Σφαιρική Γη και η επιστημονική μέθοδος

Τι είναι ένας επιστημονικός νόμος και ο νόμος της παγκόσμιας έλξης

Αφού κοιτάξαμε, σε προηγούμενα άρθρα^*, διάφορα επιχειρήματα και παρατηρήσεις για το σχήμα της Γης, μπορούμε να  κάνουμε ένα βήμα πίσω και να διευκρινίσουμε τι σημαίνει για τους επιστήμονες ένας φυσικός νόμος ή θεωρία. 

Πολλές φορές ίσως έχετε ακούσει την έκφραση: “είναι απλά μια θεωρία”, που συνήθως έχει σκοπό να μειώσει την ισχύ ενός επιστημονικού επιχειρήματος. Ωστόσο, η έκφραση αυτή εκφράζει μια παρανόηση για το πως διατυπώνεται και γίνεται αποδεκτή μια επιστημονική θεωρία.

Με λίγα λόγια, η διαδικασία πάει κάπως έτσι: Μία επιστήμονας παρατηρεί ένα φυσικό φαινόμενο. Με βάση τις παρατηρήσεις διατυπώνει μια υπόθεση για τις αιτίες του φαινομένου και μια θεωρία που επιχειρεί να το εξηγήσει με βάση κάποιες απλές και γενικά αποδεκτές παραδοχές. Η θεωρία, ή και οι επεκτάσεις της, ελέγχεται με επιπλέον παρατηρήσεις και πειράματα από την ίδια, αλλά κι άλλους ανεξάρτητους ερευνητές. Τελικά, εφόσον περάσει με επιτυχία το πλήθος “δοκιμασιών” και δεν υπάρχει κάποια ισάξια εναλλακτική, καταχωρείται σαν η επίσημη εξήγηση του φαινομένου και παίρνει πολλές φορές την ισχύ ενός “νόμου”.

Να σημειώσουμε βέβαια πως αυτή η απλή, γραμμική πορεία που περιγράψαμε δε λαμβάνει υπόψιν ένα πλήθος άλλων συντελεστών που διαδραματίζουν ρόλο στην επικράτηση μια θεωρίας, όπως κοινωνικοί και πολιτισμικοί παράγοντες. Παρόλα αυτά καλύπτει την ουσία του επιχειρήματος: ότι ένας φυσικός νόμος/θεωρία έχει περάσει ενδελεχή έλεγχο και κριτική και δεν είναι ισοδύναμος με την έννοια της “θεωρίας” όπως χρησιμοποιείται στη καθομιλουμένη.

Τέλος, να τονίσουμε εδώ, ότι η επιστήμη δεν μπορεί ποτέ να αποδείξει ότι μια θεωρία είναι πλήρως ορθή. Αντιθέτως, είναι ικανή να αποδείξει ότι μια θεωρία είναι σίγουρα λάθος εφόσον υπάρξουν παρατηρήσεις ή πειράματα που την ανατρέπουν. Οπότε, συμπερασματικά, όταν μιλάμε για αποδεκτή φυσική θεωρία αναφερόμαστε σε μια θεωρία που δεν έχει ανατραπεί ακόμα, που δεν έχει αξιόλογο ανταγωνιστή/αντικαταστάτη και έχει ένα επιτυχημένο, συγκεκριμένο πλαίσιο εφαρμογής.

Ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα, ή αλλιώς νόμος “Παγκόσμιας Έλξης”, είναι ένα τέτοιο παράδειγμα. Ο νόμος αυτός επιχειρεί να περιγράψει πως λειτουργεί η δύναμη της βαρύτητας. Μας λέει ότι η βαρύτητα ανάμεσα σε δύο σώματα είναι περισσότερο ισχυρή όταν οι μάζες τους είναι πολύ μεγάλες και όταν βρίσκονται πολύ κοντά. Πάει όμως ακόμα παραπέρα, ποσοτικοποιώντας αυτή τη δύναμη με έναν μαθηματικό τύπο. Ως τώρα όμως βρισκόμαστε στο κομμάτι της υπόθεσης. Για να περάσουμε στην ισχύ του νόμου, πρέπει να συγκρίνουμε τα παρατηρησιακά δεδομένα και παρατηρήσεις με τις προβλέψεις του τύπου του Νεύτωνα. Τι βλέπουμε; Ότι περνάει όλα τα τεστ, με τρομερή επιτυχία: από τις κινήσεις των ουράνιων σωμάτων και των δορυφόρων μας, στην έλξη σωμάτων σε διάφορα εργαστήρια στη Γη!

Ένα λεπτό όμως; Και τι γίνεται με τον Einstein; Δεν έχει ανατρέψει η θεωρία του, η “Γενική Θεωρία της Σχετικότητας” (ΓΘΣ) το νόμο της παγκόσμιας έλξης;

Η απάντηση είναι ναι και όχι! Και εδώ έρχεται η ανάγκη να κατανοήσουμε το πλαίσιο εφαρμογής της θεωρίας. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει, η Νευτώνεια βαρύτητα έχει στο “οπλοστάσιο” της μια σειρά από επιτυχημένες παρατηρήσεις και προβλέψεις, αλλά και κάποιες λανθασμένες. Αν θέλουμε να προτείνουμε μια πιο επιτυχημένη θεωρία βαρύτητας, αυτή θα πρέπει να ερμηνεύει σωστά όλες τις σωστές παρατηρήσεις της προηγούμενης θεωρίας, αλλά και κάποιες ακόμα, στις οποίες η προηγούμενη θεωρία αποτυγχάνει. Αυτό ακριβώς κάνει και η ΓΘΣ. Πιο συγκεκριμένα, σε ένα συγκεκριμένο πλαίσιο εφαρμογής – ασθενή βαρυτικά πεδία, μη σχετικιστικές ταχύτητες – προσεγγίζει τη θεωρία του Νεύτωνα, αλλά ταυτόχρονα προσφέρει μια ριζοσπαστικά διαφορετική περιγραφή για τη βαρύτητα, που είναι ικανή να ερμηνεύσει και φαινόμενα που η Νευτώνεια θεωρία δε μπορούσε.

Που καταλήγουμε; Ότι ο νόμος βαρύτητας του Νεύτωνα είναι ένας πολύ επιτυχημένος νόμος (για αυτό και “νόμος” άλλωστε), τον χρησιμοποιούμε καθημερινά, γνωρίζουμε τα όρια του και η μεγάλη πλειοψηφία των φαινομένων στη Γη και το Ηλιακό μας σύστημα, περιγράφονται επιτυχώς από αυτόν!

Ο νόμος της βαρύτητας και το θεωρητικό σχήμα της Γης

Τελικά τι σχέση έχουν όλα τα παραπάνω με το σχήμα της Γης; Όπως είπαμε, εφόσον μια φυσική θεωρία έχει γίνει γενικά αποδεκτή, μπορεί να θεωρηθεί η βάση για περαιτέρω προβλέψεις και τη μελέτη πορισμάτων που εξάγονται από αυτή.

Εφόσον ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα είναι η κατάλληλη θεωρία για τα γήινα δεδομένα, μπορούμε να εξετάσουμε τι λέει για το σχήμα της Γης.

Η απάντηση είναι ότι τα βασικά σχήματα που οδηγούν σε σταθερά συσσωματώματα μάζας σε μεγάλες διαστάσεις – ή με άλλα λόγια πως μπορούμε να πλάσουμε ένα υλικό χωρίς να διαλυθεί – είναι η σφαίρα και ο τόρος. Δηλαδή ο νόμος του Νεύτωνα μας λέει ότι η Γη θα μπορούσε δυνητικά να είναι είτε μπάλα, ή ντόνατ – όχι επίπεδη!, αλλιώς οι βαρυτικές δυνάμεις δε θα μπορούσαν να ισορροπήσουν το υλικό.

Γιατί συμβαίνει αυτό; Ο λόγος είναι ότι ο νόμος παγκόσμιας έλξης είναι μια κεντρική δύναμη. Με άλλα λόγια, το μόνο που έχει σημασία είναι πόσο μακριά βρισκόμαστε από τη πηγή της βαρύτητας, κι όχι σε πιο ακριβώς σημείο. Δηλαδή ο νόμος έχει μια συμμετρία, που οδηγεί σε συγκεκριμένα μόνο αποδεκτά σχήματα, σαν κατάσταση ισορροπίας του υλικού.

Επομένως, το μοντέλο της “Επίπεδης Γης” δεν είναι μια άλλη ισοδύναμη άποψη όπως και η αντίστοιχη για τη σφαιρική Γη, με την επιστημονική σημασία της λέξης. Το μοντέλο αυτό δεν είναι ούτε συνεκτικό, ούτε μπορεί να ερμηνεύσει μια σειρά από υπάρχουσες παρατηρήσεις. Αντιθέτως, η σφαιρική Γη βασίζεται σε καλά θεμελιωμένη φυσική, αλλά και παρατηρήσεις, και δικαίως αποτελεί το επιβεβαιωμένο σχήμα της Γης για εκατοντάδες χρόνια.

^* Περαιτέρω διάβασμα:
– https://2science.gr/spherical-earth-1/

– https://2science.gr/spherical-earth-2/

Συγγραφείς: Γωγώ Λουκαΐδου & Μάριος Καλομενόπουλος