Szkic o fizyce i jej historii, matematyce i filozofii.

Szkic o fizyce i jej historii, matematyce i filozofii.

##################################################################################

Autor : R. Waligóra ; data powstania dokumentu : 2012-01-01 ; ostatnie poprawki z dnia : 2012-03-10

##################################################################################

I. Kształtowanie się możliwości poznawczych człowieka.

Refleksja - namysł i być może zadziwienie jest naturalnym odruchem związanym z egzystencją człowieka ( być może, takie i podobne im, odczucia i zachowania są również warunkami koniecznymi filozoficznej refleksji nad istnieniem świata, bez

„dziecięcej” fascynacji światem trudno o głębszą refleksje nad mechanizmami działania świata ).

Ciekawość otaczającego świata i odruch jego badania ( eksploracji ) jest wrodzoną cechą człowieka, ukształtowaną przez mechanizmy ewolucyjne. Ogólnie można powiedzieć, że działanie wszelkich mechanizmów percepcji wiąże się w naturalny sposób z droga ewolucyjną wytyczoną przez presje środowiska w jakim bytował człowiek. Tryb życia naszych przodków ich codzienne zmagania związane z koniecznością zapewnienia sobie odpowiednich warunków do życia, przez setki tysięcy lat ukształtowały taką a nie inną fizjonomie, odruchy, możliwości naszych organów wewnętrznych i przede wszystkim zakres naszego horyzontu poznawczego np. istotnym i wymaganym elementem naszej percepcji jest

konieczność szybkiego rozpoznawania twarzy, określenia kierunku w przestrzeni, możliwości rejestracji ruchu obiektów w przestrzeni, nie koniecznymi dla nas, jako ludzi są natomiast możliwości echolokacyjnego określania odległości, czy też porozumiewania się za pomocą infradźwięków.

Warto w tym kontekście zwrócić uwagę na szersze możliwości percepcji sygnałów fizycznych u zwierząt, np.

wykorzystanie w orientacji przestrzennej pola magnetycznego u ptaków, czulsze receptory światła w oku drapieżników aktywnych w nocy, czulsze receptory węchowe, słuchowe czy też smakowe wykształcone przez różne inne zwierzęta.

Empiryczne ( w pierwszych fazach życia, zazwyczaj organoleptyczne ) badanie otaczającego świata przez dziecko jest pierwszym krokiem do ( zapewne jeszcze nie uświadamianego ) gromadzenia i systematyzacji wiadomości ( wiedzy ) o najbliższym jego otoczeniu. Akty zmysłowej percepcji są najbardziej efektywnym sposobem zdobywania takich wiadomości. Celuje tutaj zwłaszcza zmysł wzroku i słuchu, a w dalszej kolejności dotyku, smaku i powonienia.

Wszechstronna i wielo bodźcowa aktywacja kształtującego się mózgu dziecka jest kluczowa dla dalszego jego

prawidłowego rozwoju. Już od najwcześniejszych lat młody człowiek uczy się w jaki sposób „działa” świat, jakie są jego główne własności oraz możliwości jego wpływu na człowieka (i zwrotnie). W trakcie takiej interaktywnej nauki (dziecko najpierw obserwuje, a później dowiaduje się, że znacznie bardziej efektywnym sposobem poznawania świata jest własne kreowanie sytuacji i zdarzeń pozwalające na aktywne uczestnictwo w otaczającym świecie ) utrwalają się

( krystalizują się ), później już głęboko zakorzenione w umyśle, poglądy dotyczące głównych kategorii fizycznych cech wszechświata. Do takich głównych kategorii zalicza się ( w ogólności ) :

1) własności przestrzenne otaczającego świata – „świat przestrzenny” ma trzy wymiary i posiada określoną geometrię (topologie ) – w szczególności wydaje się, że przestrzeń jest ciągła (regularna ) bez brzegów.

Cechy przestrzeni z dobrą dokładnością (tj. dokładnością wystarczającą dla codziennych potrzeb ) opisywane są przez newtowską definicje tzw. przestrzeni absolutnej. W naturalnym środowisku człowieka tj. na Ziemi, przestrzeń ma uprzywilejowany kierunek, wyznaczony przez kierunek wektora natężenia pola grawitacyjnego ( skierowany ku środkowi Ziemi ). Zmysłem, który odpowiada za odpowiednie ułożenie ciała człowieka jest zmysł równowagi ( głównym organem odpowiedzialnym za pozycjonowanie jest błędnik )

2) własności czasu – ciągłość, jednokierunkowość, tempo upływu, pojęcie jednoczesności, kolejności zdarzeń – porządku następstw czasowych zdarzeń

Cechy czasu z dobrą dokładnością opisywane są przez newtowską definicje tzw. absolutnego czasu.

Jak pokazują badania [3a ] w mózgu człowieka istnieją odpowiednie struktury i mechanizmy, które odpowiadają za porządkowanie czasowe rejestrowanych przez zmysły bodźców oraz za konstrukcje świadomości, umożliwiającą podział zarejestrowanych w pamięci wrażeń na temporalne kategorie przeszłość i teraźniejszość jak również stworzenie

chwilowego poczucia teraźniejszości. W mechanizmie tym, poprzez kluczową rolę pamięci możemy posługiwać się mechanizmami prognozy jak i postgnozy zdarzeń, które już zaszły jak i zdarzeń , które ewentualnie mogą zajść.

( ekstrapolacje zdarzeń minionych na przyszłość )

3) immanentne cechy oraz istnienie przedmiotów fizycznych – przedmioty nas otaczające zbudowane są z substancji materialnej tj. takiej, która oddziałuje z naszymi zmysłami ( przedmioty można dotykać, smakować, powąchać, zobaczyć ), w szczególności przedmioty nie pojawiają się ani nie znikają tj. mają ciągłą historię w czasie i przestrzeni ( bytują w czasie i przestrzeni), mają swoje własności fizyczne np. znajdują się w określonych stanach skupienia, pod wpływem pewnych czynników mogą zmieniać kształt lub/i stan skupienia.

4) wydaje się, że w świecie istnieje pewnego rodzaju porządek (struktura, zależności między zdarzeniami ) tj. pewne zdarzenia są powiązane ze sobą - wiele zdarzeń (o których mówimy skutki ) jest poprzedzonych innymi zdarzeniami ( mówimy o nich przyczyny ), jedne zdarzenia zachodzą częściej inne rzadziej. Ogólnie wydaje się, że światem rządzą określone prawa i zasady. Mówimy w tym kontekście o dualizmie chaos-kosmos.

Generalnie powyższe własności możemy sprowadzić do pewnego obrazu ( wyobrażenia ) ruchu

( dynamiki tj. zależności czasowych bodziec –reakcja ) ciała materialnego ( przedmiotu ), który odbywa się w przestrzeni.

Stąd zapewne biorą się pierwotne i bardzo rozbudowane zainteresowania stosunkami przestrzenno- czasowymi oraz zagadnieniem ruchu ciał.

Oprócz własności fizycznych możemy jeszcze wspomnieć o własnościach świata społecznego człowieka tj. relacji jednostki i gromady (społeczeństwa ) oraz o procesie socjalizacji człowieka. Jak również wyższych odruchach człowieka, uczuć, odczuć i emocji.

Oczywiście proces kształtowanie się takich ogólnych pojęć jest długotrwały i przebiega etapami ( szczegółowe podziały wiekowe oraz konkretne umiejętności nie są głównym przedmiotem szkicu. Zobacz np. [1a, 4a od str. 317 ]. Chodzi bardziej o podkreślenie związku między naszym „naturalnym” pojmowaniem głównych kategorii fizycznych a szczegółowymi teoriami fizycznymi ). Na jednym z pierwszych etapów następuje radykalny podział na ego ( ja – wewnętrzne ) i świat otaczający ( w wymiarze fizycznym, biologicznych jak i społecznym ).

Następuje indywidualizacja proces samo uświadomienia sobie ( jeszcze bez wyraźnego zdziwienia nad tym aktem ) własnej podmiotowości. Od tej chwili istnieje dualizm : Ja (świat wewnętrzny) – świat zewnętrzny.

W dalszej kolejności przekonujemy się, że własności (kategoryzacja ) tych światów są całkowicie odmienne.

Warto jednak już teraz podkreślić, że na świat zewnętrzny chcąc nie chcąc patrzymy ( i interpretujemy go ) poprzez mniej lub bardziej wyostrzone mechanizmy własnego ja. Nie można wyjść poza to ograniczenie ( cokolwiek by znaczyło pojęcie

„wyjścia poza własne ja” ), tak jak nie można wyjść poza bariery stawiane przez zmysły ( Mamy tutaj do czynienia z zagadnieniem rozważanym w kontekście filozofii umysłu, które można ująć pytaniem : Jak to jest być np. rybą , nietoperzem lub organizmem o całkowicie odmiennym postrzeganiu świata.

Zobacz np. „Jak to jest być świadomym” – J. Bremer IFiS 2005 )

Oczywiście istnieje wiele stanów patologicznych jak również stanów świadomości zwanych „odmiennymi” ( które, to osiągane są na różne sposoby np. pobudzenie farmakologiczne, ekstaza religijna, użycie środków odurzających ), w których zmienia się radykalnie perspektywa poznawcza świata. Niemniej jednak trudno w takich odmiennościach doszukiwać się jakiegoś konkretnego i jednego odniesienia.

Na etapie tym warto zasygnalizować bardzo ważne problemy obiektywnej interpretacji danych napływających do świadomości poprzez zmysły, jak również ewentualny problem solipsystycznego ujęcia tych danych.

Oczywiście nie można zgodzić się ze stwierdzeniem, że świata mógłby ( czy też jest ) być sztucznym wytworem naszych zmysłów. W przeciwnym wypadku nauka, jako uporządkowany zbiór obiektywnej wiedzy nie miałaby racji bytu.

Można ( i należy ) przyjąć, że „świat” ( to co istnieje ) jest tworem niezależnym od istnienia człowieka, mogącym być badanym obiektywnymi metodami tj. niezależnymi od konkretnych, poszczególnych ludzi, którzy je stosują.

Podsumuje to następującym cytatem :

„Naczelnym założeniem jest przekonanie, że świat wokół nas, poza naszym umysłem istnieje. To przekonanie jest tak pierwotne, że podzielają je najprawdopodobniej wszyscy z wyjątkiem zwierząt znajdujących się u początków drabiny ewolucyjnej i niektórych filozofów ( których pozycji na tej drabinie nie potrafimy odgadnąć ). Nowo narodzone dziecko nie jest być może świadome tego, że plamy świetlne, dźwięki, dotyk, zapach smak, jakie odczuwa, pochodzą od przedmiotów znajdujących się poza nim, że nie jego umysł jest ich źródłem. Może nie wiedzieć, gdzie się kończy ono samo i gdzie zaczyna się coś innego. Uświadomienie sobie po raz pierwszy, że pewien powtarzający się układ wrażeń jest drugą osobą – matką – jest więc odkryciem, któremu potem żadne nie dorówna. Dokonujemy go jednak wszyscy, a potem rośniemy i działamy. To co nazywamy krzesłem jest pojęciem utworzonym dla ujęcia w jedno tego, co widzimy najpierw z jednej strony, potem z drugiej, tego co czuje nasza ręka i co nas podpiera, gdy na nim siedzimy. Bez specjalnej analizy jesteśmy przekonani, ze wszystkie te wrażenia pochodzą od jednego obiektu – krzesła. Nie ma dodatkowych świadectw jego istnienia. Moglibyśmy doświadczać tych samych wrażeń we śnie, nie mając pod ręką żadnego krzesła. Gdy proponujemy istnienie jakiegoś obiektu ( elektronu, krzesła czy też neutrino ), czynimy tak dla scalenia różnorodnych doświadczeń. Jest ot prawdopodobnie najpierwotniejsza, ale przy tym najważniejsza z teorii, jakimi się posługujemy.

Identyfikacja pojedynczego obiektu jako źródła różnych wrażeń nie zawsze jest łatwa. Przez długi czas ludzie sądzili, że gwiazda poranna i gwiazda wieczorna są dwoma różnymi obiektami niebieskimi. Prawdopodobnie dopiero jakiś babiloński astronom zidentyfikował je jako jedną i tę sama planetę - Wenus ” [ 2c, str. 87 ]

Obecnie znamy stosunkowo dobrze mechanizmy działania zmysłów oraz procesy interpretacji danych napływających do mózgu ( jego wyspecjalizowanych obszarów ) rejestrowanych przez organy czuciowe. [ 5a, 6a ]. Wiadomo, że nasze zmysły mają ograniczone możliwości ( np. ograniczone spektrum odbioru sygnałów akustycznych i świetlnych ), w wielu sytuacjach ich interpretacja nie pokrywa się ze stanem rzeczywistym ( mówimy wtedy , że zmysły nas zawodzą ).

Z tych powodów ważnym jest aby kontrolować i obiektywizować uzyskiwane informacje jak również poddawać je wieloaspektowej interpretacji.

Rys. 1 Kaczka czy królik ? Niejednoznaczność w postrzeganiu – konieczność rozróżnienia procesu widzenia czegoś od procesu patrzenia na coś.

Rys. 2 Przykład złudzenia optycznego. ( można wskazać również przykłady złudzeń słuchowych i dotykowych )

Współcześnie mamy duże możliwości jeśli chodzi o zwiększenie selektywności, czułości czy też poszerzenia spektrum możliwych informacji. Mamy bowiem do dyspozycji szereg narzędzi takich jak np. luneta, mikroskop, kamera

termowizyjna, rejestratory cyfrowe, elektroniczne przetworniki wielkości fizycznych, które zapewniają obiektywne, powtarzalne i dokładne pomiary dowolnych wielkości fizycznych.

Przyrządy te rozszerzają bardzo znacząco możliwości poznawcze człowieka, pozostaje jednak problem intuicyjnego ( namacalnego ) pojmowania takich rozszerzonych bodźców. Intuicyjnie wiemy czym jest świtało ( mamy bowiem

odpowiednie jego receptory ), intuicyjnie rozumiemy czym jest fala dźwiękowa ( dysponujemy bowiem narządem słuchu ), wiemy jak przejawia się pole grawitacyjne, temperatura – wszystkie te i podobne im bodźce potrafimy skategoryzować, nadąć im pewien pojmowalny sens ( być może wielokrotnie ograniczony i mylny ). Problem pojawia się dla sygnałów, które wiążą się z „detektorami” w jakie nie wyposażyła nas natura. Przykładowo gdybyśmy rozróżniali polaryzacje świtała pojmowalibyśmy ją nie poprzez matematyczne zależności a po prostu intuicyjnie, jako konkretne zjawisko, to samo dotyczyć mogłoby pola magnetycznego, pola elektrycznego lub innego pola fizycznego. Stoimy więc przed faktem, że pewne aspekty świata dane są nam wprost, a inne pośrednio ( przez wyobrażenie, analogię lub formalizm matematyczny ).

Mówiąc, że pewne wielkości fizyczne są przez nas rozumiane intuicyjnie poprzez odczucie, a następnie

samouświadomienie mam na myśli mechanizmy, które sprawiają, że dany bodziec kojarzony z taką wielkością fizyczną ma pewne jednoznaczne korelaty z procesami zachodzącymi w mózgu, np. potrafimy powiedzieć jak „rozumiemy” pojęcie czasu posługując się odczuciami związanymi z tą kategorią wielkości fizycznych. Stąd też jako pierwotne przyjmujemy rozumienie czegoś – jakiegoś zjawiska fizycznego w kontekście odczuć wewnętrznych. Rozumie czym jest siła, bo odczuwam namacalnie jej skutki, wiem czym jest ciepło bowiem odczuwam jego działanie.

Generalnie powiemy, że najpełniej rozumiemy proces fizyczny, zjawisko czy wielkość fizyczną, gdy potrafimy powiązać go z pewnymi odczuciami. Ogólnie takie podejście do rozumienia w fizyce nie jest ani pełne ani poprawne – istnieje wiele przejawów, których w ten sposób nigdy nie zrozumiemy.

Rozumienie musi opierać się na czymś bardziej pewnym i uniwersalnym ( dalej stwierdzimy, że rozumienie opierać się będzie na pewnych strukturach logicznych, a w szczególności matematycznych )

Interesującym byłoby zastanowienie się nad zagadnieniem percepcji i intuicyjnego rozumienia ( np. w przypadku umysłu człowieka lub umysłu o uniwersalnych własnościach ) większej ilości wielkości fizycznych np. rozważenie wpływu obecności sensora promieniowania podczerwonego w układzie nerwowym człowieka.

Dysponując większymi możliwościami percepcyjnymi zapewne łatwiej byłoby nam oswoić się z wieloma nowymi aspektami świata rzeczywistego jak również szybciej dostrzeglibyśmy konieczność poszerzania wiedzy naukowej na takie nowe aspekty ( np. gdybyśmy dysponowali sensorem promieniowania kosmicznego szybciej narodziłaby się fizyka cząstek elementarnych – fizyka wysokich energii )

Kształtowanie się obrazu świata ( zazwyczaj mówi się o kształtowanie się tzw. „zdrowego i trzeźwego rozsądku” jako integralnego składnika światopoglądu ) teoretycznie nie kończy się nigdy, a praktycznie główny jego etap kończy się w wieku dojrzałym. Całe (prawie ) życie powiększamy zasób wiedzy i weryfikujemy poglądy na temat zasad działania świata.

Najbardziej burzliwym i pełnym radykalnych zmian jest oczywiście wczesny okres rozwoju.

Istnieje kilka faz w których dominują pewne określone archetypy. Łatwo można dostrzec wpływ takich archetypów na ogólny, historyczny rozwój poglądów na temat zasad działania świata. Zastanówmy się przykładowo na następującym cytacie :

„Animizm dziecięcy to tendencja, by traktować rzeczy jako żywe i wyposażone w intencje. Początkowo żywy jest każdy przedmiot, który wykonuje jakąś czynność, jeśli przynosi ona pożytek człowiekowi : paląca się lampa, piec który grzeje,

księżyc który oświetla. Później życie zostaje zarezerwowane dla ciał ruchomych, a wreszcie dla ciał, które wydają się same poruszać, jak wiatr i gwiazdy”. [1a, str. 31 ]

Oczywiście przypomina nam to animistyczne, przed naukowe rozumienie funkcjonowania świata.

Ogólnie, pewne głęboko zakorzenione schematy pojęciowe stają się wielokrotnie fundamentem postrzegania świata.

Jak trudno jest je przełamać wystarczająco dobrze to widać na przykładzie trudności z rozumieniem podstawowych idei STW czy też MK.

„... wszystkie nasze przesądy o świecie zewnętrznym mają tendencje przenikania do języka nauki. Stąd też bierze się nasze zdziwienie, gdy wskazana zostaje nonsensowność jakiegoś przekonania, które mieliśmy za naukowe, a które w istocie oparte było na przesadzie. Gdybyśmy w roku 1900 zapytali kogoś : czy twój zegarek szedłby prędzej, gdybym stał na równik, a nie na biegunie” usłyszelibyśmy w odpowiedzi : co za bzdura, tylko dzieci wierzyć mogą w takie rzeczy.

Kiedy zaś Einstein w 1905 roku opublikował pracę, w której tego właśnie dowodził, wszyscy orzekli : Jakie to wspaniałe !.

Jakąż on ma dziecięca wyobraźnie !” [ 10a, str. 56 ]

Innym głęboko zakorzenionym i „rozsądnym” faktem był pogląd o prawdziwości systemu geocentrycznego. Na zdrowy rozum twierdzenie, że Ziemia porusza się z tak ogromnymi prędkościami, których właściwie nie odczuwamy wydawała się po prostu nonsensowny. Każdy wie z własnego doświadczenia, że bardziej naturalnym i zdroworozsądkowym wydaje się stwierdzenie, że to Ziemia spoczywa , a poruszają się planety oraz Słońce.

Jak pokazuje przykład argumentacji uczonych średniowiecznych, trudno jest stwierdzić na pewnych etapach rozwoju teorii fizycznych, które rozumowanie jest bardziej „zdroworozsądkowe”. Podam następujący cytat :

„Po pierwsze uważano, że ruch Ziemi wokół Słońca nie może być uznany ponieważ przeczyłby w ten sposób zasadom ruchu ciał sformułowanym przez Arystotelesa. Gdyby bowiem rzeczywiście Ziemia krążyła wokół Słońca, to ruch naszej planety nie byłby ruchem prostym, a z kolei wiadomo, że wszystkie ciała, jakie poruszają się w sferze podksiężycowej, spadają ruchem prostopadłym do Ziemi. Wnioskowano więc, że Ziemia musi stanowić miejsce naturalne dla tych ciał i dlatego musi się znajdować w środku świata. Gdyby środek świata znajdował się w innym miejscu, poza Ziemią wtedy ciała te spadałyby w innym kierunku. Ziemia jest więc nieruchoma. Po drugie, gdyby Ziemia poruszała się w czasie roku wokół słońca, to powinny ulec zmianie wartości kątowe widocznych gwiazd. Obserwacje natomiast wskazują, że mimo takiego ruchu gwiazdy znajdują się ciągle w tym samym miejscu. Wniosek był więc jeden : gwiazdy tworzą sferę gwizd stałych jednakowo oddaloną od Ziemi. Ziemia jest zaś nieruchoma w środku świata. Po trzecie, gdyby Ziemia rzeczywiście poruszała się z wielką szybkością wokół Słońca, powiadał Ptolemeusz, to kamień rzucony do góry nie miałby prawa spaść w to samo miejsce. W czasie jego lotu w powietrzu Ziemia powinna dokonać jakiegoś widocznego przemieszczenia. Jeśli jednak kamień spada na swoje miejsce, to znaczy, że Ziemia jest nieruchoma.” [3b, str. 57 ]

Na pierwszy ogląd trudno odmówić tym argumentom zasadności i mocy przekonującej. Jak jednak wiemy były one oparte albo na błędnej teorii dynamiki ( arystotelejska koncepcja przyporządkowującą każdemu ciału jego tzw. ruch naturalny ), albo na nieuświadomieniu sobie możliwych rozmiarów błędów metod obserwacyjnych ( bark obserwacyjnego

potwierdzenia paralaksy gwiazd, jak wiemy dzisiaj nie jest dowodem modelu geocentrycznego i układu gwiazd stałych, ale ich bardzo dużej odległości od Ziemi i małej precyzji metod obserwacyjnych stosowanych przez astronomów

średniowiecznych ), albo na nieuświadomieniu sobie głębszych koncepcji stojących u podstaw danego zjawiska – Galileusz pokazał, że konsekwentnie stosując poprawne zasady dynamiki ( prawo bezwładności ) i zasadę względności argument Ptolemeusza można bardzo skutecznie obalić.

Jeszcze jeden przykład innego rodzaju, dotyczący istnienia i natury eteru – hipotetycznej ( jak dotąd ) substancji przenoszącej promieniowanie elektromagnetyczne, który uzmysławia problemy samej natury ontologicznej ( czy nawet językowej i leksykalnej, ) rozumienia pojęć fizycznych.

„Niektórzy nowocześni filozofowie odrzucają wniosek tego rodzaju ( wniosek jakoby musiał koniecznie istnieć ośrodek w którym rozchodzi się dane zaburzenie falowe – przypis własny ) i twierdzą, ze pogląd, jakoby jakiś rodzaj eteru był koniecznie potrzebny dla wyjaśnienia zjawisk zachodzących w próżni, oparty jest na fałszywej metafizyce. Zgodnie z ich poglądem, orzeczenie niekoniecznie musi mieć podmiot. Zachodzące zjawiska falowe nie upoważniają do wnioskowania, że istnieje coś co faluje. Pogląd tego rodzaju nie znalazł uznania u fizyków, toteż w ciągu całej historii rozwoju

przyrodoznawstwa zawsze przyjmowano, że w próżni coś jednak jest. Co to jest ? Czymkolwiek by to coś było, należy ono do kategorii interfenomenów, ponieważ nie możemy go zobaczyć ani dotknąć, możemy je poznać jedynie na podstawie roli, którą odgrywa w stosunku do zjawisk fizycznych.” [ 5b, str. 93 ]

W tym kontekście warto przypomnieć pewien szczególny podział ( Reichenbach ) zjawisk fizycznych.

Świat fizyki obejmuje dwa rodzaje zjawisk :

1) fenomeny – fakty ( zdarzenia, procesy ) obserwacyjne lub eksperymentalne i wnioski wypływające z nich pośrednio lub bezpośrednio.

2) interfenomeny – fakty których nie można zaobserwować, a które zachodzą pomiędzy fenomenami.

( np. proces przejścia elektronu w atomie z jednej orbity na drugą, problem umiejscowienia energii potencjalnej )

Bardzo istotnym z punktu widzenia metodologii nauki jest problem zdobywania wiedzy ( informacji ) jako zbioru prawdziwych ( poprawnie uzasadnionych ) faktów. Możemy wyróżnić następujące metody :

1) własne obserwacje, doświadczenia ⇒ pozyskiwanie dalszych wiadomości na podstawie analogii, interpretacji, prognoz, interpolacji, ekstrapolacji itp. ( problem procedur pomiarowych, obiektywizacji i utrwalenia zdobytej wiedzy )

2) wymiana informacji tzn. przekazywanie zdobytej wiedzy między uczonymi ( problem obiektywnego i rzetelnego przekazywania takiej wiedzy )

Generalnie całe zagadnienie sprowadza się do rozróżnienia wiedzy naukowej tj. wiedzy „prawdziwej”, obiektywnej, zgodnej z faktami od wiedzy potocznej – mniemania tj. pewnych wiadomości nieobiektywnych, niesprawdzonych empirycznie lub po prostu błędnych – przesądów, mitów, podań ludowych itp.

Pytaniem jest jak możemy zdobywać wiedzę naukową ( jakimi metodami ) i jak ją wykorzystywać w celu jej rozszerzania ? Jak obecnie wiemy najbardziej skuteczną okazał się metoda empiryczna połączona z metoda dedukcyjną.

Nie ma i nigdy nie było żadnej wiedzy ( naukowej), objawionej nam przez istoty transcendentne wobec świata, lub przez ludzi natchnionych – to co jawiło się jako wiedza w takich przekazach okazało się fikcją lub co najwyżej wiedzą potoczną.

„W Anglii Hume posunął sceptycyzm jeszcze dalej. Stwierdzenia dopuszczalne dzieli on pomiędzy prawdy matematyczne oraz prawdy dotyczące faktów. „Jeśli, przejęci tymi zasadami, przebiegniemy biblioteki, jakież musimy urządzić

spustoszenie ! Biorąc do ręki jakiś tom, traktujący np. o teologii, albo szkolnej metafizyce, zapytujemy się : Czy zawiera jakieś rozumowanie abstrakcyjne, dotyczące wielkości lub liczby ? Nie. Czy zawiera jakieś rozumowanie oparte na doświadczeniu, a dotyczące faktów i istnienia ? Nie. A więc w ogień z nim, albowiem nie może zawierać nic prócz sofisterii i złudzeń” – Hume „Badania dotyczące rozumu ludzkiego” ”

Cały cytat [13a, str. 26]

Zatem, wiedza może pochodzić tylko i wyłącznie z empirii i dedukcyjnych uogólnień, analogii i wnioskowań.

Empiria pozostaje jednak zawsze najwyższym sędzią rozstrzygającym czy dana teoria, model lub wniosek może zostać dołączona do zasobu już zgromadzonej wiedzy, czy też należy ją odrzucić ( albo zmodyfikować )

Perspektywa z jakiej patrzymy na świat – miejsce człowieka w przestrzeni i czasie.

Tabela 1

Tabela 2

Jak widać z tabeli 1, 2 człowiek zarówno w skali interwałów czasu ( długość jego życia ), jak i skali odległości przestrzennych ( można jeszcze zestawić inne tabele np. masy ) zajmuje wypośrodkowane miejsce. Oczywiście ze względów biologicznych jest to w pełni uzasadnione i zrozumiałe. Należy jednak zauważyć, że w związku z tym faktem nasza perspektywa poznawcza ma konkretne umiejscowienie – w sposób naturalny obserwujemy świat „po środku” ani bardzo mały ( np. molekularny czy też atomowy ) ani bardzo duży ( np. galaktyczny ), obserwowane zjawiska nie są ani bardzo krótkie ( np. rozdzielczość mikrosekundowa ), ani bardzo długie ( np. geologiczna skala czasu ).

Należy również zwrócić uwagę na zagadnienie hierarchiczności budowy i funkcjonowania Wszechświata. Zazwyczaj podziału dokonuje się z perspektywy naturalnej skali człowieka ( umownie - przestrzennej ok. 1 [m] , czasowej ok. 1 [h ] ) Skale przestrzenne dużo, dużo mniejsze określa się mianem skal mikroskopowych , skale dużo, dużo większe – określa się jako skale kosmiczne ( kosmologiczne ). Standardowo przyjmuje się, że prawa rządzące zjawiskami w takich skalach są odmienne, np. zjawiskami mikroskopowymi rządzą prawa mechaniki kwantowej, a zjawiskami w skali kosmicznej – ogólna teoria względności.

LITERATURA.

1a) „Studia z psychologii dziecka” J. Piaget PWN1966 2a) „Granice świadomości” E. Poppel PIW 1989

3a) „Mózg – tajemniczy kosmos” E. Poppel, A.L. Edingshaus PIW 2005 4a) „Psychologia i życie” R. J. Gerrig , P. G. Zimbardo WN-PWN 2006 5a) „Procesy przetwarzania informacji u człowieka” P. H. Lindsay, D. A. Norman PWN 1984

6a) „Jak działa umysł” S. Pinker KiW 1997 7a) „Umysł” A. Smyth PZWL 1989

8a) „Od neuronu do (samo)świadomości” B. Korzeniewski Prószynski i S-ka 9a) „Schody do umysłu” A. Scott WNT 1995

10a) „Źródła wiedzy i wyobraźni” J. Bronowski PIW 1984 11a) „logika i psychologia” J. Macnamara ; PWN 1993 12a) „Od mózgu do umysłu. Jak powstaje nasz wewnętrzny świat” C. Frith ; WUW 2011 13a) „Nauka wiara i sceptycyzm” J. Lewis ; PWN 1961

II. Historyczny rozwój poglądów dotyczących budowy i funkcjonowania świata.

Prehistoria

Obecnie z racji ubóstwa danych archeologicznych ( brak bowiem utrwalonego materiału badawczego ) trudno omawiać prapoczątki rozwoju świadomej działalności umysłowej człowieka. Wiemy jednak że proces rozwoju cywilizacyjnego ludzkości był długi i obfitował w przełomowe wydarzenia. Wydarzenia te stają się symbolicznymi wyznacznikami

początków nowych epok, do takich głównych epok zaliczamy m.in. epokę kamienną ( w tym epokę neolityczna i rewolucje agrarną ), epokę brązu i żelaza, wiek pary i elektryczności, czy też obecna erę informacyjną (informatyczną ).

Praczłowiek pojawił się ok. 5 mln lat temu, milion lat temu zaczął kolektywnie polować na duże zwierzęta, a ok. 10 tyś lat temu przeszedł do osiadłego trybu życia. ( Zobacz np. „Zagadka rodowodu człowieka” J. H Reichholf WN-PWN 1992 ) Człowiek pierwotny posługiwał się prymitywnymi kamiennymi narzędziami (krzemienne topory, noże, ostrza), umiał krzesać ogień i tworzył pierwsze organizacje społeczne. Odkryte w jaskini Lascaux ścienne malowidła pokazują również, że nie obca mu była działalność artystyczna związana zapewne z początkami religii (dzisiaj rozumianej

w kategoriach magii ).Umiejętności te, niewątpliwie wymagały dużego daru obserwacji i sprawności intelektualnej co na pewno można uznać za rodzaj ( przejaw ) pranauki.

Oczywiście z dzisiejszej perspektywy osiągnięcia człowieka z tych odległych czasów wydają się śmieszne i można powiedzieć, że nie zawierają w sobie niczego naukowego, taki osąd byłby jednak wysoce krzywdzący. Każdy etap wznoszenia gmachu ludzkiej nauki (cywilizacji) wymagał heroicznego wysiłku intelektualnego przejawiającego się nie tylko jednostkowo ale i społecznie.

POCZĄTKI CYWILIZACJI – EGIPT I MEZOPOTAMIA

Nie zaprzeczalnym faktem jest to, że początki cywilizacji zachodniej związane są z starożytnym Egiptem i Sumerem (Babilonia ). Badania archeologiczne prowadzone w sposób systematyczny od końca XIX wieku na terenach, które uważamy za kolebkę cywilizacji przyniosły wielką ilość materiału źródłowego.

W latach od 9000 p.n.e. do 6000 p.n.e. (oczywiście na zasadzie pewnej umowy ) dokonuje się tzw. rewolucja neolityczna, człowiek przechodzi z koczowniczego do osiadłego trybu życia, w czwartym tysiącleciu przed naszą erą dokonuje się następna rewolucja tzw. rewolucja urbanistyczna – powstają pierwsze miasta. (miasta rozumiane w kontekście organizacyjnym – administracyjnym. Zainteresowanego czytelnika odsyłam np. do książki „Świat Biblii” – red. Andre Lemaire Ossolineum 2001).

Jest to o tyle ważne, że to głownie w miastach rozwija się będzie kultura, nauka i religia. Starożytni Egipcjanie, Sumerowie czy też Babilończycy (następcy Sumerów w Mezopotamii) wznosili bardzo zaawansowane konstrukcje ( piramidy , ziguratty, świątynie ), prowadzili prace irygacyjne, wytapiali metale (epoka brązu i żelaza), prowadzili obserwacje astronomiczne ( posiadali kalendarz, sporządzali mapy nieba), wynaleźli pismo (Egipcjanie – pismo obrazkowe tzw.

hieroglify, Sumerowie – pismo klinowe), budowali przyrządy odmierzające czas i masę. Na ten okres datuje się również wynalazek łuku i koła.

Wszystko to stanowi niezaprzeczalny dowód na to, że możemy mówić o ich cywilizacyjnym zaawansowaniu.

Obecnie chciałbym omówić pewne elementy matematyki i astronomii starożytnych Babilończyków i Egipcjan.

Na początku chciałbym zauważyć, że matematyka operuje generalnie pojęciami abstrakcyjnymi.

Pojęcia liczby, zbioru, funkcji czy też linii prostej która można przedłużać w nieskończoność są związane z pewnym procesem abstrahowania od przedmiotów rzeczywistości fizycznej. Wyobraźmy sobie bowiem pewną być może hipotetyczną sytuacje : oto prehistoryczny pasterz wypasa stado owiec, co wieczór musi sprawdzić czy jego stado jest w komplecie, co powinien zrobić kiedy nie umie liczyć ?

Powinien wziąć np. garść kamieni i przyporządkować każdemu zwierzęciu jeden kamyk

Odwzorowanie wzajemnie jednoznaczne „owca –kamyk” może go upewnić o kompletności stada. W języku dzisiejszej matematyki powiemy, że ustanowił on pewną funkcję na dwóch zbiorach ( funkcje stałą ). Początkowy proces

kształtowania się pojęć matematycznych opierał się w szczególności na zrozumieniu, że zbiór np. pięciu owiec i pięciu kamieni ma mimo swojej diametralnej odmienności jakościowej, wspólną cechę ilościową tj. liczbę elementów.

Dlatego słusznie można powiedzieć że :

„terminy liczbowe wyrażają jedna z najbardziej abstrakcyjnych idei jakie umysł ludzki jest zdolny stworzyć „ [ 17b ].

W starożytności ludzie którzy posiedli tajniki pisma oraz potrafiący nazwać swoje palce (policzyć je ) byli uważani za wielkich magów. Sumerowie, a następnie Babilończycy posługiwali się systemem pozycyjnym ( oczywiście pojęcie systemu pozycyjnego jest pojęciem dużo późniejszym ) o podstawie 60 ( Egipcjanie stosowali system dziesiętny ale nie pozycyjny). Na bazie tego systemu dobrze radzili sobie z problemami arytmetycznymi. Babilończycy potrafili rozwiązywać pewne typy równań kwadratowych i liniowych. ( Papirus Rhinda, Papirus Moskiewski )

Potrafili obliczać pola figur płaskich (kwadrat, trójkąt, koło ); wartość liczby π przyjmowano jako równą 3 lub

~ 3, 16 , potrafili również wyznaczać objętości figur przestrzennych (walec, sześcian, stożek). U Egipcjan i Babilończyków matematyka była związana ściśle z potrzebami użytkowymi rachunkowości, administracji, pomiarami gruntów i budowli oraz z coraz to większymi potrzebami pomiarów astronomicznych. Jeśli chodzi o te ostatnie, to niewątpliwie Egipcjanie posiedli spore umiejętności obserwacji astronomicznych – dokonywali przepowiedni zaćmień Słońca, potrafili dokładnie orientować budowle ( np. piramidy ) w stosunku do konstelacji gwiazd [6b, 7b, 18b ].

Oprócz przywołanych powyżej przykładów zdobyczy nauki cywilizacji zachodniej należy mieć na uwadze osiągnięcia (równorzędne lub nawet lepsze) cywilizacji Chińskiej i Hinduskiej.

Rys. 2.1 Fragment matematycznego Papirusu Rhinda ( British Museum ) Ten dokument z początku II tysiąclecia p.n.e.

zawiera 84 zadania matematyczne. Autorem „Papirusu Rhinda” jest Ahmes ( 1680 – 1620 p.n.e. ) pierwszy matematyk znany ludzkości z imienia. Zadania egipskie miały charakter praktyczny ( dotyczyły np. ilości chleba, ziarna, zwierząt ).

[1b str. 12 23b, str. 7 ]

Rys. 2.2a Znaki staroperskiego fonetyczno-ideograficznego pisma klinowego.

Rys. 2.2b Tekst staroegipski hieroglificzny. Początek annałów króla Nubijskiego Nastasena ( imię króla w ramce ) [ rys. 2.2a,b „Języki świata i ich klasyfikowanie” Alfred F. Majewicz , PWN 1989 ]

Początki kształtowania się pisma ( ułożenie alfabetu ) giną w przysłowiowym „mroku historii”, jednakże bezsprzecznym jest fakt, że z chwilą, kiedy człowiek uzyskał możliwość utrwalania swych myśli ( np. historii swojego narodu, plemienia, rodziny ; opowiadań, mitów, zaklęć, spisów administracyjnych itp. ) rozpoczęła się zupełnie nowa era historii cywilizacji.

Trwałość słowa pisanego była znacznie większa ( oczywiście materiał na którym zapisywano teksty lub symbole miał różną postać i trwałość, w różnych epokach i miejscach geograficznych. Materiałami takimi były m.in. – kamień, wypalana tabliczka gliniana, wyprawiona skóra zwierząt, papirus, a dużo później pergamin i papier ) niż ulotnej pamięci ludzkiej.

Jednakże umiejętności czytania znaków ( w tym i liczenia ) nie była ani łatwa, ani powszechna.

[ cytat z 24b str. 92 zaczerpnięty z książki „The exact sciences in antiquty” O. Neugebauer 1957 ]

NAUKA HELLEŃSKA ( Złoty wiek nauki greckiej )

Od około VI w p.n.e. (filozofia Jońska) rozpoczyna się „złoty” okres rozwoju i rozkwitu myśli ludzkiej. Trwa on aż do około II - III wieku p.n.e. Działający w tym czasie myśliciele należą do najwybitniejszych w całej historii cywilizacji, wystarczy wspomnieć: Talesa z Miletu, Pitagorasa z Samos, Heraklita z Efezu, Demokryta z Abdery, Sokratesa,

Platona ,Arystotelesa, Epikura, Euklidesa, Archimedesa. - to tylko najważniejsi z nich. Byli to ludzie których myśli, idee i filozofie ( całe systemy filozoficzne ) stały się fundamentem, na którym następne pokolenia budowały lub dobudowywały gmach nowożytnej wiedzy. Nigdy już potem ludzkość nie doświadczyła takiego okresu rozkwitu twórczości intelektualnej.

Poznanie, chociażby powierzchowne twórczości tych filozofów powinno stanowić kanon wykształcenia i obycia dla każdego człowieka.

Greccy lub ogólniej Helleńscy myśliciele byli twórcami nad wyraz płodnymi, zapoczątkowali

rozwój klasycznie rozumianej filozofii (min Platon, Sokrates, Arystoteles), etyki (min Platon), prawodawstwa ( Solon), sztuki (min Fidiasz, Homer). Jednak przez pryzmat niniejszej pracy najważniejszy jest ich wkład w rozwój matematyki i logiki. Matematyka nowoczesna zrodziła się w atmosferze jońskiego racjonalizmu – była to matematyka która stawiała sobie nie tylko wschodnie pytanie „jak?” lecz także nowoczesne pytanie „dlaczego?” [17b].

Tradycyjnie za ojca matematyki greckiej uważa się Talesa z Miletu, autora szeregu twierdzeń geometrycznych, jednak prawdziwa jego wielkość jako matematyka polega na tym, że to on po raz pierwszy wprowadza pojęcie dowodu twierdzenia matematycznego. Następnym wielkim matematykiem był Pitagoras – założyciel (?) i twórca doktryny ( szkoły ) „pitagorejskiej” opartej na „magii” liczb całkowitych – „wszystko jest liczbą”. Odkrycie przez jego uczniów istnienia liczb niewymiernych było wielkim ciosem dla adeptów tego kierunku filozoficzno – mistycznego.

„Model” działania świata w oparciu o pojecie proporcji – liczby ( wraz z pewnymi rozważaniami metafizycznymi ), jest na pewno jedną z pierwszych teorii łączących matematykę i zasady działania świata. Prosta proporcja geometryczna lub arytmetyczna ujawniona w akustyce, astronomii wydawaćby się mogło stanowi zasadę rządzącą prawami natury. ( zobacz rysunek 3.5 ilustrujący zasady proporcji dla struny – np. w harfie ). Świat jest u podstaw proporcjonalny ( harmoniczny ) być może wszystkie jego własności mogą zostać wyjaśnione jako pewne stosunki liczb naturalnych ( złoty podział, proporcje w antycznej architekturze i sztuce ). Jak jednak wiadomo cała ta filozofia załamała się w momencie odkrycia liczb niewymiernych tj. liczb, które nie mogą być wyrażone przez proporcje dwóch liczb całkowitych.

[ Cytat z „Matematyka w oczach filozofa” – Jerzy Dadaczyński OBI 2002, str. 14 – przypis ]

Rys. 2.3 Pentagram pitagorejski. Symbol i znak rozpoznawczy związku pitagorejskiego. Gwiaździsty pięciokąt posiada szczególne własności matematyczne, zawiera on wszystkie proporcje znane pitagorejczykom : arytmetyczną,

geometryczną, harmoniczną i tzw. złotą, co widać z zaznaczonych na rysunku odcinków i stosunku podziału ramion gwiazd [23b, str. 16 ]

Mimo porażki pitagorejczyków, ważnym jest jednak to, że pewien kierunek filozofii rozumienia praw rządzących światem kierunek został ustalony. Do tej pory ( oczywiście próg chronologiczny jest umowny ). Zasady działania świata ( prawa natury ) były tłumaczone z pomocą sił nadprzyrodzonych, zewnętrznych i osobowych ( z cechami najczęściej ludzkimi ) – bogów, duchów, mocy nadnaturalnych (magicznych). Świat i jego funkcjonowanie było odbiciem istoty boga(ów) czy to w postaci Słońca, gwiazd(y) lub np. Zeusa. Pitagorejczycy wskazali, iż możliwe jest kategorycznie inne podejście.

Świat może działać w oparciu o bezosobowe i ponadczasowe prawa matematyki ( geometrii lub algebry ).

Obrazowo świat nie musi się już opierać na „czterech słoniach” – może być wytłumaczony np. w postaci sfer i epicykli.

Postaci Euklidesa nie trzeba chyba nikomu przedstawiać jest on bowiem autorem najbardziej rozpowszechnionego dzieła naukowego – „Elementów”. Książki, która do dziś dzień stanowi wzorzec wprowadzonej metody dedukcyjnej. W której to autor wykłada niemalże całą ówcześnie znaną wiedzę geometryczną, nadając jej ścisłą i spójną postać.

( oczywiście dzieło to nie było w pełni oryginalne, Euklides korzysta z prac innych, wcześniejszych matematyków antycznych ). Elementy stanowiły pierwszy kompletny i syntetyczny wykład wiedzy matematycznej i stanowiło wzór stylu wykładu następców, zarówno matematyków jak i „fizyków”.

Reprint pierwszego polskiego tłumaczenia „Euklidesa Początków Geometryi” – Józef Czech 1817 [ 6b, str. 224 ] Imię Archimedesa na pewno również jest dosyć dobrze znane. Był on znakomitym matematykiem, autorem niezwykle głębokich i oryginalnych prac. Był on także znakomitym inżynierem ( machiny obronne skonstruowane dla obrony rodzinnego miasta Syrakuz, jego sławne powiedzenie „dajcie mi punkt oparcia a poruszę ziemię” ).

W swojej słynnej dwutomowej książce pt. „O równowadze figur płaskich” Archimedes sformułował zasadę dźwigni i omówił zagadnienia znajdowania środka ciężkości dowolnego ciała. Cytat zwierający początek pierwszego tomu dzieła Archimedesa powinien uzmysłowić styl prac „mechaników” starożytnych :

Po tych postulatach następuje piętnaście twierdzeń wyprowadzonych przez proste rozumowanie logiczne :

[25b, str. 15 ]

Widać tutaj wyraźnie analogie geometryczne tj. pewne pokrewieństwo z metodą geometryczną wykładu Euklidesa – najpierw postulaty, później odpowiednie twierdzenia, na końcu wnioski praktyczne i komentarze.

Jest to pewien określony i charakterystyczny styl wczesno-naukowy, łączenia matematyki i wniosków obserwacyjnych.

Cechy charakterystyczne tej metody będzie można zobaczyć jeszcze u Newtona w jego Principiach.

Ojcem wielu gałęzi nauki min logiki, fizyki, zoologii, biologii, meteorologii był Arystoteles - w mojej opinii największy filozof grecki; Uczeń Platona, nauczyciel Aleksandra Wielkiego, założyciel szkoły filozoficznej perypatetyków (Lykeon ).

Możemy przyjąć, że Arystoteles był pierwszym uczonym ( znów, pomijając historyczne niuanse np. związane z wpływem na poglądy Arystotelesa wcześniejszych szkół filozoficznych np. Pitagorejczyków lub Platona ), który dokonuje próby zbudowania konsekwentnego i spójnego systemu opisującego zjawisko ruchu. Cały filozoficzny system Arystotelesa kategoryzujący ruch jako wszelką zmianę zarówno jakościową jak i ilościową ma oczywiście z dzisiejszego (fizycznego) punktu widzenia wartość tylko historyczną. Niemniej jednak stanowi on oryginalną i „całościową” próbę

usystematyzowania doświadczenia codziennego, pozbawioną elementów mitycznych, religijnych i nadprzyrodzonych ( no, powiedzmy ), stanowi zatem pierwszy „naukowy” tj. systematyczny wykład zasad działania Świata.

Ogólne zasady ruchu wyłożone są głównie w dziełach pt. „Fizyka” i „O niebie”. Definicja ruchu dla Stagiryty

( Arystoteles pochodził z miejscowości Stagira ) miała szerszy niż tylko mechaniczny, zakres. Ruch to ogólnie zmiana, przejście z bytu do niebytu, działanie, aktualizacja, w ramach pojęcia ruchu rozważa się również ruch roślin, zwierząt, ludzi – przypisując mu pewną kategorie.

Świat według tego filozofa dzielił się na świat podksiężycowy w którym ruch ciał związany był albo z ich naturą ( np.

kamień upada na Ziemie ponieważ wszystkie ciała „ciężkie” dążą do zajęcia ich naturalnego miejsca jakim jest środek Ziemi, dym unosi się ku górze, bowiem naturą ciał „lekkich” jest dążenie do zajęcia miejsca na granicy światów

podksiężycowego i księżycowego ) albo z wymuszeniem – pod działaniem zewnętrznego czynnika poruszającego np. ruch wozu

spowodowany jest działaniem siły mięśni konia lub człowieka, kamień wyrzucony do góry porusza się niezgodnie z jego naturą – przeciwnie do jego natury – bowiem działa na niego siła wymuszająca taki rodzaj ruchu.

„...Nazywać będę absolutnie lekkim to, czego naturą jest poruszanie się zawsze ku górze, a ciężkim to, czego naturą jest poruszanie się zawsze ku dołowi, jeśli ruchom tym nic nie staje na przeszkodzie”

[ cytat z Arystotelesa za 24b, str. 15 ]

Drugim światem był świat nadksiężycowy, ruch w tym świecie to „doskonały”, wieczny ruch kołowy. Przyczyną tego ruchu jest „pierwszy poruszyciel” – jednocześnie również przyczyna wszystkiego innego.

„Arystoteles powołuje się na ogólną zasadę, że każdy skutek ma swą przyczynę i zakłada, że każde ciało, ożywione i nieożywione zdolne do ruchu, poruszane jest przez coś innego, co samo znajduje się w ruchu lub w stanie spoczynku.

( Albo – by posłużyć się zwięzłą średniowieczną wersją tej zasady : „Wszystko, co się porusza, jest poruszane przez coś innego”). Zawsze uważano, że sprawca ruchu i obiekt poruszany są jednostkami odrębnymi” cytat z [ 26b, str. 87 ] Zasady ruchu świata pod i nadksiężycowego są różne – wnioskiem ( oczywiście błędnym i fatalnym w skutkach) będzie to, że nie można stosować zasad ruchu ciał „ciężkich” do opisu ruchu ciał niebieskich.

Centralne miejsce Świata zajmuje Ziemia ( geocentryzm – Świat jest kulisty i skończony i podzielony jest na strefy ). Ciało nie poddane działaniu siły wymuszającej zajmuje swoje „naturalne” miejsce i odtąd pozostaje w spoczynku. Jest to swego rodzaju starożytna zasada bezwładności. Istnieje absolutny spoczynek – ciało spoczywa względem środka Świata tj. środka Ziemi.

Przestrzeń ruchu jest zatem niejednorodna – wyróżnia jeden punkt oraz nie izotropowa – wyróżnia określony kierunek, dla świata podksiężycowego jest nim kierunek ku wyróżnionemu punktowi. Ponadto dla świata nad księżycowego mamy wyróżnioną klasę ruchów – ruchy po okręgu. Po raz pierwszy pojawia się związek między „geometrią” przestrzeni a ruchem ciał.

Dla Arystotelesa prędkość ciała, wprawionego w ruch za pomocą siły jest proporcjonalna do działającej siły i odwrotnie proporcjonalna do oporu jaki stawia ośrodek – jest to starożytna zasada dynamiki. ( analog II prawa Newtona ). Arystoteles nie definiuje ściśle pojęcia siły. Pojęcie prędkości jako stosunek drogi do czasu, również nie jest stosowane w postaci jawnej. ( „...prędkości dwóch ruchów porównywano albo porównując czasy przebyci takiej samej drogi, albo drogi przebyte w jednakowym czasie” [1b, str. 31] )

Gdyby wykorzystywać współczesne oznaczenia zasada „dynamiki” Arystotelesa miałaby postać [27b, str. 182] : F = mv (1.1) ( Arystoteles uprzedza jednak, że nie dopuszcza sytuacji w której mała siła nadaje dużej masie małą prędkość

„...bo gdyby tak było, to jeden człowiek mógłby poruszyć okręt” )

Badając konsekwencje równania (1.1) stwierdzamy, że w dynamice Arystotelesa przy braku sił prędkość jest zerowa - ciało spoczywa. Spoczynek ( powiedzmy, względem środka Świata ) jest więc stanem „naturalnym”.

Grand pisze na ten temat następująco : „Arystoteles sformułował specjalne prawa, w których przedstawił konsekwencje wypływające z zastosowania siły powodującej ruch wobec opierającego się przedmiotu. Chociaż prawa te wyrażone są w kategoriach siły, oporu ciała, przebytej odległości i czasu, a nie bezpośrednio w kategoriach prędkości, ta ostatnia pozwala na bardziej dogodne ich podsumowanie. Prędkość ciała w ruchu wymuszonym jest odwrotnie proporcjonalna do jego oporu, który nie jest określony i wprost proporcjonalna do zdolności ruchu czyli siły przyłożonej. W języku symboli wyrazić to można za pomocą równania :

V ∝ F/R (1.2) V= szybkość, F = siła napędowa, R = opór całkowity

( Oczywiście rozróżnienie między wektorem prędkości v, a skalarem | v | zwanym „szybkością” jest nabytkiem

dużo późniejszym i nie występuje w sposób jawny ani w pracach uczonych antycznych ani uczonych średniowiecznych )

Opór całkowity jest odpowiedzią na zastosowana siłę, przy czym zakłada się iż składa się on siły oporu danego ciała i siły oporu środowiska, w którym ów ruch następuje” [ 26b, str. 88 ; 20b tom II str. 68 ]

Kolejnym problemem przed jakim stanął Filozof ( tak, z szacunkiem określano Arystotelesa w średniowieczu)

był problem inercji poruszającego się obiektu – jak to się dzieje, że np. rzucony kamień porusza się mimo, iż stracił on kontakt z działająca na niego siłą. ( Według zasad Arystotelesa ruch wywołany działaniem zewnętrznym trwał cały czas w którym działała przyczyna, ponadto konieczny był bezpośredni kontakt między ciałem poruszanym a przyczyną sprawczą ruchu ). Było wiele pomysłów ( późniejszych ) które sugerowały np. że to ośrodek przez jaki porusza się ciało ( w przypadku kamienia lub strzały było nim powietrze ) utrzymuje obiekt w ruchu. Dopiero jednak uczeni średniowieczni wprowadzili pojęcie prowadzące do poprawnego wyjaśnienia tego zagadnienia , pojęciem tym był impetus ( Jean Burdian ) [ 1b, str. 61 ]

( pęd a następnie pojęcie energii ruchu tj. kinetycznej ).

Nie znajdujemy również u Arystotelesa myśli pozwalających wyprowadzić tak kluczowe dla nowożytnej mechaniki pojęcia jak, układ odniesienia czy względność ruchu. ( oczywiście można przyjąć, że ich nie potrzebował w swoim

geocentrycznym systemie świata, które właściwie absolutyzowało pojęcie ruchu ) Nie ma również wyraźnego i jasnego sformułowania pojęcia przyspieszenia.

Jak wiemy podstawowym i niepokonanym problemem dla Arystotelesa był problem abstrahowania tj. pomijania

nieistotnych parametrów np. tarcia i koncepcja budowania modeli fizycznych, ponadto brak „metody” badania naukowego oraz bazowanie na niezbyt dokładnych obserwacjach nie ułatwiały mu dotarcia do poprawnych wyników. ( Jak dalej zobaczymy właśnie obecność tych przymiotów pozwoliła Galileuszowi śmiało zdruzgotać dynamikę Arystotelesa )

Jednakże fizyczne poglądy Filozofa przetrwały aż do późnych wieków średnich stając się obowiązującą wykładnią filozofii przyrody. Należy zwrócić również uwagę, że wiele z poglądów fizycznych Arystotelesa jest zgodne z pobieżnym

doświadczeniem i stanowi trzon tzw. zdrowo rozsądkowych wyobrażeń dotyczących natury ruchu, kto bowiem zaprzeczy, że dym unosi się ku górze, kamień opada ku dołowi, wóz nie porusza się bez udziału siły wymuszającej.

Aby dopełnić obrazu myśli naukowej starożytności należy wspomnieć o osiągnięciach astronomów greckich. To Grekom przypisuje się wynalazek przyrządu astronomicznego, który znacznie usprawnił obserwacje nieba – mowa o astrolabium.

Jednak główną ich zasługą było opracowanie teorii ruchu ciał niebieskich (ruch po okręgach –wprowadzenie cykli i epicykli).

Parmenides z Elei (odkrycie kulistości Ziemi), Anaksagoras ( jakościowe wyjaśnienie powodu zaćmień słonecznych), Eudokos (schemat systemu planetarnego), Hipparch (układ współrzędnych sferycznych), Arystoteles (elementy kosmologii), Eratostenes (pomiar obwodu Ziemi), Apolloniusz (astronomia epicykliczna) – to tylko kilku twórców astronomii i jej metod w świecie Helleńskim. No i na koniec należy wspomnieć o Ptolomeuszu największym astronomie, (był on również matematykiem i astrologiem ) świata starożytnego autora – Almagestu, książki która do czasów Kopernika wyznaczała kanony astronomii.

Bardzo istotnym dla dalszego rozwoju nauki były następujące zagadnienia poruszane przez uczonych starożytnych : 1) Konstrukcje geometryczne ( platońskie ) prowadzone za pomocą cyrkla i linijki. W szczególności istotne było zagadnienie wykonania następujących konstrukcji : kwadratury koła, wyprostowania okręgu, podwojenia sześcianu, , trysekcja kąta.

„Waga tych problemów polega na tym, że nie mogą one być rozwiązane geometrycznie przez konstrukcje skończonej ilości linii prostych i łuków kołowych, chyba że w sposób przybliżony. Stanowiły one w ten sposób pojęcie służące do

poszukiwań w nowych działach matematyki. Doprowadziły one do odkrycia przekrojów stożkowych i pewnych krzywych sześciennych, czwartego stopnia i jednej krzywej przestępnej, kwadryki”. [14b, str. 58 ]

Stymulującym dla dalszego rozwoju matematyki był również problem konstruowalność n-kątów foremnych.

2) Zagadnienie formalizacji metod geometrycznych na przykładzie „Elementów” Euklidesa. Wykorzystanie twierdzeń i dowodów jak również wnioskowanie na ich podstawie.

„Elementy stanowią pełny aksjomatyczny wykład całej matematyki w stanie do jakiego doprowadzono ją w Grecji

helleńskiej. O tym, jak wysoki jest to stan i jak wysoki jest stopień jasności wykładu świadczy fakt, że do końca XIX wieku w wielu krajach były one używane jako podręcznik szkolny” [ 7b str. 79 ]

3) Zagadnienie continuum, nieskończoności potencjalnej i aktualnej oraz pojęcia liczby niewymiernej.

4) Paradoksy Zenona z Elei – paradoks strzały, paradoks żółwia i Achillesa, dichotomii.

5) Elementarna składniki i budowa Wszechświata – teoria atomistyczna, podstawowe składniki budowy Wszechświata, systemy kosmologiczne i kosmogoniczne.

„Zasługą Heraklita było nie tylko wskazanie na wewnętrzną harmonię rozwoju całej przyrody, ale także na źródła tego procesu. Rozwój bowiem determinowany była ciągłą walką przeciwieństw, które powodują kolejne powroty do praźródła.

Wszystko było dla Heraklita jednością, powiadał także, że : „tego porządku świata, który jest ten sam dla wszystkich, nie zrobił żaden bóg ani człowiek. Był on zawsze, jest i zawsze będzie : wiecznie żyjący ogień, rozniecany wedle miary i wedle miary gasnący”. Podobnie jak dla Talesa woda, dla Anaksymandesa – powietrze, tak dla Heraklita ogień jako element podstawowy nie był wolny od elementu boskości”

„Koncepcja Empedoklesa wyróżniała cztery elementy : ogień, powietrze wodę i ziemię, które łączą się ze sobą tworząc cykliczną przemianę w świecie.

„Leukippos i Demokryt powiadają, że zasadą jest pełnia i próżnia, nazywając pierwszą bytem, drugą natomiast niebytem.

Byt zaś jest pełny i zwarty, a niebyt pusty i rzadki.

I dalej „...każda rzecz rozciągła mająca wielkość, jest podzielna na mniejsze cząstki. Kresem podziału jest atom mający niepodzielne kształty, które zróżnicowane pod względem wielkości, są tak małe, że nie podpadają pod zmysły. Każdy atom jest absolutnie jednorodny i nie różni się od drugiego pod względem jakościowym. Jest bowiem czymś wiecznym i

niezmiennym. Atomy różnią się jedynie kształtem, porządkiem i położeniem.”

„Usiłując uporządkować rzeczywistość Platon i Pitagoras, doszli do wniosku, że można ją opisać pod względem liczbowym, a więc liczba musi wyrażać istotę wszystkich rzeczy. Poszczególne elementy świata dają się również przedstawić jako figury geometryczne. Cały świat odpowiada dodekaedrem, odpowiadał on bowiem doskonałej bryle składającej się z 10 boków. Miejsce środkowe tego świata zajmuje ogień centralny, wokół niego krążą planety w tym Antyziemia, domniemana planeta poruszająca się po tej samej orbicie co Ziemia. Wszystkie te planety w czasie swojego ruchu po swoich orbitach wydają określone tony zależne od szybkości ruchu i długości przebytej drogi. Stąd też pochodzi pitagorejska harmonia sfer, bowiem odległości wzajemne planet miały być do siebie w stosunku harmonijnym. [3b]

3.1 ZMIERZCH ŚWIATA ANTYCZNEGO

Latem roku 410 Alaryk wódz Wizygotów zdobywa Rzym. Rabuje i plądruje miasto, które przez kilka wieków było stolicą najpotężniejszego imperium w antycznym świecie. Fakt ten wywarł wstrząsające wrażenie na współczesnych ,

św. Hieronim dowiedziawszy się o tym fakcie piszę: „O zgrozo, ginie cały świat”.

I faktycznie możemy umownie mówić o zakończeniu pewnej epoki, epoki której początki giną w mroku dziejów.

U jej zarania człowiek jawi się jako istota która nieporadnie i z trudem panuje nad swoim środowiskiem naturalnym.

W następnych „stadiach” przechodzi poprzez bardziej złożone systemy, konstrukcje i koncepcje by poprzez myśl starożytnych Greków i Rzymian osiągnąć swe antyczne apogeum.

Po upadku Cesarstwa Zachodnio-Rzymskiego cywilizacja zachodnia pogrąża się w pewnego rodzaju chaosie zarówno w sferze społecznej (wędrówki ludów) jak i intelektualnej. Osiągnięcia filozofów i uczonych Greckich zostają zapomniane, ich ocalenie dla następnych pokoleń zawdzięczamy w dużej mierze arabskim tłumaczeniom. Można bowiem powiedzieć że to uczeni arabscy stali się w tych trudnych dla zachodu wiekach propagatorami i powiernikami helleńskich koncepcji filozoficznych. Środek ciężkości myśli naukowej i filozoficznej przesuwa się na wschód do Bizancjum (Konstantynopola) i Aleksandrii dając swój przejaw w osobach filozofów tej miary co Al-Kindi, Al.-Farabi, Awicena, Awerroes [19b].

Po wielu wiekach kształtowania się państwowości i ustroju(min. Królestwo Karolingów , Cesarstwo Niemieckie) myśl Europejska zaczyna odgrywać zauważalną rolę od ok. XII wieku. Na ożywienie ducha nauki i filozofii w Europie zachodniej (Francja ,Anglia , Niemcy Hiszpania ,Włochy) złożyło się wiele czynników zarówno gospodarczych (rozwój miast), społecznych (wykształcenie jako czynnik awansu społecznego), militarnych itp. Warto jednak zauważyć znaczącą rolę powstających szkół klasztornych (bogate biblioteki) jak i uniwersytetów świeckich. W środowiskach uniwersyteckich dojrzewała bowiem rewolucja naukowa której owocem jest nowożytna nauka. To tam najpierw w duchu scholastyki (ogólnie rozumianej jako próba rozumowego wyjaśnienia chrześcijańskiego objawienia) a później w duchu powstającego racjonalizmu pojawia się metoda naukowego podejścia do świata.

3.2 NAUKA I FILOZOFIA ŚREDNIOWIECZA

Pośród wielu średniowiecznych myślicieli należy wymienić zwłaszcza :

Jana Szkota – Eriugene, Piotra Abelarda, Hugona ze św. Wiktora, Tomasza z Akwinu Jana Dunsa Szkota [19b].

Dla rozwoju nowoczesnego pojęcia „nauki” najistotniejsze jednak były postaci Roberta Bacona oraz Wilhelma Ockhama.

W pierwszej kolejności należałoby omówić rozwój astronomii i koncepcji dotyczących budowy Wszechświata.

Podstawowym modelem Wszechświata w okresie wczesnego średniowiecza był geocentryczny model Ptolemeusza.

Oparty on był o metodę epicykli. Wzrost dokładności i systematyczności obserwacji astronomicznych doprowadził do diametralnej zmiany poglądów na temat budowy świata ( rewolucja kopernikańska, obserwacje Tycho Brahe, prawa Keplera ). W książkach [ 4b, 21b, 22b ] wyłożono dokładnie ten temat.

Jak można się domyślać recepcja modelu zaproponowanego przez Kopernika nie była procesem łatwym ( warto wspomnieć, że sam Kopernik traktował ( lub musiał tak traktować pod wpływem cenzury kościelnej ) swój model jako model czysto matematyczny )

Zakorzenienie arystotelowskiego modelu świata, ( wspierane przez ogólny klimat epoki – wszech możny teocentryzm chrześcijański ) było tak głębokie, że nie łatwo było propagować nowe myśli i koncepcje naukowe ( patrz np. poglądy, które według ówczesnych były herezjami propagowane przez G. Bruno )

Rys. 3.1 Schematyczny opis systemu Ptolomeusza według J. Heweliusza

Rys. 3.2 Metoda epicykli.

Rys. 3.3 Schematyczny opis systemu kopernikańskiego, według angielskiego matematyka T. Diggensa

Odwieczne pytanie o miejsce człowieka w Wszechświecie, poszukiwanie sensu i zasad funkcjonowania świata było jednak silniejsze zarówno od dogmatyzmu religijnego jaki i hegemonii jaką narzuciło nauce średniowiecznej, hermetyczne interpretowanie myśli Filozofa ( Arystotelesa ). Z jednej bowiem strony wydawało się, że religia ( prawda objawiona przez Boga ) tłumaczy wszystko i nie są potrzebne żadne inne metody zdobywania wiedzy i tłumaczenia istoty wszechświata, z drugiej strony „oswojenie” myśli Arystotelesa ( dzieło życia Tomasza z Akwinu ) i połączenie jej z nauką Kościoła wydawały się stanowić doskonałą metodę „naukowego” tłumaczenia świata. Model wynikający z takiej syntezy był istotnie bardzo pociągający, prosty, łatwy w zrozumieniu i wyjaśnienia, a ponadto wydawało się, że jest on potwierdzony przez doświadczenie. Otóż, Wszechświat i wszystko w nim zawarte, istnieje bowiem został stworzony przez Boga, Ma on bardzo prostą budowę – Ziemia stanowi jego centrum ( jako miejsce zamieszkania człowieka – najważniejszej stworzonej istoty ) Jest ona nieruchoma, ruch ciał na powierzchni Ziemi i w obszarze księżycowym i ponad księżycowym podlega prawom jakie sformułował Arystoteles w ramach swojej dynamiki. Wszystkie te fakty w ramach ówczesnych metod

doświadczalnych miały oparcie w doświadczeniu. Wykrycie ruchu Ziemi, istotnie z zastosowaniem prymitywnych metod i bez odpowiednich pojęć jest trudne. Ziemia, istotnie wydaje się być w centrum świata, człowiek, istotnie wydaje się być istotą o szczególnej roli, prawa dynamiki Arystotelesa w jakimś stopniu są spełnione – wszystko to sprawiło, że Tomizm ( tj. scholastyczna synteza filozofii chrześcijańskiej i filozofii Arystotelesa ) stał się jedną z pierwszych systematycznych metod wczesno-naukowych ( pseudonaukowych ) badania zasad funkcjonowania świata.

Jest to metoda bazująca na opisie ewentualnie z prostymi elementami geometrycznej interpretacji. Jej głównym i wyróżniającym składnikiem jest wprowadzenie istoty rozumnej ( przez co sam świat posiada cechy racjonalne ) i transcendentnej wobec świata. Możliwość stwierdzenia obecność takiej istoty i jej działania w świecie jest nie możliwe z przyczyn doktrynalnych jak i z racji tego, że istota ta ( tj. Bóg ) działa według własnego i nieprzewidywalnego planu.

Zatem, wszelkie wątpliwości można tłumaczyć cechą zasadniczą cechą nieprzewidywalności działań i woli Boga.

Model ten wydawał się tak oczywisty, że właściwie kwestią niedyskutowalną było głębsze potwierdzenie doświadczalne jego wniosków. Zresztą, fakt, iż należy potwierdzić w doświadczeniu formułowane teorie nie był w owym czasie jasno sformułowany i jasno rozumiany.

Rys. 3.4 Koryfeusze nauki późnego średniowiecza. ( oczywiście nie wszyscy )

W okresie późnego średniowiecza zaczynają się krystalizować pewne pojęcia kinematyczne i dynamiczne.

Dla rozwoju dynamiki kluczowymi stały się prace Ockhama. Dochodzi on do wniosku, że koncepcja Arystotelesa, mówiąca, że źródłem ruchu poruszającego się przedmiotu jest ośrodek materialny w którym on się porusza, nie może być prawdziwa. Ockham przyjmuje rewolucyjne i bardzo proste wyjaśnienie – przedmiot porusza się, po zaprzestaniu działania siły sprawczej, ponieważ posiada pewną ( nadaną mu przez tę siłę ) wewnętrzną własność ( później nazwana ona zostanie bezwładnością ). Poglądy Ockhama zostały rozwinięte przez Jana Burdiana ( profesora Uniwersytetu Paryskiego ), który wprowadza pojęcie impetu. Jest to wielkość proporcjonalna do prędkości poruszającego się ciała oraz do „ilości materii” w nim zawartej. Impetus ( dzisiaj pojęcie to znane jest jako pęd ) „zmusza” ciało do kontynuowania ruchu, tak długo, jak długo nie zostanie on odebrany ciału przez opór ośrodka ( powietrza ) i siłę ciężkości.

Kluczowym dla dalszego rozwoju nauki jest filozofia Franciszka Bacona ( 1561 – 1626 ) Powszechnie od tego uczonego wywodzi się wprowadzenie metody doświadczalnej jako źródła pozyskiwania wiedzy. Tradycyjna filozofia, była jego zdaniem do tego stopnia bezwartościowa, że cytując : „całą naszą nadzieję pokładać możemy jedynie w odrodzeniu nauk.

Należy je mianowicie w określonym porządku odnowić i od podstaw doświadczenia na nowo zbudować” [ Franciszek Bacon Novum Organonum ]

To, co powszechnie uznawano z błąd dotychczasowych szkół filozoficznych, było ich odwoływanie się do autorytetu tekstów ( zwłaszcza uczonych antycznych – Arystotelesa, Platona , czy tekstów objawionych np. kanonu Biblijnego ), a nie do świadectw jakie daje przyroda. Kto chce poznawać przyrodę ( jej prawa ) musi zwrócić się do jej badania, a nie do wiedzy zawartej w „księgach”. Odpowiednie pytanie zadane przyrodzie tj. odpowiednio przygotowany eksperyment daje nam prawdziwą odpowiedź na zadane pytanie.

Tak na przykład, angielski badacz przyrody William Gilbert ( 1544- 1603 ) zadedykował swój traktat o magnetyzmie

„prawdziwym filozofom, umysłom twórczym, które szukają wiedzy nie w księgach lecz w rzeczach samych”.

Oczywiście zrębów nowej nauki ( doświadczalnej w zamyśle ) nie budowano ex nihilo ( z niczego ). Na konieczność odwołania się do eksperymentu zwracał uwagę już Roger Bacon ( 1214 – 1292 ) w rozdziale 2 swego sześcioczęściowego

„Opus maius” , zatytułowanym „O nauce eksperymentalnej”, pisze :