Przeczytaj
Warto przeczytać
Zapewne rozbawiło cię pytanie tego ucznia. Nie trzeba jednak zbyt szybko wyciągać wniosków. Aby wyodrębnić sedno interesującego nas zjawiskazjawiska z kontekstukontekstu wielu różnych związanych z nim zagadnień, trzeba wszystkie spokojnie rozważyć. Jedne z nich okażą się wtedy istotne, inne obojętne, a jeszcze inne – zaniedbywalne. Niekiedy bywa, że na pozór niezwiązane z badanym zjawiskiem obserwacje okazują się kluczowe dla jego zrozumienia.
Dam Ci przykład autentyczny, opisany interesująco w książce A.K. Wróblewskiego „Historia fizyki”. Jest w nim mowa o badaniach Ernesta Rutherforda i współpracowników nad zjawiskami promieniotwórczości.
„Do badań używany był elektroskop. Zaobserwowano wkrótce zagadkowe zjawisko: oto natężenie promieniowania próbki toru, rejestrowanego przez elektroskop, zależało od tego, czy drzwi do laboratorium były otwarte, czy zamknięte. Wielu uczonych może zlekceważyłoby ten fakt, ale Rutherford przypuszczał, że istotną rolę odgrywa tu ruch powietrza. Idąc za tą hipotezą, Owens i Rutherford przeprowadzili dalsze badania, w których udowodnili, że przy rozpadzie toru tworzy się pochodna gazowa substancja promieniotwórcza, której nadali nazwę emanacja toru*. Tak więc przeciąg w laboratorium doprowadził spostrzegawczego Rutherforda do ważnego odkrycia.”*
Wiele efektów mogło być skutkiem otwarcia drzwi. Mógł się wzmagać hałas, zmieniać temperatura, mogło wpadać więcej światła, może jakieś zapachy itd. W sytuacji, kiedy tak mało wiedziano o naturze nowego promieniowania, każda hipoteza mogła okazać się zarówno prawdziwa, jak i fałszywa. Podane tu różne efekty stanowią właśnie ten kontekst, w którym łatwo mogło ukryć się to, co faktycznie odpowiadało za poczynione obserwacje.
Jak to coś wyodrębnić, „wyłuskać” z tego tła? Z pewnością potrzebna jest intuicjaintuicja, ale czy tylko? Zauważ, że badano minerały, kawałki kamieni. Co z tym wspólnego miałby mieć ruch powietrza? Jednak miał...
Zacytujmy inny przykład, także opisany w „Historii Fizyki”. Przykład ten może rzucić dodatkowe światło na mechanizmy prowadzące do odkrycia nowego zjawiska fizycznego. Odnosi się do nieco wcześniejszego czasu, kiedy nikt nie zdawał sobie sprawy, że jakieś substancje mogą same z siebie wysyłać promieniowanie. Ciekawe jest prześledzenie drogi, na której rodzi się myśl, że obserwujemy coś, czego nikt na świecie jeszcze nie obserwował. Oddajmy głos autorowi „Historii fizyki”.
„W dniu 20 stycznia 1896 r. Henri Poincare opowiedział o odkryciu Roentgena na posiedzeniu Akademii Nauk w Paryżu. Wysunął wówczas hipotezę, że zdolność emisji promieni X ma zapewne związek ze zjawiskiem fosforescencji, czyli opóźnionego wysyłania światła po naświetleniu danej substancji. Referatu Poincarego słuchał obecny na posiedzeniu Henri Becquerel.”
Nieco dalej czytamy:
„Becquerel postanowił sprawdzić hipotezę Poincarego. Miał w swej pracowni próbkę siarczanu uranylowo‑potasowego, znanego jako substancja o silnej fosforescencji. Poddał ją więc działaniu światła słonecznego, a następnie sprawdził, że położona na pewien czas na kliszy fotograficznej, owiniętej w czarny papier, powoduje jej wyraźne zaczernienie. Na posiedzeniu Akademii Nauk 24 lutego 1896 r. Becquerel przedstawił ten wynik uznając, że hipoteza Poincarego została potwierdzona.”
Zauważmy: najpierw było odkrycie przez Rentgena promieniowania nazwanego później jego nazwiskiem. Potem hipoteza Poincarego, że takie promieniowanie może być emitowane przez minerały, po wcześniejszym naświetleniu ich światłem słonecznym (fosforescencja). Następnie - sprawdzenie tej hipotezy przez Becquerela i, jak się wydawało, potwierdzenie jej słuszności. Becquerel zasugerował się przypuszczeniem Poincarego, i uznał (niesłusznie), że obserwuje efekt działania słońca na minerały zawierające uran.
Ale czytajmy dalej:
„Jednak nadal prowadził doświadczenia. Tymczasem w końcu lutego pogoda w Paryżu się popsuła i rzadko świeciło słońce. Czekając na poprawę pogody, Becquerel przechowywał mało naświetlony minerał razem z kliszą w szufladzie. Po paru dniach oczekiwania, w niedzielę 1 marca, zdecydował się wywołać kliszę i ze zdumieniem stwierdził, że zaczernienie kliszy jest bardzo duże. Zrozumiał wtedy, że jego poprzedni wniosek był błędny i na następnym posiedzeniu Akademii Nauk w dniu 2 marca ogłosił, że sól uranylowa sama z siebie wysyła nieznane przenikliwe promieniowanie.”
„Sama z siebie” – to coś niesłychanego. Co jest źródłem tego promieniowania? Co z prawem zachowania energii? Jaka jest natura tych promieni, które zaczerniają kliszę? Aby z długiej historii zrobić krótką, zacytujmy tylko końcowy rezultat:
„…to błędna hipoteza Poincarego i zbieg okoliczności ze złą pogodą doprowadziły Becquerela do odkrycia, uhonorowanego potem Nagrodą Nobla z fizyki.”
Powiesz może, no cóż – trzeba mieć trochę szczęścia. Nie całkiem bym się z tym zgodził. Na pewno zbieg okoliczności odegrał tu swą rolę. Ale było to szczęście „ze wspomaganiem”, używając języka samochodowego. Gdyby nie odkrycie Roentgena, Poincare nie wysunąłby swej hipotezy. Gdyby nie ta (błędna) hipoteza, Becquerel by jej nie sprawdzał. Gdyby jej nie sprawdzał, zła pogoda nic by tu nie znaczyła.
Przykład ten zawiera natomiast odpowiedź na tytułowe zapytanie naszego E‑materiału „Jak wyodrębnić zjawisko z kontekstu?”. Kontekstem było wszystko, czym zajmował się Roentgen, Poincare, Becquerel i wielu innych w końcu XIX wieku. Do wyodrębnienia tego zjawiska z kontekstu innych badanych zjawisk potrzebna była obserwacja takiej właściwości, jakiej nie posiadały wszystkie inne badane zjawiska – spontaniczna emisja promieniowania.
Uogólnijmy to. W celu wyodrębnienia zjawiska z kontekstu innych podobnych zjawisk należy znaleźć taką właściwość, której te inne zjawiska nie mają.
Historia Becquerela stanowi jednak dla nas jeszcze jedną lekcję. Prowadził on bowiem badania własności nowo odkrytego promieniowania, ale czynił to głównie z punktu widzenia efektów obserwowanych dla odkrytego już promieniowania rentgenowskiego. Stwierdził, że nowe promieniowanie ma własności analogiczne do własności promieniowania Roentgena. Stwierdzenie to okazało się jednak błędne. Było ono raczej wynikiem na tyle powszechnego zachwytu nad własnościami promieniowania Roentgena, że wszędzie doszukiwano się z nim związków. Zapiszmy więc następną konkluzję: Aby prawidłowo wyodrębnić z kontekstu nowe zjawisko, trzeba zachować pełen obiektywizm przy analizie i interpretacji wyników obserwacji i pomiarów.
Becquerel, uznawszy, że odkryte przez niego promieniowanie ma cechy znanego już promieniowania rentgenowskiego, nie był zainteresowany dalszym badaniem jego własności.
Uczyniła to jednak przybyła z Polski Maria Skłodowska‑Curie ze swym mężem Piotrem Curie. Zrezygnowali oni z badań z użyciem klisz fotograficznych na rzecz pomiarów z pomocą mierników, opartych na zasadzie działania elektroskopu. Metoda ta okazała się dużo bardziej precyzyjna, co pozwoliło im wkrótce zauważyć, że w badanych próbkach jest inna substancja - znacznie bardziej „czynna” niż uran. Jak wiemy, doprowadziło to ich do odkrycia tych substancji, którymi okazały się nieznane wcześniej pierwiastki promieniotwórcze: polon i rad.
A dla nas jest to następna konkluzja: Znalezienie nowych metod i narzędzi pomiarowych pozwala na odkrycie nieznanych wcześniej cech badanych zjawisk i wyodrębnienie zjawiska spośród szerokiego kontekstu innych.
Dajmy jeszcze jeden przykład. Dla wyodrębnienia czystego radu Maria musiała dokonać obróbki chemicznej wielu ton blendy smolistej (rudy uranu) i to w skrajnie trudnych warunkach. Podkreślam: chemicznej, nie fizycznej. Tu już nie wystarczyły klisze i elektroskop. Tu potrzebna była wiedza i umiejętności z chemii, nie fizyki. Nic dziwnego, że druga nagroda Nobla przyznana Marii Skłodowskiej‑Curie została przyznana właśnie w dziedzinie chemii.
Prowadzi to do kolejnego wniosku: Wyodrębnienie zjawiska z kontekstu może wymagać badań o charakterze interdyscyplinarnym, zarówno co do metod, jak i narzędzi badawczych.
We wstępie do naszego e‑materiału powiedzieliśmy o zadaniu z fizyki z brakiem informacji. Zamiast oczekiwanego pytania o współczynnik tarcia książki o stół, Janek zapytał o jej tytuł. Czy jednak tylko śmiechem można zareagować? Przecież ten tytuł mógł wszystko wyjaśnić. Spośród wielu różnych książek, które nauczyciel mógł położyć na stole, pod ręką w pracowni mogły być tablice fizyczne! A może nauczyciel specjalnie wybrał tę, która zawierała wartości współczynnika tarcia?
Rutherford zorientował się, że to ruch powietrza jest czynnikiem istotnym dla przebiegu badanego przez niego procesu; Becquerel, z pomocą złej pogody, wyodrębnił - spośród zjawisk fosforescencji - zjawisko promieniotwórczości, Maria Skłodowska‑Curie, spośród mnogości substancji zawartych w badanych przez nią z mężem minerałów, znalazła te, których były tam śladowe ilości, ale były promieniotwórcze.
Wyodrębnić zjawisko z kontekstu, to krok do sukcesu – nawet na miarę nagrody Nobla.
Słowniczek
(ang.: physical phenomenon) - proces, przemiana itp., w której zmieniają się własności fizyczne jakiegoś obiektu fizycznego. Zjawiska fizyczne dotyczą zmian zachodzących w przyrodzie, chociaż mogą być wywoływane także działalnością człowieka. Odkryte przez człowieka ważne zjawiska fizyczne otrzymują często nazwy odpowiadające nazwisku odkrywcy, np. zjawisko: Dopplera, Halla, Comptona, itd.
(ang.: context) - zależność znaczenia jakiegoś fragmentu tekstu: sformułowania, frazy, wyrazu, itp. od tekstu poprzedzającego lub następującego potem. To także zależność danego zjawiska od innych zjawisk z nim powiązanych tematycznie oraz w czasie lub/i przestrzeni.
(ang.: intuition) - umiejętność dostrzegania rozwiązania problemu bez odwoływania się do uzasadnionych przesłanek, wyników doświadczeń, opinii innych osób itp. Często objawia się w postaci nieoczekiwanego skojarzenia, czy olśnienia. Ma swe podłoże w podświadomości i zawiera elementy emocjonalne.