De belangrijke fazen van het wetenschappelijk onderzoek.
Hoe in de natuurwetenschappen een onderzoek ondernomen wordt hangt af van zeer uiteenlopende factoren zoals persoonlijke of maatschappelijke belangen.In ieder ondezoek onderscheidt men echter drie belangrijke fazen:de observatie-het experiment -het openbaar maken van de resultaten en/of de theorie.Iedere faze is onontbeerlijk maar het fundamenteel belang van de experimenten is voor iedereen duidelijk zoals blijkt uit de volgende citaten: -Max Planck,de grondlegger van de kwantum theorie,formuleerde het zo in 1900:"Experiments are the only means of knowledge at our disposal.The rest is poetry,imagination."Planck schijnt dus ook het aspect verbeelding in dit citaat te onderstrepen. -Volgens een van de vaders van het elektromagnetisme Michaël Faraday ( de andere is J.C.Maxwell) zijn de data verzameld in de experimenten doorslaggevend:"The facts are the gifts of experiments;without experiments I am nothing." -Dichter bij ons stelde de nederlandse Nobelprijs winnaar Martinus Veltman het zo:"Physics implies that the theoretical ideas discussed must be supported by experimental facts."(zie Facts and Mysteries in elementary particle physics). -Tenslotte nog twee citaten van Henri Poincaré:"It is by logic that we prove but by intuition that we discover." en "L'expérience est la source de la vérité."Men kan niet beter de complementariteit expriment/verbeelding uitdrukken.De experimentele faze kan op haar beurt onderverdeeld worden in de volgende stappen:de analyse van de gegevens bekomen door observatie en door metingen,aan de hand van deze analyse het formuleren van een hypothese,de toetsing van de hypothese op haar geldigheid en,als alles gunstig verloopt,de formulering van een theorie die geopenbaard moet worden om tenslotte aanvaard te kunnen worden. Nu moeten echter nog belangrijke opmerkingen gemaakt worden.Normalerwijze wordt een wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd op basis van een referentiekader algemeen aanvaard door de wetenschappelijke gemeenschap op het ogenblik van de uitvoering van het experiment.Dit referentiekader wordt ook paradigma genoemd.Een wetenschappelijke theorie is echter nooit een dogma.Het gebeurt dikwijls dat,na het formuleren van een theorie,feiten aan het licht komen die in het kader van de theorie niet kunnen uitgelegd worden of dat,door de evolutie van de meet- en observatie technieken nieuwe inzichten ontstaan.Het is dan tijd om het gevolgde referentiekader aan te passen.Dit noemt men dan een "paradigma shift".De basis van een paradigma shift werd grondig bestudeerd door Thomas Kuhn (USA 1922-1996) in zijn belangrijk werk van 1962:"The structure of scientific revolutions.-SSR."Om dit aspect van het wetenschappelijk onderzoek te illustreren kan men best enkele voorbeelden van paradigma shift beschrijven.Een eerste voorbeeld vindt men in de astronomie.Tot het begin van de 17e eeuw werd algemeen aanvaard dat de zon rond de aarde draaide.Dit was niet zo verwonderlijk omdat de obervatiemogelijkheden herleid waren tot een eenvoudige visuele waarneming van de opkomende en ondergaande zon.Deze visie werd aanvaard als dogma door de toen gevestigde macht,zeer specifiek door de Katholieke Kerk.Dit kwam neer de mens op aarde centraal te stellen.Hieraan twijfelen werd gelijk gesteld aan ketterij.Sommige hebben door er aan te twijfelen hun leven door verloren (G.Bruno).Op basis van waarnemingen met zelf geconstrueerde telescopen begon Galilei in deze periode belangrijke ontdekkingen te doen door observatie van de hemellichamen.Hiermee begon hij een aanval te doen op de toen gangbare visie.Hij werd daarvoor door de Kerk zeer zwaar gestraft.Zijn visie leidde tot een paradigma shift: niet de zon draaide rond de aarde maar wel andersom de aarde draaide rond de zon.Toen begon men te spreken van "heliocentrisme".De visie van Galilei werd echter verder onderschreven en bestudeerd door geleerden zoals N.Copernicus (men begon dan ook te spreken van de Copernicaanse revolutie) en J.Kepler.Tenslotte werd het geheel van waarnemingen in de astronomie verder uitgebouwd door de grote Isaac Newton.Dit allemaal tijdens de 17e eeuw.Newton gebruikte voor de eerste keer de wiskunde als instrument om de toenmalige kennis een stevige logische basis te geven.Hij beschreef dit allemaal in zijn wereldberoemd werk :"Philisophiae Naturalis Principia Mathematica."In die tijd werd de wetenschap nog als een tak van de filosofie beschouwd.Wie zich nu in de 21e eeuw wetenschapper noemt moet de "Principia" als een fundament van de moderne wetenschap beschouwen.De werken van Newton werden samengevat in de wetten van de zwaartekracht (gravitatie) en vormden het kader van de "Mechanica van Newton".Voor ons dagelijks leven is deze mechanica nog steeds van toepassing.Nochtans.....op het einde van de 19e euw werden waarnemingen gedaan in de astronomie die niet in overeenstemming waren met de theorie nan Newton.Er was dus nood aan een nieuw paradigma shift.Het is Albert Einstein die hiervoor gezorgd heeft met zijn speciale relativiteitstheorie van 1912 en enkele jaren later met zijn algeme relativiteitstheorie die de gravitatiewetten van Newton een nieuwe dimensie gaven namelijk de intieme koppeling van ruimte en tijd en de kromming van de ruimte door de materie.De gevolgen van dit paradigma shift zijn nu nog van kracht.Ze zijn echter niet direct waarneembaar,althans niet in het dagelijks leven.Het is wel de moeite waard te signaleren dat de moderne veel geprezen GPS systemen gebaseerd zijn op de werken van Einstein.Omdat de zoektocht naar kennis in de natuurwetenschap nooit ten einde is,zijn er nu reeds prille aanwijzingen dat er aan de theorie van Einstein hier en daar onvolmaaktheden blijven kleven.Dit is een bewijs dat de zoektocht van de mens naar de kennis van de werkelijkheid steeds voortgaat en,wie weet, misschien nooit zal eindigen. Een analoge evolutie kan beschreven worden voor wat betreft de kennis van de structuur van de materie:van de "ondeelbare" atomen van Democritos tot de hedendaagse fysica van de hoge energîeën die in de 21e eeuw een nieuw elan zal krijgen door de geplande experimenten met de LHC versneller van de CERN in Genève. Er staat ons zeker nog meer te wachten in de natuurwetenschap.
De verbeelding is een essentieel element in de beoefening van de natuurwetenschappen.Uit de literatuur zijn er markante voorbeelden van deze stelling.De allerbelangrijkste is (volgens mij) deze van Albert Einstein die zei dat de verbeelding belangrijker was dan de kennis:"L'imagination est plus importante que le savoir."Niemand wist dit beter dan Einstein want aan de oorsprong van de relativiteitstheorie in 1912 werd er door hem gebruik gemaakt van "gedachte experimenten (Gedanken experiment)" waarin de verbeelding een hoofdrol gespeeld heeft.Een andere groot geleerde die de verbeelding aanprees was Friedrich August Kékulé (1829-1896).Deze duitse geleerde is aan de basis van de chemische structuur van de aromatische structuren (zoals benzeen).Hij is een tijd leraar geweest aan de Universiteit van Gent en is uitzonderlijk hoog gewaardeerd in België;vandaar de regelmatige organisatie van de Kékulé cyclus door de KVCV (Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging) die belangrijke evoluties in de wetenschap aan het groot publiek voorstelt aan de Universiteit van Antwerpen.Kékulé spoorde de wetenschappers aan om te "dromen":"Lernen wir traümen dann finden wir vielleicht die Wahreit".Hiermee bedoelde hij dat een wetenschapper soms over de bekomen resultaten van zijn experimenten moet kunnen "dromen" maw zich erover bezinnen vooraleer een hypothese te formuleren.Persoonlijk ben ik tijdens mijn wetenschappelijke loopbaan geconfronteerd geweest met netelige punten waarvoor op eerste zicht geen verklaring voor gegeven kon worden.Het heeft mij dikwijls geholpen een tijdje afstand te doen van het experimenteel werk en mij in bezinning te verdiepen bv gedurende lange wandelingen en ook soms met een probleem te gaan slapen;de volgende dag scheen er een verklaring in zicht te komen.Dit noem ik echt het "traümen" van Kékulé.Zelfs in de tijd van prestatiedruk,ook in de wetenschap,zou het goed zijn deze gouden regel af en toe te volgen.
Over de essentie van de natuurwetenschap en de eigenschappen ervan.
De beoefening van de natuurwetenschap vertoont een reeks typische aspecten die goed verwoord worden door talrijke belangrijke wetenschappers zoals A.Einstein die schreef dat het doel van iedere intellectuele activiteit is het geheimzinnige tot iets begrijpelijks terug te brengen of zoals Marie Curie die zei:"Ik behoor tot degenen die van mening zijn dat er een grote schoonheid verborgen ligt in de wetenschap".De belangstelling van de mens voor de kennis van de natuur is een fundamentele eigenschap van zijn soort.Van in de tijd van de prehistorie is de mens steeds op zoek geweest naar een uitleg voor de stimuli die op hem afkwamen uit de buitenwereld door zijn zintuigen maar ook vanuit het binnenste van zijn eigen lichaam.Met de evolutie van het bewustzijn en de hiermee gepaard gaande steeds groeiende werking van de cognitieve eigenschappen is onze soort nu meer dan ooit op zoek gegaan naar de kennis van de werkelijkheid;deze zoektocht is zeker nog ver van gedaan.Alles begon met de VERWONDERING zoals Aristoteles het reeds formuleerde.Maar de VERWONDERING moet steeds gepaard gaan met de noodzakelijke VERBEELDING.Hiervan getuigen een reeks citaten die verder zullen aangehaald worden.
