Τετάρτη, 28 Σεπτεμβρίου, 2022

Εισαγωγή στην Αστρονομία (1) – Η φύση της Αστρονομίας

Η φύση της Αστρονομίας

Η Αστρονομία είναι η επιστήμη που μελετά τα αντικείμενα που βρίσκονται πέρα ​​από τον πλανήτη Γη καθώς και τις τρόπο με τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Μπορούμε να πούμε ωστόσο ότι η Αστρονομία είναι πολύ περισσότερο. Είναι η προσπάθεια της ανθρωπότητας να οργανώσει ό,τι μαθαίνουμε σε μια ξεκάθαρη ιστορία του σύμπαντος, από τη στιγμή της γέννησής του, στο Big Bang, έως την παρούσα στιγμή. Οι γνώσεις μας είναι ένα βιβλίο, μια έκθεση προόδου, μια έκθεση που αλλάζει συνεχώς καθώς νέες τεχνικές και όργανα μας επιτρέπουν να διερευνήσουμε το σύμπαν ολοένα και πιο βαθιά.

Εξετάζοντας την ιστορία του σύμπαντος, διαπιστώνουμε ότι ο Κόσμος εξελίσσεται ασταμάτητα. Αλλάζει ριζικά σε μεγάλα χρονικά διαστήματα. Για παράδειγμα, το σύμπαν έφτιαξε τον άνθρακα, το ασβέστιο και το οξυγόνο που είναι απαραίτητα για να κατασκευάσει κάτι τόσο ενδιαφέρον και περίπλοκο όσο εσείς. Σήμερα, πολλά δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, το σύμπαν έχει εξελιχθεί σε ένα πιο φιλόξενο μέρος για τη ζωή. Η ανίχνευση των εξελικτικών διαδικασιών που συνεχίζουν να διαμορφώνουν το σύμπαν είναι ένα από τα πιο σημαντικά αντικείμενα μελέτης της σύγχρονης Αστρονομίας.

Η φύση της επιστήμης

Ο απόλυτος κριτής στην επιστήμη είναι πάντα αυτό που η ίδια η φύση αποκαλύπτει βάσει παρατηρήσεων, πειραμάτων, μοντέλων και δοκιμών. Η επιστήμη δεν είναι απλώς ένα σώμα γνώσης. Είναι μια μέθοδος με την οποία προσπαθούμε να κατανοήσουμε τη φύση και πώς συμπεριφέρεται. Αυτή η μέθοδος ξεκινά με πολλές παρατηρήσεις για κάποια χρονική περίοδο. Από την μελέτη των παρατηρήσεων, οι επιστήμονες μπορούν να μοντελοποιήσουν τα συγκεκριμένα φαινόμενα που θέλουμε να κατανοήσουμε. Τέτοια μοντέλα είναι πάντα προσεγγίσεις της φύσης, υπόκεινται σε περαιτέρω δοκιμές ακόμα και σε ανατροπές.

Ένα σπουδαίο αστρονομικό παράδειγμα είναι το γεγονός ότι οι αρχαίοι αστρονόμοι δημιούργησαν ένα μοντέλο (εν μέρει από παρατηρήσεις και εν μέρει από φιλοσοφικές πεποιθήσεις) ότι η Γη ήταν το κέντρο του σύμπαντος και όλα κινούνταν γύρω της σε κυκλικές τροχιές. Αρχικά, οι διαθέσιμες παρατηρήσεις μας για τον Ήλιο, τη Σελήνη και τους πλανήτες συμφωνούσαν με αυτό το μοντέλο. Ωστόσο, μετά από επιπλέον παρατηρήσεις, το μοντέλο έπρεπε να ενημερωθεί με την προσθήκη περίπλοκων κύκλων για να απεικονίσει τις κινήσεις των πλανητών γύρω από τη Γη στο κέντρο. Καθώς πέρασαν οι αιώνες και αναπτύχθηκαν βελτιωμένα όργανα για την παρακολούθηση αντικειμένων στον ουρανό, το παλιό μοντέλο (ακόμη και με τεράστιο αριθμό κύκλων) δεν μπορούσε πλέον να εξηγήσει όλα τα παρατηρούμενα γεγονότα. Έτσι γεννήθηκε ένα νέο μοντέλο, με τον Ήλιο στο κέντρο, που ταλιριαζε καλύτερα στα πειραματικά στοιχεία. Μετά από μια περίοδο φιλοσοφικού αγώνα, έγινε αποδεκτή ως η άποψή μας για το σύμπαν.

Όταν προτείνονται για πρώτη φορά νέα μοντέλα ή ιδέες, μερικές φορές ονομάζονται υποθέσεις. Μπορεί να πιστεύετε ότι δεν μπορεί να υπάρξει νέα υπόθεση σε μια επιστήμη όπως η Αστρονομία – ότι όλα τα σημαντικά έχουν ήδη γίνει γνωστά. Τίποτα δεν θα μπορούσε να απέχει περισσότερο από την αλήθεια. Για παράδειγμα, η σημασία που έχουν τα τεράστια κομμάτια βράχου και πάγου που έπληξαν τη Γη και συνέβαλαν στην ανάπτυξη της ζωής στη Γη, είναι ακόμη υπό συζήτηση. Και ενώ τα στοιχεία είναι ισχυρά ότι τεράστιες ποσότητες αόρατης «σκοτεινής ενέργειας» αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος, οι επιστήμονες δεν έχουν πειστική εξήγηση για το τι είναι πραγματικά η σκοτεινή ενέργεια. Η επίλυση αυτών των προβλημάτων θα απαιτήσει δύσκολες παρατηρήσεις στην πρώτη γραμμή της τεχνολογίας μας και όλες αυτές οι υποθέσεις χρειάζονται περαιτέρω δοκιμές προτού τα ενσωματώσουμε πλήρως στα τυπικά αστρονομικά μοντέλα μας.

Αυτό το τελευταίο σημείο είναι κρίσιμο: μια υπόθεση πρέπει να προτείνει μια διαδικασία που μπορεί να δοκιμαστεί. Η πιο απλή προσέγγιση σε τέτοιες δοκιμές στην επιστήμη είναι η εκτέλεση ενός πειράματος. Εάν το πείραμα διεξαχθεί σωστά, τα αποτελέσματά του είτε θα συμφωνήσουν με τις προβλέψεις της υπόθεσης είτε θα το αντικρούσουν. Εάν το πειραματικό αποτέλεσμα είναι πραγματικά ασυμβίβαστο με την υπόθεση, ένας επιστήμονας πρέπει να απορρίψει την υπόθεση και να προσπαθήσει να αναπτύξει μια εναλλακτική λύση. Εάν το πειραματικό αποτέλεσμα συμφωνεί με προβλέψεις, αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η υπόθεση είναι απολύτως σωστή. Ίσως αργότερα τα πειράματα να έρχονται σε αντίθεση με κρίσιμα μέρη της υπόθεσης. Όμως, όσο περισσότερα πειράματα συμφωνούν με την υπόθεση, τόσο πιο πιθανό είναι να αποδεχτούμε την υπόθεση ως χρήσιμη περιγραφή της φύσης.

Ένας τρόπος να το κατανοήσουμε είναι να σκεφτούμε έναν επιστήμονα που γεννήθηκε και ζει σε ένα νησί όπου υπάρχουν μόνο μαύρα πρόβατα. Μέρα με τη μέρα ο επιστήμονας συναντά μόνο μαύρα πρόβατα, οπότε υποθέτει ότι όλα τα πρόβατα είναι μαύρα. Αν και κάθε παρατηρούμενο πρόβατο προσθέτει εμπιστοσύνη στην υπόθεση, ο επιστήμονας πρέπει να επισκεφθεί την ηπειρωτική χώρα και να παρατηρήσει ένα λευκό πρόβατο για να αποδείξει την υπόθεση λανθασμένη.

Όταν διαβάζουμε για πειράματα, πιθανότατα έχουμε στην φαντασία μας την εικόνα ενός επιστήμονα σε ένα εργαστήριο που διεξάγει δοκιμές ή λαμβάνει προσεκτικές μετρήσεις. Αυτό ισχύει σίγουρα για έναν βιολόγο ή έναν χημικό, αλλά τι μπορούν να κάνουν οι αστρονόμοι όταν το εργαστήριο μας είναι το σύμπαν; Είναι αδύνατο να τοποθετήσουμε μια ομάδα αστεριών σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα ή να παραγγείλουμε έναν άλλο κομήτη από μια εταιρεία επιστημονικής προμήθειας.

Η Αστρονομία καλείται μερικές φορές μια επιστήμη παρατήρησης. Κάνουμε συχνά τις δοκιμές μας παρατηρώντας πολλά δείγματα του αντικειμένου που θέλουμε να μελετήσουμε και σημειώνοντας προσεκτικά πώς διαφέρουν τα διαφορετικά δείγματα. Νέα όργανα και τεχνολογία μπορούν να μας επιτρέψουν να δούμε αστρονομικά αντικείμενα από νέες προοπτικές και με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Οι υποθέσεις μας στη συνέχεια κρίνονται υπό το φως αυτών των νέων πληροφοριών και περνούν ή αποτυγχάνουν με τον ίδιο τρόπο που θα αξιολογούσαμε το αποτέλεσμα ενός εργαστηριακού πειράματος.

Η Αστρονομία σχετίζεται επίσης με την επιστήμη της Ιστορίας. Αυτό που παρατηρούμε έχει ήδη συμβεί στο σύμπαν και δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα για να το αλλάξουμε. Με τον ίδιο τρόπο, ένας γεωλόγος δεν μπορεί να αλλάξει αυτό που έχει συμβεί στον πλανήτη μας και ένας παλαιοντολόγος δεν μπορεί να ξαναζεί ένα αρχαίο ζώο. Αν και αυτό μπορεί να κάνει την Αστρονομία δύσκολη, μας δίνει επίσης συναρπαστικές ευκαιρίες να ανακαλύψουμε τα μυστικά του κοσμικού μας παρελθόντος.

Μπορούμε να συγκρίνουμε έναν αστρονόμο με έναν ντετέκτιβ ο οποίος προσπαθεί να λύσει ένα έγκλημα που συνέβη πριν φτάσει ο ντετέκτιβ στη σκηνή. Υπάρχουν πολλά στοιχεία, αλλά τόσο ο ντετέκτιβ όσο και ο επιστήμονας πρέπει να εξετάσουν και να οργανώσουν τα στοιχεία για να δοκιμάσουν διάφορες υποθέσεις για το τι πραγματικά συνέβη. Και υπάρχει ένας άλλος τρόπος με τον οποίο ο επιστήμονας είναι σαν ντετέκτιβ: και οι δύο πρέπει να αποδείξουν την υπόθεσή τους. Ο ντετέκτιβ πρέπει να πείσει τον εισαγγελέα, τον δικαστή, και τελικά τους ενόρκους ότι η υπόθεσή του είναι σωστή. Ομοίως, ο επιστήμονας πρέπει να πείσει τους συναδέλφους, τους εκδότες περιοδικών, και τελικά μια ευρεία κοινωνία άλλων επιστημόνων ότι η υπόθεσή του είναι προσωρινά σωστή. Και στις δύο περιπτώσεις, μπορεί κανείς να ζητήσει μόνο αποδεικτικά στοιχεία «πέρα από μια λογική αμφιβολία». Και μερικές φορές νέα στοιχεία θα αναγκάσουν τόσο τον ντετέκτιβ όσο και τον επιστήμονα να αναθεωρήσουν την τελευταία τους υπόθεση.

Αυτή η αυτο-διορθωμένη πτυχή της επιστήμης χαρακτηρίζει τις περισσότερες ανθρώπινες δραστηριότητες. Οι επιστήμονες περνούν πολύ χρόνο αμφισβητώντας και αμφισβητώντας ο ένας τον άλλον, γι’ αυτό οι αιτήσεις για χρηματοδότηση έργων – καθώς και αναφορές για δημοσίευση σε ακαδημαϊκά περιοδικά – περνούν μια εκτεταμένη διαδικασία αξιολόγησης από ειδικούς, η οποία είναι μια προσεκτική εξέταση από άλλους επιστήμονες στο ίδιο πεδίο. Στην επιστήμη (μετά την επίσημη εκπαίδευση και κατάρτιση), όλοι ενθαρρύνονται να βελτιώσουν τα πειράματα και να αμφισβητήσουν οποιαδήποτε και όλες τις υποθέσεις. Οι νέοι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ένας από τους καλύτερους τρόπους για να προωθήσουν την καριέρα τους είναι να βρουν μια αδυναμία στην τρέχουσα κατανόησή μας για κάτι και να το διορθώσουν με μια νέα ή τροποποιημένη υπόθεση.

Αυτός είναι ένας από τους λόγους που η επιστήμη έχει σημειώσει μια τέτοια δραματική πρόοδο. Ένας προπτυχιακός επιστήμονας σήμερα γνωρίζει περισσότερα για την επιστήμη και τα μαθηματικά από ό,τι ο Sir Isaac Newton, ένας από τους πιο γνωστούς επιστήμονες που έζησαν ποτέ.

Οι νόμοι της φύσης

Για αιώνες οι επιστήμονες έχουν εξαγάγει διάφορους επιστημονικούς νόμους από αμέτρητες παρατηρήσεις, υποθέσεις και πειράματα. Αυτοί οι επιστημονικοί νόμοι είναι, κατά μία έννοια, οι «κανόνες» του παιχνιδιού που παίζει η φύση. Μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη για τη φύση είναι ότι οι ίδιοι νόμοι ισχύουν παντού στο σύμπαν. Οι κανόνες που καθορίζουν την κίνηση των αστεριών, απέραντα μακριά από τα μάτια μας, είναι οι ίδιοι που καθορίζουν τη διαδρομή της μπάλας σε κάθε ποδοσφαιρικό αγώνα μετά από ένα χτύπημα.

Να σημειώσουμε ότι χωρίς την ύπαρξη τέτοιων καθολικών νόμων, δεν θα μπορούσαμε να σημειώσουμε μεγάλη πρόοδο στην αστρονομία. Εάν κάθε γειτονιά του σύμπαντος είχε διαφορετικούς νόμους, θα είχαμε ελάχιστες πιθανότητες να ερμηνεύσουμε τι συνέβη σε άλλες «γειτονιές». Όμως, η συνέπεια των νόμων της φύσης μας δίνει τεράστια δύναμη να κατανοήσουμε μακρινά αντικείμενα χωρίς να ταξιδεύουμε μέχρι εκεί ώστε να μάθουμε τους τοπικούς νόμους. Με τον ίδιο τρόπο, εάν κάθε περιοχή μιας χώρας είχε εντελώς διαφορετικούς νόμους, θα ήταν πολύ δύσκολο να διεξαχθεί εμπόριο ή ακόμη και να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά των ανθρώπων σε αυτές τις διαφορετικές περιοχές. Ένα συνεκτικό σύνολο νόμων, ωστόσο, μας επιτρέπει να εφαρμόζουμε ό,τι μαθαίνουμε ή εξασκούμαστε σε μια κατάσταση σε οποιαδήποτε άλλη πολιτεία.

Αυτό δεν σημαίνει ότι τα τρέχοντα επιστημονικά μοντέλα και οι νόμοι μας δεν μπορούν να αλλάξουν. Νέα πειράματα και παρατηρήσεις μπορούν να οδηγήσουν σε νέα, πιο εξελιγμένα μοντέλα – μοντέλα που μπορούν να περιλαμβάνουν νέα φαινόμενα και νόμους σχετικά με τη συμπεριφορά τους. Η γενική θεωρία της σχετικότητας που πρότεινε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είναι ένα τέλειο παράδειγμα μιας τέτοιας μεταμόρφωσης που πραγματοποιήθηκε πριν από έναν αιώνα. Μας οδήγησε να προβλέψουμε, και τελικά να παρατηρήσουμε, μια παράξενη νέα κατηγορία αντικειμένων που οι αστρονόμοι ονομάζουν μαύρες τρύπες.

Ένα σημαντικό πρόβλημα στην περιγραφή επιστημονικών μοντέλων έχει να κάνει με τους περιορισμούς της γλώσσας. Όταν προσπαθούμε να περιγράψουμε περίπλοκα φαινόμενα σε καθημερινή βάση, οι ίδιες οι λέξεις μπορεί να μην είναι επαρκείς. Για παράδειγμα, μπορεί να έχετε ακούσει τη δομή του ατόμου ως ένα μικροσκοπικό ηλιακό σύστημα. Ενώ ορισμένες πτυχές του σύγχρονου μοντέλου του ατόμου μας θυμίζουν πλανητικές τροχιές, πολλές άλλες από τις πτυχές του είναι θεμελιωδώς διαφορετικές.

Αυτό το πρόβλημα είναι ο λόγος που οι επιστήμονες προτιμούν συχνά να περιγράφουν τα μοντέλα τους χρησιμοποιώντας μαθηματικές εξισώσεις και όχι λέξεις. Εδώ θα χρησιμοποιήσουμε κυρίως λέξεις για να συζητήσουμε τι έχουν μάθει οι επιστήμονες. Θα αποφύγουμε τα πολύπλοκα μαθηματικά, χωρίς να θέλουμε να μειώσουμε στο παραμικρό την τεράστια συμβολή τους.

 

ΠΡΟΣΦΑΤΑ ΑΡΘΡΑ

Εντοπίστηκε ο υπεύθυνος για τον αποδεκατισμό των υποψηφίων στην Αρχιτεκτονική Ξάνθης!

Τις προηγούμενες ημέρες το Υπουργείο Παιδείας, διά στόματος της (αν)αρμόδιας Υπουργού κας Ν. Κεραμέως, επανέλαβε σε όλους τους τόνους ότι «την Ελάχιστη Βάση Εισαγωγής...

Οι αλλαγές στις Πανελλαδικές από το 2022: «στο θολωμένο της μυαλό…»*

Οι Πανελλαδικές του 2021 θα μείνουν στην Ιστορία των Εισαγωγικών Εξετάσεων ως οι «εξετάσεις – λαιμητόμος». Προφανώς αναφέρομαι στην εφαρμογή της Ελάχιστης Βάσης Εισαγωγής...

Η ανεστραμμένη (ή αντεστραμμένη) τάξη, η κα Κεραμέως κι εμείς, οι Εκπαιδευτικοί.

Κι έτσι, μαζί με τον Νόμο 4823 της 3ης Αυγούστου 2021, γνωστό και ως «νόμο αξιολόγησης – καρμανιόλας των εκπαιδευτικών», μπήκε στην συζήτηση η...
- Advertisement -

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ

Τι είναι το χιόνι;

Τα σύννεφα αποτελούνται είτε από σταγόνες νερού είτε από παγοκρυστάλλους είτε και από τα δύο μαζί. Οι παγοκρύσταλλοι δημιουργούνται στα νέφη όταν οι σταγόνες νερού...

Ο «Δρ. Πυρηνική βόμβα»: Ρόμπερτ Οπενχάιμερ

Ο τραγικός σύγχρονος Προμηθέας που έδωσε στην ανθρωπότητα την πυρηνική φωτιά Όταν ο θεωρητικός φυσικός που πρωτοπόρησε στην κατασκευή της πυρηνικής βόμβας είδε με τα...

Η ψευδοεπιστήμη

Καθημερινά βομβαρδιζόμαστε με νέες έρευνες, αποτελέσματα και ανακαλύψεις, όχι μόνο για μακρινούς κόσμους και μυστηριώδη σωματίδια αλλά και σχετικά με την καθημερινότητά μας, τι...

Το μποζόνιο Χίγκς ή «το σωματίδιο του Θεού» ( ; )

Όλοι έχουμε ακούσει γι’ αυτό. Όχι, δεν αναφέρομαι στο «μποζόνιο Χιγκς» αλλά στο άλλο, στο «σωματίδιο του Θεού». Κάτι έχει πάρει το μάτι μας,...

Πώς δημιουργείται το ουράνιο τόξο;

Σε ποιον δεν αρέσουν τα ουράνια τόξα; Εμφανίζονται σχεδόν μαγικά από το πουθενά, είναι πολύχρωμα και βγαίνουν συνήθως μετά από βροχή, δημιουργώντας μια τρομερή...
error: Content is protected !!