روش علمی
روش علمی یعنی به هر قیمتی
به هر قیمتی
از گول زدن خود بپرهیزید
که فکر کنید چیزی درست است در حالی که درست نیست
یا فکر کنید چیزی درست نیست در حالی که درست است
این روش علمی است، به هر قیمت
و این راه، مستقیم نیست
پیچ و تاب دارد
راه های انحرافی دارد که به هیچ جا ختم نمی شوند
و شما حتی نمی دانید از بین راه هایی که
پیش رویتان قرار دارند، کدام یک
شما را به مقصود خواهد رساند
تعداد زیادی آزمایش لازم است
در واقع این تمام هدف یک آزمایش است
و زمانی که تحقیق می کنید، پاسخ
درون کتاب ها وجود ندارد
راهنمایی معلمی وجود ندارد که پاسخ ها را
درباره ی کار به شما بدهد...
نه
نه، این وجود ندارد
تنها شما و طبیعت هستید
و می دانید نکته ی جالب آن چیست؟
طبیعت قاضی، هیئت منصفه و جلاد نهایی است
می توانید هرچه می خواهید بحث کنید، اما اگر طبیعت
با شما موافق نباشد، شما در اشتباه هستید
هر پیش داوری ذهنی ای را که عنوان کنید، طبیعت درباره اش تصمیم می گیرد
پس باید اطمینان حاصل کنید که روشها و ابزارهایتان
به طبیعت اجازه دهند تا به هر روشی که می تواند بازنمود کند
تا شما را به سوی جایی که حقیقت است راهنمایی کند
جستجو برای حقیقت
در یکی از مثال های مورد علاقه ی من در تاریخ علم
ویلیام هرشل، ستاره شناس معروف
او برای کشف سیاره ی اورانوس شهرت دارد
در این مرحله، قوانین نیوتون برای حرکت و جاذبه
به خوبی جاگیر شده اند
آن ها به ما می گویند سیاره ها چطور دور خورشید می گردند. ماه ها چطور
دور سیاره ها می گردند و آن ها در مدار خود
به وسیله ی نیروی دوجانبه ی جاذبه میانشان، باقی می مانند
و ما به دقت حرکت اورانوس را در مدارش دنبال می کنیم
و آن از قانون نیوتون پیروی نمی کند
پس ما باید یک چالش روبه رو شدیم
یا محدودیت های کاربردی قانون نیوتون را پیدا کرده ایم
قوانین نیوتن فقط در فاصله ای معین از خورشید کاربرد دارد
شاید اگر زیاد دور شوید این قانون بشکند
این احتمال وجود دارد
تا به حال هیچ کس قوانین نیوتن را در فاصله ی آنقدر زیاد آزمایش نکرده است
پس این یک احتمال است
احتمال دیگر این است که، رفیق، قوانین نیوتن
همه چیز را درباره ی حرکت سیاره ای
در قرن گذشته توضیح داده اند
بیخیال
به این سادگی آن را رها نمی کنیم
خب اگر آن را رها نمی کنید
چطور آن را توضیح می دهید
شاید چیز دیگری آنجا وجود دارد
سیاره ی دیگری که جاذبه اش
به گونه ای که ما در محاسباتمان به آن توجه نکرده ایم، روی اورانوس سنگینی میکند
پس محاسبات انجام شد
این یک محاسبه ی سخت است
یک چیز است که یک سیاره داشته باشید و بگویید
جاذبه در اینجا چطور است
اما این که بگویید چقدر جاذبه
در اینجا نیاز دارم تا سیاره را
به شکلی خاص حرکت دهم، چیز دیگری است
این یک مشکل معکوس سازی در ریاضیات است
که خیلی چالش برانگیز بود، مخصوصا در دورانی که
کامپیوتر نداشتند
پس ما محاسبات را انجام دادیم
و گفتیم که اگر قوانین نیوتن در همه جا کارکرد داشته باشد
پس باید سیاره ای در آنجا در آسمان وجود داشته باشد که
اورانوس را می کشد و باعث می شود فکر کنیم که از قوانین نیوتن پیروی نمی کند
پس بیایید به دنبال آن بگردیم
این حرف به رصدخانه ها رسید
اینجا دو اسم مرتبط با موضوع داریم
یک ریاضی دان فرانسوی به نام لو وریه، هست
یک رصدگر و ریاضی دان آلمانی با نام جان کوچ آدامز هم هست
و شبی که او اطلاعاتی درباره ی اینکه به کجا باید نگاه کنیم داد
تلسکوپ را به آن سمت گرفت
سیاره ای جدید کشف کردند
نپتون سیاره ی جدید است
سیاره ی بعدی در منظومه خورشیدی
یک موفقیت نه تنها برای قوانین حرکت و جاذبه ی نیوتن
یک موفقیت برای روش علمی، یک موفقیت در استنباط
چیزی که باید درست باشد بر پایه ی چیزی که در حال حاضر می دانید که درست است
و مثل این بود که، وای
نیوتن خفن است
این خوب است
این خیلی خوب است
خوب
حالا، فعلا این را نگهدارید
سیاره ی عطارد، نزدیک ترین سیاره به خورشید
در انتها تعیین کردیم که مدارش
از قوانین نیوتن پیروی نمی کند
الان ما در قرن نوزدهم هستیم
از قوانین نیوتن پیروی نمی کند
ستاره شناسان گفتند ما این مسئله را می دانیم
فقط یک سیاره ی دیگر وجود دارد
ما قبلا این راه را طی کرده ایم
سیاره ی دیگری وجود دارد که دور خورشید می گردد
خب، چرا تا به حال آن را پیدا نکرده ایم
اوه، چون خیلی به خورشید نزدیک است
در روشنایی زیاد گم شده است
فقط نمی توانید آن را ببینید
باید اینطور باشد
ما حتی برای این سیاره یک نام داشتیم
تا این حد مطمئن بودیم
که مشکل مشابهی با چیزی که برای اورانوس اتفاق افتاد و منجر به
کشف نپتون شد، وجود دارد
می دانید این سیاره چه نامیده می شد؟
ولکان
پس ما شروع به جستجو کردیم
شروع به جستجو کردیم
آن را پیدا نکردیم
منتظر کسوف های کامل شدیم زیرا در آن حالت
نور خورشید کاملا بلاک می شد
باید با دقت زیاد نگاه کنیم
بیایید به دنبال ولکان بگردیم
هیچکس ولکان را پیدا نکرد
ولی مایوس نشدیم
باید جایی در آنجا باشد
و ادامه دادیم
تا اینکه 1916 شد
آلبرت انیشتن نظریه نسبیت عام را پیش برد
این یک فهم جدید درباره ی جاذبه در جهان است
این تمام دانسته های ما از جاذبه را
که از ایزاک نیوتن به ما رسیده است،دربر می گیرد
جایگزین آن نمی شود، محیط بر آن میشود
قوانین نیوتن هنوز کار می کنند، اما در نظامی نسبتا محدود
در واقع جرمی
قوانین نیوتن برای جاذبه ای
مانند چیزی که ماه ها و سیاره ها دارند، جواب داد
خورشید جاذبه ی خیلی قوی دارد
اگر نزدیک آن باشید
یک لحظه صبر کنید، چیزی که ما از نظریه نسبیت عام انیشتن یاد گرفتیم
این است که قوانین نیوتن شروع به شکسته شدن می کنند
پس به راهی جدید برای فهم جاذبه نیاز دارید
تا توضیح دهید در تمام موقعیت ها چه اتفاقی می افتد
و زمانی که به این فهم جدید از جاذبه رجوع می کنید
متوجه می شوید که عطارد دقیقا کاری را می کند
که قوانین جاذبه ی انیشتن پیش بینی کرده است
آن قوانین نیوتن را نمیتوان برای پیش بینی سطوح شدید
جاذبه در نزدیکی خورشید
مانند جایی که عطارد گردش می کند، استفاده کنید
دیگر کارکرد ندارد
نمی توان آن را به کار بست
نمی توانید به آن رجوع کنید
انیشتن تلاش نمی کرد عطارد را توضیح دهد
او تلاش می کرد چیزهای دیگر را توضیح دهد
او کاملا یک برنامه ی کاری دیگر را پیش می برد
و توضیح گردش عطارد فقط در آن جای گرفت
از اثرات کوچک آن بود
اوه، این آن مسئله را نیز توضیح می دهد
در ابتدا آن ها به ما اطمینان دادند که، اوه، خدای من
نسبیت عام باید چیزی مهم را کشف کرده باشد
دوما، ولکان یک شبه ناپدید شد
ما کاملا خوشحال بودیم که ولکان را رها کنید
هیچکس عمیقا خود را مشغول آن نکرده بود
وقتی میتوان آن را به روشی دیگر توضیح دهید
خب ما یک چالش مشابه داشتیم، یک سیاره
از قوانین نیوتن پیروی نمی کرد و پاسخ سیاره ای دیگر نبود
پاسخ این بود که قوانین نیوتن شکست خوردند
کی فکرشو میکرد؟
که همچین چیزی میخواست؟
شما باید در خط مقدم پژوهش متواضع باشید
اما صبر کنید
هنوز کارمان اینجا تمام نشده است
چه اتفاقی برای نپتون می افتد؟
خب ضمنا نپتون، سال های کافی
از کشف آن نگذشته است
که یک گردش کامل انجام داده باشد
پس تمام چیزی که داریم قطعه های گردش آن است که ترسیم کرده ایم
خب
ما به آن قطعه ها به دقت نگاه می کنیم و می گوییم
وای خدای من
این دوباره دارد اتفاق می افتد
نپتون از قوانین نیوتن پیروی نمی کند
خب، آیا در اینجا به قوانین انیشتن احتیاج داریم
نه، زیرا در قسمت خارجی از منظومه ی شمسی است
جاذبه ضعیف است
نه
خب، یک سیاره ی دیگر در آنجا وجود دارد
ما این را حل کردیم
پس جستجو برای سیاره ی ایکس آغاز شد
سیاره ایکس
پرسیوال لوول از لوول های نیواینگلند
علاقه مند به ستاره شناسی و ثروتمند بود
پس رصدخانه ی شخصی خودش را ساخت
و آن را رصدخانه ی لوول نامید
او جستجو برای سیاره ی ایکس را شروع کرد
میخواست آن کسی باشد که سیاره را کشف می کند
فردی به نام کلاید تامباگ را استخدام کرد
کلاید تامباگ، یک دانشمند خیلی دقیق بود، و
و از آسمان عکس هایی گرفت
به دقت نگاه کرد تا ببیند آیا چیزی حرکت می کند
ما همینکار را انجام دادیم
شما بر اساس حرکت آن پیش بینی انجام می دهید
که سیاره ی ایکس کجا باید باشد
و هربار این کار انجام می شد، مردم
روی آن نقطه در آسمان متمرکز می شدند
هیچ چیزی ظاهر نشد
چیزی باید در جایی از آنجا باشد
بیاید فقط یک عکس از تمام ناحیه ی فضا بگیریم
که این سیاره می تواند در آن جا باشد و به دقت به این عکس ها نگاه کنیم
این کاری بود که کلاید تامبوگ انجام داد
همگان به گوش باشید در 1930، سیاره ی ایکس را کشف میکند
اوه، خدای من
همه هیجان زده بودند
اما ریاضی دان ها می گویند یک لحظه صبر کن
در جای اشتباهی است که بخواهد به این شکل بر نپتون تاثیر بگذارد
اما شاید ما چیزی را در نظر نگرفته ایم
خب، خب
بیاید به جشن گرفتن ادامه دهیم
نیویورک تایمز در ابتدا گزارش داد که یک سیاره ی جدید
هم اندازه ی سیاره ی زمین کشف شده است
چرا آن ها این حرف را زدند، اما ما هنوز اندازه ی
سیاره را اندازه گیری نکرده بودیم
زیرا باید هم اندازه ی زمین می بود تا
جاذبه ی کافی برای تاثیرگذاشتن بر نپتون به آن شکل را داشته باشد
پس اندازه ی آن فقط فرض شد
همانطور که سال ها گذشتند و دهه ها
سپری شدند، با بهتر و بهتر و بهتر شدن اندازه گیری ما از پلوتو
پلوتو کوچک تر، کوچک تر و کوچک تر شد
پلوتو همیشه، با هر اندازه ای وجود داشت
اما اندازه گیری ما از آن
نه، کوچک تر از این است
حتی از این هم کوچکتر است
از این هم کوچک تر است
پلوتو از ماه زمین کوچک تر است
امکان ندارد که جاذبه ی آن بر نپتون
به شکلی که ما اندازه گیری کرده ایم، تاثیر بگذارد
پس با اینکه ما فکر کردیم سیاره ی ایکس را کشف کرده ایم
سیاره ی ایکس رازآلود و منحرف کننده
در واقع، اینکار را نکرده ایم
ما یک کره ی یخی در قسمت بیرون منظومه ی شمسی را کشف کردیم
که این اواخر تغییر هویت داده است
نه به عنوان یک سیاره، بلکه به عنوان یک سیاره ی کوتوله که با بقیه ی همنوعان یخی اش
در مداری که ما به آن کمربند ستاره ی دنباله دار کوپر می گوییم
در قسمت بیرونی منظومه ی شمسی حرکت می کند
خب
در 1993 از راه میرسد
یکی از همکاران در آزمایشگاه جت پروپلشن کار می کند
نامش مایلز استندیش است
او می گوید، می دانید ما از کجا
تمام این داده ها را که مدار نپتون را تعیین میکند را از کجا به دست می آوریم؟
خب، این رصدخانه وجود دارد، که به خوبی نگهداری می شود
و یک رصدخانه ی دیگر در آنجا وجود دارد
ممکن است رصدخانه ی سومی هم موجود باشد
و او گفت، اجازه دهید عقب بروم و به اطلاعات رصدی
این رصدخانه ها نگاهی بیاندازم
و او متوجه شد که در یک رصدخانه
چیزی که اتفاق افتاده بود به نظر درست نمی رسید
من فراموش کرده ام، گیربکس یا چیزی شبیه به این
در سیستم پیگیری بود
او گفت، چه می شود اگر من فقط این داده ها را حذف کنم
و بقیه را نگهدارم، و سپس مدار نپتون را بررسی کنم
چه چیزی پیدا خواهم کرد
پس او این داده ها را حذف کرد و آن را کنار گذاشت
بقیه ی داده ها را بیرون کشیده و دوباره محاسبه کرد
نپتون دقیقا از قانون نیوتن پیروی می کند
پس اینجا موردی است که طبیعت را سرکارمان نگذاشته است
اندازه گیری های خودمان است که سرکارمان گذاشته است
پس سه مورد که سه سیاره به شکلی که ما فکر می کنیم، چرخش نمی کنند
یکی موفقیت قوانین نیوتن بود
یکی شکستی در قوانین نیوتن را کشف کرد
و به فیزیک جدید برای فهم آن نیاز داشت
و سومی مشاهدات اشتباه بود
تقاضامند همدردیتان با دانشمندان
در خط مقدم اکتشاف هستم زیرا این
از نوع کارهایی است که ما با آن سروکار داریم
در آن اندازه گیری های بد هیچ سوء نیتی وجود ندارد
شما پشت تلسکوپ هستید، فکر می کنید
کار درست را انجام می دهید اما چیزی به درستی تنظیم نشده است
و شما آن را نمی دانید یا
دوباره آن را چک نکرده اید
اما این زیبایی علم است
یک نتیجه، پاسخ نیست
شما به تایید از آزمایش های مختلف
و محققان مختلف نیاز دارید
و از آن، حقیقت عینی حاصل می شود
که فهم ما از جهان را شکل می دهد