Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Πειραματική Πρακτική Κωνσταντίνος Σκορδούλης Καθηγητής Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης Πανεπιστημίου Αθηνών.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Πειραματική Πρακτική Κωνσταντίνος Σκορδούλης Καθηγητής Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης Πανεπιστημίου Αθηνών."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πειραματική Πρακτική Κωνσταντίνος Σκορδούλης Καθηγητής Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης Πανεπιστημίου Αθηνών

2 Η ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ (Latour 1987, Gallison 1987 & 1997, Gower 1997) Ανθρώπινες παρεμβάσεις σε ένα κόσμο πολλών αντιτιθέμενων επιρροών και επιδράσεων ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Ιστορική ανασκόπηση της θεμελίωσης της μαθηματικο-πειραματικής» μεθόδου έρευνας (Cohen, 1985) από τον Γαλιλαίο ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON- MORLEY ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr

3 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ 1564 (15 Φεβρουαρίου). Τόπος γέννησης: Πίζα Έναρξη σπουδών Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πίζας Διακοπή σπουδών λόγω έλλειψης χρημάτων Υφηγητής μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Πίζας Παραίτηση από το Παν/μιο Πίζας λόγω διαμάχης με τους Αριστοτελικούς συναδέλφους του. Διορισμός στο Παν/μιο Πάδουας. Ίδρυση εργαστηρίου κατασκευής επιστημονικών οργάνων Βελτίωση τηλεσκοπίου Επιστροφή στη Φλωρεντία. Παν/μιο Πίζας. Φιλόσοφος και Μαθηματικός στην αυλή των Μεδίκων Συγγραφή έργου «Διάλογος σχετικά με τα δύο κύρια συστήματα του Κόσμου», όπου υπερασπίζεται το σύστημα του Κοπέρνικου ενάντια στο σύστημα του Πτολεμαίου Κλήση από την Ιερά Εξέταση Καταδίκη και εξαναγκασμός αποκήρυξης των «αιρετικών» του απόψεων για το κοπερνίκειο σύστημα Κατ’ οίκον περιορισμός και συγγραφή έργου «Διάλογος για τις δύο νέες επιστήμες». Δημοσίευση το 1638, Leiden Ολλανδίας Έτος θανάτου. Galileo Galilei

4 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Galileo Galilei «Διάλογος για τις δύο νέες επιστήμες». ΑΝΤΟΧΗ ΥΛΙΚΩΝ «Η επιδίωξή μου είναι να διατυπώσω μία πολύ νέα επιστήμη, η οποία ασχολείται με ένα πολύ αρχαίο αντικείμενο. Δεν υπάρχει στη φύση τίποτε παλαιότερο από την κίνηση, σχετικά με την οποία τα βιβλία που έχουν γραφτεί από τους φιλοσόφους δεν είναι ούτε λίγα ούτε μικρά. Παρ’ όλα αυτά, έχω ανακαλύψει μέσω των πειραμάτων μερικές ιδιότητές της, τις οποίες αξίζει να γνωρίσουμε και οι οποίες έως τώρα δεν έχουν παρατηρηθεί ή εξηγηθεί. Έχουν γίνει μερικές επιφανειακές παρατηρήσεις, όπως, για παράδειγμα, ότι η ελεύθερη κίνηση ενός βαρέως αντικειμένου όταν πέφτει είναι διαρκώς επιταχυνόμενη, αλλά σε ποιόν ακριβώς βαθμό αυτή η επιτάχυνση λαμβάνει χώρα δεν έχει ποτέ διατυπωθεί και, στο βαθμό που γνωρίζω, κανένας μέχρι τώρα δεν έχει επισημάνει ότι οι αποστάσεις που διανύονται, κατά τη διάρκεια ίσων χρονικών διαστημάτων, από ένα σώμα που πέφτει από κατάσταση ηρεμίας, έχουν μεταξύ τους την ίδια αναλογία που έχουν οι περιττοί αριθμοί ξεκινώντας από τη μονάδα.» (Galilei, 1954). ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ

5 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Η Ερμηνεία του έργου του Γαλιλαίου ως πεδίο διαμάχης A. Koyre (1978)W. Wallace (1981, 1984)S. Drake (1978, 1980) Ο Γαλιλαίος ως πλατωνιστής Ο Γαλιλαίος στην υστερο- Σχολαστική Aριστοτελική παράδοση, στη σχολή του πεφωτισμένου Aριστοτελισμού του Πανεπιστημίου της Πάδουας (16ος αιώνας). Ο Γαλιλαίος ως υπομονετικός πειραματιστής «O Γαλιλαίος του Koyre φαίνεται να ζει σ' έναν κόσμο φιλοσοφικό - αυτό του Πλατωνισμού, του Kοπερνικανισμού, του ορθολογισμού των νοητικών πειραμάτων. O Γαλιλαίος του Drake από την άλλη είναι περισσότερο ενεργός και λιγότερο διαλογιστής, ένας ενεργός παρατηρητής, πειραματιστής, εφευρέτης. Aυτές οι σημαντικές διαφορές στα συμπεράσματα των Drake και Koyre είναι αποτέλεσμα ως επί το πλείστον των διαφορετικών τρόπων προσέγγισής τους». (Maclachlan, 1990)

6 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Ο Γαλιλαίος και τα Μαθηματικά Αδυναμία εφαρμογής των μαθηματικών στα προβλήματα του φυσικού κόσμου (Αριστοτελική παράδοση) Φυσική βασισμένη στη μαθηματικοποίηση (Crombie, 1960). «O συγγραφέας (Γαλιλαίος) αναλαμβάνει να συζητήσει μια μαθηματική υπόθεση αλλά την παρουσιάζει ως φυσική πραγματικότητα, πράγμα που δεν κάνουν οι μαθηματικοί» (κατηγορητήριο της Ιεράς Εξέτασης) «Tο βιβλίο της φύσης είναι γραμμένο στη γλώσσα των Μαθηματικών»

7 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Οι Κινηματικές Έννοιες Έννοια της ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης (κατά Γαλιλαίο) •Παράδοση μαθηματικών Oξφόρδης •Nicola Oresme (Γάλλος ρωμαιοκαθολικός επίσκοπος και μελετητής του Αριστοτέλη) •Απόδειξη του θεώρηματος Merton (συσχέτιση της απόστασης x που διανύεται σε χρόνο t από ένα σώμα το οποίο ξεκινά σε κατάσταση ηρεμίας και αποκτά μία τελική ταχύτητα vf) Γαλιλαίος: "Περί κινήσεως" (1590) σύγκρουση και σύνθεση τριών σχετικά αυτόνομων θεωρήσεων: •Αριστοτελική θεωρία της κίνησης •Μαθηματική μετρική του Aρχιμήδη και •Βλητική, η προβληματική του πολέμου Μελέτη των φυσικών και βίαιων κινήσεων και περιγραφή των φαινομένων με βάση τα μαθηματικά Έννοια της αδράνειας (κατά Γαλιλαίο) Εγκατάλειψη της θεωρίας της "ώθησης", όταν αυτή αποδείχθηκε ανίκανη να δώσει εξήγηση στην φαινομενική ανακολουθία ανάμεσα στα φαινόμενα κίνησης που παρατηρούσε και στον ισχυρισμό ότι η γη περιστρέφεται καθημερινά γύρω από τον άξονά της   

8 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Ο Νόμος της Ελεύθερης Πτώσης Αριστοτέλης V  F/R (V: ταχύτητα, F: Bάρος, R: αντίσταση μέσου) όταν δύο σώματα διαφορετικού βάρους αφεθούν να πέσουν από το ίδιο ύψος, το βαρύτερο θα αποκτήσει μεγαλύτερη ταχύτητα σε σχέση με το ελαφρύτερο και ο λόγος των ταχυτήτων τους θα είναι ίσος με το λόγο των βαρών τους Iωάννης Φιλόπονος Πτώση από το ίδιο ύψος δύο βαρών από τα οποία το ένα είναι πολλές φορές βαρύτερο από το άλλο: ο λόγος των χρόνων που απαιτούνται για την κίνηση δεν εξαρτάται από το λόγο των βαρών, αλλά ότι η διαφορά στο χρόνο είναι πάρα πολύ μικρή (Crombie, 1989) Αμφισβήτηση

9 ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ Ο Νόμος της Ελεύθερης Πτώσης Γαλιλαίος (1604) «Κατέληξα σε μια πρόταση που είναι φυσικότατη και προφανέστατη και που αν την δεχθώ μπορώ να αποδείξω τα υπόλοιπα. Συγκεκριμένα, ότι οι αποστάσεις που διανύει ένα σώμα όταν κινείται με φυσική κίνηση είναι ανάλογες με τα τετράγωνα των χρόνων και κατά συνέπεια, οι αποστάσεις που διαλύονται σε ίσους χρόνους βαίνουν όπως οι περιττοί αριθμοί αρχίζοντας από την μονάδα. Και η θεμελιώδης αρχή που δέχομαι είναι ότι η ταχύτητα ενός σώματος που κινείται με φυσική κίνηση αυξάνεται με την απόσταση από την αφετηρία» (Gillispie, 1986). Γαλιλαίος (1638) «O Αριστοτέλης λέει ότι μια σφαίρα βάρους εκατό λιβρών που πέφτει από ύψος εκατό πήχεων, προσκρούει στο έδαφος προτού μια σφαίρα βάρους μιας λίβρας διανύσει πέφτοντας ένα πήχυ. Εγώ λέω ότι φθάνουν την ίδια στιγμή. Αν κάνετε τη δοκιμή, θα βρείτε πως η μεγαλύτερη σφαίρα προηγείται της μικρότερης κατά δύο ίντσες μόνο. Εκείνο που γίνεται τώρα, είναι ότι θέλετε να κρύψετε πίσω από αυτές τις δύο ίντσες τους ενενήντα εννέα πήχεις του Αριστοτέλη και αναφερόμενοι μόνο στο δικό μου πολύ μικρό σφάλμα να αποσιωπήσετε το τεράστιο δικό του»

10 Ως κατάληξη…. H συγκρότηση της Φυσικής ως επιστήμης συνδέεται οργανικά: 1.με την καθιέρωση της πειραματικής μεθόδου ως το, σε τελική ανάλυση, κριτήριο επιβεβαίωσης ή διάψευσης των ερμηνευτικών της σχημάτων, και 2.με την μαθηματική συγκρότηση των σχέσεων ανάμεσα στις έννοιες της θεωρίας. Στοιχείο συγκρότησης της Φυσικής είναι η αλληλεπίδραση θεωρητικής και εργαστηριακής πρακτικής. Στη Φυσική, θεωρία και πείραμα βρίσκονται σε μια διαλεκτική αλληλεπίδραση. Το ερώτημα αν προηγείται η θεωρία ή το πείραμα στην διαδικασία της έρευνας φανερώνει μια πρόθεση τυπολατρίας. H χρονική σχέση θεωρίας-πειράματος είναι αμφίδρομη. Γενικά η ανάπτυξη της Φυσικής είναι μια ιστορική διαδικασία όπου θεωρία και πείραμα βρίσκονται σε δυναμικό αλληλοκαθορισμό. Η συνάρθρωση με τα Μαθηματικά είναι συστατική της φυσικής θεωρίας: κάθε συνέπεια της μαθηματικής δομής οφείλει να έχει φυσικό αντίστοιχο, φυσικό περιεχόμενο, να είναι πειραματικά επαληθεύσιμη. Και αντίστροφα: κάθε επιμέρους σύνολο πειραματικών δεδομένων διαρθρώνεται επιστημονικά όταν οργανώνεται στη βάση μιας θεωρίας που υποβαστάζεται από μία συγκεκριμένη μαθηματική δομή (Mπαλτάς, 1981). ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΤΟ ΕΡΓΟ ΤΟΥ ΓΑΛΙΛΑΙΟΥ

11 ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY Η Κατάσταση της Φυσικής το 19ο αιώνα Το υποθετικό μέσον εντός του οποίου λαμβάνουν χώρα οι δονήσεις αναφερόταν ως φωτοβόλος ή φωτοφόρος αιθέρας, ένας όρος ο οποίος εισήχθη από τον Huygens. Κυματική Θεωρία του Φωτός Θεώρηση του φωτός ως δόνησης εντός ενός μέσου

12 Η Κατάσταση της Φυσικής το 19ο αιώνα Ιδιότητες του φωτοβόλου αιθέρα • Ελαστικό στερεό (Young & Fresnel) Όμως: α) Η ταχύτητα του φωτός (η οποία είχε μετρηθεί από τον Rőmer το 1675) ήταν κατά πολύ μεγαλύτερη από οποιαδήποτε άλλη μηχανική διαταραχή, όπως ο ήχος β) απαιτούσε την ύπαρξη ενός μέσου το οποίο θα έπρεπε να είναι αρκετά αραιό, ώστε οι πλανήτες να μπορούν να κινούνται εντός αυτού, χωρίς παρατηρήσιμη απώλεια ταχύτητας, ενώ, ταυτόχρονα, θα έπρεπε το μέσον αυτό να αναπτύσσει μεγάλες δυνάμεις επαναφοράς γ) το μόνο διαθέσιμο στοιχείο για τις ιδιότητες του φωτοβόλου αιθέρα ήταν η ήδη μετρηθείσα ταχύτητα του φωτός και αυτό προφανώς δεν ήταν αρκετό για μια πλήρη περιγραφή των ιδιοτήτων του Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία του Maxwell ο χώρος είναι γεμάτος με αιθέρα που διαπερνά τα πάντα και διέπεται από τους νόμους της Νευτώνειας Μηχανικής Ηλεκτρομαγνητικός αιθέρα και πρωταρχικότητα της "Δράσης εξ Επαφής", ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

13 Η Κατάσταση της Φυσικής το 19ο αιώνα Η Θεωρία του Maxwell για το Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο είχε ως συνέπεια την ταύτιση της ταχύτητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων εντός του αιθέρα με την ταχύτητα του φωτός. Αυτό οδήγησε το Maxwell στην ταύτιση του ηλεκτρομαγνητικού με το φωτοφόρο αιθέρα και στη θεωρία του για το φως, όπου το φως κατανοείται ως ηλεκτρομαγνητική ταλάντωση στον αιθέρα. ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

14 Η Υπόθεση Young - Fresnel (1818) Η Υπόθεση Stokes (1845)  Ο αιθέρας είναι σταθερός στο χώρο,  διαπερνά ελεύθερα την ύλη όλων των σωμάτων και  δεν αναταράσσεται από την κίνηση της Γης μέσα σε αυτόν, γιατί αλλιώς κάθε αναταραχή του αιθέρα θα μπορούσε να διαθλάσει τις ακτίνες του φωτός ≠  υπάρχει τριβή ανάμεσα στον αιθέρα και τη Γη  η Γη και οι πλανήτες συμπαρασύρουν στην πορεία τους τον αιθέρα που είναι κοντά στην επιφάνειά τους. Πέρα όμως, από το «όριο συμπαρασυρμού», ο αιθέρας στον υπόλοιπο χώρο παραμένει αδιατάρακτος από την κίνηση της Γης. ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

15 Η αλληλογραφία μεταξύ J. C. Maxwell και D. P. Todd (1879) η ταχύτητα της Γης μέσα στον αιθέρα θα μπορούσε να υπολογιστεί με τη μέτρηση της χρονικής διάρκειας των εκλείψεων των δορυφόρων του Δία Το 1879 ο Αμερικανός αστρονόμος D. P. Todd, από το Γραφείο Ημερολογίου του Ναυτικού των Η.Π.Α. στην Ουάσιγκτον, έστειλε στον Maxwell αστρονομικούς πίνακες που εμπεριείχαν παρατηρήσεις σχετικά με τις ήδη μετρηθείσες χρονικές διάρκειες των εκλείψεων των δορυφόρων του Δία Στην απάντησή του ο Maxwell, πρότεινε στον Todd την ιδέα του για τη μέτρηση της ταχύτητας της Γης μέσα στον αιθέρα. Η μέτρηση που ο Maxwell ήταν στην ουσία ένας συνδυασμός του πειράματος του Fizeau του 1851 και της μεθόδου του Rőmer. Μερικούς μήνες αργότερα ο Maxwell πέθανε σε ηλικία 49 ετών. Ο Todd αντιλαμβανόμενος τη σημασία της επιστολής Maxwell την έστειλε στην Royal Society στο Λονδίνο. Το γράμμα δημοσιεύθηκε στα Proceedings της Royal Society καθώς και στο περιοδικό Nature (Maxwell, 1879) Το γράμμα αυτό διαβάστηκε από τον Α. Michelson ο οποίος εργαζόταν στο Γραφείο Ημερολογίου του Ναυτικού μαζί με τον Todd. Ο Maxwell, παράλληλα με την ανάπτυξη της Ηλεκτρομαγνητικής Θεωρίας, προβληματιζόταν για την κίνηση της Γης μέσα στον αιθέρα. ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

16 Το Πείραμα του Michelson (1881) Μέτρηση και σύγκριση των χρόνων που απαιτούνται για μια πλήρη διαδρομή (round trip) του φωτός: α) όταν αυτό διαδίδεται παράλληλα με τη διεύθυνση του αιθέριου ανέμου και β) όταν αυτό διαδίδεται κάθετα προς τη διεύθυνση του αιθέριου ανέμου Συμβολομετρική μέθοδος «Συμβολόμετρο Michelson» ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

17 Το Πείραμα του Michelson (1881) «H εξήγηση των αποτελεσμάτων τούτων είναι ότι δεν υφίσταται ουδεμία μετατόπιση των κροσσών του συμβολόμετρου. Το αποτέλεσμα της υποθέσεως ενός στάσιμου αιθέρα αποδεικνύεται ούτω εσφαλμένο» Michelson, 1881 «Η συλλογιστική του Michelson περιείχε λάθος, γιατί η δέσμη, που ταξίδευε στο βραχίονα που ήταν κάθετος στην κίνηση της Γης, θα υφίστατo επίσης υστέρηση λόγω της κίνησης της Γης στον αιθέρα και επομένως υπερεκτίμησε το φαινόμενο που προβλέπεται από τη θεωρία του Fresnel» Lorentz, Συνεργασία Michelson με Morley για την επανάληψη του πειράματος του 1881 με μια πιο ευαίσθητη διάταξη η οποία όμως θα βασιζόταν στην ίδια αρχή λειτουργίας ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

18 Το Πείραμα Michelson – Morley (1887) Επανάληψη του πειράματος του 1881 Αλλαγή, κατά την υπόδειξη του Lorentz, του τρόπου υπολογισμού της απόστασης που διανύει το φωτεινό σήμα στον άξονα που είναι κάθετος στην κίνηση της Γης. Οι Michelson & Morley ανέμεναν να παρατηρήσουν μια μετατόπιση ≈ 0,4 του πλάτους του κροσσού, σε μια συσκευή που είχε τη δυνατότητα να ανιχνεύει μετατόπιση > 0,01 του πλάτους του κροσσού. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (σε δημοσίευσή τους στο American Journal of Science) Ανυπαρξία αισθητού (μετρήσιμου) αιθέριου ανέμου κοντά στη Γη, λόγω μη μετατόπισης κροσσών μεγαλύτερη από το 1/100 του πλάτους του κροσσού ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

19 Το Πείραμα Michelson – Morley (1887) FitzGerald (1889), «Ο Αιθέρας και η Ατμόσφαιρα της Γης», Science Το αποτέλεσμα του πειράματος των Michelson – Morley, ήταν δυνατό να εξηγηθεί με την παραδοχή ότι το μήκος ενός υλικού σώματος αλλάζει όταν κινείται στον αιθέρα, κατά έναν παράγοντα που εξαρτάται από το τετράγωνο του λόγου της ταχύτητάς του προς την ταχύτητα του φωτός. Το αποτέλεσμα του πειράματος των Michelson – Morley, οφειλόταν στις επιπτώσεις που είχε η κίνηση διαμέσου του αιθέρα, στις διαστάσεις της συσκευής. Lorentz, 1892 (ανεξάρτητα από τον FitzGerald) Οι φυσικές διεργασίες επιβραδύνονται όταν εκτελούνται εν κινήσει διαμέσου του αιθέρα. Αυτό έχει ως συνέπεια να διαφέρει και ο χρόνος και το μήκος της ράβδου που μετρά κάποιος που κινείται ως προς τον αιθέρα από εκείνα που μετρά κάποιος που βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας σε σχέση με τον αιθέρα. ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

20 Το Πείραμα Michelson – Morley (1887) Οι μετέπειτα εξελίξεις… & Επανάληψη του πειράματος από τους Morley και Miller με διαφορετικά υλικά και σε διάφορα υψόμετρα Επίσημη αναφορά περί μηδενικού αποτελέσματος Πολλαπλή επανάληψη του πειράματος από τον Miller σε μεγάλο υψόμετρο και με συμβολόμετρα μεγάλης ευαισθησίας παρατηρήσεις (!!!) Δημοσίευση αποτελεσμάτων του Miller. Υπολογισμός του άνω ορίου για το φαινόμενο μερικού συμπαρασυρμού του αιθέρα και ισχυρισμός περί προσδιορισμού της απόλυτης κίνησης του ηλιακού συστήματος διαμέσου του αιθέρα Διεθνές Συνέδριο Έλεγχος για τη διαψευσιμότητα της θεωρίας του Αιθέρα σε αντιδιαστολή με τη θεωρία της Σχετικότητας Επανάληψη του πειράματος από τους Miller και Michelson. Προσπάθεια ενίσχυσης του φαινομένου με τη μεγιστοποίηση της διαδρομής της φωτεινής δέσμης. Υπαίθρια χρήση της συσκευής Γίνεται αποδεκτό ότι οι παρατηρήσεις του Miller είχαν επηρεαστεί από διακυμάνσεις της θερμοκρασίας (Shakland et al., 1955). ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY

21 Η Συζήτηση για το «Κρίσιμο Πείραμα» στην Ιστορία της Φυσικής ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY Επίμονη παρουσία της ‘επίσημης’ εκδοχής σε όλα σχεδόν τα διδακτικά και όχι μόνο βιβλία, η οποία θεωρεί ότι το πείραμα Michelson – Morley κατέρριψε τη θεωρία του αιθέρα και αποδεικνύει το Αξίωμα του Φωτός του Αϊνστάιν Γ Ι Α Τ Ι; Προσήλωση στην «ιδεολογία του πειράματος» 1. Όλα τα θεωρητικά αξιώματα πρέπει να συνάγονται, άμεσα, από πειραματικά δεδομένα. 2. Στην πορεία της Επιστήμης πραγματοποιούνται «κρίσιμα πειράματα» τα οποία ανατρέπουν το υπάρχον θεωρητικό πλαίσιο και εισηγούνται ένα νέο.

22 Η Συζήτηση για το «Κρίσιμο Πείραμα» στην Ιστορία της Φυσικής ΤΟ ΜΗ «ΚΡΙΣΙΜΟ» ΠΕΙΡΑΜΑ MICHELSON-MORLEY Η ιστορική εξέταση του πειράματος Michelson – Morley, δείχνει ότι δεν υπάρχουν «κρίσιμα πειράματα» ούτε «κρίσιμες στιγμές» στην Επιστήμη. Αντίθετα, υπάρχουν μακρόχρονες, επίπονες διαδικασίες διαλόγου, στις οποίες δεν εμπλέκεται ένας ή δύο επιστήμονες αλλά ολόκληρες επιστημονικές κοινότητες, όπου το παλιό και το νέο συνυπάρχουν αντιπαλεύοντας για μεγάλο χρονικό διάστημα και το νέο προκύπτει ως διαλεκτική υπέρβαση του παλιού. Παρ’ όλα αυτά Η ιστορική έρευνα για το πείραμα Michelson – Morley, δείχνει ότι αυτό κατέχει τη δική του αυτόνομη θέση στην Ιστορία της Φυσικής σηματοδοτώντας τα αδιέξοδα της μηχανιστικής αντίληψης για τον κόσμο που συνδέεται με την παρουσία του αιθέρα, ενώ έχει αναδειχθεί ως το κατεξοχήν πείραμα της Φυσικής που αναδεικνύει την ομορφιά, τον πλουραλισμό και τη συνθετότητα της εργαστηριακής πρακτικής Ό μ ω ς…

23 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Σκοπός της επιστήμης είναι να προσδιορίσει τις σχέσεις μεταξύ παρατηρήσιμων μεγεθών, των παρατηρησιακών όρων μιας θεωρίας. Ως εκ τούτου αποδίδει κυρίαρχο ρόλο στη διαδικασία της μέτρησης (Bohr) ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ανάδειξη της σχέσης του υπό μελέτη φυσικού συστήματος με το περιβάλλον του, στο οποίο θεωρείται ότι ανήκει ο πειραματιστής και ως προέκταση αυτού η πειραματική συσκευή Η πειραματική πρακτική ανήκει πλέον στα προβλήματα που ο «σκληρός πυρήνας» κάθε πιθανού κβαντομηχανικού ερευνητικού προγράμματος πρέπει (να μπορεί) να αντιμετωπίσει Για την περιγραφή των αποτελεσμάτων της μέτρησης είμαστε αναγκασμένοι να χρησιμοποιούμε τα τυπικά «κλασικά μέσα» περιγραφής του κόσμου που ανέπτυξε η προκβαντική φυσική (Bohr)

24 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Βασική προϋπόθεση για κάθε διαδικασία μέτρησης: Διάκριση μεταξύ του μετρούμενου συστήματος και της συσκευής μέτρησης: το φυσικό σύστημα πριν τη μέτρηση περιγράφεται μέσω της κβαντικής του κατάστασης, η οποία εκφράζει με πιθανοκρατικό τρόπο τις δυνατές τιμές των υπό μέτρηση φυσικών μεγεθών εντός ενός συγκεκριμένου πειραματικού πλαισίου που περιγράφεται με όρους «κλασικότητας» (Bohr) Η ιδέα της συμπληρωματικότητας κατά Bohr Ένα κβαντικό σύστημα εμφανίζεται στο πεδίο της εμπειρίας κατά αμοιβαία αποκλειόμενους αλλά και αμοιβαία συμπληρούμενους τρόπους

25 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Τα συμπληρωματικά χαρακτηριστικά φανερώνονται με τα διάφορα είδη μετρήσεων που μπορούμε να κάνουμε σε ένα φυσικό σύστημα. Μπορούμε να κατασκευάσουμε μια πειραματική διάταξη για να μετρήσουμε τα κυματικά μεγέθη (πχ. το μήκος κύματος ή τη συχνότητα) ενός συστήματος ή μια πειραματική διάταξη για να μετρήσουμε τα σωματιδιακά του μεγέθη (π.χ. τη θέση ή την ορμή). Η κατασκευή όμως μιας από αυτές τις διατάξεις αποκλείει την κατασκευή της άλλης. Είναι όμως αδύνατο να κατασκευαστεί μια συσκευή μέτρησης η οποία θα προσδιορίζει ταυτόχρονα δύο συμπληρωματικά μεγέθη.

26 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Η μέτρηση στην κβαντομηχανική (Wigner) : Σχέση μεταξύ του εννοιολογικού μικροαντικειμένου της κβαντικής θεωρίας και της φυσικής πραγματικότητας. Το μικροσωμάτιο δεν έχει ύπαρξη ανεξάρτητη από τον παρατηρητή (ή το όργανο μέτρησης). «…κάθε διαδικασία παρατήρησης προκαλεί μια μεγάλη διαταραχή, δεν μπορεί πια καθόλου κάποιος να μιλήσει για τη συμπεριφορά των σωματιδίων ανεξάρτητα από τη διαδικασία παρατήρησης. Αυτό έχει σαν συνέπεια, οι φυσικοί νόμοι, που διατυπώνονται μαθηματικά από τη κβαντική θεωρία, να μην αφορούν τα ίδια τα στοιχειώδη σωμάτια αλλά τη γνώση που διαθέτουμε γι’ αυτά. Τα ερώτημα αν τα στοιχειώδη σωμάτια ‘καθαυτά’ υπάρχουν στο χώρο και στο χρόνο, δεν μπορεί πια να τεθεί μ’ αυτή τη μορφή, γιατί δεν μπορούμε παρά να μιλούμε μόνο για φαινόμενα που συμβαίνουν, όταν προσπαθούμε να γνωρίσουμε τη συμπεριφορά των σωματιδίων από τις αμοιβαίες δράσεις τους με οποιοδήποτε άλλο φυσικό σύστημα πχ. τις συσκευές μετρήσεως. Η ιδέα της αντικειμενικής πραγματικότητας των στοιχειωδών σωματιδίων εξαφανίζεται...» Heisenberg (1971)

27 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Η αρχή της συμπληρωματικότητας ως γενικευμένη γνωσιολογική αρχή (Bohr). Κανένα συνεκτικό σύστημα εννοιών δεν μπορεί από μόνο του να πραγματευθεί την πολυπλοκότητα των πραγμάτων. Έτσι σε κάθε πεδίο διανοητικής δραστηριότητας θα πρέπει να καταλήξουμε σε ζεύγη εννοιών που επιτρέπουν αμοιβαία ασύμβατες αλλά συμπληρωματικές εννοιολογήσεις πχ. σκέψεις και αισθήματα, ένστικτο και λόγος κλπ. μικροσωμάτιο όργανο μέτρησης ενιαίο μη διαχωρίσιμο σύστημα

28 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Pauli: Εφαρμογή της κβαντικής έννοιας της πραγματικότητας στην ενοποίηση της επιστήμης, με τη θρησκεία, τα κοινωνικά αρχέτυπα του Young και την εξωαισθητηριακή αντίληψη Jordan: Σχέση μεταξύ κβαντικής φυσικής και ψυχανάλυσης Born (Φυσική και Πολιτική): Η κβαντική φιλοσοφία θα βοηθήσει την ανθρωπότητα να υπερκεράσει τις αντιθέσεις των πολιτικών συστημάτων στη μεταπολεμική εποχή Lyotard (Η Μεταμοντέρνα Κατάσταση, 1979): Οι ιδέες της Κβαντομηχανικής, θεωρούνται σαν παραδειγματικές της νέας μεταμοντέρνας επιστήμης, με άλλα παραδείγματα να είναι η Γεωμετρία των Φράκταλ, η μαθηματική Θεωρία Καταστροφής και η Πληροφορική. Όλες οι παραπάνω θεωρίες σηματοδοτούν την γέννηση ενός νέου είδους επιστήμης, που μπορεί και παρέχει επιχειρήματα υπέρ της εγκατάλειψης παραδοσιακών φιλοσοφικών κατηγοριών.

29 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ BohrBruno Latour (δεκαετία ’80) Η καταγγελία του διαχωρισμού O διαχωρισμός της κοινωνίας από τη φύση, του ανθρώπου από το πράγμα, της επιστήμης από την κουλτούρα είναι αυτό που χωρίζει την ανθρωπότητα σήμερα από τους προμοντέρνους προγόνους της. Η Μεγάλη Διαίρεση (διάκριση ανάμεσα στη φύση και στην κοινωνία, ανάμεσα στο υποκείμενο και στο αντικείμενο) δεν υπήρξε ποτέ πραγματική. Ο διαχωρισμός αποτέλεσε τη μεγάλη φαντασίωση του μοντέρνου κόσμου. (B. Latour, Ουδέποτε Υπήρξαμε Μοντέρνοι, 2000) H αδυναμία διαχωρισμού του υπό μελέτη συστήματος από το μετρητικό του περιβάλλον Οι θεωρίες των Latour και Woolgar (1986) πραγματεύονται την πρακτική των επιστημόνων μέσα στο εργαστήριο και διατυπώνουν απόψεις που υποστηρίζουν την κοινωνική κατασκευή των γεγονότων του εργαστηρίου μέσα από τη ρητορική διαπραγμάτευση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στους τρόπους καταγραφής και απεικόνισης των πειραματικών αποτελεσμάτων μέσα από τις γραφικές παραστάσεις, τους πίνακες, τα φάσματα, τη στατιστική επεξεργασία κλπ.

30 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Συνοψίζοντας : Η επιστήμη είναι και κοινωνική δραστηριότητα και τα μέσα με τα οποία διεξάγεται είναι θέμα διαπραγμάτευσης μεταξύ των επιστημόνων αλλά και μεταξύ επιστημόνων και θεσμών της κοινωνίας που ελέγχουν τι κάνουν οι επιστήμονες. Συνεπώς, οι μέθοδοι της επιστήμης έχουν τη βάση τους στις ανάγκες και τα συμφέροντα των συγκεκριμένων κοινωνιών μέσα στις οποίες εργάζονται και δημιουργούν οι επιστήμονες. Δεν βασίζονται αποκλειστικά στις επιταγές μιας οικουμενικής ορθολογικότητας. Με άλλα λόγια δεν είναι μόνο ο ορθός λόγος αλλά και η κοινωνική δυναμική που καθορίζει τη νομιμότητα της πρακτικής των επιστημόνων στην κοινωνία αυτή.

31 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Συνοψίζοντας : Παρ’ όλα αυτά: Η θέση ότι τα όργανα μέτρησης κατασκευάζουν την πραγματικότητα εξακολουθεί να είναι προβληματική. Μέση πρόταση: Ένας ρεαλισμός όσον αφορά τις οντότητες σε συνδυασμό με έναν κονστρουκτιβισμό όσον αφορά τις θεωρίες. Ρεαλισμός βασισμένος στην πειραματική πρακτική, στη βάση ότι παρά τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, η πειραματική πρακτική διαθέτει μια εσωτερική αυτονομία και ότι μπορεί και υφίσταται ανεξάρτητα από τη θεωρία (Hacking, 1995)

32 Η διαδικασία της μέτρησης στη θεωρία του Bohr ΜΕΤΑΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ Συνοψίζοντας : Η οποιαδήποτε θεωρία, και η μετακλασική θεωρία συνολικά και η κβαντομηχανική του Bohr ειδικά, διατυπώνεται από ανθρώπους που κινούνται σε ένα πολιτιστικό περιβάλλον, και μεταφέρουν φορτίσεις ιδεολογικές και όχι μόνο. Παράλληλα, η ιστορική ενδεχομενικότητα (J. Cushing, 2003) είναι ο παράγων που θα καταστήσει μια θεωρία πολιτισμική δεσπόζουσα για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο.


Κατέβασμα ppt "Πειραματική Πρακτική Κωνσταντίνος Σκορδούλης Καθηγητής Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης Πανεπιστημίου Αθηνών."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google