Ernst Mach

Elulugu

Ernst sündis 1838. aastal Chirlitz-Turas' Moraavias Austria-Ungari keisririigis. Ta oli oma vanemate Johann Machi ja Josephine Lanhausi kolmest lapsest vanim. Kuna noor Mach ei saanud õppimisega hästi hakkama, jäeti ta pärast aastast kooliskäimist koduõppele  ning kuni 14. eluaastani ta õppiski kodus. Seejärel käis ta kaks aastat Kroměříži gümnaasiumis. 1855. aastal astus ta Viini Ülikooli ning sai 1864. aastal Grazis matemaatikaprofessoriks. 1867. aastal asus ta tööle eksperimentaalfüüsika õppetoolis Praha Ülikoolis. 1895–1901 oli ta Viini ülikooli professor. 1898. aastal oli tal raskekujuline insult, mille tagajärjel jäi tema parem kehapool halvatuks ning ta oli sunnitud akadeemilisest ametikohast loobuma. Siiski jätkas ta oma teadustööd.

Füüsika

Mach arendas fotograafilist meetodit, et uurida kiireid protsesse, sh kehade helisemist (1873) ja ülehelikiiruslikku voolamist (1887–1892). Machi peamine panus füüsikasse oli tema kirjeldus ja pildid ballistilistest šokilainetest. Ta oli esimesi, kes taipas, et kui mürsk liigub kiiremini kui helikiirus, siis ta loob enda ümber šokilaineid. Ta püüdis jäädvustada ülehelikiirusel liikuva kuuli šokilaineid fotole. Selleks, et seda saavutada, lõi Mach täiesti uue fotograafilise meetodi, milles kasutatakse ära fakti, et šokilained põhjustavad valguse murdumist (paindumist). Tema poolt loodud hämmastavat kujutist hakati kutsuma shadowgraph'iks.
Tema järgi on nimetatud Machi arv, mis kirjeldab lennuki nn tegeliku lennukiiruse (kiirus, millega lennuk liigub õhumassi suhtes) ja helikiiruse suhet. Machi arv on mingis keskkonnas liikuva keha kiiruse v ja samas keskkonnas leviva heli kiiruse a suhe: M=v/a. Kui M<1, siis liigub keha alahelikiirusega, kui M>1, siis ülehelikiirusega.
Mach avaldas töid ka soojuse, optika ja füsioloogia (tasakaalunähtuste) alalt. Tema filosoofia lähtus loodusteaduste, eriti mehaanika ja soojusõpetuse aluste ja nende tekkeloo tunnetusteoreetilisest analüüsist. Mach oli seisukohal, et füüsikateooria peab tuginema ainult meeltega tajutavale (vaatlusega määratavaile) suurustele ja mõistetele. Sellel põhinev Newtoni mehaanika aluste (absoluutse aja ja ruumi) kriitika virgutas A. Einsteini erirelatiivsusteooria loomisel. Tema idee selgitada inertsinähtusi ja -jõude kaugete taevakehade gravitatsiooniga (nn Machi printsiip) oli üldrelatiivsusteooria heuristilisi lähtekohti. Machi suurimaks teeneks peetaksegi liikumise probleemi käsitlust, mille tulemusel tekkis relatiivsusteooria. Mach andis ka olulise panuse doppleri efekti mõistmisesse, mille idee pakuti välja 1842. aastal. Teooria seisneb selles, et valgus- ja helilainete sagedused kasvavad kui nende tekkeallikas liigub vaatlejale (kuulajale) lähemale ning lainetesagedused kahanevad kui tekkeallikas kaugeneb.
Ernst Mach on tuntud ka kui teadlane, kes kangekaelselt eitas aatomite olemasolu. See tulenes asjaolust, et Mach keeldus aktsepteerimast teaduslikke hüpoteese, mida polnud võimalik testida. Tema range nõue, et teooria peab olema verifitseeritav, oli sel ajal üsna revolutsiooniline. Ta uskus, et paljud teaduslikud kontseptsioonid on oma tekke ja arengu jooksul saanud juurde metafüüsilisi täiendusi ning parim viis nende vähendamiseks on uurida teooria ajaloolist käsitlust ja arengut. Mach nentis, et varane teadus on välja kasvanud teoloogilisest atmosfäärist 17. sajandil ja omandanud jumalikke tunnuseid või omadusi.

Filosoofia

Ernst Mach oli kogu elu jooksul huvitatud valdkonnast, mida kutsutakse epistemoloogiaks ning mis uurib inimese teadmisi ja arusaamise piiratust. Üks tema kahest viimasest raamatust "Knowledge and Error" (1905) oli seotud antud distsipliiniga. Machi olulisim epistemoloogiline idee oli, et meie arusaamine maailmast põhineb informatsioonile, mille saame oma meelte kaudu ja mis on seega ebatäiuslik ning ekslik. Tuginedes antud arusaamale, mida me kutsume teaduslikuks õiguseks, ei ole tegelikult absoluutne loodusseadus, vaid refleksioon sellest, kuidas inimene tajub ümbritsevat universumi. Nendest ideedest on ta kirjutanud ka oma raamatus "The Analysis of Sensations".
Mach mõjutas otseselt Viini ringi filosoofe ja loogilise positivismi koolkonda laiemalt. Machist inspireeritud kahekümnenda sajandi loogilise positivismi pooldajad avaldasid otsest mõju biheivioristidele.

Psühholoogia

Kuigi Mach pidas ennast füüsikuks ning tegeles kogu oma karjääri vältel füüsikauuringutega, tundis ta huvi ka psühholoogia ja füsioloogia vastu. 1860. aastal avastas ta füsioloogilise fenomeni, mida hakati kutsuma Machi ribadeks. Tegemist on optilise illusiooniga, kus inimsilmal on kalduvus näha võimendatud kontrasti eri tooni ribade vahel. 1865. aastal avaldas ta oma paljudest artiklitest esimese, mis kandis nime "On the effect of the spatial distribution of the light stimulus on the retina". Machi sõnul on kitsad tumedad ribad (jooned) gradiendi välisservadel ja kitsad heledad ribad (jooned) gradiendi siseservadel optiline illusioon. Selle efekti põhjustajaks on taju kontrastsus. Püsivuse korral me üle- ja alatöötleme piire. Tegelikult sensoorne vastus võib isegi peatuda muutumatu stimulatsiooni korral. Mach uskus, et on avastanud lateraalse pidurduse inimese meeleelundites. Idee on selles, et meie meel eeltöötleb informatsiooni enne selle saatmist meeleelunditesse.
Enne seda perioodi mõisteti optilist illusiooni kui otsustus- või arvamusviga, mis on põhjustatud aju veidrusest. Sensoorseid elundeid nähti lihtsalt kui otseseid vahendajaid. Nende ülesanne oli lihtsalt saata aistinguid ajju, kus neid siis interpreteeritakse. Mach väitis aga, et kogu töötlus ei toimu ajus. Otsustusvead ei ole seotud töötlusvigadega ajus, vaid juba sisestatud tajuomaduste endiga. Mach väitis, et taju tööprintsiibiks on tajutavate stiimulite suhete töötlemine. Machi meelest juhib sama protsess ka paljusid teisi protsesse (sh evolutsiooni ja teadust).
Vähem teada on seik, et Mach huvitus ka sügavustajust. Tal oli oma monokulaarne sügavustaju teooria. Sellekohaseid andmeid on leida tema artiklites ning avaldamata märkmetes, mis on kogutud Saksa Muuseumisse Münchenis. Machi arvates oli ruumitaju (monokulaarne ja binokulaarne sügavustaju), seotud silmas paikneva reetina kindlate punktidega.