Bíró Zsolt 1981-ben született Bihar községben. 2000-ben végzett a nagyváradi Ady Endre Gimnázium biológia–kémia osztályában. Jelenleg a Partiumi Keresztény Egyetem III. éves filozófia szakos hallgatója.

Bíró Zsolt

Paradigmaváltás a természettudományokban (2.)

Az előző részben a tudományfejlődésnek azzal a szakaszával foglalkoztunk, melyben egy általánosan elfogadott paradigma vezérli a tudományos kutatást. A tudományfejlődés e szakaszát „normál tudomány”-nak neveztük. Most a tudományfejlődés másik nagy szakaszával foglalkozunk, amelyet „forradalmi tudomány”-nak nevezhetünk, amelyet a normál tudománnyal ellentétben épp az jellemez, hogy az általánosan elfogadott paradigma érvényét veszti és egy új paradigma veszi át a régi helyét.

 

Anomália és válság

A tudományos felfedezés mindig egy anomália tudatosulásával indul, azazhogy a természet nem felel meg a paradigma előírásainak.

Amikor a tudós egy anomáliát észlel, első lépésben hozzálát az anomáliát kiváltó jelenség természetének feltárásához, és ha mód van rá, a régi paradigmát, amelyben felbukkant az anomália, igyekszik úgy átalakítani, hogy az anomália is megfeleljen a várakozásoknak. Nem minden esetben sikerül az anomáliát a régi paradigma keretein belül magyarázni, de ha a próbálkozás sikerrel jár, megnő a régi paradigma hatásköre és új alkalmazási lehetőségek tárulnak fel az adott paradigma számára.

Az új tudományos eredmények meglehetősen lassan bontakoznak ki, mivel ellentmondanak a paradigma által keltett várakozásnak, így a tudósközösség részéről gyakran erős ellenállás tapasztalható az új jelenség iránt; a tudósok gyakran ott is az előre megjósolt eredményt látják, ahol később anomáliát tapasztalnak. Például Kepler, mikor 1610-ben értesült arról, hogy Galilei felfedezte a Jupiter négy holdját, arra gondolt, hogy matematikai törvényszerűségek működnek az univerzumban, és ebből következően a Merkúrnak és Vénusznak a Földhöz hasonlóan egy, a Marsnak két, a Jupiternek négy, a Szaturnusznak pedig 6 vagy 8 holdja van, attól függően, hogy számtani vagy mértani sorról van szó. A Kepler elméletét igazoló „felfedezésekre” nem kellett sokáig várni. Francesco Fontana 1645-ben távcsövével valóban megpillantott egy Vénusz körül keringő égitestet – ez a mai tudásunk szerint nem létezik. Ez a „felfedezés” akkor vált érdekessé, mikor a bejelentése után többen is észlelték a nem létező holdat. 1672-ben Cassini, 1740-ben James Short, majd 1760-ban Lagrange francia csillagász. Ez az eset jó példa arra, hogy a tudósok megfigyeléseit az elfogadott paradigma milyen nagy mértékben befolyásolja.

Bár a normál tudomány nem törekszik új, váratlan jelenségek előidézésére, mégis hatékonyan segíti elő az új felismerések megjelenését, mivel új felismerésekre csak az képes, aki tudja, hogy mire számíthat. Az anomália csak a paradigma adta háttér előtt válik láthatóvá.

A közelgő válság csalhatatlan előjele, mikor a normál tudomány rejtvényeit nem sikerül paradigma által meghatározott játékszabályok és fogalmi keretek között kielégítően megmagyarázni. Ilyenkor a tudósok az adott paradigma többféle ideiglenesen kialakított változatával próbálják az anomáliát kiváltó jelenséget a paradigma fogalmi keretein belül magyarázni. Az elméletek változatainak az ilyen túlburjánzása szintén a válság jele. Ezek a tényezők vezethetnek a régi paradigma teljes széteséséhez.

Egy új tudományos elmélet csak akkor jelenik meg, mikor a tudósok ráébrednek a régi bukására, vagyis arra, hogy a régi paradigma fogalmi keretein belül képtelenek megoldani az újonnan felmerült rejtvényeket. A válságot általában egy rég ismert probléma okozza, egy újonnan felmerülő probléma esetén a kudarc gyakran elkeserítő, de nem meglepő.

A tudósok nem adják fel az őket válságba juttató paradigmát egész addig, míg az egy újjal nem helyettesíthető. Egy új paradigma elfogadásakor azt nem csak a természettel kell összevetni, hanem a régi paradigmával is, meg kell vizsgálni, hogy az mennyiben nyit új alkalmazhatósági lehetőséget a régivel szemben. Egy elméletet sohasem vetnek el pusztán az ellenpéldák hatására, inkább ideiglenes feltevésekkel addig módosítják, hogy az ellenpélda is értelmezhetővé váljon. Jó példa erre a Merkúr perihélium-mozgása, amire a newtoni mechanika keretein belül nem sikerült magyarázatot találni, ezért – hogy ne kelljen elvetni a klasszikus mechanikát – feltételezték, hogy a Merkúr pályáján belül kering egy még felfedezetlen bolygó, s annak a gravitációs hatása okozza a Merkúr rendellenes viselkedését (ez a bolygó, mint utóbb kiderült, nem létezik, a Merkúr rendellenes viselkedését csak a 20. században, a relativitáselmélet segítségével sikerült megmagyarázni).

Egy anomália csak akkor válik válság előidézőjévé, ha több, mint puszta anomália. Ezen a ponton egy igen lényeges kérdés merül fel: ti. mi tesz egy anomáliát érdemessé arra, hogy alapos vizsgálódás tárgya legyen. Erre a kérdésre nem tudunk általános érvényű választ adni, az egyes anomáliák esetében meghatározható, hogy mi tette őket érdemessé a komoly tudományos vizsgálódásra, de nincs egy olyan általános elv, amely meghatározná, hogy mikor kell egy anomáliát komoly vizsgálódás tárgyává tenni. Mindenesetre azt leszögezhetjük, hogy a válság létrejöttének alapfeltétele: egy adott anomália többnek látsszék a normál tudomány egy rejtvényénél.

A válság legbiztosabb jele az adott paradigma változatainak a túlburjánzása; megvan még a régi paradigma, de egyre kevesebben értenek egyet abban, hogy mi is az. Elmosódnak a paradigma határai és lazulnak a normál tudomány szabályai, így a válság idején történő kutatás igencsak hasonlít a paradigma előtti kutatáshoz – a különbség csak annyi, hogy a válság idején megvannak még a játékszabályok, bár mindenki eltérően értelmezi őket.

A válság lezárásának három módja van:

1. A normál tudomány megbirkózik a válságot kiváltó anomáliával, és sikerül a problémát a normál tudomány keretein belül megoldani.

2. Az anomália ellenáll mindenféle megoldási kísérletnek, ilyenkor a tudósok félreteszik az anomáliát kiváltó jelenséget, mivel a rendelkezésükre álló eszközökkel nem tudják megoldani.

3. A válság egy új paradigma elfogadásával végződik, így a tudományterületet új alaptételekre építik, miközben megváltozik a tudományterület néhány legelemibb sajátossága, valamint sok paradigmatikus módszer alkalmazása is.

 

Rendkívüli kutatás

A válság idején a kutatási módszer is megváltozik, a tudósok feladják a normál kutatási módszert és átváltanak a rendkívüli kutatás módszerére. Ezt a rendszertelenség és a szinte vaktában történő keresgélés jellemzi (hasonlóan a paradigma előtti kutatáshoz). Mivel semmiféle kutatás nem történhet elméleti háttér nélkül, a tudós ideiglenes elméleteket állít föl, ami esetleg egy új paradigmát alapozhat meg, ezért, s mert a tudós csak egy szűk területre, az anomáliát kiváltó jelenségre összpontosít, gyakran születnek új felfedezések a rendkívüli kutatás idején.

A továbbiakban azt kell megvizsgálnunk, hogy miért választja egy adott tudós az egyik vagy másik paradigmát. A válasz első látásra igen egyszerűnek tűnik, azt mondhatnánk, hogy a tudós a tapasztalati érveket megvizsgálva dönt egyik vagy másik paradigma mellett, de ha jobban szemügyre vesszük a dolgot, láthatjuk, hogy ez nem ilyen egyszerű. A válság idején a régi és az új paradigmának is egyaránt vannak hívei, akik heves tudományos vitákban próbálják meggyőzni egymást saját paradigmájuk helyességéről. Ez az érvelés azonban szükségképpen körkörös okoskodáshoz vezet, mivel a vitában részt vevő mindkét fél a saját paradigmája alapján érvel. Ez az érvelésmód szükségképpen csak a meggyőzés eszköze lehet, nem lehet logikai vagy probalisztikus, kényszerítő érvényű azok számára, akik nem hajlandók belépni a körbe. A paradigmán vitatkozó két fél előfeltevéseiben és értékeiben nincs elég közös elem ehhez.

A továbbiakban azt kell megvizsgálnunk, hogy egy új elmélet szükségképpen a régi elvetéséhez vezet-e. Lehetséges, hogy az új elmélet a valóság egy korábban ismeretlen területére vonatkozik, mint pl. a kvantumelmélet a 20. század előtt ismeretlen szubatomi részecskékre vonatkozik, így nem változtatta meg a newtoni mechanikát. Másrészt az is lehetséges, hogy az új elmélet magasabb szintű, mint a korábbi elméletek, így egy egész sor alacsonyabb szintű elméletet kapcsol össze anélkül, hogy lényegesen megváltoztatná azokat. Ennek ellenére azt kell mondanunk, hogy a tudomány fejlődése ritkán mutat ilyen kumulatív jelleget, így a paradigma előtti korszak után egy újfajta elmélet elfogadása szinte mindig megkívánta a régi elmélet elvetését, ekképpen elkerülhetővé vált a különböző tudományos iskolák versengése, ami a paradigma előtti tudományt jellemezte.

Új elmélet forrásai csak azok a jelenségek, anomáliák lehetnek, amelyek makacsul ellenállnak minden olyan kísérletnek, amely egy régebbi paradigmába próbálja őket illeszteni. Egy új elméletet az jellemez, hogy bizonyos pontokon más előrejelzéseket ad, mint a régi. Ha a két elmélet logikailag összeegyeztethető lenne egymással, ami azt jelentené, hogy az új elméletet a régi határesetének tekintenénk, ez nem volna lehetséges. Következésképpen, mondja Kuhn, az új paradigma minden esetben kiszorítja a régit. Tehát a két elmélet alapjaiban összeegyeztethetetlen, nagyjából olyan viszonyban állnak egymással, mint a kopernikuszi csillagászat Ptolemaiosz rendszerével. A kuhni elképzelés első látásra igen tetszetősnek tűnhet, de ha alaposabban szemügyre vesszük, rájövünk, hogy a helyzet korántsem ilyen egyszerű. F. Hoyle amerikai csillagász a Stonehenge-től a modern kozmológiáig című könyvében kimutatja, hogy „ma semmiféle józan fizikai megfontolás alapján nem jelenthetjük ki, hogy a kopernikuszi elmélet »helyes« és a ptolemaioszi »helytelen«. A két elmélet, ha olyan új tagokkal bővítjük őket, amelyek a bolygópályák excentritásának négyzetét és magasabb hatványait is tartalmazzák, fizikai értelemben egyenértékű.” Fel kell tennünk a kérdést, hogy mégis miért a kopernikuszi elméletet fogadták el a korabeli csillagászok. A válasz igen egyszerű: a ptolemaioszi rendszer egy bizonyos szint után már igen nehézkessé válik, és túlságosan megnehezítette volna az előrehaladást, de semmi jogunk nincs elutasítani a ptolemaioszi elméletet azzal az érvvel, hogy matematikailag nehézkes és bonyolult. Ezek után láthatjuk, hogy a tudósok gyakran nem azért döntenek egyik vagy másik elmélet mellett, mert az egyik elmélet a valóság olyan szféráját képes feltárni, amelyet a másik elvi különbségek miatt nem. Másrészt azt sem tehetjük meg, hogy a régi paradigmát az új speciális esetének tekintjük, mivel a tudományos forradalmat az jellemzi, hogy kicserélődik a fogalomrendszer, amelyen át a tudós a valóságot szemléli. Ha a newtoni mechanikát a relativitáselmélet speciális esetének kívánjuk tekinteni (mint azt maga Einstein is tette), ehhez a newtoni mechanikán olyan átalakításokat kell végrehajtani, amelyek élnek az utólagos bölcsesség előnyével, és az újabb elmélet határozott irányítását követelik. Következésképpen az egymást követő paradigmák szükségszerűen különböznek egymástól, és ezek a különbségek kibékíthetetlenek.

Mint már mondtuk, az új paradigma nem magyaráz meg minden ellene felhozható érvet, és nem is old meg minden általa leírt problémát, de gyakran még a saját alapfogalmait sem magyarázza meg kielégítően. Pl. Newton bevezette a gravitáció fogalmát, de nem volt képes megmagyarázni, hogy mi is az voltaképpen. Csak a 20. század elején a relativitáselmélet volt képes a gravitációt megmagyarázni, korábban a gravitáció éppolyan okkult minőség volt, mint pl. a skolasztikus „esési hajlam”, ez azonban nem gátolta meg a tudósokat abban, hogy használják a gravitáció fogalmát mint eleve adott tulajdonságot.

A paradigma nemcsak a tudományos elméletek hordozója, hanem azt is megmutatja a tudósoknak, hogy milyen entitásokat tartalmaz a természet, és milyeneket nem, és hogy miként viselkednek ezek az entitások. Ez a tájékoztatás egy térképet eredményez, a térkép részleteit azonban az érett tudományos kutatás tisztázza. Tehát a paradigma jelöli ki a további kutatás irányát, az elfogadható kutatási módszereket és megoldásokat.

 

A forradalmak mint a világszemlélet változásai

Mikor a tudós egy új paradigmát fogad el, kezdi másképp látni a világot, noha ugyanazokat az eszközöket használja. Mintha a szakmai közönség egyszer csak átkerült volna egy másik bolygóra, ahol az ismerős tárgyak más megvilágítást kapnak, és ismeretlenekkel együtt jelennek meg.

Jó példa arra nézve, hogy az eltérő paradigmát képviselő tudósok másként látják a világot, vagyis egy kvázi másik világban élnek: a középkori és ókori európai, valamint a kínai csillagászat összehasonlítása. Az ókorban és a középkorban a kínai csillagászok állandó megfigyelés alatt tartották az égboltot, és minden szokatlan jelenséget gondosan följegyeztek. Õket nem gátolta a megfigyelésben a dogmatikus arisztoteliánus kozmológia és a csillagos ég isteni és változatlan természetébe vetett hit. A kínai csillagászok évkönyveikben több mint ötven új csillagot jegyeztek föl, amit az európai kollégáik egytől egyig elmulasztottak. Az új csillagok egy része különösen fényes volt, és fél évig vagy még tovább is látható maradt. Öt ilyen különösen fényes „vendégcsillagról” számoltak be az ókor és a középkor folyamán: i. sz. 183-ban a Kentaur, 393-ban a Skorpió, 1006-ban a Farkas csillagképben (az 1006-ban megjelent új csillagot az arab csillagászok is legalább három helyen említik), majd 1054-ben a Bika csillagképben jelent meg egy igen fényes csillag, ennek a fénye három hétig elég maradt ahhoz, hogy nappal is látni lehessen (ennek a csillagnak a maradványait később Rák-pulzárként azonosították). Csaknem két évig maradt látható szabad szemmel, ennek ellenére az európai csillagászok körében nem keltett túl nagy feltűnést (bár előkerült egy olasz följegyzés, amely, úgy tűnik, fényes új csillagot említ 1054-ben). A következő „vendégcsillagot” 1181-ben jegyezték fel a kínai és japán csillagászok a Kassziopeia csillagképben, ezt Európában szintén nem észlelték. Az első komoly nóváról (a nóva azonos a kínaiak „vendégcsillagával”) szóló európai leírás Tycho Brahétől származik 1574-ből (tehát jóval azután, hogy Kopernikusz 1543-ban kiadta híres könyvét). Tycho olyat tett, amit előtte még európai csillagász soha: módszeres éjjeli megfigyelés-sorozatba fogott. Módszeresen megmérte az új csillag többi csillaghoz viszonyított szögtávolságát, és azt tapasztalta, hogy az új csillag a többi csillaghoz képest nem változtatja a helyzetét. Hosszas mérések után megállapította, hogy egy új csillagot fedezett fel, és hosszas habozás után könyvet is írt róla De Nova Stella címmel. Tychónak az új csillaggal kapcsolatos megfigyelései mindennél, talán még Kopernikusz elméleténél is jobban jelezték a paradigmaváltást és a modern csillagászat hajnalát.

Az adott paradigmában rejlő lehetőségek kiaknázásában döntő szerep jut az adatok értelmezésének. Egy új paradigmát elfogadva a tudós a már régen ismert jelenségeknek is új értelmezését nyújtja, pl. a kvantumelmélet elfogadása utána fizikusok a fényt többé nem az éterben terjedő hullámoknak látták, hanem fotonoknak. A normál tudomány csak a paradigma teljesebb kifejtésére képes, a megváltoztatására nem, mindössze annyit tehet, hogy felismeri az anomáliákat és a válságokat, ezeknek pedig nem a fontolgatás és az értelmezés vet véget, hanem viszonylag gyors és strukturálatlan esemény, amely hasonlít az alaklélektanból ismert szemléletváltáshoz.

Tehát az új paradigma nem az értelmezés következtében születik meg, hanem egy villámcsapásszerű intuíció eredményeképp. Ezek az intuitív felismerések a régi paradigmán belül szerzett, részben az anomáliát jelző, részben a paradigmának megfelelő tapasztalatokra épülnek, de nem logikailag vagy egyenként kapcsolódnak a tapasztalatok egyes részleteihez, ahogy azt az értelmezésnél várnók. Ehelyett az intuitív felismerések összpontosítják a tapasztalat nagy részét, és az egyes elemek az egyes elemeket egészen más tapasztalathalmazzá alakítják át, amely ezután majd apránként az új paradigmához kapcsolódik, nem pedig a régihez.

Kuhn szerint a kézikönyveket minden egyes tudományos forradalom után újra kell írni, mivel a tudományos nyelv- és problémarendszer a forradalmak után átalakul. Ennek ellenére azt látjuk, hogy a fizikushallgatók a tanulmányaik nagy részét fordítják arra, hogy a Newton-féle mechanikát elsajátítsák, és csak miután ezt megtették, vezetik be őket a relativitáselméletbe, márpedig ha Kuhn elméletét elfogadjuk, azt kell mondanunk, hogy a relativitáselmélet érvénytelenítette a newtoni mechanikát, így értelmetlenség az iskolában a diákoknak megtanítani. Ebben az esetben inkább azt kell mondanunk, hogy nem írták át a fizika kézikönyveket, csak hozzájuk csatoltak még egy fejezetet, amely a fizikai realitás egy magasabb szintjére enged betekintést a diákoknak. Annyit mindenesetre elfogadhatunk, hogy a kézikönyvek, tankönyvek a tudomány fejlődését kumulatív folyamatként festik le, elleplezve a forradalmak létét, így a diákokban és a tudósokban egy téves elképzelés alakult ki a tudományos fejlődésről. (Bár a tudósnak nem elsődleges feladata a tudomány fejlődéséről elmélkedni.)

Az új paradigma rendszerint egy vagy nagyon kevés tudósban fogalmazódik meg, akik teljes figyelmüket a válságot kiváltó problémára fordítják, ők tanulják meg először másként látni a tudományterületüket és a világot. Az új elméleteket megalkotó tudósok rendszerint nagyon fiatalok vagy kezdők az adott tudományterületen, ezért nem köti őket annyira a régi paradigma. Fizikuskörökben elterjedt az a vélemény, hogy aki harmincéves koráig nem alkotott semmit a fizikában, az valószínűleg már nem is fog.

A normál tudománynak nem feladata a paradigma ellenőrzése, a paradigma ellenőrzése csak a válság idején válik fontossá. Önmagában még a válság sem elegendő ahhoz, hogy a tudósok a paradigma ellenőrzésével kezdjenek foglalkozni, arra is szükség van, hogy a válság nyomán egy új alternatív paradigma jelenjen meg. A tudományban az ellenőrzés sohasem csak a paradigma és a természet összevetéséből áll, az ellenőrzés része annak a versenynek, amelyet két rivális paradigma a tudományos közösség megnyeréséért folytat.

Mint azt már mondtuk, mikor a tudósok egy része átvesz egy új paradigmát, azt nem valami tapasztalati kényszer hatására teszi. Az alapvető motiváció, amiért egy tudós egy új paradigma mellett dönt, a paradigma sikerébe vetett hit, tehát a tudósnak bíznia kell abban, hogy az új paradigma megoldja majd a felmerülő kérdéseket, bár erre nézve semmilyen bizonyítéka sincs. Az egyik paradigmáról a másikra való áttérés gyökeres szemléletváltást igényel, amit semmilyen érvvel nem lehet kikényszeríteni. Mindig vannak olyanok, főleg az idősebb tudósnemzedék tagjai közül, akik életük végéig nem térnek át az új paradigmára; őket az a hit motiválja, hogy a régi paradigma végül is képes lesz az összes felmerülő nehézséget megoldani. Pl. Einstein élete végéig képtelen volt elfogadni a kvantumfizika statisztikus jellegét, mondván: „Isten nem játszik kockajátékot.” Láthatjuk, hogy Einstein nem valami tapasztalati vagy logikai érv alapján vetette el a kvantumfizikát, hanem mert ellentmondott az alapvető filozófiai meggyőződésének.

Nem tudunk egy általános elvet felmutatni, amelynek alapján megállapíthatjuk, hogy melyek azok a feltételek, amelyek alapján a tudósok elfogadnak vagy elvetnek egy paradigmát, bár egyedi esetekben megállapíthatjuk, hogy mi késztette a tudósokat egy új paradigma elfogadására. Mindenféle és rendszerint egyszerre több ok késztethet egyes tudósokat új paradigma elfogadására. Az okok némelyike – gondoljunk például arra, hogy Keplert részben a napimádat tette Kopernikusz követőjévé – teljesen kívül esik a tudomány belátható területén.

Az új paradigma híveinek a leghatásosabb érve, hogy képesek megoldani a régi paradigmát válságba juttató problémákat. Ez a tény önmagában ritkán elegendő, mert mindig vannak olyan problémák, amelyeket az új paradigma sem képes megoldani.

Másrészt egy elméletnek ellentmondó tények sem vezetnek szükségszerűen az elmélet feladására.

Egy elmélet megítélésében fontos szempont, hogy az elméleteknek nem szabad a tapasztalati tényeknek ellentmondaniuk. Amilyen világosnak tűnik ez a követelmény, olyan bonyolult az alkalmazása. Ugyanis gyakran, sőt talán mindig ki lehetne tartani egy bizonyos általános elméleti alap mellett, ha utólagos mesterséges feltételezésekkel lehetővé tesszük a tényekhez való illeszkedését. Vagyis a negatív kísérleti eredmények önmagukban nem cáfolnak meg egyetlen elméletet sem, mivel egy elméletet mindig lehet olyan új tagokkal bővíteni, hogy az eredetileg cáfoló kísérleti eredmény értelmezhető legyen az adott elmélet keretein belül.

A fentebb elmondottakból levonhatjuk azt a következtetést, hogy bár az objektív kritériumok, mint a tapasztalati tényeknek való megfelelés, igen fontos szerepet játszanak ugyan egy elmélet „helyességének” megítélésében, mégsem nyújtanak elégséges magyarázatot arra nézve, hogy mi készteti a tudósokat arra, hogy egy jól bevált régi elméletet (paradigmát) feladjanak egy még bizonytalan új elmélet kedvéért. Ahhoz, hogy a tudósok döntéseit megértsük, figyelembe kell vennünk egy sor szubjektív szempontot is, amelyek nagyban befolyásolják a tudósok döntéseit.

 

Irodalom:

Thomas S. Kuhn: The Essential Tension: Selected studies in scientific tradition and change. Chichago, University of Chichago Press, 1977.

Thomas S. Kuhn: A tudományos forradalmak szerkezete. Osiris, Budapest, 2002.

Isaac Asimov: A robbanó napok. Kossuth, Bp., 1987.

Fred Hoyle: Stonehenge-től a modern kozmológiáig. Magvető, Bp., 1978.

Galántai Zoltán: Marscsatornák, idegen világok, angyalok, földönkívüliek. Pesti Szalon, Bp., 1996.