A g lem
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 31

A Gólem PowerPoint PPT Presentation


  • 49 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

A Gólem. Két kísérlet, amely „bizonyította” a relativitás elméletét. Kérdések és fogalmak. Kérdések: Mi történik, ha egy elméletnek ellentmondó eredményre vezet egy kísérlet? Mikor igazol és mikor cáfol egy megfigyelés egy elméletet?

Download Presentation

A Gólem

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


A g lem

A Gólem

Két kísérlet, amely „bizonyította” a relativitás elméletét

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


K rd sek s fogalmak

Kérdések és fogalmak

  • Kérdések:

    • Mi történik, ha egy elméletnek ellentmondó eredményre vezet egy kísérlet?

    • Mikor igazol és mikor cáfol egy megfigyelés egy elméletet?

    • Hogyan alakul ki konszenzus egy elmélet megítélése körül a tudományos közösségben?

  • Fogalmak:

    • Döntő kísérlet

    • Igazolás (verifikáció) és cáfolás (falszifikáció)

    • A társas elfogadás viszonyai

    • A kísérletek elméletfüggése

    • Elméleti elköteleződések és várakozások

    • Tudományos forradalmak

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Mir l lesz sz k t esettanulm ny

Miről lesz szó? – két esettanulmány

  • Két kísérlet, amely az értő közvélemény szemében „bizonyította” a relativitás elméletét:

    • az 1887-es Michelson–Morley-kísérletet a speciális,

    • Eddington 1919-es expedícióját az általános

      relativitáselmélet melletti döntő bizonyítékként szokták említeni

  • Kik?

    • Elsősorban a fizikatankönyvek és a tudományos népszerűsítő irodalom

  • Ezek olvasói a mi célközönségünk is:

    • NEM az adott részterülettel foglalkozó tudósok és tudománytörténészek – nekik általában alapos tudásuk van ezekről az esetekről, ők a szakértői ennek - bár az eltérő nézőpontnak köszönhetően nem feltétlenül jutnak ugyanazokra a konklúzióra, mint a tudománytörténészek

    • Viszont szinte mindenki más laikus ezzel kapcsolatban: nemcsak a tudomány iránt érdeklődők általában, hanem a más területen dolgozó kutatók is!

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Egy j gondolat els pr sikere

Egy új gondolat elsöprő sikere

  • A relativitáselmélet sok mindennek vált a szimbólumává:

    • az emberi géniusz csúcsteljesítménye

    • az érthetetlenség netovábbja

    • a relativizmus mételye

    • a bátor tudományos állítások és kísérleti igazolásuk iskolapéldája

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


N h ny id zet

Néhány idézet

  • „A Michelson-Morley kísérlet bebizonyította, hogy nincs éterszél, és megállapította, hogy a fénysebesség állandó minden inerciarendszerhez viszonyítva” (http://hu.wikipedia.org/wiki/Speciális_relativitáselmélet)

  • „Albert Einstein nevéhez fűződik a tudományos élet egyik legnagyobb felfedezése, a relativitáselmélet megalkotása. A híres német tudóst barátság fűzte kortársához, az angol tudományos élet kiemelkedő képviselőjéhez, Sir Arthur Eddingtonhoz. Az angol fizikus volt ugyanis az első, aki megértette Einstein elméletét. A két lángelme felvette egymással a kapcsolatot, levelezésük során megosztották egymással észrevételeiket és gondolataikat.” (port.hu, az Einstein és Eddington c. 2008-as film ismertetője)

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Az elm letek igazol sa

Az elméletek igazolása

  • Honnan tudjuk, hogy egy elmélet igaz?

    • Megmérjük?

    • Tudunk olyan kísérletről, ami igazolja a jóslatait?

    • Minden kísérlet igazolja a jóslatait?

    • Belátjuk, hogy szükségszerűen igaz?

    • Mindenki elhiszi?

  • „Ha van olyan mérés, amely igazolja az elméletünket, azaz az elmélet jóslatait megbízható adatokkal tudja alátámasztani, akkor az elméletünk helyes.”

    • Ez logikailag nyilvánvalóan sántít, mégis sokszor ebben a formában szoktak hivatkozni kísérletekre

  • Milyen döntő kísérletekről tudunk, amelyek igazoltak kérdéses elméleteket?

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


I felvon s elm sz csillagok

Einstein forradalmi elmélete bátor jóslatot tesz a newtoni világképhez képest

Mindkét elméletben elhajlik a fény erős gravitáció esetén, de az általános relativitáselmélet szerint nagyobb mértékben.

Kérdés: kinek van igaza?

Eddington csillagászati mérései Einstein elméletét igazolták

I. felvonás: Elmászó csillagok

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A szok sos forgat k nyv

Egy csapásra hősök lesznek, akik a nemzetek közötti viszálykodás helyett együttműködve érnek el világraszóló eredményt

Szalagcímek a sajtóból:

"The Revolution In Science/Einstein Versus Newton" (The London Times, 1919. nov. 8.)

"Lights All Askew In The Heavens/Men Of Science More Or Less Agog Over Results Of Eclipse Observations/Einstein Theory Triumphs" (The New York Times, 1919. nov. 10.)

A szokásos forgatókönyv

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A relativit selm let ltal nos t sa

A relativitáselmélet „általánosítása”

  • Nézzük meg a történetet kicsit közelebbről

  • Einsteint az 1905-ös eredményei után is tovább foglalkoztatták a különböző megfigyelők közötti relációk

  • Ekvivalencia-elv: egy külső „gravitációs erő” hatására szabadon eső rendszer lokálisan megkülönböztethetetlen az erőmentes mozgástól (1907)

  • Ez a felismerés, ha többnek tekintjük puszta véletlennél, a gravitáció és a mozgásegyenletek alapvető „összegyúrását” követeli meg

  • Einstein egy évtizedig küzd a problémával, mire rátalál a megfelelő matematikai alakra, és 1916-ban eljut a ma általános relativitáselméletnek nevezett megfogalmazáshoz

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A f nyelhajl s j slata

A fényelhajlás jóslata

  • Einstein elgondolásai fokozatosan öltöttek formát

  • 1911-ben egy még félig klasszikus gondolatmenet alapján arra jut, hogy közvetlenül a Nap mellett elhaladó fénysugár 0,87’’ (szögmásodperc) elhajlást szenved

  • 1916-ban, a teljes elmélet birtokában egy második levezetést is ad, amely pontosan egy kettes szorzóban tér el a korábbitól: 1,74”

  • Eddington 1918-as összefoglalójában az első számot nevezte az elhajlás „newtoni” értékének

    • Pedig Einstein ezt is már az ekvivalencia-elv alapján vezette le, viszont még hagyományos téridő-képben

    • Newton természetesen nem mondott ilyesmit – ahhoz a fény és a tömeggel bíró testek közötti valamiféle kölcsönhatás feltételezésére lett volna szükség

    • Később kiderült, hogy egy bizonyos Johann Georg von Soldner 1804-ben (!) publikált egy hasonló számolást, ami teljesen visszhang nélkül maradt

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


H rom lehet s g a f nyelhajl sra

Három lehetőség a fényelhajlásra

1. Nincs

2. 0,87’’ a „newtoni” mértéke:

3. 1,74’’ az „einsteini” mértéke

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


K s rleti ellen rz s

Kísérleti ellenőrzés?

  • Einstein már az1911-es cikkében felvetette, hogy teljes napfogyatkozáskor lehetne ellenőrizni a jóslatát

    • Elméletileg a kor technológiája alapján kimérhető a jósolt eltérés

    • Gyakorlatban azonban – mint azt látni fogjuk – jóval nehezebb a feladat

  • Az öt legközelebbi teljes napfogyatkozás:

    • 1912. október 10.: Erwin Freundlich Brazíliába utazott – ahol a fogyatkozás idején végig esett

    • 1914. augusztus 21.: három kutatócsoport is egy kitörő háborúban találja magát Oroszországban

    • 1916: mindenki háborúskodik

    • 1918. június 8.: egy amerikai csoport (W. Campbell és H. D. Curtis) felvételeket készít, de az eredményeket a kiértékelés nehézsége és bizonytalansága miatt soha nem publikálták

    • 1919. május 29.: pont igen jó a csillagok állása – erről szól a mi történetünk…

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A megfigyel s neh zs gei

A megfigyelés nehézségei

  • Cél: összehasonlítani a csillagok pozícióit normál körülmények között, valamint akkor, amikor a Nap közelében vannak

  • Nehézségek:

    • A Nap mellett a csillagok csakteljes napfogyatkozásidején látszanak, amik csak ritkán és tipikusan nem az obszervatóriumok felett történnek

    • Olyan kicsi az eltérés, hogy csak akkor lehet kimutatni, ha ugyanazt az égboltterületet fotózzák le Nappal és Nap nélkül

    • Ez több hónapos várakozást jelent, hiszen az egyik esetben a Nap jelen van az ég ugyanazon pontján, míg a másik esetben nincs, vagyis az éjszakai égboltot jócskán egy másik oldaláról kell lássuk

    • A megfigyelések ezért más-más évszakra tevődnek, ami eltérő környezeti hőmérsékletet, és így a távcsövek nehezen kontrollálható deformációját okozhatja, ami módosítja a fókusztávolságot is

    • A távoli, eldugott helyen esedékes napfogyatkozásokhoz csak kisebb távcsöveket lehet használni, amelyeknek hosszabb záridőre van szükségük az éles képhez; ez újabb problémához vezet:

    • A távcsövet vagy egy tükröt mozgatni kell, hogy kövesse a Föld forgását

    • Ráadásul az időjárás minden előkészületet meghiúsíthat

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A megfigyel s neh zs gei1

A megfigyelés nehézségei

  • Feladat: meg kell tudni különböztetni a berendezés torzító hatásait a kimérni kívánt effektustól

    a) fényelhajlás b) skálázási hiba

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Helysz n eszk z k s probl m k

Príncipe szigete (Afrika) – Eddington & Cottingham

egy nagyobb, asztrográfiai teleszkóp

Sobral (Brazília) – Commelin & Davidson

egy nagyobb, asztrográfiai teleszkóp, és

egy kisebb távcső, probléma esetére

Probléma lett is:

Príncipén felhős volt az ég

Sobralban a felhők éppen eltűntek a fogyatkozás körül, viszont a nagyobb távcső alatt mozgatandó tükörrel akadtak gondok

Helyszín, eszközök és problémák

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A sobral csoport eszk zei

A Sobral-csoport eszközei

  • Príncipe szigete (Afrika) – Eddington & Cottingham

    • egy nagyobb, asztrográfiai teleszkóp

  • Sobral (Brazília) – Commelin & Davidson

    • 19 fotó egy nagyobb és

    • 8 egy kisebb távcsővel (ebből 1 felhős)

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A m r sek eredm nye

A mérések eredménye

  • Príncipe (Eddingtonék):

    • a felhőzet nem volt nagyon vastag, ezért készítettek felvételeket, hátha valami látszik majd

    • 16 fotólemez készült, de otthon kiderült, hogy ezek közül csak 2 használható, és azokon is csak öt csillag látszik

  • Sobral (Commelin & Davidson):

    • 19 fotó a nagyobb teleszkóppal

      • a tükör problémája miatt elmosódott képek (nagyon nehéz és bizonytalan a kiértékelésük)

    • 8 a kisebb távcsővel

      • szép éles képek, csak egy felhős

      • viszont kisebb területet mutatnak (kevesebb az adat a torzítási korrekciók kiszámítására)

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A m r sek ki rt kel se

A mérések kiértékelése

  • A fotólemezek kiértékelése hónapokig tart

  • A különféle hibák miatt többféle módszertant is alkalmaznak

  • 1. eredmény (Sobral)

    • A Nap melletti csillag-elmozdulás (fényhajlás) mértéke: 1,86 és 2,1 szögmásodperc között van a kisebb távcső adatai alapján (Einsteinnek van igaza?)

    • DE!! A nagyobb teleszkóp képei szerint csak 0,86 szögmásodperc (Newtonnak van igaza?)

  • 2. eredmény (Príncipe)

    • A két rossz minőségű fotó alapján számított szögelhajlás 1,31–1,91 szögmásodperc (mégis inkább Einsteinnek van igaza?)

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A m r sek ki rt kel se1

A mérések kiértékelése

Várható

eredmények: 0” 0,87”1,74”

Principe:

Kis távcső, 2 kép: 1,61”

Sobral

Nagy távcső, 19 kép:0,86”

Kis távcső, 8 kép: 1,93


Az eredm nyek rtelmez se

Az eredmények értelmezése

  • 1919. november 6.: Frank Watson Dyson, a királyi főcsillagász bejelenti, hogy a megfigyelések Einstein elméletét igazolták.

    • A kisebb sobrali távcső adatait tekintették döntő bizonyítéknak, és támogató adatként kezelték a két rossz minőségű Príncipe-i fotót, míg a 18 db, nagyobb távcsővel készült képet figyelmen kívül hagyták!

    • A publikált anyagból a sobrali nagy távcsővel készített képek már kimaradtak, így a mérések közzétett eredményei inkább Einsteint igazolták.

    • A 2.0 körüli érték viszont Einsteint sem igazolja egyértelműen

  • Nem bizonyítható egyértelműen, de valószínű, hogy Dyson és Eddington az adatok kiértékelése során valamennyire szem előtt tartották a tesztelendő elméleteket is

  • Így az elmélet és a kísérlet „idő előtt” kapcsolatba került egymással (pedig a kísérletektől azt szokás elvárni, hogy függetlenek legyenek az elmélettől)

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Az eredm nyek rtelmez se1

Az eredmények értelmezése

  • Később természetesen sok további mérés igazolta ezt az értéket, az 1919-es adatok kiértékelése azonban korántsem volt egyértelmű

  • Mi volt a siker titka?

    • Szerencse?

    • Helyes tudományos megérzés?

  • Valamennyire mindkettő, de az bizonyos, hogy az utókor megítélésében nagy szerepet játszott a retorika

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Ii felvon s tersz l a f ld k r l

II. felvonás: „Éterszél” a Föld körül

  • USA, 1887 – Albert A. Michelson és Edward Morley

    (1852–1931) (1838–1923)

A kísérlet:

a fény sebességét próbálták megmérni a Föld mozgásának mentén, és arra merőleges irányokban is.

Miért?

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Mi rt fontos ez a m r s

Miért fontos ez a mérés?

  • Nyilván a relativitáselmélettől függetlenül, hiszen az csak 25 évvel később születik – megvolt a saját relevanciája

  • A 19. század elméleti fizikai csúcsteljesítménye, az elektromágneses jelenségeket leíró Maxwell-egyenletek szerint a fény sebessége természeti állandó, kb. 300000 km/s – ez elég pontosan egyezett a korabeli mérésekkel

  • Newtoni világképben természetesen felmerül a kérdés, hogy mihez képest, milyen megfigyelő szerint?

  • A század második felében az volt az általános nézet, hogy a fényhullámokat egy sajátos közeg, az éter közvetíti, tehát (értelemszerűen) a fénysebesség az éterhez viszonyítva állandó

  • Ebből arra következtettek, hogy a fényhullámok sebessége a Föld mozgásával változik fog, hiszen a Föld felszínén állva, ha az ún. „éterszéllel” szembe nézünk, a fénynek gyorsabban kellene közelednie, mintha az éterszél hátulról érne minket.

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A naprendszer az terben

A Naprendszer az éterben

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A k s rlet elm leti h ttere

A kísérlet elméleti háttere

  • Cél: A Föld éterbeli sebességének megmérése

    • A fénysebesség nagysága: kb. 300000 km/másodperc

    • Az éter becsült legnagyobb sebessége Föld felszínén (kb. egyenlő a Föld keringési sebességével): 30 km/másodperc

    • A különbség tehát 10000-szeres.

  • Módszer: interferometria

    • Egy fénysugarat kettébontanak, majd újraegyesítenek.

    • Az egyesített sugár esetén interferenciára lehet számítani, ha a külön megtett utakon eltérő volt a sebesség (az effektus már csak 1/100002)

    • Ha a Föld mozgásával más-más szöget zár be a megtört fénysugár, akkor elmozdul az interferenciakép is (hiszen az éter eltérő mértékben lassítja a különböző sugarakat).

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A k s rleti berendez s

A kísérleti berendezés

  • A kísérlet fő elemei:

    • A fénysugarakat megfelelő szögekben kell vezetni és visszaverni

    • A megfigyeléseket több irányban el kell végezni

    • A megfigyeléseket a Föld forgása miatt különböző időpontokban is meg kell ismételni

    • A megfigyeléseket minden évszakban el kell végezni, tekintettel a Föld keringési pályájára

    • A kísérletet egy nyitott, könnyű épületben, lehetőleg minél magasabban kell végezni

  • A kísérletek szerkezete:

    • osztott fénysugár, tükrökkel a megfelelő szögben vezetve, majda forrásnál újraegyesítve

    • egy teljes körben 16 különböző szög megfigyelése

    • éjszakai kísérletezés (csökkentett zajforrás), nyugodt környezet

  • Változók:

    • a berendezés anyaga

    • a fénysugarak hossza

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Az els k t k s rlet

Az első két kísérlet

  • 1881:Michelson (Potsdam)

    • Fénysugár hossza: 120 cm

    • Elvárás: a gyűrűk 4/100-nyi eltolódása

    • Problémák: vibráció és torzítás a berendezés állítgatása során

    • Publikált eredmény: nem figyelhető mega várt eltolódás (csak kisebb, de túl bizonytalan volt az egész)

    • Kritika: nem vette figyelembe azt, hogy az éterre merőleges mozgás is kap valamekkora eltolódást, ami felezi a várt effektust (H.A. Lorentz)

  • 1887: Michelson és Morley (Cleveland)

    • Helyszín: az egyetem pincéje

    • Anyag: öntöttvas kád téglákon, higannyal töltve; ezen úszott egy nagy, könnyen forgatható homokkő (akár hat órán keresztül is forgott nagyon lassan a kádban, ha meglökték).

    • Ezen a kőlapon volt a prizma, a tükrök és a fényforrás.

    • Fénysugár hossza: 11 méter

    • Elvárás: az interferencia 4/10-nyi eltolódása (1/100 már látható volna)

    • Eredmény: nincs változás

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A michelson morley f le higanyk d

A Michelson-Morley-féle higanykád

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


Tov bbl p s a relativit selm let

Továbblépés: a relativitáselmélet

  • A Michelson-Morley kísérlet nem tudta megmérni a Föld sebességét, de rámutatott, hogy a fény azonos sebességgel terjed a mozgó bolygón minden irányban (pedig a sebességének változnia kellett volna attól függően, hogy mekkora szöget zár be a Föld mozgásvektorával).

  • Morley-Miller kísérletek a századfordulón

    • 1905: továbbfejlesztett kísérlet egy dombtetőn, üvegkunyhóban

    • az eredmény: ugyanaz

  • Közben a relativitáselmélet egyre népszerűbbé válik.

  • 1925: Miller (Mount Wilson, USA, 2000 méter magasan)

    • Mind a négy évszakban mér

    • Eredményes kísérlet: a „Föld sebessége” 10 km/órának adódik

    • Ezzel a relativitáselmélet cáfolatát jelentené

  • Reakciók: a kísérlet minden ismétlése nulla eredménnyel zárul, ami szakmai ellentétekhez vezet, és kezdik figyelmen kívül hagyni Miller egyedi eredményeit

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


A k t k s rlet tanuls ga

A két kísérlet tanulsága

  • Van olyan eset, hogy egy-egy mérés eredménye alátámaszt egy elméletet, azonban nem igazolja azt sosem

  • Ha egy mérés egy elmélet igazolásának látszik, akkor is még számos emberi tényezőt kell számításba vennünk, és semmiképpen nem érdemes véglegesnek tekintenünk az eredményeket.

  • Fel kell adnunk a „döntő kísérlet” mítoszát, hiszen jól látszik, hogy az ilyen kísérletek nem mindig igazolják a kérdéses elméletet, és „döntővé” nyilvánításuk és népszerűségük pedig számos (tudomány)szociológiai tényezőtől is függ.

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


D nt k s rletek

Döntő kísérletek

  • A döntő kísérlet szinte sohasem egyetlen kísérlet, hanem mérések gondosan (sőt: egyre gondosabban) kivitelezett sorozata

  • A kísérletek különböző kritikákat vonnak maguk után, a következő mérések ezekre próbálnak meg válaszolni

  • Az utókor ezek közül egyet emel ki és jegyez meg (általában időben az elsőt), ami eléggé hamis tudományképhez vezet

A Gólem – BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszék


  • Login