Wetenschappelijke revolutie

Dit artikel gaat over de specifieke periode in de wetenschapsgeschiedenis. Voor revolutionaire veranderingen in wetenschappelijke inzichten zie paradigmaverschuiving.

Replica van telescoop van Isaac Newton. Tijdens de wetenschappelijke revolutie werd het accent in de wetenschap verschoven naar waarnemingen en empirisme, en werden nieuwe technieken ontwikkeld om waarnemingen te doen. De telescoop was zo'n nieuwe techniek.

De wetenschappelijke revolutie is een periode in de geschiedenis van de wetenschap waarin klassiek-religieuze ideeën plaatsmaakten voor modern-wetenschappelijke ideeën. Tijdens de revolutie vond een ingrijpende verandering plaats in de inzichten in de natuurkunde, wiskunde, sterrenkunde, scheikunde en biologie en de manier waarop deze wetenschappen bedreven werden. Als gevolg ontstond een compleet ander (wetenschappelijk) wereldbeeld.

Algemeen

Het idee dat rond 1600 een belangrijke omwenteling in de wetenschap plaatsvond kwam op in de 18^e eeuw. De eerste die er de naam wetenschappelijke revolutie aan gaf was Alexandre Koyré in 1939.

De geest van vernieuwing en het veranderende mens-en wereldbeeld is terug te voeren op het humanisme van de renaissance, maar kwam pas goed op gang na de ontdekkingen in de astronomie. Door deze astronomie werden immers andere wetenschappen gestimuleerd die nodig waren voor haar ontwikkeling, met name natuurkunde (zoals de optica), maar vooral de wiskunde die de verzamelde astronomische gegevens moest interpreteren en kwantificeren. Deze vernieuwde inzichten kregen een grote invloed op hoe de mens zichzelf en zijn plaats in de wereld ging beschouwen. Als begin kunnen Copernicus' waarnemingen van het hemelgewelf van op de kerk in Frauenburg (ca. 1520) worden aangewezen. De nieuwe astronomische ontdekkingen culmineerden in de bijeenkomst van de Royal Society in het Gresham College te Londen op 28 april 1686.

De periode waarin de revolutie plaatsvond is niet vast afgebakend. Het begin van deze revolutie wordt vaak gelegd in 1543, het jaar waarin zowel Copernicus’ de revolutionibus orbium coelestium (over de bewegingen van de hemelsferen) als Vesalius’ de humani corporis fabrica (over de samenstelling van het menselijk lichaam) werden gepubliceerd, maar sommige historici zien al elementen van de wetenschappelijke revolutie terug in de 14^e eeuw. Het einde ervan wordt meestal gelegd bij ontdekkingen in de scheikunde en biologie in de 18^e en 19^e eeuw.

Kritische historici zoals Norman Mailer in Europe, A History, benadrukken dat de wetenschappelijke revolutie geen plotse breuk betekende met heersende opvattingen. Het tijdperk van Copernicus, Bacon en Newton was net zo goed nog het tijdperk van alchemisten, astrologen en magiërs. Illustratief hiervoor is het feit dat Isaac Newton evenveel tijd besteedde aan de studie van alchemie en astrologie als aan de studie van de wetenschappen.

Historische context

Voor de Renaissance werden de klassieke bronnen vooral in de islamitische wereld, maar ook in de middeleeuwse Europese universiteiten bestudeerd. De kosmologie van de 16^e en 17^e eeuw was nog grotendeels gebaseerd op het werk van Aristoteles en Ptolemaeus

Het is dus een misverstand dat in de Middeleeuwen ideeën uit de Klassieke Oudheid niet bekend waren. Wel legde het in de Renaissance opkomende humanisme sterker de nadruk op het gebruik van kritische observatie in tegenstelling tot de meer religieus-filosofische benadering die in de Middeleeuwen werd toegepast. Het humanisme verving het theocentrisme van de Middeleeuwen, waarin antwoorden voor vragen over de natuur gezocht werden door bestudering van religieuze teksten over de natuur uit voornamelijk de bijbel. De grotere nadruk op kritische observatie zorgde ervoor dat men in plaats van religieuze teksten natuurfenomenen ging bestuderen.

Een belangrijke ontwikkeling was de uitvinding van de drukpers. Het kopiëren van boeken was dankzij deze uitvinding geen kwestie meer van jarenlang overschrijven, waarbij door persoonlijke toevoegingen of weglatingen van de kopieerder allerlei fouten in teksten konden sluipen. Ook konden door middel van pamfletten ontdekkingen en theorieën veel sneller verspreid worden.

Een andere invloed zou de reformatie binnen de christelijke kerk kunnen zijn. De reformateurs waren van mening dat wetenschap een manier was om het bestaan van God te bevestigen, wat een extra impuls aan de ontwikkeling van de Europese wetenschap kan hebben gegeven.

Tot slot waren zaken die tegenwoordig als bijgeloof of pseudowetenschappen beschouwd worden, zoals astrologie, alchemie en hermetisme, een belangrijke invloed omdat ze het gebruik van wiskunde om natuurfenomenen te bestuderen met zich meebrachten. Het gebruik van wiskunde vormt het fundament voor een kritische wetenschappelijke methode.

Wetenschappelijke concepten voor de revolutie

Aristoteles' kosmologie

Weergave van de hemelsferen in Aristoteles' model voor de kosmos. Uit Petrus Apianus' Cosmographia, 1539.

Het heliocentrische model verving het geocentrische model waarin de Aarde als centrum van een bolvormige kosmos werd gezien. Het 'oude wereldbeeld' werd voornamelijk bepaald door de theorieën van Aristoteles (384 v.Chr.-322 v.Chr.) en Ptolemaeus (ca. 100-178). Dit oude wereldbeeld heeft de volgende kenmerken:

• de aarde staat onbeweeglijk in het centrum van het universum
• om de aarde heen draaien Maan, Mercurius, Venus, Zon, Mars, Jupiter en Saturnus - deze hemellichamen zitten vast aan bollen van doorschijnend kristal die om een gemeenschappelijke as draaien
• het universum wordt begrensd door de sfeer van de vaste sterren, die in de tegengestelde richting van de 'planeten' draaien

Volgens Aristoteles was de kosmos opgebouwd uit concentrische sferen. Deze sferen bestonden uit de vijf klassieke elementen: de Aardse sferen uit vuur, water, lucht, en aarde, de hemelsferen uit het vijfde element ether.

In de Aardse sferen bewoog een object langs een rechte lijn tot het de sfeer bereikte die dezelfde elementaire compositie had als het object (hun natuurlijke plek in de kosmos), waarna het object deel van die sfeer ging uitmaken. Andere bewegingen waren onnatuurlijk.

Het element ether bewoog in cirkels door de hemelsferen en verplaatste daarmee de planeten, Zon en Maan. Onregelmatige bewegingen van de planeten werden verklaard met het model van Ptolemaeus, waarin planeten elk in hun eigen baan via epicykels (cirkelbewegingen in cirkelbewegingen) rond de Aarde bewogen.

Aristoteles geloofde nog dat een natuurverschijnsel ook plaats kon vinden vanwege nodigheid. Een reden voor regen kon zijn dat planten water nodig hadden. Dit veranderde met de ontwikkeling van Newtons mechanica, waarin bewegingen alleen het gevolg kunnen zijn van externe krachten of traagheid.

Galenus' fysiologie

De middeleeuwse kennis van het menselijk lichaam was voornamelijk gebaseerd op werk van Claudius Galenus (129 – 200 n. Chr.). Galenus identificeerde drie hoofdfuncties in het lichaam: in de hersenen, het centrum van het zenuwstelsel dat voor waarneming en gevoel zorgde; in het hart, dat via de slagaders het leven door het lichaam verspreidde; en in de lever, waaruit via het aderstelsel bloed door het lichaam stroomde, dat voor groei en voeding zorgde.

Galenus nam het idee van de Oude Grieken over, dat ziekte veroorzaakt werd door een instabiele verhouding tussen de vier humores, bloed, speeksel, gele gal en zwarte gal. De gezondheid kon herstellen door een diëet, het verlies van bloed (bijvoorbeeld door aderlaten) of door toedienen van medicijnen waardoor het evenwicht tussen de vier humores werd hersteld.

Belangrijke nieuwe concepten

In het algemeen kan gesteld worden dat de wetenschappelijke revolutie zich kenmerkt door

1. de nieuwe natuurwetenschappelijke inzichten, met name in de astronomie en de mechanica;
2. de introductie van nieuwe methoden van wetenschappelijk onderzoek. Dit wetenschappelijk onderzoek kenmerkt zich door meer aandacht voor de waarneming, herhaalbare experimenten en het onderzoeken van processen naar oorzaken en gevolgen; de vraag dus naar hoe? in plaats van de vraag naar waartoe?'
3. een in hoofdzaak kwantitatieve benadering van verschijnselen, eerder dan een kwalitatieve benadering

Wetenschappelijke methode

Heliocentrische zonnestelsel in Andreas Cellarius' Harmonia Macrocosmica van 1708.

Zie wetenschappelijke methode voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De wetenschappelijke methode, waarbij bewijs voor een theorie door inductie en deductie wordt geleverd en waarnemingen tot hypotheses en wetten leiden, werd onder andere ontwikkeld door de filosoof Francis Bacon (1561 – 1626) en de filosoof en wiskundige René Descartes (1596 – 1650). Bacon vond dat iets alleen waar kan zijn als het waargenomen kan worden (empirisme). Om deze waarnemingen te doen kunnen experimenten bedacht worden. Descartes paste als eerste deductie toe in de wiskunde, dit zou leiden tot de ontwikkeling van wiskundige analyse (zie hieronder) en bedacht dat alle natuurverschijnselen met wiskundige formules te beschrijven zijn.

Heliocentrisme

Zie heliocentrisme voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Voorlopers in de oudheid

De pythagoreeërs stelden volgens Aristoteles het universum voor als een centraal vuur waaromheen de aarde als een van de 'sterren' draaide. De eerste die een echt heliocentrisch systeem beschreef was echter Aristarchus van Samos (ca. 270 v.Chr.) Zijn geschriften over het heliocentrische systeem zijn verloren gegaan, maar de inhoud ervan is ons dankzij tijdgenoten als Archimedes toch gedeeltelijk overgeleverd.

Copernicus, Kepler en Galilei

Copernicus (1473 - 1543) pleitte als eerste voor een heliocentrisch wereldbeeld, waarbij de Zon in plaats van de Aarde wordt gezien als centrum van het universum. De Duitse astronoom Johannes Kepler (1571 – 1630) stelde in 1609 aan de hand van observaties van zijn Deense collega Tycho Brahe (1546 – 1601) een wiskundige beschrijving van de beweging van de planeten rond de Zon op.

Galileo Galilei deed met de telescoop (een nieuwe uitvinding) observaties aan de planeten, die belangrijk bewijs voor een heliocentrisch model vormden.

Anatomie

Anatomische les van Dr. Nicolaes Tulp, door Rembrandt van Rijn. Nauwkeurige observaties van het menselijk lichaam bracht in de fysiologie nieuwe ideeën en concepten.

Door nauwkeurige bestudering van het menselijk lichaam, onder andere door Andreas Vesalius (1514 – 1564), ontstond de moderne anatomie. William Harvey (1578 – 1657) kwam onder andere tot de conclusie dat de bloedsomloop wordt aangedreven door het pompen van het hart.

Materie opgebouwd uit deeltjes

Het atoommodel, het idee dat materie is opgebouwd uit deeltjes waartussen zich vacuüm bevindt, werd al in de 5^e eeuw v.Chr. door de Grieken Democritus en Leucippus opgesteld. Aristoteles dacht echter dat de vijf elementen continu waren en niet waren opgebouwd uit deeltjes. In het middeleeuwse Europa werd Aristoteles gevolgd, pas tijdens de wetenschappelijke revolutie werd de atoomtheorie opnieuw ontdekt. Buiten Europa was het atoommodel wel bekend in de Middeleeuwen, in de islamitische wereld stelde de Perzische filosoof Al-Ghazali (1058 - 1111) bijvoorbeeld een atoommodel voor.

Tijdens de Renaissance kwamen de alternatieven voor Aristoteles’ model weer in de belangstelling. Via experimenten lieten Descartes, Pierre Gassendi (1592 – 1655), en Robert Boyle (1627 – 1692) zien dat een model waarin materie bestaat uit discrete deeltjes aannemelijker is dan een continu model. De eerste die verschillende elementen beschreef, was John Dalton (1766 -1844). Dit leidde uiteindelijk tot het ontstaan van de scheikunde.

Andere natuurverschijnselen

William Gilbert (1544 – 1603) onderzocht magnetisme en elektriciteit en kwam tot de conclusie dat de twee niet hetzelfde verschijnsel waren. Ook ontdekte hij het bestaan van het aardmagnetisch veld. Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723) gebruikte als eerste de microscoop om biologische waarnemingen te doen, waarmee hij de grondlegger was van de microbiologie. Francesco Redi (1626 – 1698) toonde via een experiment aan dat voortplanting van leven alleen door lichamelijk contact plaatsvindt.

Wiskundige analyse en mechanica

Isaac Newton (1642 – 1727) en Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 – 1716) ontwikkelden de wiskundige analyse, Newton paste deze toe in de mechanica en kwam zo tot zijn wetten waarmee de beweging van objecten kon worden beschreven.

Bibliografie

• Westfall, R.S. (1977): The construction of modern science, Cambridge;
• Jacob, M.C. (1988): The culturul meaning of the scientific revolution, New York;
• Crombie, A.C. (1994): Styles of scientific thinking in European tradition, Londen;
• Shapin, S. (1996): The scientific revolution, Chicago;
• Cohen, F. (2008): De herschepping van de wereld. Het ontstaan van de moderne natuurwetenschap verklaard, Bert Bakker, Amsterdam.

· ·

Wetenschapsgeschiedenis