EVO DVIJU teza na temu zakona fizike. Prva je izuzetno moćna, no ljude obično ostavlja ravnodušnima: zakoni fizike su univerzalni. To znači da zakoni jednako vrijede uvijek i svugdje, danas na Zemlji kao i prije deset milijardi godina u području nekog dalekog kvazara. Druga teza je zapravo trivijalna, ali će mnoge, pretpostavljam, prilično uzrujati: zakone fizike donose fizičari. Naime, svjetonazor velike većine ljudi je teistički. Iz takve perspektive vrhovni zakonodavac mora biti bog, a ne čovjek. Osim toga, ako je prva teza točna, onda je druga besmislena, zar ne? Kako bi neki fizičar mogao određivati kvazaru kako će se ponašati i to u dalekoj prošlosti svemira kad još nije bilo ni Sunca, ni Zemlje, ni ljudi. Hm... Svejedno tvrdim da obje teze stoje. Namjerno sam provokativan, naravno. Cilj mi je potaknuti čitatelja da pročita sve argumente koji slijede.
Zakoni fizike nisu nepromjenjivi
Uvriježena je predrasuda da su zakoni fizike nekakve vječne istine, nešto poput "kamenih ploča sa zakonom" koje, u prenesenom smislu, priroda daje istaknutom fizičaru, nekom Newtonu, Maxwellu ili Einsteinu. U stvarnosti ti zakoni nemaju jamstva ni nepromjenjivosti ni istinitosti. Oni su tek naše ideje o tome kako funkcionira svijet, a te se ideje mogu mijenjati. Nisu to, doduše, bilo kakve ideje. Znanstvene teorije i znanstveni zakoni su ideje koje su zadovoljile specifične i stroge kriterije. No pođimo redom.
Kako se u prirodnim znanostima dolazi do pouzdanog znanja? Ovaj postupak, koji se stručno naziva znanstvenom metodom, nije ni jedinstven ni jednostavan poput nekog recepta za kolač, no za potrebe ovog teksta bit će dovoljna i gruba skica. Preduvjet cijele priče je znatiželja. Ako opazite neku pojavu i na to reagirate s "baš me briga", sigurno nećete doći do novih znanstvenih spoznaja. Znanstvena znatiželja je poriv za razumijevanjem opažene pojave. Želimo objasniti zašto se to događa. Želju smo apsolvirali, idemo dalje.
Od hipoteza do teorija i zakona
Sljedeći korak je, vjerovali ili ne, pogađanje. Kao što mađioničar vadi zeca iz šešira, znanstvenik iznosi moguće objašnjenje pojave. Pretpostavlja što bi moglo biti odgovor. Stručnim jezikom to se naziva postavljanje znanstvene hipoteze. Zvuči jednostavno, čak i neozbiljno. Znanstvenici pokušavaju pogoditi odgovor. No stvar nije ni neozbiljna ni jednostavna. Da biste postavili dobru znanstvenu hipotezu, morate imati znanja, iskustva i kreativnosti. Znanstvena hipoteza mora zadovoljavati mnoge kriterije. Primjerice, mora biti jednostavna (bez nepotrebnih komplikacija), dosljedna (ne u kontradikciji s mnogim dobro potvrđenim idejama), relevantna (povezana s opaženim fenomenom) i, najvažnije od svega, mora biti opovrgljiva (što znači provjerljiva, s mogućnošću da se ili potvrdi ili opovrgne). Nije lako postaviti dobru znanstvenu hipotezu. No kad je postavite, glavni posao tek slijedi.
Ključni dio znanstvene metode je provjeravanje ili testiranje hipoteze. U fizici se taj korak naziva eksperiment. Dizajn, gradnja, provedba i analiza eksperimenta zahtijevaju veliko znanje i vještine brojnih eksperata. Od prve zamisli do konačnih rezultata velikih eksperimenata u fizici može proći i više desetaka godina. U svakom slučaju, eksperiment potvrđuje ili opovrgava hipotezu. Češće ovo drugo. U tom slučaju znanstveniku preostaje postavljanje nove hipoteze i provođenje novog eksperimenta. Tako to ide. Ponekad mnogo puta iznova, bez uspjeha. Što je najgore, eksperimentalna potvrda je tek jedna potvrda, to nikako nije dokaz, kao u matematici. Potrebne su mnoge neovisne potvrde da bismo se uvjerili da je neka ideja ispravna. Međutim, ni nebrojene potvrde opet nisu dokaz nego tek provizorno znanje (privremeno, dok nove činjenice ne pokažu suprotno).
Kad hipoteza dobije brojne potvrde, a nijednom ne bude opovrgnuta, tada postaje znanstvena teorija. Ako je nebrojeno puta potvrđena, onda je od milja nazivamo zakonom. Dakle, i hipoteza i teorija i zakon su ljudske ideje o tome kako funkcionira svijet - naše objašnjenje neke prirodne pojave, obično formulirano i matematički - ali s razlikom u stupnju potvrde: hipoteza još nije potvrđena, teorija je već dobro potvrđena, a zakon je baš jako, jako potvrđen. Doduše, nikad 100%. U prirodnim znanostima nema potpune sigurnosti ili, ako baš hoćete tako reći: zajamčene istine. Uvijek je otvorena mogućnost da se stvari promijene. No to nije slabost. U toj mogućnosti promjene skriva se sva snaga znanosti.
Razlika između teorija i zakona
Doduše, teorija i zakon obično nisu samo ista ideja koja se razlikuje tek u stupnju potvrđenosti. Postoje i finije razlike. Teorije su kompleksnije ideje koje se sastoje od mnoštva jednostavnijih, međusobno povezanih ideja. One mnogostruko potvrđene ideje koje promoviramo u zakone obično su jednostavnije. Kompleksni sustav ideja, bez obzira na to koliko bio potvrđen, ne nazivamo zakonom, ali neke od jednostavnijih ideja unutar teorije mogu biti promovirane u zakone. Primjerice, Hubbleov zakon je jednostavnija ideja unutar kompleksne opće teorije relativnosti. Zakoni geometrijske optike ili Ohmov zakon su jednostavnije ideje unutar kompleksne teorije klasične elektrodinamike.
Nadalje, i teorija i zakon su višestruko potvrđene ideje koje daju predviđanja. No zakon samo opisuje pojavu koja se događa. Teorija, s druge strane, daje objašnjenje, govori nam zašto se neka pojava događa. To su tek neke od finih razlika između teorije i zakona. Ali te razlike za ovu priču nisu bitne. Bitno je da su i teorija i zakon provizorne ljudske ideje o tome kako funkcionira svijet. Te se ideje s vremenom razvijaju, korigiraju, proširuju, dopunjuju. Sve su bliže objektivnoj stvarnosti, ili istini (jer istina je, prema definiciji, slaganje naših ideja sa stvarnošću), zahvaljujući tome što ih temeljimo na eksperimentu, što inzistiramo na objektivnoj provjeri, a ne autoritetu ili slaganju većine.
Kad sam napisao da zakone fizike donose fizičari, nisam, naravno, mislio na to da fizičari diktiraju prirodi kako da se ponaša. Mislio sam na to da fizičari formuliraju svoje ideje o tome kako se priroda ponaša. Koliko su te ideje trenutačno bliske stvarnosti, to ne znamo. Ali znamo da nam daju dovoljno dobra predviđanja o svijetu ili univerzumu. Znamo da su te ideje univerzalne, što znači da su zakonitosti otkrivene u jednom kontekstu - primjerice u laboratoriju - primjenjive u drugom, potpuno različitom kontekstu - primjerice u nekom kozmičkom okruženju. Primjerice, fizika do koje smo došli istražujući titranje kuglice obješene na nit može nam poslužiti da objasnimo neki aspekt pulsara, brzorotirajuće neutronske zvijezde. Ta univerzalnost je fascinantna. Ona je jedan od preduvjeta razumijevanja svijeta. A to što univerzalnost postoji i što svijet uopće možemo razumjeti, tome se i sam Einstein najviše čudio. Rekao je da je najneshvatljivije na svijetu to što je on shvatljiv.
*Stavovi izneseni u kolumnama i komentarima osobni su stavovi autora i ne odražavaju nužno stav redakcije portala Index.hr. Navedeni stavovi ne odražavaju ni stav bilo koje ustanove, subjekta ili objekta s kojima je povezan autor.
**Fizičar Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Radio je na FER-u i IRB-u u Zagrebu. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodne kolaboracije MAGIC, čiji su Čerenkovljevi teleskopi smješteni na kanarskom otoku La Palmi, i međunarodne kolaboracije CTA, čiji se teleskopi tek grade na La Palmi i Paranalu. Glavni je urednik časopisa Priroda te voditelj ciklusa znanstveno-popularizacijskih predavanja "Priroda uživo" HPD-a. Autor je više srednjoškolskih udžbenika iz fizike te knjiga ''Protiv nadnaravnoga'' (Kruzak, 2016.) i ''Ažurirani svemir'' (In.Tri, 2017.)
Želite li momentalno primiti obavijest o svakoj objavljenoj kolumni naših vrhunskih znanstvenika, instalirajte Index.me aplikaciju i pretplatite se besplatno na tag: Index Lab.
Index.me aplikaciju za android besplatno možete preuzeti na ovom linku, dok iPhone aplikaciju možete preuzeti ovdje.