészt kortársai és a mai emberek is filozófusnak nevezték illetve nevezik, de ő volt az, aki az ókor egyik legnagyobb összefoglalását adta a mozgástanról.

Látni fogjuk, hogyan alakultak ki alapvető fogalmaink és módszereink, melyekre a természettudomány ma is alapoz. Fontos megérteni a fogalmak, elméletek természetes fejlődésének mikéntjét és nem az alapján ítélni meg őket, hogy később igaznak bizonyultak-e. Sok ókori elképzelés érdekes, előremutató és abban a korban teljesen logikus volt, még akkor is, ha ma már tudjuk, hogy nem igazak. Látni fogjuk például, hogy felmerült az ókorban a Föld forgásának ötlete, de az akkori méréstechnika nem tudta kimutatni ennek hatását pedig az akkori legkorszerűbb mechanikai elmélet szerint éreznünk kellett volna azt valamiképp, ezért a nyugvó Föld, mint a világmindenség középpontja tudományosan helyes elméletnek számított, nem pedig az emberi butaságnak, elfogultságnak, vallási fanatizmusnak volt a terméke.

Cél: A tananyag célja, hogy megértsük, milyen nehézségek is álltak a régi idők gondolkodói előtt, amikor a természet jelenségeit szerették volna leírni. Konkrétabb cél az, hogy megismerjük azt, milyen fő lépései vannak e folyamatban az absztrakt gondolkodásnak és azt, hogy miért okoz gondot az ebben elkövetett hiba a fizikai elméletek kialakulásában. Különösen fontos a természeti jelenségek kódolásának megértése.

Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes önállóan:

  • Röviden ismertetni, miért van szükség absztrakcióra, a lényeges és lényegtelen elemek szétválasztására a természeti jelenségek megismerésében.
  • Leírni az absztrakt, modellalkotó gondolkozás fő lépéseit.
  • Meghatározni, mit értünk kódolás alatt e kurzusban és felsorolni legalább 5 kódolási módot, mellyel az emberek a természeti jelenségek kódolásával megpróbálkoztak.
  • Az előző kódolási módokat röviden kiértékelni a fizika szempontjából: mennyire sikeresek vagy sikertelenek a természeti jelenségek leírásában.
  • Ismertetni a klasszikus (nyugati) asztrológia alapgondolatait.
  • 10-15 mondatban leírni, miért tűnhetett a régi embernek úgy hogy az asztrológia alapgondolata helyes és mégis miért lehetünk ma biztosak abban, hogy ez egy tévút volt.

Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 65 percre lesz szüksége.

Tevékenység:

1.Nézze meg a fiztort_01_bevezetes videót az elejétől az 50:05 percig. Ebben a részben a prezentációt a fiztort_01_bevezetes.pdf fájl 1-38. oldalai közti rész tartalmazza. A videó nézése közben a következő témák megértésére figyeljen különösen (ha szükségesnek tartja, jegyzeteljen egy füzetbe):
    • Mit mondhatunk a régi emberek gondolkozásáról?
    • Miért hézagosak az ismereteink a régi korokról?
    • Hogyan foglalható össze az absztrakt modellalkotás folyamata?
    • Mit értünk esetünkben kódoláson? Milyen kódolási próbálkozások születtek az évezredek alatt a természet megismerésére?
    • Miért keletkezett az asztrológia? Mik az alapgondolatai?
2.A prezentációs fájl átolvasásával frissítse fel az előadásban hallottakat, különösen figyelve az előbbi kérdésekre.
3.Válaszoljon a lentebbi "Önellenőrző kérdések"-re. A cél most az 50%-osnál jobb eredmény elérése.
4.Olvassa el a lenti "Követelmények"-et és döntse el, képes lenne-e azok teljesítésére.
5.Ha az előző két pontban hiányosságok merültek fel, vegye elő újra a prezentációt vagy az előadás-videót.
6.Ha ismereteit mélyíteni szeretné, olvassa el Simonyi könyvéből a 0.2.2-0.2.4 és 0.2.5 fejezeteket.
Önellenőrző kérdések
1. Mit értünk e kurzusban azon, hogy az emberek "kódolják" a természeti jelenségeket? Válassza ki a helyes megoldást!
Azt, hogy a természet összetett jelenségeinek valami egyszerűbb testet vagy fogalmat feleltetünk meg.
Azt, hogy a természeti jelenségeket olyan nyelven írták le az ókorban, hogy az csak a kevés beavatottnak legyen érthető.
Azt, hogy a természeti jelenségeknek mindenképp számokat feleltetünk meg.
2. Az alábbiak közül melyik felsorolás adja meg pontosan az ókori görög filozófia által legszélesebb körben használt alapelemek listáját? Válassza ki a helyes megoldást!
Föld, víz, levegő, tűz.
Fém, föld, víz, levegő, tűz.
Hidegség, nedvesség, keménység, melegség.
Fém, fa, föld, víz, tűz.
3. Mit nevezünk "állatövi csillagképeknek"? Válassza ki a helyes megoldást!
Azokat a csillagképeket, melyekben a Földről nézve a Nap látszólagos mozgása során áthalad.
Azokat a csillagképeket, melyek valamilyen állatról lettek elnevezve.
Azokat a csillagképeket, melyeket az ókorban a lovak szerszámainak díszítésére szerettek használni.
Azokat a csillagképeket, melyeket az emberi test deréktáji részének feleltettek meg.
4. Az alábbiak közül melyik az a jelenség, mely az égi és földi jelenségek közti valódi, ok-okozati kapcsolatot ír le? Válassza ki a helyes megoldást!
A Nap delelési magassága és a napi felmelegedés összefüggenek.
Amikor a Nap együtt kel a Szíriusszal, akkor kezdődik a Nílus áradása a felső folyásnál.
A Mars látszólagos iránya befolyásolja, mennyire lesz harcias egy újszülött gyermek.
Egy ilyen jelenség sincs: az égitestek földi hatásai csak igen pontos műszerekkel mutathatók ki.
1. Alapgondolatok

A fizika történetének megértésében fontos szem előtt tartanunk, hogy elődeink szellemi képességei ugyanolyan jók voltak, mint a ma élő emberé. Technikailag kétségtelenül fejlettebbek vagyunk és az oktatási rendszerünknek köszönhetően támaszkodhatunk sok ezer év tudományos eredményeire, ezért sok mindent értünk a világból, amit egy ókori görög filozófus nem értett, de egyéni képességeink tekintetében ugyanazon a szinten vagyunk. Olyan témában, amely nem igényel speciális előismereteket, egy ókori filozófus ugyanolyan jól tudott gondolkozni, mint a mai tudósok. Erre több konkrét példát fogunk látni a félév során. (Pl. Eukleidész geometriai rendszerét.) Sőt, a technikai haladásnak "köszönhetően" bizonyos képességeink gyengébbek is, mint a régi gondolkodóké: igen valószínű, hogy a könyvnyomtatás, elektronikus adattárolás és az Internet sok szempontból elkényelmesítette napjaink emberét és memorizálás tekintetében a régi tudósok jobbak voltak. (Természetesen más téren sokkal több előnyt jelentenek ezek a tudományos-technikai vívmányok.)

Sajnálatos tény azonban, amiről sosem szabad elfeledkezni e tárgy tanulása során, hogy tudásunk a régi időkről igen hézagos. Az évezredek alatt sok régi irat tűnt el teljesen, de sok igazán régi ismeret talán sosem volt leírva, csak szájhagyomány útján adták át, és ezek most nem állnak rendelkezésünkre. Emiatt az ókori tudásról nagymértékben hiányosak az ismereteink. Valójában sokszor még a modern kor eseményeiről is torzított a tudásunk, mert még az egyértelmű írásbeli dokumentumok ellenére is a történetírók elfogultsága, tévedése vagy a túlzott egyszerűsítésre törekvése hamis tényeket fogadtat el sokakkal és ezek a népszerűsítő irodalmon keresztül úgy beszivárognak a közgondolkozásba, hogy az az emberek többsége számára biztos tudásként jelentkezik.

Sokan gondolják pl., hogy az E=mc2 képlet és az, hogy ez a magreakciók és végül is az atombomba alapegyenlete Albert Einstein eredménye. Látni fogjuk, hogy az egyenletet elektromágneses térre nem Einstein írta fel először, nem ő adta az első helyes bizonyítást az általános formulájára és nem neki jutott eszébe, hogy ez a magreakcióknál fontos szerepet kaphat. Ő volt viszont az, aki a kezdeti eredmények nyomán megsejtette, hogy ez általánosan (nemcsak az elektromágneses térre) igaz és megpróbálta bizonyítani, valamint tudta, hogy egy igen alapvető dolgot fedezett fel, ami sok helyütt lesz nagy jelentőségű. Ez a folyamat alig több, mint 100 éve zajlott le, jól dokumentált, mégis a széles tömegeknek dolgozó újságírók több fokozatban egyszerűsítették és csak az épült be a köztudatba, hogy "Einstein, a magányos zseni felírta az E=mc2 képletet és ezzel lerakta az atombomba alapjait."

E tárgyban törekszünk az objektivitásra, de tudjuk, hogy tökéletesen nem lehet azt elérni. Mégis sokat segít, ha a szakmai kérdésekre fókuszálunk: miért gondolták ezt vagy azt a régi tudósok, miért tévedtek, hogyan és ki jött rá a helyesebb leírásra és kevésbé foglalkozunk a sokkal bizonytalanabb személyes mozgatórugókkal, a tudósok emberi, kulturális hátterével.

2. Az absztrakt gondolkozás

A természeti jelenségek megértése előtt az egyik legnagyobb akadály az, hogy környezetünkben szinte mindig egyszerre sok jelenség zajlik és legelőször is jól kell tudnunk válogatni: mi a lényeges, mi nem, majd csak a lényegesekre koncentrálva elméletet alkotni és azt később módszeresen ellenőrizni kell. Csak akkor lesz a kutatás eredményes, ha készek vagyunk e folyamat bármelyik lépését felülvizsgálni és akár azt is újragondolni, mi is az igazán fontos egy folyamatban és mit kell elhanyagolni. Ehhez képesnek kell lennünk arra, hogy a minket érő bonyolult érzékszervi benyomások tengeréből kiválogassuk azt, ami lényeges, ezeket egyszerű jelrendszerre átírni, kódolni.

Például az ókori ember megfigyelte, hogy ha az őt körülvevő élettelen testeket meglöki, azok egy rövid ideig mozognak, de aztán hamar megállnak. Ezzel ellentétben az élőlények maguktól is képesek elindulni, sőt, élettelen tárgyakat mozgásba hozni. Ebből joggal következtetett arra, hogy az élő- és élettelen testek mozgása más törvényeknek tesz eleget. Ez tükröződik is pl. Arisztotelész mechanikájában. Ma már tudjuk, hogy a meglökött testek maguktól egyenes vonalú egyenletes mozgást végeznének, azaz sosem állnának meg (Newton I. törvénye), csak a súrlódás és közegellenállás miatt fékeződnek le, de ennek felismerése évezredekig tartott. Arisztotelész a saját környezetében végzett gondos megfigyelésekkel összhangban úgy vélte, hogy az élettelen tárgyak természetes állapota a nyugalom, azaz a mozgásba hozott tárgyak természetüknél fogva megállnak.

A természeti jelenségek megismerésében alkalmazott absztrakció fő lépései vázlatosan:

  • Megtalálni, mi lényeges, mi lényegtelen.
  • A lényeges jellemzők közt kapcsolatot keresni a megfigyelések alapján.
  • Általánosítani, általános törvényt keresni.
  • Ellenőrizni, hogy a megtalált törvény milyen körben érvényes.
  • Ha az ellenőrzés hibát mutatott ki, visszatérni valamelyik korábbi lépésre.

E folyamat egy kulcseleme, hogy mivel kódoljuk a természeti jelenségeket. Itt "kódoláson" azt értjük, hogy a fizikai valóság jellemzőihez egyszerűbb testeket vagy fogalmakat rendelünk. A jelenségről alkotott elméletek felállításában ezeket az egyszerűbb dolgokat vizsgáljuk, ezek kapcsolatát keressük.

Például a naplemente jelenségét szövegesen is leírhatjuk: elmondjuk prózában vagy versben, hogyan éltük meg a naplementét. Rajzzal is visszaadhatunk a jelenségből valamit. De számszerűleg is leírhatjuk a napkorong középpontjának szögtávolságát a horizonttól vagy a látott színek színképét 2 nm-es felbontásban. Művészi megközelítésből pedig énekkel, zenével vagy akár tánccal is vissza lehet valamit adni azokból a szubjektív benyomásokból, amiket a naplemente tett az emberre. Ezek mind valamit elmondanak a jelenségből, de nyilvánvalóan különbözik a fizika szempontjából való felhasználhatóságuk.

Az idők során a természeti jelenségek tudományos leírására felmerült főbb kódolási módszerek (a teljesség igénye nélkül):

  • szöveges törvények
  • alapelemek keresése
  • számmisztika
  • megfeleltetés az emberi testtel
  • geometriai leírás
  • számszerű összefüggések keresése

A sok évezred egyik fő tapasztalata, hogy ezek közül főleg az utóbbi kettő a hasznos a fizikában. A félév során látni fogjuk, hogy például a számírás és számfogalom fejlődése milyen nagymértékben segítette a fizika fejlődését és milyen mértékben gátolta pl. az, hogy sok görög filozófiai iskola a fizikai jelenségek leírására is elsősorban szöveges törvényszerűségek megalkotásával próbálkozott.

Röviden kitérünk az alapelemek kérdésére is. Az ókori görög gondolkodók nagy része négy alapelemet tételezett fel: föld, víz, levegő, tűz. A felosztás kétségtelenül visszaad valamit környezetünk testjeinek makroszkópikus viselkedéséből, de a felosztás szubjektív voltát mutatja többek között az, hogy a kínai gondolkozók 5 alapelemet különböztettek meg: föld, fém, víz, fa, tűz. E fogalmak hasznosak lehettek az ókorban, mert segítettek az anyagok és jelenségek csoportosításában, de ma már tudjuk, hogy nem ezek az anyag igazi építőkövei, hanem a molekulák, atomok, elemi részecskék, melyek nincsenek megfeleltetésben az ókori "alapelemekkel".

3. Az asztrológia (csillagjóslás)

A sok régi tévút közül az előadás külön megvizsgálja az asztrológia kérdéskörét. A modern tudomány szerint ez egy tévút, de az ókori embert megtéveszthette, hogy megfigyelhetett olyan jelenségeket, melyekben égitestek jelentős hatással voltak a földi történésekre, de ezek mechanizmusát még nem értette. Ilyen volt pl. az, hogy a Nap kelési-nyugvási iránya összefügg az évszakokkal, ezért a növények és állatok szezonális viselkedésével, vagy hogy a Hold helyzete a tengerszintre hatással van (árapály). Mivel e valódi kapcsolatok ténye nyilvánvaló volt, de a részleteket nem értették, ezért tévesen általánosítottak arra, hogy az életünk sok fontos vonása a csillagok, bolygók hatása alatt áll és bonyolult asztrológiai rendszereket alakítottak ki e vélt hatások felderítésére.

Mára azonban értjük a bolygók mozgásának, sugárzásának, felépítésének törvényeit, ismerjük a testek kölcsönhatásának módjait, így kideríthettük, miért is van néhány valódi kapcsolat az égi és földi jelenségek közt és mely esetekben nem valódiak e vélt összefüggések. Az egész jelenségkör vizsgálata azt mutatja, hogy az ókorban jogosnak tűnt az égi és földi jelenségek szoros kapcsolatát feltételezni és kutatni a részleteket, később azonban kiderült az asztrológia téves volta így ezt egy téves tudományágnak nevezhetjük, mely az égi és földi jelenségek egymásnak megfeleltetésén, azaz egy speciális kódoláson alapult.