Önce özete göz atDersin sonundaki özet, okumaya başlamadan önce yol haritası olarak.
- Bir hipotez sınanabilir bir açıklamadır; onu destekleyen gözlemler güven kazandırır ama kesin kanıtlamaz, tek bir sağlam çelişki çürütebilir. Gökbilim deney yerine çok sayıda cismi gözlemleyerek sınar; aynı zamanda, olanı değiştiremediğimiz tarihsel bir bilimdir.
- Aynı mantıkla kurulan iki hipotezden Neptün doğrulandı, Vulcan çürütüldü. Le Verrier'nin 1859'da bildirdiği Merkür kayması yarım yüzyıl açıklanamadı; genel görelilik bunu, Δω = 6πGM / (c²a(1 − e²)) ile yüzyılda yaklaşık 43 yay saniyesi olarak, ayar yapmadan öngördü.
- Bilim, hakem değerlendirmesi ve bilim insanlarının birbirini sorgulamasıyla kendini düzeltir; sonuçları en iyi kanıta dayanan geçici cevaplardır. Bir öngörü, ölçümün hata payıyla birlikte karşılaştırılarak sınanır.
Kanca
1846'da Neptün, önce kâğıt üzerinde bulundu: Uranüs'ün yörüngesindeki küçük bir sapma, henüz görülmemiş bir gezegenin çekimiyle açıklandı ve teleskop o gezegeni tam hesaplanan yerde yakaladı. On üç yıl sonra aynı matematikçi, Neptün'ün yerini hesaplayan Le Verrier, bu kez Merkür'ün yörüngesinde açıklanamayan bir kayma buldu. Aynı yöntem, aynı güven: Güneş'e çok yakın, görülmemiş bir gezegen olmalıydı. Adı bile konuldu: Vulcan.
Vulcan hiç bulunmadı. Çünkü yoktu. Bir gökbilimci bir gezegeni tüpe koyup deneyemez; astronomlar deney yapamaz, evren onların laboratuvarıdır. Peki bir hipotezin doğru mu yanlış mı olduğuna o zaman nasıl karar verirler?
Merkezi soru
Laboratuvarda deney yapamayan gökbilimciler hipotezlerini nasıl kurar ve sınar, bir gözlem bir fikri ne zaman destekler, ne zaman çürütür, ve bilimsel yöntem gökyüzünde nasıl işler?
Anlatım
Sınanabilir bir açıklama
OpenStax'ın tanımıyla bir hipotez, sınanabilen önerilmiş bir açıklamadır. Bu son sözcük önemlidir. "Merkür'ün yörüngesini görünmez, hiçbir biçimde etki bırakmayan bir güç bozuyor" demek bilimsel bir hipotez değildir; hiçbir gözlem onu çürütemez. "Güneş'e yakın, şu kütlede bir gezegen var ve şu tarihte Güneş'in önünden geçerken görülmeli" demek ise bilimsel bir hipotezdir: yanlış olabilir, ve yanlışsa bunu anlayabiliriz.
OpenStax bir benzetme yapar. Yalnızca siyah koyunların yaşadığı bir adada doğup büyüyen bir bilim insanı, bütün koyunların siyah olduğunu düşünür. Her gün gördüğü her siyah koyun bu fikre biraz daha güven verir. Ama anakaraya gidip tek bir beyaz koyun görmesi, fikri çürütmeye yeter. Bir hipotezi onaylayan gözlemler onu güçlendirir, ama kesin olarak kanıtlamaz; tek bir sağlam çelişki ise onu yıkabilir.
Deney yerine gözlem
Kimyacı iki maddeyi karıştırır, fizikçi bir topu yeniden yeniden bırakır. Gökbilimci bir yıldızı ne ısıtabilir ne de iki galaksiyi çarpıştırabilir. OpenStax'a göre gökbilim bu yüzden bir gözlem bilimidir: incelediğimiz türden çok sayıda cisme bakar ve aralarındaki farklara dikkat ederiz. Evren, farklı kütlelerde, yaşlarda, ortamlarda sayısız yıldızla, bizim yerimize deneyi zaten yapmıştır.
Gökbilim aynı zamanda tarihsel bir bilimdir. Gördüğümüz şey çoktan olmuştur; değiştiremeyiz. OpenStax gökbilimciyi, olay yerine olaydan sonra gelen bir dedektife benzetir: kanıtlar ortadadır, ama onları düzenleyip hangi açıklamanın hepsine uyduğunu bulmak gerekir. Dedektif gibi bilim insanı da savını başkalarına kanıtlamak zorundadır.
Hipotezden öngörüye
Bilimsel yöntemin kalbi, bir hipotezden henüz gözlenmemiş bir şeyi öngörmek ve sonra bakmaktır. Neptün'ün hikâyesi bunun en temiz örneğidir: hipotez yalnızca Uranüs'ün sapmasını açıklamakla kalmadı, gökyüzünde yeni bir cismin nerede görüneceğini söyledi. Ders 15.1'deki hikâyede gözlem öngörüyü doğruladı.
Vulcan'da ise öngörü tutmadı. Clifford Will'in genel görelilik sınamaları üzerine derlemesine göre, Le Verrier'nin 1859'daki duyurusundan sonra yarım yüzyılı aşkın bir süre boyunca bu kaymayı açıklamak için pek çok öneri yapıldı: Güneş'e yakın yeni bir gezegen olan Vulcan, bir küçük gezegen halkası, Güneş'in basıklığı, kütleçekimi yasasında küçük bir değişiklik. Hiçbiri başarılı olmadı.
Çözümlü problem: Einstein'ın 43 yay saniyesi
1915'te Einstein'ın genel görelilik kuramı kaymayı, Will'in deyişiyle, başka hiçbir gezegen gözlemiyle çelişmeden doğal biçimde açıkladı. Kuram, bir gezegenin yörüngesinin en yakın noktasının her turda şu kadar ilerleyeceğini öngörür: Δω = 6πGM / (c² a (1 − e²)). Sesli okunuşu: kayma, altı pi çarpı kütleçekim sabiti çarpı Güneş'in kütlesi, bölü ışık hızının karesi çarpı yörüngenin yarı büyük ekseni çarpı bir eksi basıklığın karesi.
Merkür için yarı büyük eksen yaklaşık 57,9 milyon kilometre, basıklık 0,2056. GM, Güneş için yaklaşık 1,327 × 10²⁰ m³/s². Hesap, tur başına yaklaşık 5,02 × 10⁻⁷ radyan verir; yay saniyesine çevrilince yaklaşık 0,1035. Merkür bir yüzyılda, 36.525 günü 87,97 günlük turuna bölünce, yaklaşık 415 tur atar. 0,1035 × 415 ≈ 42,98 yay saniyesi. Sesli okunuşu: turda aşağı yukarı onda bir yay saniyesi, çarpı dört yüz on beş tur, yaklaşık kırk üç.
Will'in derlemesine göre gözlenen kaymanın bugünkü değeri de yüzyılda 43 yay saniyesi. Yeni bir gezegen eklemeden, hiçbir ayar yapmadan, kuramın kendisinden çıkan bir sayı. Vulcan'ın yokluğu bir hipotezi çürütmüştü; boşluğu doldurmak için yeni bir kuram gerekmişti.
Aynı yöntem, iki sonuç
Neptün ile Vulcan'ı yan yana koyunca bilimsel yöntemin güzelliği görünür. İki hipotez de aynı mantıkla kuruldu: gözlenen bir sapmayı, görülmemiş bir gezegenle açıklamak. Biri doğrulandı, biri çürütüldü. Yöntemi değerli kılan, hep doğru çıkması değil, yanlış olduğunda bunu ortaya çıkarabilmesidir.
Vulcan'ın hikâyesi bir uyarı da taşır: eldeki kurama çok güvenen bilim insanları, bir sapmayı açıklamak için önce görünmeyen bir cisim ararlar. Bazen haklıdırlar, Neptün gibi. Bazen de sapma, kuramın kendisinin yetmediğini söyler. Ders 18.6'daki karanlık madde tartışması bugün aynı soruyla yüzleşiyor: görünmeyen bir kütle mi, yoksa kütleçekimi anlayışımızda bir eksik mi?
Kendini düzelten bir süreç
OpenStax'a göre bilimi insan etkinliklerinin çoğundan ayıran şey, kendini düzeltebilmesidir. Bilim insanları birbirini sorgular; makaleler ve proje başvuruları, aynı alandaki başka bilim insanlarının dikkatli incelemesinden, hakem değerlendirmesinden geçer. Yeni bir bilim insanının öne çıkmasının en iyi yollarından biri, mevcut anlayıştaki bir zayıflığı bulup düzeltmektir.
Bu yüzden bilimsel bir sonuç, kalıcı bir hüküm değil, en iyi kanıtlara dayanan geçici bir cevaptır. Newton'un kütleçekimi, yüzyıllar boyunca gezegenlerin yolunu olağanüstü bir hassasiyetle öngördü. Merkür'ün 43 yay saniyelik ısrarlı sapması, onun da bir sınırı olduğunu gösterdi.
Aslında…
Yaygın yanlış✗ "Bilim bir kez kanıtladığını kesin olarak bilir; bir kuramın doğru olduğu gözlemlerle bir kere ve sonsuza dek kanıtlanır." ✓ Bir hipotezle uyuşan gözlemler ona güven kazandırır ama onu kesin olarak kanıtlamaz; tek bir sağlam çelişki ise onu çürütebilir.
Newton'un kütleçekimi yüzyıllarca sayısız gözlemle uyuştu, ama Merkür'ün yüzyılda 43 yay saniyelik açıklanamayan kayması, onun yerine daha kapsamlı bir kuramın, genel göreliliğin, geçmesine yol açtı. Yanılgı, gündelik dilde "bilimsel olarak kanıtlandı" ifadesinin mutlak bir kesinliğin yerine konmasından doğuyor.
Büyük resim
Bu modülde öğrendiğin araçlar, kod, arşivler, fotometri, hata payı, bilimsel yöntemin elleridir. Bir hipotezi sınamak, onun öngördüğü bir şeyi ölçmek ve ölçümü hata payıyla birlikte öngörüyle karşılaştırmak demektir. Ders 19.7'deki sigmalar, bir öngörünün tutup tutmadığını söyleyen ortak dildir.
Gökbilim, laboratuvarsız bir bilimin nasıl sağlam bilgi üretebileceğinin en güzel örneklerinden biridir. Evren bizim yerimize deneyleri yapmış, sonuçları ışık olarak göndermiştir. Bizim işimiz doğru soruyu sormak, öngörüyü önceden yazmak ve gökyüzünün cevabına dürüstçe bakmaktır.
Özet
- Bir hipotez sınanabilir bir açıklamadır; onu destekleyen gözlemler güven kazandırır ama kesin kanıtlamaz, tek bir sağlam çelişki çürütebilir. Gökbilim deney yerine çok sayıda cismi gözlemleyerek sınar; aynı zamanda, olanı değiştiremediğimiz tarihsel bir bilimdir.
- Aynı mantıkla kurulan iki hipotezden Neptün doğrulandı, Vulcan çürütüldü. Le Verrier'nin 1859'da bildirdiği Merkür kayması yarım yüzyıl açıklanamadı; genel görelilik bunu, Δω = 6πGM / (c²a(1 − e²)) ile yüzyılda yaklaşık 43 yay saniyesi olarak, ayar yapmadan öngördü.
- Bilim, hakem değerlendirmesi ve bilim insanlarının birbirini sorgulamasıyla kendini düzeltir; sonuçları en iyi kanıta dayanan geçici cevaplardır. Bir öngörü, ölçümün hata payıyla birlikte karşılaştırılarak sınanır.
Görev
Quiz
- Bilimsel bir hipotezi bilimsel olmayan bir açıklamadan ayıran nedir?
- Gökbilim neden hem gözlem bilimi hem de tarihsel bir bilim olarak tanımlanır?
- Neptün ve Vulcan hipotezleri neyi paylaşıyordu ve sonuçları nasıl ayrıldı?
- Genel görelilik Merkür'ün günberi kayması için ne öngördü?
- Bilimin kendini düzeltmesini sağlayan süreçlerden biri nedir?
Cevaplar
- Sınanabilir olması; bir gözlemle yanlışlanabilecek bir öngörüde bulunması.
- Çünkü deney yapmak yerine çok sayıda cismi gözlemleyerek sınar ve gördüğü olaylar çoktan olmuştur, onları değiştiremez.
- İkisi de gözlenen bir yörünge sapmasını görülmemiş bir gezegenle açıkladı; Neptün öngörülen yerde bulundu, Vulcan hiç bulunamadı ve hipotez çürüdü.
- Yüzyılda yaklaşık 43 yay saniyelik bir ilerleme; bu, gözlenen açıklanamayan kaymayla uyuştu.
- Hakem değerlendirmesi, yani makalelerin ve başvuruların aynı alandaki başka bilim insanlarınca dikkatle incelenmesi.
Kaynaklar
Sonraki derse köprü
Bir hipotezi sınamak için önce onu yazmak ve başkalarının yazdıklarını okumak gerekir. Gökbilimciler sonuçlarını bilimsel makalelerde paylaşır; bu makaleler de kendine özgü bir yapıda, yoğun bir dille yazılır. Bir makalenin özetini, yöntemini ve sonuçlarını nasıl okursun, ve hangi bölüme ne kadar güvenmen gerektiğini nasıl anlarsın?