1.2: طبيعة العلوم

دائمًا ما يكون الحكم النهائي في العلوم هو ما تكشفه الطبيعة نفسها بناءً على الملاحظات والتجارب والنماذج والاختبارات. العلم ليس مجرد مجموعة من المعرفة، ولكنه طريقة نحاول من خلالها فهم الطبيعة وكيف تتصرف. تبدأ هذه الطريقة بالعديد من الملاحظات على مدار فترة زمنية. من خلال الاتجاهات التي تم العثور عليها من خلال الملاحظات، يمكن للعلماء نمذجة الظواهر الخاصة التي نريد فهمها. هذه النماذج هي دائمًا تقديرات تقريبية للطبيعة، وتخضع لمزيد من الاختبارات.

كمثال فلكي ملموس، قام علماء الفلك القدماء ببناء نموذج (جزئيًا من الملاحظات وجزئيًا من المعتقدات الفلسفية) بأن الأرض كانت مركز الكون وكل شيء يتحرك حولها في مدارات دائرية. في البداية، كانت ملاحظاتنا المتاحة عن الشمس والقمر والكواكب مناسبة لهذا النموذج؛ ولكن بعد المزيد من الملاحظات، كان لا بد من تحديث النموذج بإضافة دائرة تلو الأخرى لتمثيل حركات الكواكب حول الأرض في المركز. مع مرور القرون وتطوير أدوات محسنة لتتبع الأشياء في السماء، لم يعد النموذج القديم (حتى مع وجود عدد كبير من الدوائر) قادرًا على شرح جميع الحقائق المرصودة. كما سنرى في الفصل الخاص بمراقبة السماء: ولادة علم الفلك، فإن نموذجًا جديدًا، تكون الشمس في وسطه، يناسب الأدلة التجريبية بشكل أفضل. بعد فترة من الصراع الفلسفي، أصبحت مقبولة كنظرتنا للكون.

عندما يتم اقتراحها لأول مرة، تسمى النماذج أو الأفكار الجديدة أحيانًا الفرضيات. قد تعتقد أنه لا يمكن أن تكون هناك فرضيات جديدة في علم مثل علم الفلك - أن كل شيء مهم قد تم تعلمه بالفعل. لا شيء يمكن أن يكون أبعد عن الحقيقة. ستجد في هذا الكتاب المدرسي مناقشات حول الفرضيات الحديثة، والتي لا تزال مثيرة للجدل في بعض الأحيان، في علم الفلك. على سبيل المثال، لا تزال أهمية القطع الضخمة من الصخور والجليد التي تضرب الأرض للحياة على الأرض نفسها موضع نقاش. وفي حين أن الأدلة قوية على أن كميات هائلة من «الطاقة المظلمة» غير المرئية تشكل الجزء الأكبر من الكون، ليس لدى العلماء تفسير مقنع لماهية الطاقة المظلمة في الواقع. سيتطلب حل هذه المشكلات إجراء ملاحظات صعبة في طليعة تقنيتنا، وتحتاج جميع هذه الفرضيات إلى مزيد من الاختبارات قبل دمجها بالكامل في نماذجنا الفلكية القياسية.

هذه النقطة الأخيرة حاسمة: يجب أن تكون الفرضية تفسيرًا مقترحًا يمكن اختباره. الطريقة الأكثر مباشرة لمثل هذا الاختبار في العلوم هي إجراء تجربة. إذا أجريت التجربة بشكل صحيح، فإن نتائجها إما ستوافق مع تنبؤات الفرضية أو ستتعارض معها. إذا كانت النتيجة التجريبية غير متوافقة حقًا مع الفرضية، يجب على العالم تجاهل الفرضية ومحاولة تطوير بديل. إذا كانت النتيجة التجريبية تتفق مع التنبؤات، فإن هذا لا يثبت بالضرورة أن الفرضية صحيحة تمامًا؛ ربما تتناقض التجارب اللاحقة مع أجزاء مهمة من الفرضية. ولكن كلما زاد عدد التجارب التي تتفق مع الفرضية، زاد احتمال قبولنا للفرضية كوصف مفيد للطبيعة.

تتمثل إحدى طرق التفكير في هذا الأمر في التفكير في عالم ولد ويعيش في جزيرة تعيش فيها الأغنام السوداء فقط. يلتقي العالم يومًا بعد يوم بالخراف السوداء فقط، لذلك يفترض أن جميع الأغنام سوداء. على الرغم من أن كل خروف تمت ملاحظته يضيف الثقة إلى الفرضية، إلا أن العالم عليه فقط زيارة البر الرئيسي ومراقبة خروف أبيض لإثبات خطأ الفرضية.

عندما تقرأ عن التجارب، ربما تكون لديك صورة ذهنية لعالم في مختبر يجري اختبارات أو يأخذ قياسات دقيقة. هذا بالتأكيد هو الحال بالنسبة لعالم الأحياء أو الكيميائي، ولكن ماذا يمكن أن يفعل علماء الفلك عندما يكون مختبرنا هو الكون؟ من المستحيل وضع مجموعة من النجوم في أنبوب اختبار أو طلب مذنب آخر من شركة توريد علمية.

ونتيجة لذلك، يُطلق على علم الفلك أحيانًا اسم علم الملاحظة؛ غالبًا ما نجري اختباراتنا من خلال مراقبة العديد من العينات من نوع الكائن الذي نريد دراسته وملاحظة مدى اختلاف العينات بعناية. يمكن للأدوات والتكنولوجيا الجديدة أن تسمح لنا بالنظر إلى الأشياء الفلكية من وجهات نظر جديدة وبمزيد من التفصيل. ثم يتم الحكم على فرضياتنا في ضوء هذه المعلومات الجديدة، وهي تنجح أو تفشل بنفس الطريقة التي نقيم بها نتيجة تجربة معملية.

يعتبر الكثير من علم الفلك أيضًا علمًا تاريخيًا - مما يعني أن ما نلاحظه قد حدث بالفعل في الكون ولا يمكننا فعل أي شيء لتغييره. بنفس الطريقة، لا يمكن للجيولوجي تغيير ما حدث لكوكبنا، ولا يمكن لعالم الحفريات إعادة حيوان قديم إلى الحياة. في حين أن هذا يمكن أن يجعل علم الفلك تحديًا، إلا أنه يمنحنا أيضًا فرصًا رائعة لاكتشاف أسرار ماضينا الكوني.

يمكنك مقارنة عالم فلك بمحقق يحاول حل جريمة حدثت قبل وصول المحقق إلى مكان الحادث. هناك الكثير من الأدلة، ولكن يجب على كل من المحقق والعالم فحص الأدلة وتنظيمها لاختبار الفرضيات المختلفة حول ما حدث بالفعل. وهناك طريقة أخرى يكون فيها العالم مثل المحقق: يجب على كلاهما إثبات قضيتهما. يجب على المحقق إقناع المدعي العام والقاضي وربما هيئة المحلفين في النهاية بأن فرضيته صحيحة. وبالمثل، يجب على العالمة إقناع الزملاء ومحرري المجلات، وفي النهاية شريحة واسعة من العلماء الآخرين بأن فرضيتها صحيحة مؤقتًا. في كلتا الحالتين، يمكن للمرء أن يطلب فقط الأدلة «بما لا يدع مجالاً للشك». وفي بعض الأحيان تجبر الأدلة الجديدة كلاً من المحقق والعالم على مراجعة فرضيتهم الأخيرة.

هذا الجانب من التصحيح الذاتي للعلوم يميزه عن معظم الأنشطة البشرية. يقضي العلماء وقتًا طويلاً في طرح الأسئلة وتحدي بعضهم البعض، وهذا هو السبب في أن طلبات تمويل المشاريع - وكذلك التقارير للنشر في المجلات الأكاديمية - تمر بعملية مراجعة شاملة من قبل الأقران، وهو فحص دقيق من قبل علماء آخرين في نفس المجال. في العلوم (بعد التعليم الرسمي والتدريب)، يتم تشجيع الجميع على تحسين التجارب وتحدي جميع الفرضيات. يعرف العلماء الجدد أن إحدى أفضل الطرق للتقدم في حياتهم المهنية هي إيجاد نقطة ضعف في فهمنا الحالي لشيء ما وتصحيحه بفرضية جديدة أو معدلة.

هذا هو أحد الأسباب التي جعلت العلم يحقق مثل هذا التقدم الكبير. يعرف تخصص العلوم في المرحلة الجامعية اليوم المزيد عن العلوم والرياضيات أكثر من السير إسحاق نيوتن، أحد أشهر العلماء الذين عاشوا على الإطلاق. حتى في دورة علم الفلك التمهيدية هذه، ستتعرف على الأشياء والعمليات التي لم يحلم أحد بوجودها قبل بضعة أجيال.