Geschiedenis van de natuurwetenschappen

De wetenschapsgeschiedenis vanuit West-Europees perspectief begint met (filosofische) opvattingen uit de Oudheid.

§1: Oudheid

De wetenschap kwam voor het eerst tot bloei in de Griekse maatschappij. Dit was omdat de Grieken (in tegenstelling tot voorgaande beschavingen) geen (dominante) priesterklasse hadden; religie en intellectualiteit waren van elkaar gescheiden.

In de Griekse maatschappij bestond wetenschap uit filosofie en wiskunde:

• Wiskunde hield zich bezig met het beschrijven van de werkelijkheid.
• Filosofie hield zich bezig met ‘waarom dan?’

Het wereldbeeld van de Grieken was niet puur magisch; in de Oudheid werd ook al herkend dat dingen zelfstandig, zonder goddelijke inmenging, verliepen. Dit noemde zij (en noemen we nog steeds) natuur.

Filosofie

Filosofie werd bedreven in filosofiescholen. Dat waren politieke opleidingsplaatsen, die zich bezighielden met:

• Welsprekendheid en redeneerkunst, belangrijk voor success in de Griekse samenleving.
• Begrip van moraal, ethiek en politiek; onderzoeken van wat ‘werkelijkheid’ is.

Stromingen

• Epicurus dacht dat er geen bovennatuurlijkheid was; de wereld bestaat alleen uit stofdeeltjes en lege ruimte.
• Stoïci dachten dat de wereld doordrongen was van goddelijke substantie (pneuma), maar niet afhankelijk van de goden.
• Pythagoras dacht dat alles uit getallen en verhoudingen bestond, bijvoorbeeld hoe harmonische klanken bij perfecte verhoudingen van snaarlengtes ontstonden.
• Plato vond de fysieke werkelijkheid een afspiegeling van een hogere (metafysische) werkelijkheid (abstract, verstandelijk).

Klassieke wiskunde

Voor ons is wiskunde puur abstract. In de Oudheid was wiskunde echter de noemer voor alle wetenschap die met meten en rekenen te maken had; niet alleen het meten en rekenen zelf was wiskunde, maar ook toepassingen (wat er gemeten en berekend werd).

Er werd wel onderscheid gemaakt tussen zuivere en gemende wiskunde. Zuivere wiskunde maakte alleen gebruik van abstracte grootheden, gemende wiskunde ging over concrete toepassingen.

Wiskunde hield zich uitsluitend bezig met het beschrijven en voorspellen van de werkelijkheid, maar hield zich niet bezig met het verklaren waarom verschijnselen plaatsvonden. Dat was de taak van filosofie.

Antieke geneeskunde

De medische wetenschap was speciaal omdat deze tussen wiskunde en filosofie in zat. Medici hielden zich namelijk bezig met verklaren van de natuur, maar vanuit een concreet, praktijkgericht perspectief.

Traditioneel werd gezondheid ziekte verklaard met religieuze verklaringen. De Grieken waren de eerste die besefte dat ziektes spontaan, op natuurlijke wijze, tot stand konden komen, en dus ook via een natuurlijke wijze genezen konden worden.

De school van Hippocrates pioneerde deze ‘natuurlijke’ insteek van geneeskunde.

Hippocratische geneeskunde

Hippocratische geneeskunde gaat uit van lichaamssappen (‘humeuren’) met twee eigenschapen:

• Bloed: warm en nat.
• Slijm: koud en nat
• Gele gal: warm en droog
• Zwarte gal: koud en droog

Deze humeuren moesten met elkaar in evenwicht zijn. Een tekort of overschot van één van de humeuren (een ‘slecht humeur’) veroorzaakte ziekte en gedragsveranderingen:

• Teveel bloed veroozaakte koorts, en druk/onverstandig gedrag.
• Teveel slijm zorgde voor een zwaar gevoel en sloom/traag gedrag.
• Teveel gele gal zorgde voor opvliegend/driftig gedrag.
• Teveel zwarte gal zorgde voor treurig/droefgeestig gedrag.

De behandelmethoden hiervoor waren daarom het aanvullen of verminderen van het afwijkende humeur. Aanvullen werd gedaan met dieetvoorschriften of medicamenten. Verminderen werd gedaan door geforceerd braken of aderlaten.

§2: Middeleeuwen

Door grote volksverhuizingen stokte de wetenschappelijke ontwikkeling in Europa. De wetenschappelijke geschriften uit de Oudheid werden bewaard en verbeterd in islamitische landen.

De kennis kwam langzaam weer terug naar Europa. Eerst de geneeskunde, bijvoorbeeld via de publicaties van de arabische arts Ibn Sina.

Een eeuw later werden de eerste universiteiten in Europa gesticht voor het opleiden van theologen en rechtsgeleerden. Binnen die universiteiten kwam er een voorbereidende (‘propedeutische’) faculteit met als taak het onderwijzen van physica: basiskennis die nodig was voor de rest van de studie, voornamelijk bepaald door de geestelijkheid.

Binnen physica waren de ideeën zoals Plato’s hogere goddelijke werkelijkheid en Aristoteles’ wereldbeeld zeer populair, omdat ze goed aansloten bij het christelijke geloof.

Aristoteles

Op het eerste gezicht past Aristoteles’ puur natuurlijke wereldbeeld niet goed bij de christelijke leer. Toch waren zijn ideeën zeer bruikbaar; door het erkennen van de natuur als zelfstandig domein (weliswaar door God geschapen) konden theologen meer afstand tussen de mens en God brengen. Er waren wel een aantal aanpassingen:

Ook werd er toegevoegd dat de sferen waarin planeten bewogen van kristal gemaakt waren.

Schrifts- en schoolgeleerdheid

Voor de Grieken was filosofie een actief, levend werkveld. Voor middeleeuwse geleerden was filosofie echter iets externs, dat ze via alleen schriftelijke overlevering konden bestuderen; geschriften die bovendien vaak al meedere keren vertaald waren (Grieks→Arabisch→Latijn). Hierdoor was men in de middeleeuwen primair bezig met het ontcijferen van oude geschriften, en niet het onderzoeken van de werkelijkheid zelf.

Daarnaast was het in de middeleeuwen de norm om vraagstukken met logica op te lossen. Vragen beantwoorden geleerden niet door observaties te doen, maar door subtiele redenering.

Astrologie

Als de hemellichamen de natuur op aarde sturen, moet het mogelijk zijn om de natuur te voorspellen als je het gedrag van de hemellichamen kan begrijpen. Daarom werd astrologie in de middeleeuwen een belangrijke wetenschap.

De adel gebruikte astrologische ‘inzichten’ voor het maken van belangrijke beslissingen. Een andere toepassing was de geneeskunde. Artsen legden verbanden tussen de 4 humeuren, de 4 seizoenen, de 4 (aardse) elementen, sterrenbeelden en lichaamsdelen.

Het enige bezwaar tegen de astrologie was theologisch; de sterren mochten de natuurlijke processen bepalen, maar het was godsdienstig onacceptabel als de sterren ook de menselijke gedrag zouden beinvloeden.

Alchemie

Alchemie is de voorloper van moderne scheikunde. Het doel was ‘geheime kennis’ ontdekken:

• Geestelijke verlichting; aka IQ-boost :)
• Transmutaties om onedele metalen in goud te veranderen.

Alchemie was gebaseerd op ‘verborgen kwaliteiten’; het was mystiek en gebruikte een soort ‘geheimtaal’.

Scheikunde (aka laboratoriumvaardigheden) bestond al wel, maar was geen wetenschapsveld, maar het werk van apothekers, artsen etc.

De naamgeving van scheikundige stoffen was gebaseerd op hun bereidingswijze. Als dezelfde stof op een andere manier werd verkregen werd het gezien als een andere stof met andere kwaliteiten.

§3: Renaissance (16e eeuw)

De zestiende eeuw is achteraf gezien een voorbereiding geweest op de wetenschappelijke revolutie. Maar dat wist men destijds natuurlijk nog niet. Mensen begonnen wel steeds meer kritische vragen te stellen en het aristotelische wereldbeeld kwam in diskrediet, maar er was nog geen alternatief.

Op deze onzekerheid waren twee reacties: vastklampen aan de aristotelische opvattingen of intellectuele experimenten uitvoeren.

Natuurlijke historie

Tijdens de Renaissance ontstond grotere belangstelling naar historiën (‘onderzoek’ in het oud-Grieks). Natuurlijke historie houdt zich bezig met het onderzoeken, beschrijven en categoriseren van de natuur.

• In de Middeleeuwen bestonden alleen zogenaamde bestiaria, maar die waren meer moreel dan dierkundig van aard; of de beschreven dieren daadwerkelijk hebben bestaan was irrelevant, want het ging om het metafoor dat ze belichaamden.

• Uit de Oudheid waren ook nog enkele geschriften overgeleverd, zoals Historia naturalis van Plinius, waarin hij een dieren, planten (en hun cultivatie) en gesteentes beschreef.

• Aan het begin van de Renaissance werd werk uit de middeleeuwen over het algemeen kritisch bekeken, maar bleven geschriften uit de Oudheid nog steeds heilig. Nieuwe historiën putte vaak uitsluitend uit dit soort oude geschriften, en deden weinig tot geen eigen onderzoek.

• Bij de ontdekking van de nieuwe wereld (aka Amerika) hadden geleerden dus een probleem: de planten en dieren die daar werden aangetroffen kwamen helemaal niet voor in de antieke werken. Er zat dus niks anders op dan zelf op onderzoek te gaan. Er wordt steeds kritischer gekeken naar de klassieke geschriften en steeds meer zelf uitgezocht.

De nieuwe historiën die geschreven werden waren echter wel vooral sensatiezuchtig—hoe merkwaardiger hoe beter. Mensen begonnen rariteitenkabinetten aan te leggen: verzamelingen uiteenlopende zeldzame voorwerpen.

Botanie

Een uitzondering was botanie. Als medische hulpwetenschap had het werkveld in de middeleeuwen al een zakelijkere insteek en in de Renaissance bleef dat zo. De nieuwe ‘kruidenboeken’ beschreven hoogstens geneeskrachtige eigenschappen (maar geen legendarische kwaliteiten).

Geneeskunde

Aanvankelijk was de focus van nieuw (empirisch) onderzoek het aanvullen van de klassieke werken. Maar steeds meer werden ook foutieve aannames uit de antieke geschriften weerlegd.

Anatomie

De grootste winsten werden behaald in de anatomie. Kennis van inwendige organen kan je alleen verkrijgen via ‘secties’ (aka snijden in lijken). Dat was in de Oudheid en Middeleeuwen taboe; alle bestaande kennis over anatomie was daarom gebaseerd op dierlijke secties. In de Renaissance begonnen artsen secties uit te voeren op de lichamen van veroordeelde criminelen.

Werking van het lichaam

Het onderzoek ging initiëel enkel over de bouw van het lichaam, maar er kwam ook steeds meer interesse in de werking van het lichaam.

• Andreas Versalius deed (op al dan niet op onverantwoorde wijze) secties op een groot aantal lichamen en publiceerde dit in zijn boek De humani corporis fabrica.

• William Harvey had de theorie dat bloed in een kringloop bewoog. Voorheen dacht men dat bloed heen-en-weer stroomde (aangezien haarvaten onzichtbaar zijn voor het blote oog).

Beide publicaties zette de medische wereld op zijn kop en leidde tot veel ophef en onzekerheid.

§4: Wetenschappelijke revolutie (17e eeuw)

Instrumenten

De instrumenten die al bestonden, zoals linealen, passers en gradenbogen, waren vaak hulpmiddelen. Het idee van een natuurwetenschappelijk instrument dat het onzichtbare zichtbaar maakt bestond nog niet. Dat werd gezien als natuurlijke magie, die de ‘verborgen aard der dingen’ prijsgaf.

Brillen en lenzen waren al langer bekend, maar in de 17e eeuw werd de verrekijker uitgevonden. Daarnaast werden de eerste prototypes van de thermometer, vochtigheidsmeter en windmeter gemaakt.

Aanvankelijk werd de verrekijker vooral gebruikt voor oorlogsvoering. Galileo Galilei kwam tot het idee om hem te gebruiken als telescoop om de hemel te onderzoeken. Zijn waarnemingen brachten het aristotelische wereldbeeld verder aan het wankelen.

Later werd door Antoni van Leeuwenhoek de microscoop uitgevonden. Hierdoor werd onder andere bewezen dat insecten zich voorplanten (en niet spontaan ontstaan uit rottende materie), en kon de theorie van Harvey over de bloedsomloop bevestigd worden (omdat men de haarvaten nu daadwerkelijk kon zien).

Evangelista Torricelli ontwikkelde de barometer. Hij ontdekte dat vloeistoffen in een buis tot op een bepaalde hoogte omhoog geduwd werden, en dat de hoogte afhankelijk was van de dichtheid van de vloeistof (kwik vs water); de vloeistof werd omhoog geduwd door het gewicht van de lucht.

Naast de barometer werd ook de luchtpomp, waarmee vaten vacuum gezogen konden worden, uitgevonden. Hiermee werd bewezen dat geluid niet werd doorgegeven in een vacuum, maar licht wel, en dat water grote hoeveelheden lucht bevatte. Ook werd bewezen dat vuur en leven niet konden voortbestaan in een vacuum.

Sterrenkunde

De herontdekking en publicatie van Ptolemaeus’ werken in de 15e eeuw zorgden ervoor dat astronomie als een serieuze wetenschap gezien werd. De tegenstelling tussen Aristoteles’ regelmatige cirkelbewegingen en Ptolemaeus’ ingewikkelde rekenmodellen riep echter vragen op over de werkelijke bouw van het heelal.

Als reactie hierop bedacht Copernicus een volledig nieuw heliocentrisch systeem. Hij publiceerde zijn theorie in een bekend sterrenkundig handboek. Andere astronomen vonden het maar een raar idee en besteedde er alleen aandacht aan als het relevant was voor hun werk; berekeningen konden prima gedaan worden zonder de bouw van het heelal te definiëren. Anderen namen alleen delen van de theorie over.

Copernicus deed zelf geen eigen waarnemingen, maar zette anderen aan dit wel te doen. In Denenmarken bouwde Tycho Brahe op bevel van de Deense koning een observatorium genaamd Uraniborg, waar hij met zelf ontworpen instrumenten ongekend nauwkeurig de stand van de sterren bijhield.

Tycho Brahe was anti-Copernicus, maar herkende ook dat Ptolemaeus’ stelsel niet meer voldeed. Daarom bedacht hij een eigen wereldbeeld. Hij had echter te weinig tijd om zijn wereldbeeld wiskundig te onderbouwen. Die taak gaf hij voor zijn dood aan zijn assistent, theoloog Johannes Kepler. Na de dood van Tycho werd hij keizerlijke mathematicus.

Kepler was wél pro-Copernicus. Hij heeft eerst geprobeerd het tychoonse systeem te bewijzen, maar toen dat niet lukte heeft hij geprobeerd Copernicus’ systeem te bewijzen, maar de berekeningen kwamen ook daar niet helemaal lekker uit. Uiteindelijk kwam hij tot de conclusie dat de planeten niet in cirkels, maar in ellipsen bewegen. Dit was echter niet wiskundig elegant en ook moeilijk om mee te rekenen. Daarom verwierpen tijdgenoten zoals Galilei zijn bevindingen. Pas na het werk van Newton werd het werk van Kepler echt gewaardeerd.

De lijn tussen wiskunde en filosofie vervaagde steeds meer. Sterrenkunde hield zich officieel alleen bezig met het beschrijven van de bewegingen van hemellichamen, maar ging ook steeds meer uitspraken doen over de oorzaken van die bewegingen; voorheen het domein van de physica. (Zo beweerde Kepler dat de planeten bewogen door een magnetisch veld van de zon.)

Aristoteles, …oei?

• Uit de data van Brahe bleek dat de hemel niet onverandelijk was. Zo verscheen en verdween er een ster (supernova) en bleken kometen veel verder van de aarde, in het ‘bovenmaanse’ voor te komen.

• Galilei zag dat de andere planeten er ‘aards’ uitzagen. Jupiter vier satellieten; de aarde was dus niet de enige met een maan. Dit maakte de veronderstelling van Copernicus dat de aarde één van de planeten is, veel waarschijnlijker.

• Venus, net als de maan, fasen. Daaruit volgt met zekerheid dat in ieder geval Venus om de zon draait, en niet om de aarde.

• Aristoteles stelde dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichte voorwerpen. Galilei weerlegde dit en gaf een wiskundige vergelijking voor hun valversnelling.

• Aristoteles dacht dat een beweging stopt als je stopt met toevoeren van kracht. Galilei meende dat een beweging zich (bij verwaarloosbare wrijving) blijft voortplanten. Dit noemde hij traagheid, en verklaarde de beweging van de planeten.

• De zon en maan bleken niet volmaakt te zijn: Galilei zag dat de maan bergen en dalen had en Christopher Scheiner zag bewegende donkere vlekken op de zon. Hevelius bracht het maanoppervlak gedetailleerd in kaart.

• Christiaan Huygens ontdekte een maan bij Saturnus, en Cassini ontdekte nog vier andere manen. Ook stelde Huygens vast dat Saturnus een ring heeft.

• Rømer bepaalt de snelheid van het licht op basis van de bewegingen van Jupiter.

Doordat de scheiding tussen onder- en bovenmaans wegviel ontstond er veel speculatie over potentieel buitenaards leven op bijvoorbeeld de zon en maan.

Kerkelijke invloed

Galilei had zijn theoriën opzettelijk met veel drama gepubliceerd, en als gevolg werd hij voor de Rooms-Katholieke rechtbank gesleept. De notie van een heliocentrisch wereldbeeld mocht uitsluitend gebruikt worden als wiskundig hulpmiddel binnen de astronomie, maar het bestempelen als werkelijkheid was ketterij. Galilei werd veroordeeld en kreeg huisarrest.

Het was niet zo dat de kerk vijandig was tegenover de wetenschap. Alleen mochten bevindingen geen filosofische of theologische grenzen over gaan. Daarom werden veel nieuwe ontdekkingen ingepast in het kerkelijke, aristotelische wereldbeeld, terwijl de wetenschap juist behoefte had aan een compleet herzien wereldbeeld.

Door de veroordeling van Galilei werden andere wetenschappers (waaronder Descartes) afgeschrikt. Mede hierdoor verschoof het wetenschappelijk zwaartepunt van Italië (waar de kerk aanzienlijke macht had) naar Frankrijk en Engeland (waar de paus minder invloed had).

Experimenteel onderzoek

In de 17e eeuw veranderde, mede door de ontwikkeling van intrumenten, de houding tegenover natuuronderzoek.

• 16e eeuw: vooral geintereseerd in zeldzame, spectaculaire, onbegrijpelijke ‘wonderen’; natuurhistoriën hadden (met uitzondering van botanie) een vrij ‘sprookjesachtig’ karakter.

• 17e eeuw: door instrumenten konden we ineens veel meer observeren; wetenschappers wilden die verbogen wereld blootleggen en de ‘structuur der wereld’ inzichtelijk maken.

In de 16e eeuw zou men Torricelli’s bevindingen gezien hebben als een interessante rariteit, maar in de 17e eeuw was het aanleiding tot een reeks experimenten naar de aard van lucht.

Niet iedereen was eens wat een ‘goed’ experiment was. Volgens de Royal Society of London:

• Het moest willekeurig herhaalbaar zijn (en dan dezelfde resultaten opleveren ofc).
• Het moest in bijzijn van getuigen worden uitgevoerd.
• De precieze omstandigheden moesten nauwkeurig worden beschreven.

Als anderen (vooral buitenlanders) zich niet aan hun regels hielden werden ze (soms onterrecht) in twijfel getrokken.

Wiskunde

René Descartes (en andere wetenschappers) wilde wiskunde en physica samenvoegen om de natuur wiskundig te beschrijven.

Descartes deed dit bijvoorbeeld voor optica: hij ontdekte de brekingswetten voor licht (tussen mediums) en verklaarde daarmee de regenboog. Hij bedacht ook mechanische regels om de bewegingen van deeltjes mee te beschrijven, maar die bleken achteraf fout te zijn. (Het idee was goed though.)

Christiaan Huygens ontdekte wetten om slingerbewegingen mee te beschrijven en ontwierp hiermee klokken.

Niet alles bleek even goed met wiskunde te beschrijven. Anatomie van een insectenpoot is bijvoorbeeld moeilijk in een wiskundige formule te gieten. Aan de andere kant kan je de bewegingen van dieren weer wel met krachten beschrijven, wat grote invloed op de geneeskunde had.

Newton

Descartes’ wereldbeeld was zeer materalistisch: hij beschouwde de wereld als puur mechanische processen op basis van botsingen. Daar paste ‘aantrekking op afstand’ niet tussen. De Engelsen waren terughoudender en wilden geestelijke invloed op de natuur niet uitsluiten. Daarom stonden zij wel open voor dit idee. (Dat, en: het was tegen hun nationale trots toe te geven dat hun wetenschappelijke successen te danken waren aan een franse filosoof)

Newton lukte het om de bevindingen van Kepler wiskundig te onderbouwen. Hij bouwde een nieuw wereldbeeld, waarin de planeten in een ellipsbaan rond de zon draaide door een aantrekkende kracht op afstand die afnam met het kwadraat van de afstand tot de zon. Met zijn drie wetten beschreef Newton de fundering van de mechanica en weerlegde daarmee definitief de botsingsregels van Descartes.

Met zijn theorie van gravitatiekracht verklaarde hij niet alleen de beweging van hemellichamen (aantrekking vd. zon), maar ook de valversnelling van Galilei (aantrekking vd. aarde) en de getijden (aantrekking vd. maan). Met andere woorden: alle natuurverschijnselen, zowel in het heelal als op aarde, worden door dezelfde natuurwetten geregeerd.

Er was echter één probleem met de theorie: het was onverklaarbaar waarom deze aantrekking op afstand plaatsvond. Het doet denken aan de ‘verborgen kwaliteiten’ of ‘innerlijke drang’ van stoffen uit het aristotelische stelsel.

Newton reageerde hierop met “i dunno, maar het is zo.” Hij vond dat als wiskunde de natuur accuraat kon beschrijven, de onderliggende filosofische redenen irrelevant waren. (Galilei zei dit ook al: je moet niet speculeren naar de oorzaak van de val van lichamen, maar je moest de val vooral nauwkeurig kunnen beschrijven.)

§5: Amateurwetenschap (18e eeuw)

De 18e eeuw wordt vaak gezien als een periode van stilstand, omdat er weinig nieuwe ideeën of theoriën werden ontwikkeld. Toch was het een hele belangrijke periode:

• Er werden laboratoriumtechnieken en nauwkeurigere instrumenten ontwikkeld.
• De natuur werd systematisch in kaart gebracht met classificatiesystemen.
• Wetenschap werd geaccepteerd door de samenleving en maatschappelijk ingezet.

In de 18e eeuw werd wetenschap meer mainstream. Rijke gezinnen schaften instrumenten aan om thuis proefjes mee te doen, enerzijds met educatieve insteek, anderzijds als vermaak (physique amusante). Wetenschap was een statussymbool: een teken van cultuur, goede smaak en beschaving.

Instrumenten

Hierdoor kwam de instrumentenmakerij in Europa tot bloei. Met luchtpompen kon je zelf proefjes doen in een vacuum, en met een elektriseermachine kon je voorwerpen en personen elektrisch laden.

Wel waren deze instrumenten vaak van sub-par kwaliteit, omdat ze ‘gebruiksvriendelijker’ gemaakt werden. Bijvoorbeeld telescopen die beter handelbaar waren omdat ze minder vergrootte, of extra lenzen bevatten die het beeld onscherper maakten, maar wel rechtop zette.

Maar omdat instrumenten een statussymbool waren, vonden amateurs het ook belangrijk dat ze van hoge kwaliteit waren. Dan konden anderen zien dat je een intellectuele burger was. Hiermee zorgden juist amateurwetenschappers voor vooruitgang in de instrumentmakerij.

Voor het maken van instrumenten was in principe geen theoretische kennis noodzakelijk. Betere instrumenten waren het gevolg van beter vakmansschap, niet zozeer van wetenschappelijke ontwikkelingen. Wel moesten instrumentenmakers voor het maken van hoogwaardige instrumenten weten waar ze voor dienden. Daarom werkten ze vaak samen met geleerden of waren ze deels theoretisch geschoold.

Thermometers

Sinds de 17e eeuw probeerde men al thermometers (instrumenten die ‘graden van warmte en koude’ uit de geneeskunde visualiseren), te maken die zo exact en voorspelbaar mogelijk waren. Het hadden echter geen idee wat ‘warmte’ precies inhield, en het begrip ‘temperatuur’ bestond ook nog niet.

Allereerst was er een schaalverdeling nodig, en een manier om thermometers te ijken (aka afstellen).

De schaalverdeling van Fahrenheid kwam goed uit voor de temperatuur van lucht, waar mensen primair in geïnteresseerd waren. Een nadeel was dat de lichaamswarmte van de mens variabel; daarom gebruiken we nu het kookpunt van water op 212°F als ijkpunt.

Naast een goede schaalverdeling is ook de kwaliteit van de thermometer belangrijk. Kwik-thermometers werken omdat kwik bij hogere temperatuur uitzet, en daardoor het kwik-pijl in het buisje hoger komt te liggen.

• Het buisje moet overal gelijkmatige breedte hebben (moeilijk in hele dunne buisjes).
• Het materiaal van het buisje (meestal glas) mag niet óók uitzetten bij temperatuurverschillen.

Verzamelingen

Amateurwetenschappers begonnen met het aanleggen van verzamelingen. Deze colleties zijn anders dan de rariteitenkabinetten van de 16e eeuw:

• het draaide niet om zeldzaamheid, spektakel of morele/religieuze betekenis, maar om het accuraat weergeven van natuurkennis.
• voorwerpen werden systhematisch geordend, in plaats volgens esthetieke criteria.
• voorwerpen moesten in hun natuurlijke toestand verkeren, en werden dus niet meer versierd.

Botanie

Sinds de middeleeuwen was botanie al een medisch hulpvak. In de 18e eeuw werd het ook een hobby van de rijke burgerij, die vooral uit waren op natuurkennis.

Een goed classificatiesysteem moest aan een aantal voorwaarden voldoen:

• Alle planten moesten één duidelijke plaats hebben.
• Planten moesten makkelijk terug te vinden zijn.
• Nieuw ontdekte soorten moesten eenduidige toegevoegd kunnen worden.
• Plantkundig accuraat, maar niet te ingewikkeld voor liefhebbers.

Linnaeus

Carl Linnaeus ontwierp een classificatiesysteem op basis van bloeiwijze:

• Klassen (24): aantal meeldraden en hun relatieve positie.
• Ordes (65): aantal stampers en hun relatieve positie.
• Geslachten en soorten op basis van andere kenmerken.

Het systeem was niet diepzinnig en soms ook niet helemaal fundamenteel biologisch correct, maar wel heel praktisch.

De naamgeving voor de soorten die hieruit volgde heet de binomiale nomenclatuur. De eerste naam was het geslacht, de tweede de soort.

Hij voerde dit systeem ook in voor de dierenwereld. Hij maakte daar wel meer fouten, omdat:

• Hij keek naar makkelijke uiterlijke kenmerken, en niet naar anatomische bouw.
• Hij was minder thuis was in dierkunde dan in plantkunde.

De invoering van dit systeem zorgde ervoor dat onderzoekers beter gingen opletten, waardoor nóg meer soorten ontdekt werden. Daarom werd later tussen geslachten en ordes een extra niveau (families) ingevoerd.

Linnaeus’ systeem is typisch voor de 18e eeuw. Het was zeer praktisch voor de rijke burger; die hoefde zich niet druk te maken over diepgaande filosofische problemen. ‘Echte’ onderzoekers waren minder tevreden, omdat het systeem niet de ware biologische/genetische verhoudingen tussen soorten weergaf.

(Helaas werkte zijn systeem minder goed voor virussen, ziektes, mineralen en gesteentes.)

Scheikunde

In de 18e eeuw werd de alchemie uit de middeleeuwen herzien. In plaats van aristotelische ‘verborgen kwaliteiten’, werd scheikunde nu gezien als chemische processen gestuurd door natuurwetten.

Er was al wel een idee dat stoffen uit kleiner deeltjes bestonden, maar hoe dit precies zat wist men nog niet. Wel was er dringend een nieuw naamgevingssysteem nodig, want er werden in de 18e eeuw nieuwe metalen, mineralen en gassen ontdekt die allemaal een naam nodig hadden.

Linnaeus probeerde zijn principes van binomiale nomenclatuur toe te passen op de scheikunde, maar dat bleek niet zo lekker te werken. Zijn leerling Tobern Bergman kwam uiteindelijk samen met Guyton de Morveau en Antoine Leurent Lavoisier tot de hedendaagse scheikundige naamgeving.

(Lavoisier maakte ook fouten. Zo komt ‘zuurstof’ in lang niet alle zuren voor, en hield het systeem geen rekening met organische stoffen die pas in de 19e eeuw ontdekt werden.)

Lavoisier dacht dat stoffen bestonden uit elementen, die samengesteld konden worden tot andere stoffen. Dit bewees hij met een experiment waarbij hij water ontleedde tot twee gassen (waterstof en zuurstof) en daarna via condensatie weer water kreeg. Daarbij ging er geen massa verloren.

Oh ja: Wereldbeelden

Een wereldbeeld is verzameling opvattingen over het ontstaan en de werking van het universum die samen een coherente verklaring geven voor het functioneren van de wereld om ons heen.

Door de eeuwen heen is het dominante wereldbeeld herhaaldelijk bijgesteld om te accomoderen voor nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen.

Wij kunnen wereldbeelden uit de geschiedenis vaak slecht plaatsen omdat we niet opgegroeid zijn met de historische en sociaal-culturele context waarin het wereldbeeld gevormd is. We beoordelen wereldbeelden altijd vanuit een hedendaags perspectief, waardoor je een inherent foutief beeld krijgt.

Aristoteles

Voor Aristoteles was de ‘werkelijkheid’ niet concreet, maar een abstract. Daarom zag hij de natuur niet (zoals wij) als een puur mechanisch, causaal geheel, maar dacht hij dat dingen een innerlijke doelmatigheid hadden.

Volgens hem bestond alles uit sferen. De aarde was een bol die in het midden van het helaal stond (geocentrisch). Hij maakte onderscheid tussen boven- en ondermaans:

• Het ondermaanse was vergankelijk en bestond uit vier sferen: aarde, water, lucht en vuur. De sfeer was de ‘natuurlijke plaats’ van een element, en objecten bewegen altijd in een eindige rechte lijn naar die plaats.

• Het bovenmaanse was eewig en onveranderlijke en bestond uit het vijfde element quintessens. Hier draaide de hemellichamen in oneindige concentrische cirkelbewegingen om de aarde heen.

  Sommige hemellichamen hadden echter tenopzichte van elkaar afwijkende bewegingen; om dit op te lossen kreeg elk van de afwijkende planeten een eigen onafhankelijk bewegingssfeer in het bovenmaanse. De sterren beschouwde hij als een vlak dat de rand van de kosmos vormde.

Het bovenmaanse kon invloed uitoefenen op het ondermaanse. De zon regelt immers (via beweging en energie) de seizoenen en daarmee de vergankelijkheid van leven op aarde. Dit verklaart ook waarom de elementen op aarde zich niet in zuiver bolvormige schillen bevinden, maar vermengd zijn.

Het wereldbeeld was gebaseerd op twee principes:

• Orde: alles had een vaste plaats en een innerlijke drang daarheen te bewegen.
• Hemelse invloed: zorgde voor bewegingen in een anders statisch universum.

Aristoteles was er ook van overtuigd dat in gemanipuleerde, kunstmatige omstandigheden, de natuur zelf ook onnatuurlijk zou reageren. Daarom was zelf experimenteren onbetrouwbaar, omdat het ons niks over de werking van de natuur zou vertellen.

Ptolemaeus

Volgens het wereldbeeld van Aristoteles moesten planeten in perfecte concentrische cirkelbewegingen om de aarde draaien. Sterrenkundige metingen (destijds nog een subveld van de wiskunde) lieten echter zien dat de planeten veel ongelijkmatiger bewogen.

Om de tegenstrijdigheid tussen wiskunde en filosofie op te lossen bedacht Ptolemaeus een model waarin de planeten met onregelmatige snelheid in excentrische cirkelbanen (epicykels) bewogen.

Dit was wiskundig gezien briljant en verklaarde de geobserveerde bewegingen van de planeten binnen het Aristotelische wereldbeeld, maar filosofisch gezien onbevredigend, omdat onregelmatige bewegingen eigenlijk niet paste in het onveranderlijke bovenmaanse.

Men wist ook niet zeker of de epycirkels van Ptolemaeus daadwerkelijk de werking van de hemel beschreven, of alleen maar een handig wiskundig hulpmiddel waren.

Copernicus

Copernicus maakte een aantal radicale veranderingen aan het wereldbeeld van Ptolemaeus:

• De planeten draaien niet in 24 uur om de aarde, maar de aarde draait in 24 uur om haar as.
• De planeten bewogen weer in perfect regelmatige, eenparige cirkelbewegingen.
• Niet de aarde, maar de zon staat in het midden van het heelal (heliocentrisch), en de planeten (waaronder de aarde) draaien om haar heen. De maan draait wel om de aarde (en niet om de zon).

De planeten zitten wel nog steeds vast in sferen, en ook de sterren werden gezien als een soort afbeelding op de buitenkant van het universum.

We weten niet waarom Copernicus met dit nieuwe model kwam. Het was niet ‘beter’ dan dat van Ptolemaeus; het gaf geen ‘betere’ resultaten of verklaringen, maar ging toch loodrecht tegen alle veronderstelden waarheden van de tijdsperiode in. Het was wel wiskundig eleganter, maar dat was destijds compleet onbelangrijk.

Uiteraard ging dit wereldbeeld tegen de christelijke leer in; in de Bijbel stond duidelijk beschreven hoe de zon om de aarde draait. Dit werd wel gesignaleerd, maar theologen besteedde er weinig aandacht aan; ze hadden wel belangrijkere dingen aan hun hoofd.

Tychoons

Het tychoonse stelsel is een kruising tussen dat van Ptolemaeus en Copernicus. De planeten draaien om de zon, maar de zon draait (met alle planeten) wel om de aarde heen. Het systeem is dus nog steeds geocentrisch.

Daarnaast zouden in het tychoonse wereldbeeld de sferen van planeten overlappen; aangezien dit onmogelijk is kwam Brahe tot de conclusie dat de sferen niet bestaan en de planeten uit zichzelf bewegen.

Descartes & Newton

René Descartes stelde dat de wereld werd gedreven door fundamentele natuurwetten, en dat die natuurwetten wiskundig beschreven konden worden. Bovendien waren volgens hem de natuurwetten onder alle omstandigheden gelijk, en kunnen we dus met experimenten de wereld onderzoeken.

Descartes ideeën waren sterk en boden een alternatief voor het aristotelische wereldbeeld, maar bleken niet volledig waterdicht. Daardoor heerste er net als in de 16e eeuw onzekerheid. Newton’s theoriën waren duurzamer; daarom heeft hij een ereplaats in de geschiedenis en Descartes niet.

Descartes was voor Newton grote inspiratie, maar inhoudelijk stonden ze loodrecht op elkaar:

Het is eigenlijk best gek dat Descartes niet wiskundig geïnteresseerd was in astronomie; het was vóór de wetenschappelijke revolutie het meest wiskundige wetenschapsgebied. Daarnaast gaat het lijnrecht in tegen zijn stelling dat de natuurwetten universeel gelden.

Descartes wordt vaak overschaduwd door Newton. Toch is het cartesische wereldbeeld onwijs invloedrijk geweest; Newton bouwde vooral voort op opvattingen van Descartes, zoals de uniformiteit en causaliteit van de wereld en universele natuurwetten.