naucni metod

8/8/2019 Naucni metod

1/52

1

Uvod u nauni metod

Sadraj

1.1. Nauni metod ta je to?1.2. Opte osobine naunog metoda1.3. Osnovne komponente naunog metoda1.4. Nauni metod i slika o hijerarhijskoj strukturi prirode1.5. Nauni metod i logika1.6. Nauni metod i statistika1.7. Nauni metod i matematika1.8. Nauni metod i raunari1.9. Nauni metod u naukama o neivom i u naukama o ivom1.10. Nauni metod i nenauni metod

Literatura


2/52


3/52

3

znanja o svetu razvija i napreduje. Stalnost te aktivnosti govori nam da se jedni te isti predmeti istraivanja istrauju opet i ponovo, i da u stalnoevoluirajuem sistemu znanja nalaze sve bolje i bolje mesto, u konanojtenji da celu prirodu razumemo na jedinstven i sveobuhvatan nain.

Ovo ne znai da se ne moe istraivati i na neki drugi, proizvoljan nain.Nau ni metod je samo nain, koji se tokom nekoliko poslednjih stotinagodina, poev od Renesanse naovamo, uobliio, razvio i usavrio, idokazao kao najbolji. U zavisnosti od predmeta istraivanja postojiitavniz nauka, ali je nauni metod ono to se iskristalisalo kao neto to je uoptim crtama, uprkos nekim nunim razlikama, u osnovi svimazajedniko, odnosno svojstveno nauci kao zbirnom pojmu. Renesansa,odnosno Preporod, je i dobila to ime jer je taj period predstavljaoprelomnu taku u razvoju ovekove misli; posle plodnog davnoganti kog perioda i duge stagnacije tokom srednjeg vekaovek je tadapo eo da se ponovo oslobaa stega religiozne dogme, i racionalna stranapo ela je da izlazi iz senke iracionalne strane njegove linosti. Nikakvapretpostavka o biloemu nije vie smatrana dovoljno svetom da ne morada podlegne direktnoj proveri i utvrivanju istinitosti. ovek je poeokroz direktan kontakt sa prirodom sve slobodno da podvrgava svojojradoznalosti i sumnji, i naslutio da u prirodi postoji potpuni red ipovezanost svih predmeta i pojava u njoj, to sveeka da bude otkrivenoi shva eno. Posle mnogo lutanja utvren je niz postupaka kojim se tonajbolje radi, koje danas i zovemo naunim metodom. Nauni metod sestalno hrani novim pomagalima koji ga u smislu prerastanja nagomilanogkvantiteta injenica u novi kvalitet vetina ili znanjaesto revolucionarnomenjaju, kao to su to raznovrsni novi algoritmi, instrumenti, raunari,itd. i tako evoluira i neprestano postaje sve moniji.

No nikad ne treba zaboraviti da je osnovni alat naunog metoda ipakovek sm sa jedne strane njegova operativna sposobnost da manipulie

prirodom, a sa druge njegov um u kome se reflektuje priroda i koji u tomrefleksu prirode sposobnou logi kog zakljuivanja uspostavlja odreeniporedak koji treba da odgovara poretku u prirodi. O uspenosti naunogmetoda ne treba troiti mnogo rei; o tome najbolje govori dananjestanje nauke, njena ogromnost i izvanredna uspenost. Razlog zauspenost nauke moe zvuati kao tautologija i izgledati trivijalan, ali onto ipak nije nauka je uspena zato to je za kriterijum sopstveneistinitosti proglasila upravo svoj sopstveni uspeh. Ono to je neuspeno jednostavno nije nauka. Nauka stoga za sobom ostavlja skup proverenih i


4/52

4

proverljivih vetina i znanja, i to je osnovna razlika izmeu nauke inenauke. Pored toga to zadovoljava nau najdublju radoznalost, tajzdrueni produkt naih ruku i naeg uma se kroz savremenu tehniku itehnologiju dokazao i kao daleko najefikasnijeovekovo orue u ve itoj isurovoj borbi za opstanak, pa samim tim i kao glavni faktor budueevolucije ljudske vrste. Istorija pokazuje da svaka dogma blokiraevoluciju intelekta, dok mu nauka, koja ne priznajea priori neprikosnovene stavove, omoguuje da se razvija. Znaaj nauke senikako ne moe preceniti ona je, konano, i zbirno ime za sposobnostovekovu da ispolji aktivnu ulogu u evoluciji materije u prirodi - sve ono

to nazivamo vetakim bez oveka i njegove nauke se inae nikad nebi pojavilo na sceni prirode. To to je materija evoluirala u ivot, koji je jedini sposoban da evoluciju neanimirane materije izvlai iz situacionih

orsokaka, odnosno lokalnih minimuma potencijalne energije u koje onana putu ka optem minimumu, ostavljena sama sebi neminovno zapada,kona no moe biti i jedina svrha njegovog postojanja u prirodi. Pritomnikad ne treba zaboravljati presudnu ulogu naih manuelnih, odnosnomehanikih sposobnosti i vetina, bez kojih nauke ne bi ni bilo;zamislimo makar i najbriljantniji um koji ne poseduje sposobnost dapokre e ne samo sebe, veda ne pokree ni bilo ta u svetu oko sebe.Odmah e nam biti jasno da bi njegove mogunosti ne samo urealizovanju aktivne uloge u prirodi vei u spoznaji sveta bile krajnjeograni ene ako nita drugo, takav um nijednu svoju ideju ne bi bio ustanju da proveri. Proizvoljna iracionalna objanjenja prirode bila bimaksimum koga bi takav imobilni um mogao da dostigne.ove anstvo je u antikom periodu dobrim delom patilo upravo od takvog pristupanauci. U Renesansi usvojeno osmiljeno manipulisanje prirodom saciljem upoznavanja i provere njenog funkcionisanja, to nazivamoeksperimentisanjem , se otud pokazuje kao vrhunski alat nauke, pa timei nau nog metoda. ak i objanjenja funkcionisanja onih delova prirodekoji nam nisu dostupni za direktno eksperimentisanje vesamo zaposmatranje , zasnovana su na onim znanjima o prirodi koja su steena udirektnoj eksperimentalnoj komunikaciji sa njenim nama dostupnimsegmentima.No, uprkos naeg dosadanjeg hvalospeva naunom metodu nikako netreba misliti da je on svemogu; on je, kako to kau matematiari, samopotreban ali ne i dovoljan uslov da bi se istraivanje uspeno obavilo.Ako pod uspeno obavljenim istraivanjem smatramo postignue nekogotkri a , odnosno stvarno obogaivanje ove anstva nekim novim


5/52

5

relevantnim saznanjem ili vetinom, onda je poredvladanja nau nim metodom za to o igledno potrebno u potpunosti poznavati nau nu disciplinu o kojoj je re sve ono to je u njoj veura eno i poznato,kao i ono ta jo treba uraditi. No ispostavlja se da i to nije dovoljno,najve i broj onih koji zadovoljavaju ova dva prva uslova nikad ne uineneko znaajno otkrie. Za to je potrebno jo neto, neto to je tekoegzaktno definisati, a to se moe jednim nepreciznim terminom nazvati

talentom za nau no istraivanje . Kreativnost je neto to se eventualnomoe opisati, ali to je praktino nemogue nau iti. Razumevanje onogato je neko kreirao je nesumnjivo racionalna delatnost, ali izgleda kao da je sama kreacija racionalnih tvorevina iracionalan proces,iji je toknemogue trasirati. etvrta komponenta, bez koje nije verovatno daebiti uspeha, jesteuporan i teak rad, danju, ali i no u , kada u reavanjuproblema kome smo do tada posvetili potpunu panju, osim punogangamana naesvesti u estvuje i naapodsvest , koja se po svemusude i javlja kao neophodan uesnik u svakom istraivanju. U ovomkontekstu treba se osvrnuti i naslu aj (serendipitet), kao naestogsau esnika u otkriu. No sluaj ho e samo onoga ko zna, i ko se trudio.Otvorena knjiga prirode lei pred svima, ali malobrojni umeju da jeitaju. Peta, neizbena komponenta bez koje pogotovo u dananje vreme

ne treba oekivati znaajne rezultate istraivanja jeste novac , to je usavremenom drutvu koje novcem meri sve materijalne ali i ostalevrednosti, na neki nain ekvivalentno znaaju koje drutvo pridaje datomistraivanju. Nije sluajno to bogati imaju znaajne naune rezultate asiromani nemaju. Korelacija je obosmerna. Konano, budui da je naukaprostorno-vremenski integral kolektivnog napora celogove anstva,odnosno njegovog intelekta, i da je danas ogromna, za njen dalji razvojneophodna je potpuna komunikacija me u svim njegovim jedinkama.Osnovni i univerzalni jezik nauke jematematika , koja je jedna jedina inije i ne moe biti nacionalna. U verbalnoj komunikaciji, koja jeneophodna komponenta naune komunikacije,engleski jezik se uposlednjih pedesetak godina iskristalisao kao opteprihvaen i uspeno jezamenio srednjevekovni latinski. Obzirom da je nauka ipak rezultatnapora celog ove anstva, ona treba da bude i njegovo kolektivnovlasnitvo i njegovo kolektivno stanje duha. Mogunost da to tako zaistai bude danas poveava brzi razvoj svih komunikacionih tehnika, naelusa globalnom kompjuterskom mreom. No, kompjuterskim renikomre eno, nauka nije samo softver, odnosno znanje, ona je ipak prvenstvenohardver , odnosno sposobnost za komunikaciju sa prirodom, koja u sebeuklju uje naa ula i sve njihove ekstenzije, kao i sledstvenu mogunost


6/52

6

manipulisanja prirodom prvo moramo znati ta je ono to trebarazumeti, zatim to treba razumeti, te onda to razumevanje povratnokoristiti za dovoenje prirode u unapred eljena stanja.Hardver je sinequa non moderne nauke , ili, to bi se reklo, koliko hardvera tolikonauke. Empirijske nauke se, uostalom, ne zovu tako bez razloga. Hardvernauke je danas ogroman, i budui da predstavlja sublimat svega to jetrenutno najnaprednije u ljudskom rodu, basnoslovno skup. Stoga ga je,naalost, daleko tee uiniti kolektivnim vlasnitvom celogove anstva.Proizvodnja sofisticiranog naunog instrumentarijuma je u rukamanajrazvijenijih, i od njih se u ogranienoj meri, i sa neminovnimzakanjenjem, moe kupiti. Kao rezultat, materijalna, eksperimentalna iposmatraka baza nauke daleko je neravnomernije rasporeena od njeneintelektualne baze. Tu se jo uvek smatra da svako treba da ima ono to je zaista zasluio i odradio. Situacija je jo gora sa takozvanomprimenjenom naukom. U toj bitnoj nadgradnji fundamentalne (iste)nauke nacionalni interesi razvijenih zemalja su rukovodei i tuinternacionalni karakter nauke potpuno prestaje, ne samo na nivouhardvera, ve i na nivou softvera. Uzmemo li za primer recimo nuklearnetehnike i tehnologije na delu vidimo drastine primere dravnogmonopolizma i dravnog terorizma najrazvijenijih drava sveta, koji sustavljeni u slubu tenje za dominacijom. Ovakve zloupotrebe nauke nadananjem stupnju razvojaovekove linosti i ljudskog drutva izgledada su jo uvek neminovne, i ne mogu se pripisati nauci kao greh, jer se naisti na in od strane upravljaa drutvima zloupotrebljavaju i sva ostalacivilizacijska postignua.

U okviru ovog opteg prikaza osnovnih osobina istraivanja treba rei daproizvodnja otkria nije isto to i, recimo, proizvodnja hleba procenatuspeha je, uprkos dosledne primene odgovarajue recepture u obedelatnosti, nuno znatno manji u prvoj nego u drugoj. Kako vremeprolazi, i nauka raste, ispostavlja se da je sve tee uiniti relevantandoprinos. Kao to je jedan od najveih teorijskih fiziara svih vremena,Pol Dirak, jo pedesetih godina dvadesetog veka rekao nekad je idrugorazredni fiziar mogao da uini prvorazredno otkrie, a danas je iprvorazrednom fiziaru teko da uini i drugorazredno otkrie. Uprkostome to se istraivanjem profesionalno bavi veoma veliki brojkvalitetnih i dobro obuenih ljudi, proizvodnja zaista relevantnog otkriadanas je redak dogaaj. No izgleda da je to nuno; kao toemo kasnijeeksplicirati, nauka napreduje po dijalektikom principu prerastanjakvantiteta u kvalitet veliki broj malih, naizgled beznaajnih doprinosa,


7/52

7

kada vreme sazri, rezultuje u revolucionarnom kvalitativnom skoku univou znanja ili vetina. Smatra se da od ukupne mase istraivanja manjeod jedan posto predstavlja zaista znaajan doprinos. Ali bez onih 99posto ne bi se pojavio ni onaj jedan! Zbog toga vei samo uestvovanje uistraivanju, bez obzira na prividni znaaj u injenog otkria, izvor jedubokog unutranjeg zadovoljstva zbog koga ne treba aliti truda. A kadado e trenutak za veliko otkrie treba biti spreman, treba ga prepoznati, iumeti iskoristiti.

Kona no, treba rei par re i i o na inu na koji se danas, u skladu sanazorima savremenih finansijera nauke, drava i velikih industrija,obavljaju organizovana profesionalna istraivanja. Taj se nainumnogome izmenio u odnosu na onaj koji je doveo do romantiarskepredstave o istraivanju kao o uzbudljivoj duhovnoj avanturi na putu unepoznato, kada su istraivanja jo mogla da se rade individualno,finansirana ili linim sredstvima ili od strane prosveenih mecena. Tadasu novi koraci u razvoju, od trenutka do trenutka mogli da seprilago avaju logici razvoja same nauke, a ogranienja su uglavnomproisticala iz ogranienja samog istraivakog duha. Danas, kada suistraivanja kompleksna i skupa, i kada je za uspeno reenje datogproblema naje e neophodno raditi timski, sa tim da su timovi u skladusa sloenou problema sastavljeni od manjeg ili veeg broja uskihspecijalista, finansijeri istraivanja su primorani da idu na sigurno, i daminimiziraju mogunost neuspeha. Finansiraju se praktino samoprojekti koji garantuju uspeh, sa jasnim unapred definisanim ciljem, teistraivanje vie nije u pravom smislu te rei put u nepoznato. Inercijafinansiranja je velika, i prilagoavanje trenutno sagledanoj logici razvoja je sporo, to donekle oduzima dra avanture. Mogunost iznenaenja jesvedena praktino samo na sluajna otkria na koja se moe nabasati naputu ka unapred zadatom cilju. No ova promena karaktera istraivanja jouvek ostavlja prostora za osnovnu nagradu svakom istraivau zaneizmerno zadovoljstvo koje proistie iz puke radosti spoznaje izadovoljenja radoznalosti, kao i za duboku satisfakciju koju izaziva svesto bavljenju plemenitom delatnou, najkorisnijom za ljudski rod.Da bi ovaj na opti prikaz naunog metoda bio bar u izvesnoj meri iprakti no upotrebljiv moramo se malo detaljnije upoznati sa njegovimosnovnim postupcima.


8/52

8

Ipak, matematika se u antici razvila na iskustvenoj bazi; aritmetika naiskustvenom pojmu prirodnog broja (dva neega i jo dva neega jeisto kao ono to nazivamo etiri ne ega), a geometrija napremeravanju realnog terena (zategnuti konopci mogu da se nausamo u konanom broju razliivih uzajamnih odnosa, koji potuju vrlodefinisana pravila). Kasnije se matematika velikim delom odvojila od

empirijske baze, no to je tako moda samo prividno naizgledapstraktne matematike discipline primenom u kvantitativnomopisivanju prirode danas a posteriori nalaze svoj lik u iskustvenomsvetu. Sa logikom je slina situacija; istinitost iskaza mogla se upo etku ceniti samo uporeenjem sa njegovom realizacijom u prirodi jednom utvrena pravila zakljuivanja mogla su se posle togaformalno primenjivati i na apstraktne kategorije.

1.2. Opte osobine nau nog metoda

Osnove naunog metoda ini jasno, zdravorazumsko razmiljanje, anjegovi postupci duboko su odreeni sutinom svoje namene, odnosnosutinom same nauke. Da bismo ih bolje razumeli i usvojili stoga se trebapozabaviti i sutinom nauke. Predmet ma koje posebne nauke, pa time inauke uopte, uvek je neki od segmenata prirode kojoj pripadamo.Upravo po metodu istraivanja koga koriste, razlikujemo dve glavnegrupe nauka. Nazivamo ihapstraktnim (ili neempirijskim) iempirijskim (iskustvenim). Apstraktne, ili neempirijske nauke bar prividno ne zaviseod iskustva, odnosno od naih veza sa okolnom prirodom. U njih spadajulogika i matematika , koje ispituju operacije sa misaonim kategorijama iveze izmeu njih, koje su, na dananjem stupnju razvoja ovih nauka,definisane bez javnog pozivanja na okolnu prirodu, po pravilima koja sutako e definisana bez referisanja na bilo ta van tog misaonog sistemaije pravilnosti istrauju.

Empirijske nauke, pak, prouavaju sve ono to direktno proistie iz naegiskustva, odnosno naih kontakata sa celokupnom prirodom.Priroda je,sa svoje strane, objektivna realnost koja obuhvata sve to postoji,uklju uju i i nas same, i koja postoji nezavisno od bilo kog faktora vannje same. U svom antropocentrizmuovek iz prirode posebno izdvajaonaj deo koji pripada delokrugu njegovog dejstva, pa empirijske naukekoje prouavaju pravilnosti u tom segmentu prirode zovemo drutvenim


9/52

9

naukama , dok nauke koje prouavaju pravilnosti u celokupnom ostatkuprirode nazivamo prirodnim naukama .

Sada emo pokuati da definiemo osnovne osobine najoptijeg

modela

koga koriste sve empirijske nauke, i prirodne i drutvene, u opisivanjuonog dela prirode koji je predmet njihovog interesovanja. Taj model jesamim tim i bitna osnova naunog metoda. Poto je uspean, a zajedniki je svim naukama, on svakako reflektuje osnovnu osobinu same prirode.Model se sastoji u podeli celokupne prirode na raznovrsneobjekte injihove interakcije , odnosno njihova uzajamna delovanja iz kojih iproisti u pojave u kojima ti objekti uestvuju, njihove promene, ilinepromene, odnosno stanja objekata u prostoru i vremenu. Potpun skupsvih objekata i njihovih interakcija, iz kojih sledi sve ono to se sa njimamoe deavati, i sainjava prirodu. Da bismo ga bolje zapamtilinazva emo ga model

objekti interakcije - pojave .

Predmet interesovanja (u daljemPI ) nekog istraivanja moe biti bilokoja od ove tri kategorije, ili bilo koja njihova kombinacija.Objekt (ilisistem) je dobro definisani deo prirode koji moe imati manje ili viesloenu strukturu sainjenu od razliitih pod-objekata, eventualnoorganizovanih u razliive strukturne nivoe. Ovahijerarhijska struktura predstavlja bitnu odrednicu svakog objekta. Oekujemo da se objekt timsloenije ponaa to sadri vei broj pod-objekata koji ga sainjavajuunutar svakog nieg strukturnog nivoa, kao i to mu je broj strukturnihnivoa vei. Osobine objekata zavise od osobina interagujuih pod-

objekata koji ine njihove nie strukturne nivoe. Objekti, interakcije ipojave su opisani odreenim brojem svojih karakteristika, odnosnokvaliteta, po ijim se vrednostima, odnosno kvantitetu svakog kvaliteta,unutar kategorije sebi po prirodi istih objekata mogu meusobno daupore uju. Te veliine koje opisuju PIemo ovde zvati parametrima ( esto korieni sinonimi za te veliine, karakteristike ili kvalitete su iatributi, obeleja, varijable, promenljive). Osnovna osobina svih


10/52

10

parametara je njihovamerljivost, odnosno mogunost da se u datojsituaciji datom parametru jednoznano pripie odreena brojna vrednost. Merenje je procedura kojom se dati parametar PI u konkretnoj situacijiupore uje sa (proizvoljno izabranom) jedininom vrednou istog togparametra. esto se najbolja definicija datog parametra svodi upravo naopis skupa operacija kojim mu se pripisuju brojne vrednosti(operacionalistika definicija). Praenjem ovih brojnih vrednostiparametara kvantitativno upoznajemo sve pravilnosti u ponaanju naegPI. To je preduslov za nalaenje egzaktnih relacija izmeu parametara,odnosno za opis tog ponaanjamatematikom , to je svakako dalekonajvanija osobenost naunog metoda. to brojevi kojima opsujemovrednosti parametara objekata imaju vei broj sigurnih cifara kaemo dasu nam merenjata nija , to zatim omoguuje i ta nije egzaktnoopisivanje ponaanja tih objekata (to moe zvuati kao pleonazam, alinije). Obeleimo li jednoznano svaki parametar nekim simbolom,na ene pravilnosti u ponaanju mogu se uvek predstaviti odgovarajuommatematikom jednainom, koja ubudue zamenjuje ceo univerzumpodataka o PI, i slui za egzaktnu predikciju ponaanja PI, sa datomta no u. Ako, i kada, takav opis u nekoj situaciji zakae, dolazi doslede e iteracije koja treba da obuhvati i opis ponaanja u tojproblematinoj situaciji.

Fundamentalniji objekti i pojave imaju manje parametara a to je objektsloenije strukture za njegovo opisivanje je, po pravilu (od koga zapotrebe nekog partikularnog ponaanja moe biti izuzetaka) potrebanve i broj parametara. U zavisnosti od prirode objekta parametri su vrlorazli iti to su nekad vrlo oigledne karakteristike definisane u skladu sanaim ulnim doivljajem objekta, nekad su to njegove karakteristikeanalogne ovim prvim ali inae potpuno nedostupneulima, a nekad su tovrlo apstraktni pojmovi koji izmiu svakoj drugoj definiciji osimoperacionalistikoj. Uspena parametrizacija objekata, interakcija ipojava je, dakle, osnovni preduslov za njihovo uspeno upoznavanje.Mnogi objekti i pojave u prirodi se mogu smatrati uspenoparametrizovanim, ali su mnogi verovatno jo daleko od toga. Jednoupozorenje je ovde na mestu. Obino se kae da naukom dominira idejaaproksimacije. To je jak iskaz sloenog znaenja. Implicitno, onpodrazumeva da nauka napreduje postepeno, ukljuuju i sve manje ifinije detalje u svoj opis prirode, teei kona noj egzaktnoj slici o njoj.Kada bismo ekali da odmah sve bude savreno i potpuno nikad nita nebismo uradili. U tom svetlu treba posmatrati i gornje probleme sa


11/52

11

potpunom parametrizacijom prirode. Kao toemo vie puta naglasiti, atoga nikad dosta, u matematikom opisivanju prirode i lei svaprediktivna mo nauke i naunog metoda. Maloparametarski objektipodloniji su egzaktnom matematikom opisivanju, dok su oni sa veimbrojem parametara zbog sloenosti tome podloni samo delimino, unekim partikularnim osobinama . No iako u takvim sluajevima tajprogram nismo u stanju da u potpunosti sprovedemo, verujemo da je tobar u principu mogue, u ta nas uostalom stalni rast nauke i uverava.

Pojave u najoptijem smislu delimo nastacionarne i dinami ke .Kaemo da su objekti ustacionarnim stanjima onda kada se vrednostiparametara koji ih opisuju ne menjaju u vremenu. Ovo ne menjaju uvremenu odnosi se samo na srednje vrednosti parametara koji opisujustanje sistema, dok same trenutne vrednosti stalno fluktuiraju oko ovihsrednjih vrednosti, usled stalne borbe suprotstavljenihinterakcija koje iodravaju sistem u stanju dinamike ravnotee. Druga mogunost, kojase realizuje kada interakcije nisu u ravnotei, je da objekti zaista menjajustanje u kome se nalaze, to se vidi po tome to srednje vrednostiparametara koji ih opisuju stvarno menjaju svoje vrednosti. Ovoemouslovno nazvatidinami kim reimom , u kome objekti na odreeni na inevoluiraju u vremenu i prostoru. I stacionarno i dinamiko stanjeobjekata u prirodi posledica suinterakcija ili izme u pod-objekata kojiine dati objekt, ili interakcija sa drugim objektima iste ili razliite vrste.

U prvom sluaju interakcije suunutranje i objekt, ili sistem, jezatvoren , a u drugom su interakcijespoljanje i sistem jeotvoren . Bezobzira o kojim interakcijama se radilo i one su, kao i objekti, u principuopisane nizom svojih karakteristika, ili parametara, po kojima ih moemorazlikovati i kvantifikovati. Apsolutno najvanija osobina prirode, o kojojnam govori celokupno iskustvo, jeste da

identi ne situacije sa datim objektima uvek i svuda imaju iste ishode , a ako iz jedne te iste situacije ima vie

mogu ih ishoda, onda su verovatno e tih ishoda uvek isvuda iste.

Prvu od ovih mogunosti, da iz iste situacije uvek sledi jedan te isti ishodnazivamoklasi nim determinizmom , a drugu, da iz date situacije uvek jedan te isti skup moguih ishoda uvek ima istu raspodelu verovatnoa,


12/52

12

nazivamostatisti kim determinizmom . To je osnovni kredo nauke, nakome se zasniva nae uverenje da je priroda spoznatljiva. Ekvivalentaniskaz je da je u prirodi sve regulisano uvek jednim te istim uzrono-posledi nim vezama, koje su samim tim spoznatljive. Dosadanjaevolucija nauke krepi u nama nadu da ono to danas nije objanjenomoe biti objanjeno sutra neobjanjeno nije isto to i neobjanjivo !

ovekovo znanje o ustrojstvu i funkcionisanju prirode napreduje brzinomkoja je na neki nain proporcionalna vedostignutom nivou znanja (tozna i da ima eksponencijalni rast), i ono to jo nedavno nismo mogli nida zamislimo da postoji u prirodi, danas je sastavni deo nae slike o njoj.Postoje li pritom fundamentalna ogranienja u mogunosti spoznaje, iline, zanimljivo je spekulativno pitanje koje meutim ni najmanje ne utiena stalnu evoluciju naeg poimanja prirode i konsekutivni rast umeamanipulisanja njome. U ovom kontekstu instruktivno je pogledati ta se uovom trenutku smatra najvanijim jo uvek nereenim naunimpitanjima, odnosno pitanjima na koja, na osnovu dosadanjeg naunogiskustva, oekujemo odgovore u okviru tog sistema znanja:

http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/309/5731/76

Inspekcija ovih 100 pitanja pokazuje da su ultimativno najsudbonosnijaona iz oblasti fizike a da su najbrojnija i za ljudski rod operativnonajzna ajnija ona iz oblasti biologije. Suprotno povrnom rezonovanju,ovako veliki broj fundamentalnih nereenih pitanja ne govori o niskomstepenu razvoja nauke, venaprotiv, o vrlo visokom nivou na kome seona danas nalazi da bi se ovakva pitanja eksplicitno uopte mogla dapostave potrebno je da se bude u stanju da se naslute mogui odgovori.Instruktivno bi bilo pratiti listu pitanja ovakvog ranga, idui unazad ukoracima od po sto godina.

Kao to rekosmo, empirijske nauke se u svom upoznavanju, opisu irazumevanju iskustvenog sveta nuno slue rezultatima apstraktnihnauka, odnosno rezultatima istoga uma. To jedna od izvanrednihosobina naeg celokupnog sistema znanja uspeno korienje naihapstraktnih misaonih konstrukata za opisivanje i objanjavanje iskustveneprirode to najbolje govori ounutranjoj konzistentnosti i jedinstvutog sistema znanja i vetina. Pod naunim metodom ovdeemo nadaljepodrazumevati prvenstveno metod istraivanja u empirijskim naukama.O na inima istraivanja u apstraktnim naukama vie rei bi e u kasnijimpoglavljima.


13/52

13

1.3. Osnovne komponente nau nog metoda

etiri su glavne komponente koje mogu, a ne moraju sve, da postoje unau nom istraivanju, te samim timine i glavne komponente naunogmetoda. U najkraim crtama one su:

1. Opis i precizna definicija predmeta interesovanja, jednog dobrodefinisanog segmenta prirode,podlonog ispitivanju . Ovo podrazumevadefinisanje skupa objekata i njihovih interakcija koje gaine, kao imerljivih parametara koji opisuju ove objekte i interakcije. Preduslov zaovo je svakako izvesno prethodno razumevanje sutine predmetainteresovanja (imati predznanje ili makar intuitivno oseanje o tome da jeto biljka, drutveni ili hemijski proces, mineral, ivotinja, zvezda, jedantip pojava u kome definisani objekti uestvuju, itd.) to se naje epostie paljivim posmatranjem, ali i ciljanim eksperimentisanjem, aponekad je to veoma teko bilo kako utvrditi. Ovo je osnovna analitikafaza svakog istraivanja. Primeri dilema u klasifikaciji i parametrizacijiobjekata su, kao to rekosmo, mnogobrojni recimo, jo uvek nam nijesasvim jasno koji sve parametri specificiraju datu bioloku vrstu.

2. Prikupljanje empirijskog materijala o detaljnim osobinama i nainuponaanja definisanog predmeta interesovanja, odnosno o nekoj, ili osvim, osobinama iz konkretnog skupa objekti-interakcije-pojave. Ovose svodi na utvrivanjena ina na koji sepredmet naeg interesovanjaponaa, u zavisnosti od onih osobina za koje smo pretpostavili da su udatoj situaciji relevantne. Ovo nazivamo nalaenjemempirijskihzakonitosti . U slu aju kompleksnih multiparametarskih sistema to semoe utvrivati i kvalitativno , odnosno opisno, ali je poeljno, ako jeikako mogue, to uraditi kvantitativno , odnosno izraeno obinimrealnim brojevima , to je jedini preduslov da te osobine i ponaanjemoemo da opiemo matematikom, i da pritom moemo da utvrdimostepen pouzdanosti , ili ta nosti, toga znanja. Pridruivanje brojnihvrednosti datim osobinama prirode, u cilju njihovog daljeg matematikogopisivanja, kako rekosmo, nazivamomerenjem . Dve osnovnemogu nosti pritom su da dati objekt ili pojavua) pasivnoposmatramo (to je kompleksan pojam, jer se posmatranje sastoji ili u analizizra enja koja se odatle emituju, ili u posmatranju uticaja koje predmetinteresa ima na svoju okolinu, odnosno na ono saime interaguje), ili dasa njimab) aktivnoeksperimentiemo (to je jo kompleksniji pojam, jer sadri veoma raznovrsne, i u svakoj konkretnoj situaciji razliite,


14/52

14

radnje od strane eksperimentatora sa ciljem detaljnog, obinokvantitativnog, upoznavanja neke osobine predmeta interesa). U ovojanaliti koj fazi istraivanja trudimo se da o predmetu interesa prikupimonajobjektivnije mogue informacije,tako da rezultat ne zavisi od togako je obavio istraivanje . Eksperiment se prvenstveno sastoji ukontrolisanom prou avanju predmeta istraivanja. Klasini, takozvanifunkcionalni eksperiment , moe da se izvodi u dve varijante. U prvoj,koju emo nazvati dvoparametarskim eksperimentom, priroenojstudiranju fundamentalnih neivih sistema, kao naprimer u fizici ilihemiji, gde je takav program mogue dosledno sprovesti, brojnevrednostisvih parametara sistema se stalno dre pod kontrolom. Jedan odparametara, ije vrednosti vrlo tano moemo da menjamo po elji, sebira za nezavisno promenljivu veli inu, svi ostali osim jednog se drestalnim, a jedan preostali,ija vrednost sada zavisi samo od vrednostionog prvog, nazivamo zavisno promenljivom . Na taj nain je mogueodrediti tip kauzalne veze izmeu nezavisno i zavisno promenljiveveli ine, bila ona klasino ili statistiki determinisana. Ako na takavna in ustanovimo veze izmeu svih parametara sistema, tada o njemuposedujemo potpuno empirijsko znanje. U drugoj varijanti funkcionalnogeksperimenta, takozvanom multiparametarskom eksperimentu,priro enom kompleksnim sistemima kod kojih je teko ili neizvodljivokontrolisati mnotvo parametara koji ih opisuju, kao to su to ivi sistemiili njihove zajednice, dozvoljava se simultano variranje veeg brojaparametara pa se specijalnim metodama analize zakljuuje o njihovimuzajamnim korelacijama ili zavisnostima. Na bilo koji od ovih nainautvr ene pravilnosti u ponaanju datog segmenta prirode nazivamoempirijskim zakonitostima . One mogu biti formulisane matematiki,to je najpoeljnije, ili, ako ba to nikako nije mogue, opisno,kvalitativno. O nuno konanoj ta nosti ovako prikupljenog empirijskogmaterijala govoriemo kasnije.

3. Pretpostavljanje pa zatim i utvr ivanje dubljihrazloga zbog kojihpredmet naeg interesovanja ima dato empirijski utvreno ponaanje zato ima ba te osobine koje ima i zato se ponaa tako kako se ponaa,to podrazumeva ustanovljavanje zavisnosti njegovih osobina od osobinaonih objekata od kojih je sainjen i/ili onih sa kojima interaguje. Drugimre ima, sada treba primeniti na gornji optimodel , objekti-interakcije-pojave, prilagoen datoj situaciji. Dostizanje ovog nivoa znanjapodrazumeva stvaranje misaonih slika o tom predmetu interesovanja,koje nazivamo hipotezama i teorijama . Hipoteze treba da su


15/52

15

plauzibilne, odnosno na osnovu celokupnog ranijeg srodnog iskustvaintuitivno prihvatljive. Takoe mogu biti heuristine, relativnoneobrazloene ali stimulativne za dalji razvoj, podlone korekcijama iusavravanjimaim se za tim ukae potreba. Teorija je hipoteza koja jeve preivela niz provera. Najvii nivo predstavljamatemati kaformulacija ovakvog naeg vienja tog konkretnog dela prirode. Teorijaima raznih vrsta; poev od isto kvalitativnih , kakva je recimo teorijaevolucije koja, pojednostavljeno, opisno objanjava nain na kojiinterakcije ivih bia dovode do njihove evolucije, pa do ultrakvantitativnih , kakva je recimo kvantna elektrodinamika, koja umatematikoj formi objanjava pojave koje slede iz interakcijanaelektrisanih estica, i koja se sa stvarnou slae do na ni u kojojdrugoj situaciji prevazienih desetak sigurnih cifara. Teorije treba daobrazloe date empirijske zakonitosti, ali i da na osnovu svojih optihrazmatranja omogue razumevanje ponaanja segmenata prirode koji nisudirektno posluili za njihovo formulisanje.Proveravanje hipoteza iteorija u tom smislu, kao i njihovo posledino usavravanje u smislupove anja ta nosti opisa, jestalna aktivnost koja ini sr naunogmetoda. Ovo je analitiko-sintetika faza istraivanja, u kojoj, naroito udrutvenim naukama, ali ne samo u njima (jer i naunici su samo ljudi, anauka je ljudsko preduzee), pored objektivnosti moe da se pojavi i dozasubjektivnosti. Da bi bile validne, sve teorije na prvom mestu moraju dazadovoljavajuopte principe ije je vaenje zahtevano ili od stranecelokupnog ranijeg iskustva, ili matematikim i logikim argumentima(kao to su recimo razni zakoni odranja, principi simetrije, itd.). Priformulisanju hipoteza i teorija korisno je biti svestaninjenice da nijednapojava u prirodi ni pod kakvim uslovima ne moe da narui nijednu optupravilnost utvrenu u okvirimafizike . Sve to nije zabranjeno ovimzakonima, ima konanu, nenultu verovatnou da se desi. Sledeikriterijum za prihvatanje teorije je njena relativna jednostavnost meuteorijama istih interpretativnih moi najboljom se smatra ona saminimumom postulata i ona sa najjednostavnijom strukturom. Taj stavkoji ustvari govori da se priroda uvek ponaa najjednostavnije mogue,pa da tome treba da odgovara i naa slika o njoj,esto se zoveOkamovim brijaem. Potreba za novim teorijama naje e se ispoljavapri pojavi novih predmeta interesovanja, ali i za stare predmeteinteresovanja, pri izlasku van opsega veispitanih vrednosti parametara.Eksperimenti koji presudno odluuju o prihvatljivosti neke hipoteze iliteorije, ili o izboru izmeu vie njih, nazivaju se krucijalnim. Nae teorijeevoluiraju na isti nain kao ivot preivljavaju samo hipoteze


16/52

16

(mutacije) koje su uspene u okruenju nemilosrdnih empirijskihpodataka (kao instrumenata prirodne selekcije). U toj imitaciji prirode (ata bi se drugo pa imitiralo) verovatno i lei uspenost naunog metoda.

4. Utvr ivanje veza sa ostalim srodnim objektima i pojavama, pa zatim isa svim ostalim predmetima i pojavama u prirodi, i optim osobinamaprirode. Matematika formulacija ovih veza opet predstavlja ideal komeuvek teimo. Ovo je sintetika faza istraivanja, koja na dananjemstupnju naih znanja moe jo uvek u velikoj meri biti obojenasubjektivnou. Ona podrazumeva potragu za optim pravilnostima uprirodi koje potuju velike klase objekata i pojava, a konano i celokupnapriroda. Po svojoj sutini ovde spadaju sve pravilnosti ustanovljene uokviru fizike. Uoptenja partikularnih naunih znanja, to se ponekadgrani i sa metafizikom, od naroitog su znaaja za filozofiju.

U dananje vreme, kada ogromnost i sloenost nauke neumitno zahtevausku specijalizaciju, veina istraivanja ni izbliza ne sadri sve ovekomponente. Prva opta podela meu profesionalcima, koja postojiprakti no unutar svake naune discipline i pod-discipline, je na takozvaneeksperimentalce i teoretiare. Uslovno reeno, eksperimentalci seobi no bave takama 1 i 2, a teoretiari ta kama 3 i 4, ali su izvesnapreklapanja delatnosti i kompetencija ne samo neminovna vei poeljna.Nauka, inae, o igledno napreduje kroz saradnju eksperimenta i teorije, tose u stvarnosti realizuje stalnom smenom eksperimentalnih i teorijskihotkri a. Osmiljeni eksperimenti su nuno rukovoeni teorijskimargumentima, a teorija koja ne daje rukovodstvo za akciju iija sepredvi anja ne mogu eksperimentalno proveriti je najblae reenometafizika. Tre a, razli iva a u tkivo naunog metoda i nauke utkanadelatnost bez koje se ne moe, je razvoj naunog instrumentarijuma iposledi ni razvoj vetina u manipulisanju odgovarajuim segmentomprirode. Jaka interakcija sa svim oblastima tehnike i tehnologije je zbogtoga neminovna. Poslednja delatnost, ali svakako ne to i po znaaju, kojase u ovako gruboj emi ne vidi eksplicitno, je razvoj matematike,nezamenljivog jezika empirijskih nauka. Kako se ispostavlja, novoupoznatisegmenti prirode za opisesto zahtevaju i novu matematiku. Ukoliko je uokviru matematike ona verazvijena, tim bolje. No u istoriji razvoja naukepoznate su situacije kada je razvoj novih matematikih disciplina biodiktiran potrebama empirijskih nauka, kao to je to recimo bio sluaj sainfinitezimalnim raunom (Njutnovo delo u kome je on razvijen, koje jerevolucionisalo nauku, se i zove Matemati ki principi prirodne


17/52

17

filozofije). Asimptotsko kretanje ka sve potpunijem i operativnijemznanju kroz sukcesivno naizmenino usavravanje eksperimenta i teorijenekad nazivamo metodom probe i greke. To se ponekad smatrainferiornom metodologijom, ali se u njenu plodotvornost ne moesumnjati, kao ni uinjenicu da naa nauna znanjade facto napreduju nataj na in.

Kona no, opta pojednostavljena ema naunog metoda istraivanja, kojuemo ostaviti bez daljih komentara, moe se prikazati sledeim

organigramom:


18/52

18

1.4. Nau ni metod i slika o hijerarhijskoj strukturi prirode

Da bi se u datoj fazi razvoja nauke nauni metod uspeno primenjivao zanjen dalji razvoj, neophodno je imati dovoljno jasnu sliku o trenutnomnau nom pogledu na celokupnu prirodu. Predmet interesovanja naunogistraivanja moe biti, i jeste, sve to postoji bilo koji objekt ili pojava uprirodi. Priroda je uopte spoznatljiva zahvaljujui jednostavnoj aapsolutnoj najbitnijoj od svihinjenica o prirodi, u koju nas uveravaupravo celokupna nauka, da je ishod iz jedne te iste situacijeuvek, i uprapo ecima postojanja Vasione i danas, isvuda , i u najdaljem okuVasione i ovde, jedan te isti . Pritom je svejedno da li se radi o pojavi sa jednim ishodom (klasino deterministika) ili sa vie ishoda (statistikideterministika, kada su klasino determinisane verovatnoe ishoda).Zbog toga je i nae znanje o osobinama prirode trajno; ono to mi danasnau imo o prirodi budue generacije vie nee morati da ue ponovo.Priroda je, nadalje, jedinstvena; niko i nita ne moe da narui optepravilnosti koje odreuju ponaanje svega to postoji. Zato je mogue da,poznajui datu situaciju, jednoznano predvidimo ishod, ili skupmogu ih ishoda, iz nje, to i jeste krajnji cilj naeg upoznavanjafunkcionisanja prirode. To nam dozvoljava da zamislimo (projektujemo)realizaciju neke situacije, da je zahvaljujui naim manipulativnimsposobnostima i realizujemo, i da se konano uverimo da se realizacijaslae sa projektom. U tome se sastoji glavna i potpunaverifikacija nau nih znanja. Prediktivna sposobnost je u sluaju kompleksnih sistemasmanjena nemoguno u poznavanja i kontrole svih parametara kojiopisuju situaciju. Monauke je dobrim delom zasnovana i nainjenici danauci nita nije sveto i da je sve stalno podlono preispitivanju, sve dok jednom ne budemo, na osnovu naunih merila, zakljuili da je stepenpoznavanja tog predmeta interesovanja zadovoljavajui. Verovatno jemudro rei da ni do dan danas ni o jednom objektu ili pojavi u prirodinismo uspeli da dostignemo stepen znanja koji bi bio u potpunostizadovoljavajui po pitanju svih gore navedenih komponenti naunograsu ivanja.Kako se ispostavlja, ogromno mnotvo raznovrsnih objekata i pojava uprirodi nije mogue detaljno upoznavati unutar jednog jedinstvenogsistema znanja. Njihove osobine su, bar na prvi pogled, toliko razliite dasamo odreene grupe srodnih objekata i pojava moemo da prouavamou okviru jednog dobro definisanog sistema vetina i znanja. Vesamo da


19/52

19

bismo celu prirodu razvrstali u takve grupe srodnih predmeta istraivanjapreduslov je da ih imamo dobro opisane, tako da taj opis moe da posluiza njihovu takvu klasifikaciju. Na taj nain smo podelili celu prirodu, itakve grupe predmeta istraivanja raspodelili po odgovarajuimnaukama. Otud nam fizika, hemija, biologija, astronomija, geografija,fiziologija, psihologija, sociologija, ekonomija, i jo mnotvo drugihnauka i njihovih pod-disciplina. No, posle izvesnog dostignutog nivoaznanja o prirodi kroz ovakve odvojene nauke ispostavlja se da meupredmetima njihovog prouavanja itekako ima mnogo zajednikog naprvom mestu ispostavlja se, recimo, da sve to postoji ima potpuno istusubmikroskopsku strukturu, odnosno da u prirodi ustvari nema niegdrugog do konanog broja takozvanih elementarnihestica, i da jeneverovatno arenilo prirode samo rezultat njihovog izvanrednofleksibilnog uzajamnog delovanja koje upravo omoguuje postojanjeovakve prirode kakvoj pripadamo. Takoe se ispostavlja da jeprincipijelno razliitih na ina ponaanja tog ogromnog broja naizgledvrlo raznovrsnih objekata, interakcija i pojava, ipak konaan, i to posvemu sudei ak i relativno neveliki broj. U skladu sa ranijomdefinicijom hijerarhijske strukture objekata u prirodi, postepeno seiskristalisalo da postojisedam takvih strukturnih nivoa . Doslednomprimenom naunog metoda utvrena izgradnja prirode u tih sedamodeljenih strukturnih osnova je za uvoenje reda u bazinu sliku oprirodi, pa i u sistem nauka koji takvu organizaciju prirode i reflektuje.Naa slika o tom optem poretku u prirodi svakako je najvanijepostignue dosledne primene naunog metoda. Jednom formirana, onadrasti no olakava dalji razvoj nauke i uspenu primenu naunog metoda.Kada se uputamo u neko istraivanje vano je da znamo gde se u tojorganizacionoj emi prirode nalazi na predmet interesovanja. Po pravilu,osobenosti datog strukturnog nivoa zavise od osobina u dubljimstrukturnim nivoima. Kreu i od najdubljeg, osnovnog, ti strukturni nivoimaterije, odnosno prirode, su:

1. Elementarne estice . Bez obzira kako nae saznanje oelementarnim esticama bude evoluiralo, onee uvek ostatidefinisane kao jedinibezstrukturni objekti u prirodi, kao entitetikoji se ne mogu svesti ni na ta jednostavnije, i koje zahvaljujuisvojim interakcionim sposobnostima izgra uju svoje vezanesisteme koji ine ostalih est strukturnih nivoa materije. To sumaloparametarski fundamentalni sistemi podloni egzaktnommerenju, u velikoj meri aktivnom eksperimentalnom upoznavanju


20/52

20

osobina i pojava u kojima uestvuju, pa time i egzaktnommatematikom opisivanju. Na njihove osobine se nikako ne moeuticati, one su takve kakve su, veite i nepromenljive. U tome leirazlog apsolutne reproducibilnosti i u ostalim strukturnim nivoima.Tipi ne energije ekscitacija inae opadaju sa porastom sloenostistrukturnog nivoa te su u svetu elementarnihestica one najvee,reda GeV. To je glavni razlog stabilnosti materije u uslovimaniskih energija, u kojima se ona nalazi u naem okruenju. Ovajfundamentalni i ustvari jedini postojei nivo materije prouavafizika u okviru svoje discipline fizike elementarnih estica injihovih interakcija . Osnovnu optu teorijsku bazu za opisivanjeponaanja materije na svim submikroskopskim nivoimainekvantna teorija i teorija relativnosti . Takozvanakvantna teorijapolja predstavlja sintezu ove dve discipline i nau ultimativnusliku o strukturi materije. Diskretna struktura materije i sutinskiprobabilistiki karakter pojava u ovom nivou uzroci su statistiko-deterministikog ponaanja i u sledea tri strukturna, mikroskopskanivoa materije. U okviru takozvanogStandardnog Modela esticai njihovih interakcija danas razumemo praktino sve pojave ukojima one uestvuju. Drugih ingredijencija osim elementarnihestica i njihovih interakcija u prirodi nema, a prerastanje

kompleksnih sistemaestica u sledeim strukturnim nivoima unove kvalitete je osnovna osobina materije koja dovodi dodiversifikacije i raznovrsnosti. Osnovno pitanje o elementarnimesticama je da li emo ikad saznati od ega zavise njihove

osobine, odnosno zato imaju ba takve osobine kakve imaju, a nenekakve drugaije. To pitanje se svodi na pitanje o porekludvadesetak takozvanih slobodnih parametara StandardnogModela, ije brojne vrednosti danas poznajemo samo iz uporeenjaempirijskih i teorijskih znanja. Tu spadaju sve konstanteinterakcija, vrednosti nabojaestica ukljuuju i i njihove mase, isve vrednosti takozvanih univerzalnih fizikih konstanti. O porekluvrednosti tih fundamentalnih karakteristika prirode, od kojih uslede im strukturnim nivoima zavise sve njene osobine, danasnemamo nikakvog pojma i njih ne umemo da svedemo ni na ta jednostavnije i fundamentalnije. Po tom pitanju se nasluujenekoliko mogunosti. Po hipotezi multisvetova (tzv. multiverse)postoji mnotvo vasiona, koje meusobno ne mogu dakomuniciraju, svaka sa svojim vrednostima skupa parametaraelementarnih estica od kojih je izgraena. Samo naa ima ovaj


21/52

21

konkretan skup parametara, to je u svim detaljima iini onim toona jeste. Mana hipoteze je njena praktina neproverljivost. Drugamogu nost je da su u aktu stvaranja parametriestica stvorenislu ajno, fluktuaciono, kao to se sve pojave i dan danas u Vasioniu sutini deavaju. Ova mogunost je neprivlana, prvenstveno jerovek teko prihvata da je i on sam rezultat sluajnosti. Takoe

postoji mogunost da su osobine estica samousaglaene (tzv.bootstrap), da osobina samo jedne od njih na neki nainuslovljava osobine svih ostalih. Ovome je praktino ekvivalentnamogu nost da osobine estica zavise od osobina prostora; daosobine prostora dozvoljavaju postojanje samo ovakvog skupanjegovih ekscitacija (na ta se otprilike svodi hipoteza stringova).Problem se u oba sluaja redukuje na objanjenje osobina i poreklatog jedinstvenog entiteta, od koga posle zavisi sve ostalo.Kona no, savremene kvantne kosmologije dozvoljavaju zanimljivumogu nost kreacije stabilne materije ni izega, koja se umnogim varijantama teorije intenzivno razmatra.

2. Atomska jezgra . To su osnovni jako vezani sistemi elementarnihestica koji u prirodi mogu da se formiraju iskljuivo u ekstremnim

uslovima (samo u Velikom Prasku i u unutranjostima velikihzvezda), pa da zatim u svim manje otrim uslovima i opstanu,imepredstavljaju dobro definisanu i izuzetno stabilnu osnovu zaizgradnju sledeeg, atomskog, strukturnog nivoa. Ovo je posledicavelikih energija ekscitacije jezgara, koje su tipino reda MeV.Potpuno stabilnih jezgara ima 270. Broj elementarnihestica u jezgrima je vedovoljno veliki da im je egzaktni matematiki opisvrlo otean. Pored toga to je jedini vezani sistem u komeelementarne estice interaguju svim vrstama fundamentalnih sila: jakim, elektromagnetnim i slabim (dok je interakcija gravitacioniminterakcijama na tom nivou bez vidljivih posledica). No priblinemetode opisivanja su dovoljno plodotvorne. Eksperimentisanje jeskoro u potpunosti mogue i empirijska baza je zadovoljavajua. Ostepenu kojim poznajemo jezgra najbolje govoriinjenica da smo,na naoj planeti na kojoj inae uslovi za tako neto uopte nepostoje, nauili da proizvodimo sva jezgra i time aktivno utiemona elementalni sastav materije. Razvoj nuklearnog oruja inuklearne energetike ovo samo potvruje. Ovaj osnovni strukturninivo materije prouava fizika u okviru svoje discipline nuklearne fizike . Poreklo jezgara razumemo gotovo u potpunosti;


22/52

22

ona su se formirala ili u samim poecima stvaranja Vasione, ili ucentralnim oblastima zvezda, gde se i danas formiraju.

3. Atomi . Elektroni su za dato atomsko jezgro, sve dok je ovonepromenjeno, vezani elektromagnetnom interakcijom potpunoreproducibilno, u uvek isti sistem, te hemijski elementi,iji su onifundamentalne jedinice, predstavljaju uvek istu dobro definisanuosnovu za izgradnju sledeeg, molekularnog, nivoa. Atomskastruktura materije rezultuje u periodnom sistemu elemenata, isvemu to on predstavlja. No veza elektrona u atomima je dalekoslabija od one koja odrava atomska jezgra, i atomi opstaju udaleko uoj oblasti uslova od onih u kojima opstaju njihova jezgra.Najnie energije ekscitacije atoma tipino su reda eV (energijefotona vidljive svetlosti). Oteeni atomi, koje nazivamo jonima,budu i eksplicitno naelektrisani, ponaaju se drugaije no kada suelektri no neutralni. I osobenosti ovog nivoa grae materijeprou avamo u okviru fizike njene discipline atomske fizike .

4. Molekuli . Svega stotinak razliitih vrsta atoma, odnosno hemijskihelemenata, se takozvanim rezidualnim elektromagnetnimkratkodometnim interakcijama izmeu atoma neverovatnofleksibilno vezuje u ogromno mnotvo razliivih asocijacija kojenazivamo molekulima. Veze atoma u molekulima jo su slabije odonih koje odravaju atome i molekuli po pravilu opstaju u samovrlo uskom opsegu uslova koji postoje u prirodi. Najnie energijeekscitacije molekula su reda meV (energije IC fotona). Jednomuniten, za razliku od atoma, molekul ne mora da se ponovoformira na isti nain; koji e se molekul formirati zavisi odatomskog okruenja. Ovajelement slu ajnosti ini ovaj nivoprvim na kome dolazi do mogunosti za samoorganizaciju materijeu kompleksne sisteme. U datim uslovima preivljavanajsposobnija molekularna vrsta, ili neka njihova kombinacija.Ponaanje molekula je, zbog velikog brojaestica koje ih ine, ve kvazi klasino-deterministiko zbog ega je sledei,makroskopski nivo, a u tom broju i ivot, koji je baziran namolekularnoj strukturi, izvanredno reproducibilan. Osnovneosobine ovog strukturnog nivoa prouavamo unutar fizikemolekula i kvantne hemije a ovde moe da se svrsta iprou avanje molekulske osnove ivota u okviru molekularnebiologije i genetike . Fenomenologija bogatog i sloenog


23/52

23

ponaanja materije na ovom nivou prouava se u okvirima raznihdisciplina hemije i biohemije .

5. Makroskopska tela . Tako nazivamo asocijacije mnotva molekulai atoma koji mogu zahvaljujui veoma slabim kolektivnimelektromagnetnim interakcijama da se organizuju na malteneneprebrojivo mnogo naina, zahvaljujui kojima je priroda naZemlji toliko neverovatno raznovrsna. Tu spadaju i oni sistemikoje zovemo neivim i oni koje nazivamo ivim. Ovaj domenprirode jedini je delimino dostupan naimulima i njega smonuno prvog upoznali. Nae upoznavanje svih ostalihvan ulnih nivoa strukture materije stoga je optereeno i predodreeno naimulnim poimanjem funkcionisanja prirode u ovom nivou.

Zahvaljujui mobilnosti naeg intelekta manipulacijumakroskopskim telima doveli smo do vrhunca. Uzajamne vezemolekula u makroskopskim telima su vrlo slabe i ona opstaju uveoma uskom opsegu spoljanjih uslova. Gravitaciona interakcijaizme u sastavnih delova makroskopskih tela jo uvek jezanemarljiva, mada na njih, u naem okruenju, gravitacija Zemljepresudno utie. Nivo makroskopskih tela je prvi na kome barprividno, na nivou osetljivosti naih merenja, vlada klasinideterminizam, dok se materija na prvaetiri nivoa ponaa sutinskistatisti ko-deterministiki. Kao to dobro znamo makroskopskineivi sistemi mogu da se nalaze u tri razliiva agregatna stanja.Mikroskopski gledano i tu se materija ponaa statistikideterminisano. ivi sistemi su izvanredno sloeni i zahtevajuveoma dugotrajne stabilne uslove da bi kroz sukcesivnureprodukciju i mutacije postepeno evoluirali do sve vieg stepenaorganizacije. ivot opstaje praktino samo u intervalu temperaturau kome je voda u tenom stanju. ivi sistemi se nalaze u stanjimakoja se najbolje mogu okarakterisati kao koloidna kao intimnesmee mnogobrojnih supstanci koje koegzistiraju i pritomzadravaju svoju individualnost. Oni su multiparametarski i metodiupoznavanja ne mogu biti isti i egzaktni kao kod neivih sistema (otome neto vie kasnije). Kolektivno ponaanje veeg broja jedinkiima drugaije pravilnosti od ponaanja usamljenih jedinki. Ljudskavrsta poseduje najrazvijeniju svest, kao osobeni kvalitet najviegnam poznatog stepena organizacije materije, koja zahteva posebnumetodologiju prouavanja. Raznovrsne aspekte osobina iponaanja kompleksnih makroskopskih tela prouavamo u


24/52

24

okvirima mnotva razliitih nauka, prirodnih i drutvenih osnovne osobine u okvirima raznih disciplinafizike koja i naovom nivou strukture prouava opte pravilnosti kojima sepokoravaju sva makroskopska tela, iva i neiva. To su razliiteoblasti takozvane klasine fizike, fizike kondenzovanog stanjamaterije, biofizike, itd. Partikularne osobine ovih tela prouavamou okvirima svih ostalih nauka,prirodnih i drutvenih . Prividnihaos prirode u svetu naihula posledica je postojanja ogromnogmnotva sloenih multiparametarskih makroskopskih objekata, iisto takvog mnotva uslova u kojima se oni mogu nai, u emu jeteko uoiti reproducibilnost identinih situacija, prvenstveno zbogprakti ne nemogunosti da se stvarno identina situacija po svimrelevantnim parametrima uopte i realizuje. Poetna stanja ve neizbeno poseduju raznovrsne distribucije po veem brojurelevantnih parametara.

6. Megaskopska tela . To su raznovrsna tela velikih dimenzija ukojima se sastavne elementarneestice, za razliku odmakroskopskih tela, na okupu dre gravitacionim interakcijama.Njih obino nazivamo nebeskim telima. Daleko najvei deovidljive (luminozne) materije u prirodi nalazi se u obliku ovakvihtela. Posle kompleksnog multiparametarskog makroskopskogsveta, ovaj strukturni nivo je za divnoudo jednostavniji.Prakti no jedini parametar koji ovde, pored nuklearnog sastava,odre uje ponaanje i evoluciju objekata, je njihova masa. Velikatela su gasovita i uarena i u njima teku violentni procesi izmeuelementarnih estica, koji i predstavljaju praktino jedine izvoreenergije u Vasioni, dok su mala tela hladna ivrsta i samo nanjima mogu da postoje uslovi za opstanak slabo vezanih sistemaestica, odnosno makroskopskih tela. Megaskopskim telima van

Sun evog sistema nemamo direktan pristup i sa njima se ne moguraditi autentini eksperimenti, veih moemo samo sistematskiposmatrati, uz bitnu, svim posmatrakim rezultatima opravdanupretpostavku da se materija svuda ponaa onako kako smo u naemlokalitetu autentinim eksperimentisanjem utvrdili da se ponaa.Posmatranje je inae ovde dovedeno do vrhunca jer se pod timpodrazumeva detaljno merenje svih osobina zraenja koja namodatle dolaze. Osobine ovih tela prouavamo opet u okvirimafizike, odnosno njene disciplineastrofizike , a fenomenologiju uokvirimaastronomije .


25/52

25

7. Vasiona (Svemir, Kosmos, Univerzum) . Svim tim ekvivalentnim

terminima nazivamo ukupnost svega to postoji u prirodi. Materijau krupnoj skali ispoljava pravilnosti i strukturne osobine koje se umaloj skali ne pokazuju kao znaajne. Osobine prostor-vremena ukoga je materija utopljena, a koja ga sa svoje strane i sainjava,odre uju ponaanje sveukupne materije. Te osobine su verovatnoekvivalentne sa gravitacijom, odnosno sa univerzalnom tenjomcelokupne materije za agregacijom, koja postaje tim jaa to je seve a koli ina materije ve koncentrisala u manjoj oblasti prostor-vremena. Vasiona po svemu sudei sadri veliku koliinu materijekoja uopte ne uestvuje u izgradnji niih strukturnih nivoa,takozvanu tamnu materiju, i naroitu vrstu antigravitacije,takozvanu tamnu energiju. Tana priroda ova dva vida materije jonam nije poznata. Pretpostavka o istovrsnom ponaanju materije uceloj Vasioni se inae, potpomognuta celokupnim posmatrakimiskustvom, pritom podrazumeva. Zbog konane brzine prostiranjazra enja koja nam emitovana od strane luminozne materije stiu izudaljenih delova Vasione, ovo istovremeno dokazuje da sematerija i oduvek ponaala na isti nain, odnosno da prirodnizakoni zaista ne evoluiraju, veda upravo njihova invarijantnostomoguava evoluciju materije kroz razliite strukturne nivoe.Glavna posmatraka injenica o Vasioni je da se ona iri, i da je toirenje poela iz singularnog stanja poznatog kao Veliki prasak(Big Bang) pre oko 14 milijardi godina. Sinteza znanja iz svihoblasti fizike i astronomije kulminira ukosmologiji , nauci oVasioni, a u poslednje vreme se ispostavlja da se bez razumevanjafundamentalnih procesa izmeu elementarnih estica koji su seodvijali u ranoj istoriji evoluirajue Vasione ne mogu razumeti niosobine dananje Vasioneiji smo deo. Ovaj aspekt pojava uprirodi, koji direktno govori o njenoj jedinstvenosti isamousaglaenosti, prouavamo u okvirima novoformiranediscipline, takozvaneastro- esti ne fizike .

Za sada je potpuno razumevanje osobina i ponaanja svih sloenihobjekata i pojava u prirodi preko njihove submikroskopske strukturenemogue, i takozvanaredukcija svih nauka na fiziku , u okviru koje seizu avaju osobine elementarnihestica, jezgara, atoma i molekula, od


26/52

26

ega su sastavljena sva makroskopska i megaskopska tela, pa iitavaVasiona, jo je jako daleko, ako ikada i bude mogua u potpunosti.Izvanredno sloeni sistemi elementarnihestica, kao to su recimo iviorganizmi, ili njihove zajednice, koje nazivamo drutvima, poseduju

zbog te svoje sloenosti niz osobina kojezahtevaju poseban pristup u prouavanju iposeban sistem znanja i vetina da bi bioplodotvoran. No to, makar principijelnosaznanje o mogunosti redukcije svega topostoji na stalno previrui svet elementarnihestica, to odgovara poznatom antikom

atomistikom idealu, olakava nam stvaranjesveobuhvatne slike o prirodi i spasava nas odpotrebe za uvoenjem u stvaranje te slike biloega van prirode same.

Iz ovoga to smo do sada kazali vidimo da jeprecizan opis i definicija predmeta istraivanja nezaobilazan inajzna ajniji prvi korak u svakom istraivanju uslov bez koga se nemoe. Podela celokupne prirode na predmete interesovanja koji se mogudobro i jednoznano definisati pa zatim i predati odgovarajuim naukamana prouavanje neverovatno je sloen zadatak koga niko, da sada poinjeda radi taj posao po prvi put, verovatno ne bi ni mogao da obavi u nekomrazumnom vremenskom roku. No, kako se ispostavlja, poevi odpradavnih vremena pa do danas objekti i pojave u prirodi su postepeno isve paljivije, prvo perceptivno pa zatim sve transcendentalnije, opisivanii definisani te su na dananjem stupnju razvoja predmeti interesovanjasvih nauka, po kojima se uostalom one i razlikuju i po kojima su serazvile u oblike koje trenutno imaju, u najveoj meri zadovoljavajuedefinisani. To opet ne znai da se vie ne pojavljuju novi predmetiinteresovanja pojedinih nauka kao da i veranije definisani i svrstani udelokrug jedne nauke ne postaju predmet interesovanja, sa nekog drugogaspekta, i neke druge nauke.

Prva pozitivna posledica preciznih definicija i opisa predmetainteresovanja date nauke jeste mogunost uoavanja slinosti i razlikaizme u ovih predmeta, i na osnovu toga njihove klasifikacije u srodnegrupacije, iji pripadnici poseduju zajednike osobine, koje sada mogu dase porede i eventualno objanjavaju. To je prvi korak u uvoenje reda uprividni haos prirode. to ovaj prvi korak bolje obavimo toe nam

Piet Hein

Grooks


27/52

27

kasnije biti lake da ispunimo ostale zahteve shvatanja i tumaenjaprirode. Setimo se kako i po kojim sve parametrima klasifikujemoelementarne estice, atome hemijskih elemenata pa zatim i samehemijske elemente, jedinjenja, materijale, minerale, mikroorganizme,biljke, ivotinje, bolesti,ovekov karakter, ljudska drutva, zvezde,galaksije, kao i ta je sve iz tih opisa i klasifikacija proisteklo.

1.5. Nau ni metod i logika

Nauka i nauni metod, kao i svaka drugaovekova racionalna delatnost,zasnovani su na zdravom razumu na sposobnostiovekovog intelektada iz premisa razliitog porekla po odreenim iskustvenim pravilimaizvla i zakljuke. Moemo rei da je u nauci i naunom metodu zdravrazum doveden do vrhunca. Trenutno, a moda i u principu,ovek nijesposoban za vea dostignua. Kako se ispostavlja, logika prirode, a time inauke koja je njen lik u naoj svesti, je krajnje jednostavna, ustvarinajjednostavnija mogua; ona je monovalentna, tj. priroda se u datojsituaciji ponaa uvek samo na jedan nain, a time i ne mogu da postojedva apsolutno tana iskaza o jednom predmetu u prirodi. U tom smislunauka je i ovaploenje formalne logike. Osnovna pretpostavka je da je u

prirodi sve jednoznano i tano, apogreno moe biti samo nae vienjeili predvianje nekih injenica, tj.pogrenih hipoteza ima beskonanomnogo, kao i delimino ta nih, apotpuno tana postoji samo jedna.Ukoliko nae znanje asimptotski teinjoj sve je u redu. Od dve hipotezekoje se iskljuuju samo jedna, ilinijedna, moe da bude tana, to je

posledica toga da se priroda ne ponaa dvoznano, a pogotovo nevieznano. Treba razumeti da je i probabilistiko ponaanje uvek isto,odnosno da je za datu situaciju, i ono uvek, u srednjem, jednoznano.Asimptotska tenja poznavanju prvih principa koji stoje u pozadini svegane mora nuno da znai da taj stupanj moemo dostii tek ubeskonanosti.

U tom smislu bitno je da u kretanju ka finalnom znanju novo znanje neprotivurei starom, jer se inae to staro ne bi po naunim kriterijumima ni


28/52

28

moglo da okvalifikuje kao znanje. Novo znanje treba da obuhvati starokao svoj specijalni sluaj, koji ostaje da vai u datoj aproksimaciji, sadatom tano u. To upravo i znai da znanje napreduje sukcesivnimaproksimacijama, tako to ranija znanja manje tanosti svodi naspecijalne sluajeve potonjih, tanijih. Potreba za odbacivanjemnau ne teorije se ukazuje kada se izae van oblasti njenog vaenja, jer dabi uopte postala nauna teorija ona je morala prethodno negde da vai.Termin odbacivanje je neadekvatan - i kada se nae optija i tanijateorija, ona stara e i dalje na isti nain vaiti tamo gde je prvi put iustoli ena. Nova teorija u oblasti vaenja stare teorije mora da daje iliiste rezultate, ili da opisuje stvari sa tano u ve om od one sa kojom jestara teorija ustoliena. Statika i otpornost materijala nikad nee bitizamenjeni pri projektovanju mostova i oblakodera, iako znamo da suzakoni klasine mehanike aproksimativni, a da su mehanike osobinematerijala objanjive samo kvantnom mehanikom. No u oblastinanomaterijala nunoemo primenjivati zakone njihove mikroskopskestrukture.

Problema sa samom prirodom pritom oigledno nema; ona nesumnjivosasvim lepo i konzistentno postoji bez obzira na stepen naeg znanja onjoj, dok sutinskih logikih problema sa naom slikom o njojpotencijalno ima. Ispostavlja se, naime, a to nam je i intuitivno prilino jasno, da se unutar jednog konanog sistema uzrono-posledinopovezanih znanja ne mogu logiki dokazati sve veze izmeu pojmovakoji ine taj sistem, veda pritom neophodno moraju da postoje pomonipojmovi koji ne pripadaju tom sistemu recimo apriorni postulati kojinemaju objanjenja u drugim elementima tog sistema znanja, ili skupslobodnih parametara Standardnog Modela, itd. Potpun zatvorenmatematiki sistem, bilo apstraktan, bilo onaj koji korespondencijom sapojmovima iz prirode reflektuje osobine samo nekog dela prirode pamoda i prirode cele, izgleda da ne moe da postoji. No ako je sistemprirode beskonaan, onda ova logika potekoa otpada, jer tada uvek svenovi i novi pojmovi iz dubljih struktura mogu da dou u pomo daobjasne ono to je dotle moralo da se postulira. Sve zajedno ovo moe dazna i da je priroda zaista jedan beskonano u dubinu struktuirani sistem.Budu i da nema sumnje da u prirodi ne postoji nita drugo do dobrodefinisane elementarneestice i njihove interakcije ovaj gornji zakljuakzna io bi da mora da postoji beskonani niz sve osnovnijih i osnovnijihelementarnih estica, koje su potrebne da bi priroda funkcionisalakonzistentno, kao i naa slika o njoj. No to je sve problem konanog i


29/52

29

potpunog sistema znanja o prirodi, to praktine nau nike koji se,koriste i sve blagodeti naunog metoda, jo uvek trude da upoznajufunkcionisanje pojedinih delova prirode, ne uzbuuje mnogo.

Pomenimo sada samo neke od optih tekoa koje prate jednoznanodefinisanje objekata i pojava u prirodi, sa ciljem da bi svako uvek i svudamogao da ih shvati i tretira na isti nain. Osnovni problem je to sedefinicije predmeta interesovanja moraju, bar u poetku te procedure,izraavati obinim jezikom, to podrazumeva da se do tada nedefinisanipredmet mora definisati pomou ve poznatih pojmova koji su sadrani udotadanjem jeziku. Ovo je samo jedan od aspekata problema svoenjanepoznatog na poznato, to predstavlja jednu od potencijalnih logikihzavrzlama u svakom istraivanju. Prihvatljiviji nain definisanjapredmeta istraivanja stoga jeesto takozvani operacionalistiki na in.Njegova sutina je da se pripadnost datog predmeta istraivanja nekojgrupi srodnih objekata ili pojava ne opisuje reima, ve nekom dobroodre enom operacijom kojae odlu iti gde ovaj spada. No rezultatistraivanja stvarno nepoznatog ne moe da se sastoji samo od svoenjanepoznatog na vepoznato. Izlazak novog znanja van sistema poznatog uvo enje za to potrebnih novih pojmova, pretpostavki i postulata,objekata, interakcija i pojava i njihovih parametara, matematikihmodela, itd, je ustvari ono to zahteva stvarnu kreativnost, potpomognutuintuicijom i delovanjem podsvesti svih onih eluzivnih kategorija koje jo nismo uspeli egzaktno da definiemo i smestimo u postojei sistemznanja. To to je ipak opis po analogiji sa vepoznatim, koji se ponekadsmatra niim nivoom opisivanja, zau uju e plodotvoran, moda govorio postojanju konanog broja naina ponaanja u prirodi,esto u njenimsegmentima koji su naizgled potpuno disparatni i nepovezani. Sa aspektalogi kih procedura moemo rei da se postulati i hipoteze donoseinduktivno, uoptavanjem empirijskih znanja, dok je teorijskopredvi anje ponaanja prirode u pojedinim situacijama, deduktivno.

1.6. Nau ni metod i statistika

Veliko opte dostignue nauke je saznanje da je celokupna prirodaizgra ena na verovatnoi. Od kada je tokom dvadesetih godinadvadesetog veka u okviru kvantne fizike nedvosmisleno ustanovljeno da je ovo osnovna ireducibilna osobina prirode, statistika i statistikorezonovanje postali su optepriznata osnovna doktrina naunog metoda.Nau nog metoda bez statistike nema. Sve prirodne pojave su inherentno


30/52

30

stohasti ne, pa su time to i rezultati naih eksperimenata koji reflektujuovu osnovnu osobinu prirode i kojiine kompleks empirijskih znanjakoje zatim interpretiramo i objanjavamo. Stohastinost dakle na dvamesta ulazi u nauni metod. Prvo, sama priroda je statistikideterminisana, usled ega iz zadate sadanjosti sledi jednoznanabudu nost samo ako je ova realizovana kroz jako mnogo identinihrealizacija, odnosno ako je sistem makroskopski, tako da su fluktuacijezanemarljive. Mikroskopske situacije moramo da interpretiramo u skladusa njihovom neizbenom stohastino u. O tome moramo da vodimora una kadateorijski opisujemo prirodu. Drugo, poto su i naa merenjau okviru eksperimenata kojima upoznajemo ponaanje prirode takoesamo prirodni procesi, i ona se ponaaju u skladu sa statistikimdeterminizmom. Rezultati merenja i zakljuci koje iz njih izvlaimo bi eta ni samo ako je broj identinih takvih merenja beskonaan. U realnomslu aju konanog broja merenja, usled neminovnih fluktuacija tanostrezultata i zakljuaka je ograniena. O tome dakle moramo da vodimora una kada prirodu opisujemoempirijski . Slaganje empirije i teorijeotud nikad nije i ne moe da se iskazuje apsolutno, vesamo saodre enim stepenom znaajnosti, to je posledica konanosti brojarealizacija u samoj prirodi, ali i konanosti broja realizacija naiheksperimenata. Ova dva aspekta stohastinosti, inherentna stohastinostprirode, koja objektivno postoji van naeg sistema znanja, i stohastinostu procesu akumulacije znanja o takvoj prirodi, to se odraava na tanosttog znanja, esto su pomeani tako da ih je teko razdvojiti, no to obinone proizvodi sutinske probleme. Prvu posledicu ponekad nazivamoprirodnom irinom, a drugu instrumentalnom irinom pojave. Uovome to sledi neemo ni pokuavati da ih razdvajamo. Statistika kojukoristi nauni metod zasnovana je na teoriji verovatnoe i matematikojstatistici i tehniki je veoma obimna, teemo ovde na nekoliko idejnihprimera samo ilustrovati bazinu filozofiju njene primene. No prethodnoemo pokuati da objasnimo poreklo evidentnog klasinog determinizma

u naim ulima dostupnom makrosvetu, uprkos sutinske stohastinostikoja vlada mikrosvetom.

Termin stohastinost oznaava istost uslova a razliitost ishoda. Svakimogu i ishod tada ima odreenu verovatnou pojavljivanja. Dva surazloga zbog kojih su fundamentalni sistemi prirode izgraeni naverovatnoi. Prvi je diskretna struktura materije, a drugi je neizbenostpostojanja razliitih ishoda iz mikroskopskih situacija koje su operacionodefinisane uvek na isti nain. Zbog prvog, broj mikroskopskih


31/52

31

konstituenata materije u datoj zapremini, ili sa datim vrednostimaparametara, nije stalan veuvek i stalno fluktuira oko neke srednjevrednosti, a zbog drugog se dati ishod iz iste mikroskopske situacije nerealizuje uvek isti broj puta u odnosu na ukupan broj realizacija tesituacije, ve i on fluktuira oko neke srednje vrednosti. Samo srednjevrednosti se, kao to verekosmo, klasino deterministiki ponaaju.Dobar pokazatelj statistinosti u datoj situaciji jesrednja vrednostfluktuacija u oba sluaja, koja se za potrebe procena moe uzeti jednakomkvadratnom korenu ili iz broja estica u sistemu, ili iz brojarealizacija datog ishoda.Relativna fluktuacija , odnosno fluktuacijapodeljena brojem koji fluktuira, na taj nain je obrnuto proporcionalnakvadratnom korenu iz tog broja. U sluaju malog broja realizacijaidenti nih situacija sa datom raspodelom verovatnoa po ishodima, brojpojavljivanja datog ishoda je loa mera verovatnoe tog ishoda; kako brojrealizacija raste to je sve bolje, a ako ima beskonano mnogo identinihrealizacija relativne frekvencije pojavljivanja ishoda egzaktno su jednakenjihovim verovatnoama (takozvani zakon velikih brojeva). Kada brojrealizacija raste, raste i apsolutna fluktuacija, ali relativna opada, da bi zabeskonaan broj realizacija dostigla nulu. Kljuza ovakav pristup jeina e intuitivno jasna frekvencionistika interpretacija verovatnoe, kojakae da se dati ishod iz spektra moguih ishoda realizuje, u srednjem, time e to je verovatniji.

Zamislimo da datu situaciju realizujemo na identian na in jako mnogoputa. Neka se pritom dati ishod iz skupa svih moguih ishoda realizujeusrednjem sto puta. Fluktuacijae mu tada, u skladu sa naom procenomfluktuacije tog broja, biti deset, to znai da e se u pojedinanimrealizacijama te situacije na ishod realizovati naje e od devedeset dosto deset puta. Ako tu srednju vrednost budemo cenili samo na osnovu jedne realizacije naa procenae biti izvedena sa tano u od deset posto,kolika je i relativna fluktuacija tog broja. Drugim reima, u tom rezultatubi e sigurna samo jedna cifra, i pojavae biti evidentno stohastina. Aliako je srednji broj realizacija naeg ishoda recimo sto miliona, onda jerelativna fluktuacija jedan u deset hiljada, to znai da srednja vrednostima etiri sigurne cifre, odnosno da su prveetiri cifre u broju realizacijauvek iste. Da opazimo da taj broj fluktuira venam je potrebna prilinaosetljivost u posmatranju; mala osetljivost to nee primetiti i pojavaetada izgledati klasino deterministika, ali velika osetljivost hoe. Za 1020 realizacija fluktuacija je reda 1010, to znai da je prvih 10 cifara u brojurealizacija uvek isto. Ni najkvalitetnija naa merenja ne mogu da primete


32/52

32

ovako malu relativnu fluktuaciju, i za nas takva, sada vemakroskopskapojava, izgleda nestatistina, uvek sa istim ishodom, odnosno klasinodeterministika. Ve iti fluktuacioni nemir mikrosveta na taj nain umakrosvetu prelazi u praktino klasini determinizam. Inae, budu i da u

jednom molu svake supstance imaitavih 61023

molekula (Avogadrovbroj), 1020 realizacija iz naeg primera je u makrosvetu ustvari mali broj.Ovde smo govorili samo o fluktuacijama koje uzrokuju ono to smonazvali prirodnom irinom pojave. No gotovo uvek prisutnainstrumentalna irina, koja govori o dodatnom fluktuacionom karakterunae eksperimentalne realizacije, obino znatno poveava prirodnu irinu.Primera radi naa osetljivost odreivanja Avogadrovog broja je dalekoloija od njegove prirodne irine od 7.71011, mi ga znamo samo sa estsigurnih cifara, te smo jo uvek jako daleko od toga da vidimo njegovuprirodnu stohastinost. Uslovno reeno, jer je to sloena situacija,fluktuacije tog broja usled nae ograniene sposobnosti da istu situacijurealizujemo uvek na isti nain daleko prevazilaze prirodne fluktuacije togbroja, pod pretpostavkom da je situacija realizovana uvek na stvarno istina in.

U naem empirijskom upoznavanju prirode, dakle, neki predmetiinteresovanja eksplicitno ispoljavaju svoju stohastinost a neki ne.Odluku o tome donosimo jednostavno PI realizujemo to identinijemoemo vie puta, pa ako parametri koji ga opisuju pritom nisu uvek isti,

pojava se mora tretirati statistiki. Opti recept je da tada treba naisrednje vrednosti parametara koji opisuju PI, jer samo za njih vaeklasi no deterministike, jednoznane relacije koje opisuju pravilnostiponaanja PI,to i jeste na krajnji i jedino mogu i cilj . No poto suta ne srednje vrednosti odreene samo beskonanim brojem realizacija,na osnovu neizbeno konanog broja realizacija moemo da donosimozaklju ke samo sa konanim stepenom statistike zna ajnosti.Opteprisutnu stohastinost inae moemo da ne primeujemo, pa da jesledstveno tome i zanemarujemo i pojave posmatramo klasinodeterministiki, uvek kada nam je osetljivost kojom posmatramoparametre koji opisuju pojavu manja od veliine njihovih fluktuacija. To je est slu aj u svetu neivih makroskopskih tela, u svetu dostupnomnaim ulima, svetu nae tehnike, nae (naizgled) egzaktnoreproducibilne tehnologije, odakle je doktrina klasinog determinizma ipotekla. No sada znamo da u sutini to nije tako. Osetljivost naihposmatranja se u sluaju egzaktno merljivih parametara prirode odreujebrojem sigurnih cifara u rezultatima tih merenja. to je broj sigurnih


33/52

33

cifara vei, osetljivost je vea. Alternativno, ovo izraavamo stavom da je tada takozvanasistematska greka manja. Ako poveavamoosetljivost, odnosno smanjujemo sistematsku greku, i poveavamo brojsigurnih cifara u rezultatima posmatranja, kad tademo udariti u umslu ajnih fluktuacija svega to postoji, i morati da vodimo rauna ostatisti koj znaajnosti naih zakljuaka. Veli ina tih fluktuacija odreujetakozvanu slu ajnu greku naih posmatranja, koju i uzimamo kaoosnovu za iskazivanje statistike neizvesnosti naeg zakljuivanja. Dakle,ako je sistematska greka vea od sluajne ovu poslednju moemo dazanemarimo i pojavu moemo da smatramo klasino deterministikom,dok smo u suprotnom sluaju prinueni da pojavu smatramo statistikideterministikom, i tome prilagodimo karakter naih zakljuaka. Buduida je nauka danas daleko odmakla u kvantifikaciji prirode, i da osetljivostnaih merenja stalno raste, to je potreba za statistikim zakljuivanjemprisutna u praktino svim segmentima nauke. Miemo prodiskutovatisamo neke opte principe statistikog zakljuivanja, dok je se za detaljeneophodno obratiti kasnijim tome posveenim poglavljima nae knjige ispecijalizovanim udbenicima.

Kada se radi o ivim sistemima stvari se jo vie komplikuju. Oni sudodatno statistini iz jo nekoliko razloga. Jedinke su, ma koliko bile istevrste, zbog makroskopinosti i kompleksnosti, a danas znamo da je totako prvenstveno zbog fluktuacija u genetskom materijalu, uvek meusobom razliite, tj kao populacija imaju neku distribuciju po svakom odmnogih parametara po kojima se mogu kvalifikovati. Dodatno, vrednostitih istih parametara je praktino nemogue egzaktno kontrolisati. Osimtoga ivi sistemi obdareni su u razliitoj meri sposobnouprilago avanja, poev od nesvesne adaptacije fiziolokih reakcija naponavljanje date interakcije sa okolinom, pa do adaptacije na osnovuinteligencije, kako inae nazivamo sposobnost uenja iz iskustva. Takose stvaraju dodatne fluktuacije osobina istovrsnih ivih sistema, koje se,to je jo gore, menjaju tokom vremena. Statistiki metodi koji suprilago eni ovim osobenostima stohastinosti ivih sistema pripadajuoblasti koja seesto nazivabiometrikom .Smisao odsustva jednozna nog dokaza, a umesto togazna ajnostizaklju aka, u svetu zasnovanom na verovatnoi, odnosno statistikomdeterminizmu, ilustrovaemo na nekoliko elementarnih primera. Ponimosa potencijalno najsudbonosnijim od svih. Teorije velikog ujedinjenjasvih fundamentalnih interakcija, koje treba da se odigra na vrlo visokim


34/52

34

energijama, predviaju da se odjek ove jedinstvene interakcije na niskimenergijama treba da manifestuje u nestabilnosti protona, odnosnonjegovom spontanom raspadu na recimo pozitron i foton. To bi znailopostepeni nestanak celokupne materije u formi u kojoj je poznajemo, kojibi se odvijao tempom ovog raspada. Taj tempo bi trebalo da bude jakospor, toliko spor da se time objasniinjenica da nam proton izgledastabilan, odnosno da taj fenomen praktino uopte i ne moe da se vidi polovina protona u Vasioni trebalo bi da se raspadne za vreme reda bar1030 godina, a moda i due. Nijedan od mnogih fantastiniheksperimenata izvanredne osetljivosti za detekciju raspada protona nijedo sada video nijedan dogaaj koji bi jednoznano mogao da seinterpretira kao raspad protona. Moglo bi se rei da se proton ne raspada ida je budunost Vasione u tom smislu sigurna. Ali nije tako. Stvar je utome da za raspad protona, kao i zasvaku drugu pojavu u prirodi, postojisamo tano odre ena verovatnoa da seu datom intervalu vremena dogodi, iline dogodi. U nekom intervalu vremenadesi e se, samo u srednjem , ta noodre eni broj raspada, ali u svakojkonkretnoj realizaciji e taj brojraspada biti u principu razliit.Distribucija broja raspada je takva da zadatu srednju vrednost broja raspada(koja je inae direktno proporcionalnaverovatnoi za raspad i ukupnom brojuprisutnih protona) uvek postoji i konana verovatnoa da se ne desinijedan raspad. Ta verovatnoa je tim manja to je srednja vrednost vea,ali nikad nije nula . To to nismo videli nijedan raspad moe biti samomaloverovatna fluktuacija u konkretnoj realizaciji koju smo posmatrali,te uvek postoji odreena verovatnoa da se proton ipak raspada. toraspad ne vidimo u veoj masi protona, i u duem merenju, taeverovatnoa biti manja, a dosadanji rezultati utvruju da je srednji ivotprotona sa verovatnoom od 90% dui od 1032 godina. Alternativno,statisti ki ispravno formulisan rezultat glasi da je na nivou poverenja od90% srednji ivot protona dui od 1032 godina. No to znai da jo uvekpostoji verovatnoa od itavih 10% da mu je ivot i krai od toga.Budu a merenja mogu ovu granicu samo dalje da pomeraju, ali sigurni dase proton ipak ne raspada moemo biti samo poslebeskona no mnogomerenja u kojima nismo opazili da se proton raspada. Samo tada bie


35/52

35

srednja vrednost broja raspada u datom intervalu vremena stoprocentnosigurno tano jednaka nuli. To je, dakle, jedini mogui na inzaklju ivanja o prirodi koja je izgraena na verovatnoi. Raspad,odnosno spontani prelaz iz jednog kvantnog stanja mikroskopskogobjekta u neka druga, je inae fantastina stohastina pojava.Verovatnoa za takvu pojavu je, u skladu sa statistikim determinizmomuvek ista . No odatle odmah slede neobine posledice u svakojkonkretnoj realizaciji nemogue je odrediti kada i u koje od moguihfinalnih stanja e se taj raspad desiti. Od dva inae potpuno identinaprotona, koji grade dva potpuno identina i potpuno stabilna atomavodonika, jedan moe da se raspadne danas a drugi kroz sto milijardigodina. Samo njihov srednji ivot je determinisan, i jednak recipronojverovatnoi za raspad u jednoj sekundi. Ovo je verovatno najbolji dokazda u prirodi ne postoje takozvane skrivene varijable, koje upravljajudetaljima mikroskopskih pojava, veda su one autentino stohastine.Postoje dva razliita pristupa pri kvantifikaciji znaajnosti zakljuka usvetu izgraenom na verovatnoi. Jedan se nazivaparametarskim , adrugi neparametarskim . Na gornji primer je primer parametarskogstatisti kog zakljuivanja. Termin parametar ovde se koristi u netodruga ijem znaenju od onog u kome smo ga mi koristili do sada, no tone bi trebalo da dovodi do zabune. Ispostavlja se, naime, da svaki odparametara koji opisuje ponaanje prirode, i koji zbog njenestohasti nosti fluktuira oko neke svoje u datoj situaciji klasinodeterminisane srednje vrednosti,to fluktuiranje tako e obavljazakonomerno , u skladu sa egzaktno odreenom distribucijomverovatno a svih svojih moguih vrednosti (ili gustine verovatnoe, to je sada nebitno). Jasno je da je i ovo u skladu sa doktrinom statistikogdeterminizma. Te distribucije verovatnoa po pravilu su zvonaste, takoda je verovatnoa pojavljivanja u oblasti srednje vrednosti datogparametra najvea, a da je verovatnoa velikih odstupanja od srednjevrednosti sve manja i manja. Zbog vaenja takozvane centralne granineteoreme veina ovih distribucija je normalna, odnosno Gausova.Normalna distribucija je, kao i veina ostalih,dvoparametarska (terminparametar sada je u statistikom smislu). Ta dva parametra susrednjavrednost i disperzija . Kvadratni koren iz disperzije jestandardnadevijacija , koja je mera irine intervala oko srednje vrednosti u kojoj senalazi oko 68% svih moguih vrednosti veliine koja je na taj naindistribuirana. Konkretna distribucija je tako u potpunosti analitikiodre ena sa ta dva svoja parametra, a statistike koje barataju njihovim


36/52


37/52

37

parametrima koji se teko ili nikako ne mogu da kvantifikuju, ali supodloni odreenoj kategorizaciji. O tome govori sledei primer. Ljudskupopulaciju izmeu ostalog moemo da okarakteriemo polom ipreferencijom za korienje leve ili desne ruke. Ova dva parametra nisumerljiva u pravom smislu te rei, ali su dvovalentna;ovek moe bitimukarac ili ena, i desnoruk ili levoruk. Podaci o datoj populaciji moguse svrstati u takozvanu tabelu kontingencije, koja u ovom sluaju moe uprvoj vrsti da sadri broj mukaraca koji su desnoruki pa zatim levoruki,a u drugoj vrsti broj desnorukih ena pa zatim broj levorukih ena.Primera radi neka su ti brojevi 43 i 9, i 44 i 4, respektivno. Zanima nas dali su na osnovu ove evidencije ova dva parametra zavisna ili nezavisna,odnosno da li meu mukarcima ima znaajno vie levorukih nego meuenama. Statistiki test koji na ovo moe da d kvantitativni odgovorustvari testira takozvanu nultu hipotezu, koja pretpostavlja njihovunezavisnost, protiv alternativne hipoteze o njihovoj zavisnosti. To jeprimer za opti postupak koji se u statistici zovetestiranje hipoteze .Osnovna ideja ove procedure staje u jednu reenicu: odbaciti fluktuacijukao objanjenje. Alternativno, ako je ono to je opservirano jakomaloverovatna fluktuacija hipoteze, hipoteza je pogrena. Da su nampodaci umesto gornjih bili recimo 4300 i 900, i 4400 i 400, znaajnostzaklju ka bi, u duhu ranije reenog, trebalo da bude otprilikedesetostruka. O konkretnim statistikim testovima koji ovo obavljajuovde nee biti re i.

Slede i primer ilustruje znaaj i smisao statistikog zakljuivanja u estoji vanoj situaciji kada treba donositi zakljuke o znaajnosti razlika uvrednostima neke fluktuirajue veli ine. Recimo da elimo da utvrdimoda li je na opis date pojave potpun. Tada ispitujemo dve eksperimentalnesituacije u jednoj je jedan od parametara koji potencijalno utiu napojavu prisutan, u drugoj nije. Na osnovu statistike zna ajnosti razlikevrednosti drugih parametara za koje je veutvr eno da opisuju pojavu uove dve situacije ceni se da li i novi parametar opisuje pojavu ili ne. Akose neki od starih parametara znaajno promenio, odnosno ako se njegovavrednost koja se pojavila, uz hipotezu da mu se srednja vrednost nijepromenila, oekuje sa relativno malom verovatnoom, tada se moe, sadatim stepenom znaajnosti, zakljuiti da je i novi parametar relevantanza opis situacije. Ovo jeest slu aj u fiziologiji, medicini, biologiji,socijalnim naukama, psihologiji, itd. Tada je novi parametar recimo nekahemikalija koja se administrira jednoj grupi jedinki, a drugoj ne, ili je toneka nova socijalna pojava, kada se moe postaviti pitanje da li taj


38/52

38

parametar utie na dato sociopatoloko ponaanje kodoveka, itd.Statisti ke tehnike kojima se ovo radi mogu biti razliite, ali sutinarezonovanja je ista.

1.7. Nau ni metod i matematika

Apsolutno najvanija karakteristika naeg opisa, pa zatim i razumevanjafunkcionisanja i ustrojstva prirode, je matematizacija tog opisa.Matematika nikako nije samo sredstvo za skraeno zapisivanje naihopisa prirode, ve je ona jedini mogui na in kako se taj zapis uoptemoe obaviti matematika jede facto jedini mogui jezik, pa zatim ilogika nauke. To je neizbeno i oigledno im smo parametre kojimaopisujemo prirodu kvantifikovali, odnosnoim smo im pridruili brojnevrednosti, relacije meu njima i ne moemo izraavati nikako drugaijenego matematikom. Kada je opis date situacije jednom odgovarajuematematiki postavljen, matematika analiza moe da d nove rezultate izaklju ke do kojih se na drugi nain nikako ne moe doi. Od mnotvaprimera iz istorije nauke verovatno najfantastiniji je isto matematikootkri e antimaterije, jo jednog celog sveta alternativnog naem!

Opta ideja primene matematike za opisivanje prirode se, dakle, zasnivana uspostavljanju korespondencije simbola sa kvantifikabilnim,merljivim, atributima prirode, posleega simboli ulaze u teorijskizasnovane matematike izraze, koji zatim preuzimaju ulogu opisivanjaosobina i ponaanja prirode. Izrazi koji se dobijaju posle matematikikorektnih transformacija takoe opisuju odgovarajue situacije u prirodi.To je ono to pruakvantitativnu prediktivnu mo i sposobnostmatematikog projektovanja , kada uspenost realizacije verificirapo etnu teoriju. Prednost upotrebe matematike ovde se ne zavrava.Kako se ispostavlja, samo korienjem matematike mogue je uo iti

jednu od osnovnih osobina prirode,koja se moe saeti u inae neintuitivanzaklju ak da je broj stvarno razliitihna ina ponaanja objekata u prirodi nesamo konaan, ve i iznena uju e mali.Jednostavna reinterpretacija simbola udatom matematikom formalizmuopisuje naizgled potpuno razliite inepovezane objekte i pojave u prirodi.


39/52

39

Istorija nauke (na prvom mestu fizike) puna je instanci u kojima su noveteorije zahtevale novu matematiku. Klasina mehanika razvila se uporedosa Njutn-Lajbnicovim infinitezimalnim raunom, odnosno analizom,statisti ka mehanika sa verovatnoom, opta relativnost sadiferencijalnom i Rimanovom geometrijom, kvantna mehanika samatri nim i operatorskim raunom, teorije polja sa teorijom grupa, itd.Ekstrapolirajui u budunost ova iskustva sa ulogom matematike unau nom metodu, ne vide se razlozi da se takav trend ne nastavi.

Najoptije upotrebljivim se verovatno pokazao infinitezimalni raun teemo u osnovnim crtama pogledati kako on funkcionie u opisu

konkretnih situacija u prirodi. Osnovna pretpostavka za njegovu primenu je da se merljivi atributi datog segmenta prirode, kojimaemo pridruitiodgovarajue simbole, mogu u dovoljno dobroj aproksimaciji smatratikontinuirano promenljivim, realnim brojevima. Opti prirodni zakoni sutada veze izmeu promena tih veli ina, a ne njih samih, to nazivamodiferencijalnim jednainama, dok su veze izmeu samih veliina usvakom konkretnom sluaju takozvana partikularna reenjadiferencijalnih jednaina koje opisuju primarne i opte zakone prirode matematiki re eno, reenja diferencijalnih jednaina su funkcije,odnosno zavisnosti, a ne brojevi, kao kod algebarskih jednaina. Norazlika izmeu ovakvog apstraktnog matematikog tretmana i primene naopis situacija u realnom svetu lei u stohastinosti sveta, odnosnofluktuacionom karakteru promenljivih u prirodi, i naim eksperimentima.

Zamislimo jednostavan sistemije je stanje opisano sa tri parametra, x, y i z. Neka, u skladu sa filozofijom dvoparametarskog eksperimenta,parametar z drimo stalnim i ispitujemo na kojie se na in menjativeli ina y (zavisno promenljiva), pri promeni veliine x (nezavisnopromenljiva). Naprimer,esta situacija u prirodi je da je infinitezimalnapromena veliine y, ozna imo je sady, proporcionalna vedostignutojvrednosti te veliine, y, kao i dostignutoj vrednosti veliine z, ali da nezavisi od vrednosti veliine x, ve da na svakoj vrednosti x zavisi samood njene infinitezimalne promene,dx, dakle:

dy=yz dx , odnosno dy/dx=yz . (1.3)

Za sisteme koji se relativno dobro ponaaju u skladu sa ovim optim jednostavnim modelom kaemo da imaju prirodan rast. Recimo,kultura bakterija u beskonanoj hranljivoj sredini, bez ometajuih


40/52

40

faktora, treba da sa vremenomt (kod nas x) po ovom zakonu uveavapopulaciju N (kod nas y). Brzina rasta populacije,dN / dt (kod nasdy / dx),raste sa porastom vedostignutog nivoa populacije N (tj. y), a sve to sakonstantom prirataja z, karakteristinom za vrstu bakterije i sredinu ukojoj se ova nalazi. U svakom konkretnom sluaju, dakle, treba utvrditidve stvari: utvrditi da li se sistem zaista (zadovoljavajue) ponaa uskladu sa gornjom zakonitou, i ako se ponaa, sa kojom konstantomprirataja, koja u konkretnoj situaciji opisuje sutinu pojave kojuprou avamo, a o emu gornja zakonitost ne govori ba nita. Partikularnoreenje diferencijalne jednaine (1.3), sa definisanim poetnim uslovimada u trenutkut =0 postoji N 0 bakterija a da ih u trenutkut ima N (t ),nalazimo integracijom:

=t t N

N

dx z ydy

0

)(

0

,

odakle sledi poznati eksponencijalni zakon rasta:

t ze N t N 0)( = . (1.4)

Ovo je funkcionalna zavisnost izmeu merljivih parametara koji opisujuponaanje sistema, N i t , koja sledi iz gornjeg modela i koju sadamoemo da uporedimo sa eksperimentalnom stvarnou, pa da zatim iztog uporeenja, pod uslovom da model odgovara stvarnosti, odredimo ivrednost konstante z, koja je inae bitna za detaljan opis i razumevanjepojave. Postupak emo opisati samo kvalitativno, kako bismo istakliosobenosti ove najegzaktnije od svih metodologija kojima raspolaemo uovom svetu, zasnovanom na verovatnoi.

Za po etak, eksperimentalno uzorkovanje zavisnosti (1.4) moemo daobavimo samo u konanom broju diskretnih taaka, odnosno u naemslu aju parova vrednosti (t , N ). Nadalje, vreme je veliina koja se popretpostavci kontinuirano menja i meri sa izvanrednom tano u, dok je

broj jedinki u populaciji podloan fluktuacijama usled neizbenihslu ajnih greaka u reprodukciji pa, iako moemo da pretpostavimo da jeto vrlo veliki i tano prebrojiv ceo broj, koga zbog te veliine moemosmatrati kontinuirano promenljivim, on fluktuaciono odstupa u svakojkonkretnoj realizaciji od kauzalne zavisnosti (1.4)

naucni metod

Documents