Get Adobe Flash player
Music Artists I like
Yann Tiersen, Clint Mansel, Antonio Vivaldi, Rammstein, A Perfect Circle, Led Zeppelin, Gabriel Fauré, Erik Satie, John Williams, Fryderyk Franciszek Chopin, Sergej Prokofjev, Pyotr Ilyich Tchaikovsky, Deep Purple, Metallica, Moby, Draconian, David Bowie, Daft Punk, Massive Attack, Enya, Muse, Björk, Alice in Chains, The Prodigy, Nirvana, Red Hot Chili Peppers, Guns ‘N’ Roses, AC/DC, Megadeth, Tool, Mortal Love, Mor Ve Ötesi, Godsmack and others.
Sites I like
9gag

De ethertheorie

Opdracht 4

(a) Kies één van deze voorbeelden (de etherheorie, de flogistontheorie, het vitalisme of de calorische warmtetheorie), en onderwerp dit aan een bescheiden historisch onderzoek, zodat u de casus gedetailleerd kunt beschrijven. Wat is er gebeurd? Tegen welke achtergrond leek het idee destijds plausibel? Waarom bleek dit idee (later) een misvatting? Zet uw beschrijving op papier.
(b) Identificeer u vervolgens met de onderzoeker(s) van destijds en beoordeel of u dezelfde fout zou hebben gemaakt. Zo nee, geef aan waarom niet.
Tip: Amusant en leerzaam zijn de beschrijvingen van iets gedateerde wetenschap, die ons een – wellicht misplaatst – gevoel van superioriteit verschaffen. Wij zien achteraf heel scherp wat onze voorgangers fout deden, terwijl die zelf dachten uiterst rationeel te zijn. Het risico bestaat dat wij achteraf van alles fout vinden, terwijl de – inmiddels zichtbare – fouten destijds inderdaad logische onderzoeksstappen inhielden. Vermijd deze emotionele valkuil en doe zo veel mogelijk recht aan uw voorgangers.
(c) Laat het besef tot u doordringen dat een misvatting als onder (a) kon ontstaan als uitvloeisel van serieus wetenschappelijk onderzoek. Probeer te formuleren wat dit betekent voor de zekerheid van de hedendaagse kennis op het gebied van uw casus: hoe waarschijnlijk acht u het dat die kennis over enige tijd ook weer zal worden vervangen door nieuwe inzichten?


Inleiding

De geschiedenis van de wetenschap bevat vele successen en fouten; uit beide kunnen we lering trekken. Vier voorbeelden van bekende theoretische misvattingen uit de vorige eeuwen zijn: de etherheorie, de flogistontheorie, het vitalisme en de calorische warmtetheorie. Deze wetenschappelijke theorieën bleken achteraf onwaar te zijn. In alle gevallen werden niet waarneembare zaken aanwezig verondersteld die later niet bleken te bestaan. In deze opdracht heb ik één van deze misvattingen nader bekeken: de ethertheorie. Met behulp van bronnen (met name de encyclopedie Wikipedia op internet en het boek ‘The Fabric of the Cosmos’ en enkele artikelen) heb ik hierover informatie verzameld en bestudeerd aan de hand van de opdracht. De uitwerking van de onderdelen (a), (b) en (c) volgen hieronder.


De achtergrond van de ethertheorie (a)

Volgens veel klassieke wereldbeelden stond de aarde stil in het centrum van het heelal dat om haar heen draaide. Men ontdekte later dat dit niet juist was: de aarde was in beweging in een baan om de zon. Ook was de zon in beweging ten opzichte van andere sterren en kon men niet bepalen welke ster in beweging was en welke ‘stil stond’.
In een mechanisch wereldbeeld, dat in de 17e eeuw ontstond, zag men het heelal als een grote machine, die, eenmaal in beweging gebracht, net als een soort uurwerk, op grond van haar constructie het werk verrichtte waarvoor zij in het leven is geroepen. Het heelal bestond uit deeltjes die op elkaar inwerken volgens zuiver wiskundige natuurwetten. Die wetten kon je analyseren, voorspellen en gebruiken om de natuur te beheersen. Het complete universum probeerde men te beschrijven vanuit een wiskundig opgebouwde mechanica: alles was te berekenen.
Binnen dit wereldbeeld had licht, net als geluid, een medium nodig om zich te verplaatsen. Ether was één van de benamingen voor het veronderstelde medium waarvan men in de negentiende eeuw tot aan het begin van de twintigste eeuw dacht, dat het een stoffelijke tussenstof was die voortplanting van licht en andere elektromagnetische golven mogelijk maakte. Men kende aan deze tussenstof ook eigenschappen toe als veerkracht (elasticiteit) en absolute rust (stilstand). De ether drong door alle stof heen en vulde de ruimte tussen de atomen.
Er werd aangenomen dat de wetten van Maxwell over elektromagnetisme alleen golden als er zoiets als de ether bestond. Hij realiseerde zicht dat de uitkomst van de snelheid waarop elektromagnetische golven zich volgens zijn wetten verplaatsen, gelijk was aan de snelheid van het licht. Het was echter onduidelijk ten opzichte van wat de golven zich verplaatsten. Vandaar dat men veronderstelde dat lichtgolven een medium nodig hadden en de snelheid die zijn vergelijkingen lieten zien gold als men dit medium als referentie nam.


Het interferometer-experiment (a)

Als de ether bestond en een absoluut stilstaand medium was zoals men veronderstelde, dan kon men de beweging van een hemellichaam (zoals de aarde) aantonen door de lichtsnelheid in verschillende richtingen te vergelijken. Albert Michelson en Edward Morley poogden met hun interferometer-experiment (1887) de ether aan te tonen door te laten zien dat licht zich met verschillende snelheden zou verplaatsen in richtingen parallel aan en dwars op de aardbaan om de zon, doordat de aarde zich immers door de ether voort zou moeten bewegen. Dit bleek echter niet zo te zijn: de lichtsnelheid was in alle richtingen gemeten precies even groot.
Het experiment wordt beschouwd als het eerste sterke bewijs tegen het bestaan van de ether. Het toonde net als latere experimenten aan dat de lichtsnelheid onafhankelijk was van de snelheid van de waarnemer. Als men nog aan de ether wilde vasthouden, zou men terug moeten grijpen op het middeleeuwse geocentrische model van het universum met de aarde als het stilstaande centrum van het heelal waaromheen de rest van het universum draaide. Dit was uiteraard in strijd met de waarnemingen.
Op grond van de resultaten van het experiment kon de aanwezigheid van de ether niet worden vastgesteld en werden door onder anderen Poincaré en Lorentz aanpassingen aan de klassieke mechanica voorgesteld. Dit leidde uiteindelijk tot de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein, waarin de afwezigheid van een absoluut ruststelsel (ether) werd gepostuleerd. Einstein was een voorstaander van simplicity en ontwikkelde een theorie zonder de veronderstelling van de ether. Zijn antwoord op het probleem van Maxwells wetten kwam erop neer dat licht een vaste snelheid had ten opzichte van alles.


De ethertheorie achteraf bekeken (b)

Als ik mezelf identificeer met de onderzoekers die het bestaan van de ether veronderstelden, dan zou ik wellicht niet anders hebben gedacht. Hoewel het volgens de wetten van Maxwell niet mogelijk was om licht als iets stilstaands te ervaren (als men met de zelfde snelheid in de zelfde richting zou gaan bewegen) en de snelheid ervan altijd op de zelfde waarde uitkwam, was het onduidelijk hoe men dit moest interpreteren en logisch om een oplossing in de ether te zoeken. Deze was niet voor niets in de negentiende eeuw door de wetenschap algemeen geaccepteerd. Newton achtte de ruimte en tijd als absoluut. Gebaseerd op metingen en ervaring, leek het logisch om te veronderstellen dat zich lichtgolven/elektromagnetische golven, op een vergelijkbare manier gedragen als watergolven en geluidsgolven en een medium nodig hebben. Over het golven van water en geluid was er immers in die tijd veel meer bekend. Ook Nikola Tesla trachtte de ether te gebruiken om overal ter wereld op een eenvoudige manier elektriciteit draadloos te transporteren.

De resultaten van het interferometer experiment en het ontbreken van de ether leidden tot een paradigmaverschuiving. Achteraf is het makkelijk te zeggen wat wetenschappers fout hebben gedaan – meestal blijkt pas achteraf dat er sprake was van een verkeerde denkwijze en een echte revolutie of verschuiving, omdat er altijd weerstand is van aanhangers van een bepaald denkkader. Het denkkader van wetenschappers en de tijdgeest van mensen veranderen meestal geleidelijk en aangezien het denkkader bij deze wisseling zo erg verandert dat de wereld er volgens Kuhn vaak onvergelijkbaar anders uitziet, lijkt me deze verandering moeilijk te voorspellen. Van de fouten van onze voorgangers kunnen we beter iets leren in plaats van ze te veel te bekritiseren.

De manier waarop zich licht zich voortplant staat sinds de negentiende eeuw erg in de belangstelling. Nog steeds is het gegeven dat de lichtsnelheid altijd constant is moeilijk te begrijpen en leidt het tot de vreemdste paradoxen.


Nieuwe inzichten (c)

Hoe waarschijnlijk is het dat deze kennis over enige tijd ook weer zal worden vervangen door nieuwe inzichten? Dat is niet onmogelijk.
Vandaag de dag zijn er wetenschappers die geloven dat de resultaten van het Michaelson-Morley experiment destijds verkeerd geïnterpreteerd zijn. Het experiment heeft niet bewezen had dat de ether niet bestond, maar alleen aangetoond dat de ether ontbrak tijdens dit experiment. In een nieuwe opkomende etherfysica worden de atomen als deeltjes en de dualiteit van licht voorgoed uitgebannen en bestaan er uitsluitend nog golven. Er wordt aangenomen dat de ether een immaterieel vloeistofachtig medium van deze golven is en een energetische substantie die het gehele universum doordrenkt. Aanhangers van de ether-theorie beweren dat Einsteins theorie geen rekening houdt met de golfachtige aard van licht door de veronderstelling dat er geen medium bestaat. Het etherconcept is een tiental jaren bezig met een come-back als alternatief voor de relativiteitstheorie.
Echter, sinds het Michelson-Morley-experiment en de relativiteitstheorie van Albert Einstein, heeft het grootste deel van de natuurkundige gemeenschap de ethertheorie terzijde geschoven. Elektromagnetische golven werden sindsdien geacht zich voort te planten in het ‘vacuüm’. De belangrijkste theorieën in de moderne fysica, met inbegrip van de algemene relativiteitstheorie, de kwantumtheorie en snaartheorie gaan er allemaal van uit dat de ether niet bestaat en tegenwoordig wordt het concept gezien als een achterhaalde wetenschappelijke theorie.

Ook leidt onderzoek op het gebied van de kwantummechanica naar deeltjes die niet kunnen worden waargenomen al snel tot discussies over hoe wij de werkelijkheid kennen, of die werkelijkheid onafhankelijk van ons bestaat, over de juistheid van metingen en over begrippen als ‘lege’ ruimte en vacuüm. De kwantummechanica gaat uit van een wereld van onzekerheden waarin de mechanische behoudswet niet hoeft te gelden en er zelfs in het vacuüm energie uit het ‘niets’ even kan voorkomen/ontstaan. Recentelijk waren er ontwikkelingen betreffende het standaardmodel van de deeltjesfysica, een breed aanvaarde (maar nog niet alles-beschrijvende) theorie in overeenstemming met de kwantummechanica en de speciale relativiteitstheorie. De zogenaamde higgsbosonen zijn hiervoor van fundamenteel belang. Het zijn de dragers van een hypothetisch energieveld (higgsveld) dat in het hele universum aanwezig zou moeten zijn en dat de massa van de elementaire deeltjes veroorzaakt. In 2012 werd door wetenschappers van het CERN bekendgemaakt dat met behulp van de Large Hadron Collider een deeltje waarvan de massa overeenkomt met die van het higgsboson experimenteel is ontdekt. Waarschijnlijk gaat het hier om het betreffende deeltje, maar nieuwe metingen moesten uitsluitsel geven.


Zekerheid over de toekomst (c)

Als het, door het CERN ontdekte deeltje inderdaad een higgsboson is, kan dat tot nieuwe inzichten leiden met betrekking tot de ‘opbouw’ van het universum en het begrip ‘lege’ ruimte. In elk geval is het een ontbrekend puzzelstuk van het standaardmodel en wordt het wellicht dé ontdekking van de afgelopen 50 jaar. Een mogelijke doorbraak dus. De (filosofie van) de natuurkunde is sterk in ontwikkeling en het is mogelijk, of zelfs te verwachten, dat we in de toekomst tot nieuwe inzichten komen. Inzichten die misschien nog niet tot dé theorie leiden, maar die ons in elk geval wel kunnen helpen om bepaalde theorieën, zoals de ethertheorie, eens en voorgoed te kunnen uitsluiten.
Wat betekent dit voor de zekerheid van de hedendaagse kennis op dit gebied? Hoewel geen enkele van de genoemde theorieën in de moderne natuurkunde ‘alles-beschrijvend’ of volledig is, berusten zij wel op serieus wetenschappelijk onderzoek. Er is verder onderzoek noodzakelijk.

Leave a Reply

Calender
March 2013
M T W T F S S
« Nov   Jun »
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031
Subscribe!
Me on Goodreads!
Shops I like
Bestel nu gratis en vrijblijvend de Large catalogus!

The Sting Online Shop

Inspirational people

Albert Einstein
A person who never made a mistake, never tried anything new.

~ Albert EinsteIn

Stephen Hawking
Although I cannot move and I have to speak through a computer, in my mind I am free.

~ Stephen Hawking


Mahatma Gandhi

You must be the change you want to see in the world.

~ Mahatma Ghandi


Hermann Hesse

Wenn wir einen Menschen hassen, so hassen wir in seinem Bild etwas, was in uns selber sitzt. Was nicht in uns selber ist, das regt uns nicht auf.

~ Hermann Hesse