In 1887 probeerden de Amerikanen Michelson en Morley met hun interferometer-experiment het bestaan van de zogenaamde ether aan te tonen. De ether zou het medium (= tussenstof) zijn waardoor licht en andere elektromagnetische golven zich konden voortplanten. Zonder tussenstof is transport niet mogelijk, was toen de gedachte.
Die gedachtegang was zo gek nog niet. Immers, geluidsgolven hebben ook een tussenstof nodig, namelijk lucht. Op de maan en in de ruimte is geen lucht, dus is daar geen geluid. Ook bij golven aan het wateroppervlak is er een tussenstof, namelijk water. En omdat licht een golfkarakter heeft, getuige het optreden van buiging en interferentie, kwam men logischerwijs tot de conclusie dat er bij het transport van licht een tussenstof aanwezig moest zijn. Deze tussenstof noemde men de ether.
Het interferometer-experiment van Michelson en Morley was heel slim opgezet. Men was erachter gekomen dat de aarde om de zon heen draaide, met een snelheid van zo’n 30 km/s. Daarnaast ontdekte men dat de zon op haar beurt met een snelheid van zo’n 220 km/s in de Melkweg voortbewoog. Er moesten dus door de beweging van de aarde en de zon verschillende snelheden van het licht te meten zijn ten opzichte van de stilstaand veronderstelde ether.
In de opstelling liet men een coherente bundel licht op een halfdoorlatende spiegel vallen. Zie hieronder.
Via twee andere spiegels wordt het licht weer samengevoegd en vervolgens gedetecteerd. Als de aarde (of de zon) beweegt en de ether stilstaat, krijg je een ander interferentiepatroon dan wanneer er geen beweging van de aarde (of de zon) zou zijn. De uitkomst was echter teleurstellend. Er was geen verschil te zien. In alle richtingen had het licht steeds dezelfde snelheid. Het experiment werd om die reden als mislukt beschouwd. Het bestaan van de ether werd er namelijk niet mee aangetoond.
In 1905 postuleerde Albert Einstein zijn speciale relativiteitstheorie. Zijn belangrijkste aanname was dat de lichtsnelheid in vacuüm in alle omstandigheden eenzelfde vaste waarde had. Met terugwerkende kracht was het experiment van Michelson en Morley daar dus een bevestiging van. De ether bestaat niet en de lichtsnelheid is onafhankelijk van de beweging van aarde, zon of de bron van licht. Dit betekende een revolutie binnen de natuurkunde, culminerend in de algemene relativiteitstheorie van Einstein in 1915.
Het is interessant om uit te zoeken hoe zo’n ontwikkeling, van mislukt experiment tot revolutionaire ontdekking, plaats heeft kunnen vinden. Bekijken we dit vanuit wetenschapsfilosofisch standpunt, dan is het logisch de eerste groep mensen die het begrip wetenschapsfilosofie onder woorden bracht, onder de loep te nemen. Althans, de manier waarop ze dachten dat wetenschap zich ontwikkelde.
Dat zijn de logisch positivisten, voortkomend uit de Wiener Kreis, een gezelschap van filosofen en wetenschappers dat tussen 1920 en 1938 in Wenen regelmatig bij elkaar kwam en gemeenschappelijke ideeën over filosofie en wetenschap ontwikkelde. Uitgangspunt bij hen was dat alleen wat zintuiglijk (= empirisch) waargenomen kon worden als zinvol werd beschouwd. Daarnaast werden ook logische uitspraken als waardevol gezien. Vandaar de naam logisch positivisme (= logisch empirisme).
Belangrijk is dat een theorie verifieerbaar is. Het moet volgen uit empirische waarnemingen. Niet-zintuiglijke indrukken vallen hier buiten, zijn om die reden zinloos. Zodoende beperkt het logisch positivisme zich tot de natuurwetenschappen, wiskunde en logica.
De Oostenrijks-Britse filosoof Popper (1902-1994) had fundamentele kritiek op het idee van de onvooringenomen waarneming en de autonomie van de feiten. Volgens hem bestaat er geen onafhankelijke basis van feiten. Alle waarnemingen vinden plaats onder invloed van bepaalde theorieën vooraf, m.a.w. alle feiten zijn theorie-afhankelijk. Door de verwerping van de onafhankelijke, empirische basis moet volgens Popper een basis door de wetenschappers zelf ontworpen worden om althans de rationaliteit te kunnen handhaven. Dus, de natuurbasis wordt vervangen door een cultuurbasis. Popper rechtvaardigt deze irrationele stap als zijnde de enige manier om tot een groei van kennis te komen en dit laatste is nodig om d.m.v. theorievorming maatschappelijke en praktische problemen op te lossen.
Zijn criterium om wetenschap van niet-wetenschap te onderscheiden is het begrip ‘falsifieerbaarheid’. Een theorie is falsifieerbaar als van tevoren, voordat een experiment gedaan wordt, precies aangegeven kan worden wat de uitkomst is. Een wetenschappelijke theorie is zodoende gedoemd een hypothese te blijven, tot het moment dat ze door nieuwe feiten weerlegd wordt. De wetenschap staat op deze manier altijd open voor weerleggingspogingen.
De Amerikaanse natuurkundige en wetenschapsfilosoof Thomas Kuhn (1922-1996) gaat verder in zijn kritiek op het standaardbeeld van de logisch positivisten. Hij valt de rationaliteit aan door te wijzen op sociale en psychologische factoren bij de theorievorming. Hij introduceert het begrip paradigma, d.i. te vergelijken met een groep van wetenschapsmensen met een gemeenschappelijke achtergrond. Onderscheiden worden in een paradigma het theorieënstelsel (de groepsdiscipline), de metafysica (de filosofische vooronderstellingen), de waarden (hoe moet het onderzoek verricht worden), en de exempels (voorbeelden die theorie met praktijk verbinden).
Een groep wetenschappers zal volgens Kuhn deze vier elementen kritiekloos aanvaarden en slechts opereren binnen de grondlijnen van dit paradigma. Het onderzoek zal dan bestaan uit het completeren van het paradigma.
De Hongaarse natuurkundige en wetenschapsfilosoof Imre Lakatos (1922-1974) staat met zijn kritiek ongeveer tussen Popper en Kuhn in. Hij probeert de rationaliteit van Popper te verbinden met Kuhn's sociologische benadering van de wetenschap. Hij vervangt het begrip paradigma door research-programma. Volgens hem moet zo'n research-programma progressie vertonen. Indien dit niet gebeurt, degenereert het en wordt het overvleugeld door concurrerende programma's. De theorie wordt dan gefalsificeerd (weerlegd) d.m.v. eliminatie. Er moet daartoe echter wel een alternatief voorhanden zijn. Eliminatie van een theorie en tevens aanvaarding van een alternatief hangt af van het empirisch bevestigd worden van de voorspelde nieuwe feiten. Tussen de voorspelling van nieuwe feiten en de empirische bevestiging hiervan kan echter een groot tijdsverloop zitten.
De theorieën van Lakatos kunnen gezien worden als een verfijning en uitbreiding en tevens samenbundeling van de theorieën van Popper en Kuhn.
Kijken we nu even terug naar het Michelson-Morley-experiment. Het is duidelijk dat de visie van Kuhn op wetenschapsontwikkeling het hier wint van de overige visies. Immers, er kwam een duidelijk resultaat uit het experiment (licht plant zich voort in alle richtingen met dezelfde snelheid), het was verifieerbaar (logisch positivisme), het was ook falsifieerbaar (Popper), maar het paste niet binnen het paradigma waarin men toen wetenschap bedreef. Dat paradigma ging ervan uit dat de ether bestond. Pas een revolutie binnen de wetenschap, de relativiteitstheorie van Einstein, bracht alle voorgaande kennis, inzichten en ideeën aan het wankelen. Even was er grote verwarring, zo tussen 1905 en 1919, het jaar waarin Eddington met metingen aan een zonsverduistering de theorie van Einstein bevestigde. Daarna trad er een nieuw paradigma in, er was weer rust en overeenstemming binnen de wetenschap, hoewel een nieuwe revolutie zich alweer aandiende, die van de kwantummechanica.
De verfijnde theorie van Lakatos is hier evenzeer te verdedigen. Juist omdat er geen alternatief voorhanden was (waarom zou licht in alle richtingen dezelfde snelheid hebben?) hield men voorlopig vast aan het idee van het bestaan van een ether.
Overigens, het woord ether wordt nog altijd gebruikt bij radio-uitzendingen. De diverse radiofrequenties worden uitgezonden via de ether, heet het dan. Hoe lastig het is eenmaal verkeerd begrepen ideeën uit te bannen, blijkt wel uit dit voorbeeld. De ether bestaat niet en zal ook nooit bestaan (tot iemand met het onweerlegbare bewijs komt dat ie wel bestaat, ha).