Rzeźba z gipsu autorstwa Konstantego Laszczki, przedstawiająca popiersie Mikołaja Kopernika | Narodowe Archiwum Cyfrowe
| prof. dr hab. Jan Sładkowski i dr hab. Ilona Bednarek, prof. UŚ |
W ciągu prawie 1500 lat, obejmujących ostatnie wieki starożytności oraz prawie cały okres średniowiecza, mieliśmy do czynienia z zastojem w nauce, związanym przede wszystkim z brakiem odpowiednio dokładnych przyrządów pomiarowych. Nastąpił jedynie nieznaczny rozwój astronomii arabskiej w IX–XI wieku polegający na zwiększeniu dokładności obserwacji astronomicznych oraz w obliczaniu tablic planetarnych.
W XVI wieku prace takich uczonych, jak Regiomontanus czy Longomontanus zapoczątkowały postęp w astronomii nowożytnej. Jednak najważniejszymi uczonymi tego okresu, którzy wytyczyli drogę rozwoju nie tylko astronomii, ale również innych nauk ścisłych, byli Mikołaj Kopernik, Tycho Brahe, Johannes Kepler, Galileo Galilei i Isaak Newton. A zatem, wszystko zaczęło się od Kopernika, osoby wszechstronnie wykształconej. Oprócz matematyki i astronomii studiował prawo kanoniczne i medycynę (w Krakowie i Bolonii).
Narodziny teorii heliocentrycznej
Niewiele wiemy o jego dzieciństwie i młodości. W wieku 10 lat, po śmierci ojca, wraz z bratem Andrzejem mógł kontynuować naukę dzięki wsparciu wpływowego wuja Łukasza Watzenrodego, biskupa warmińskiego. Mikołaj Kopernik uważał się za matematyka (wtedy astronomia i muzyka były działem matematyki), wykonywał również zawód lekarza (na jednym z portretów przedstawiony jest z konwalią, symbolem medyków).
Jednak najważniejsza praca, której poświęcił znaczną część swojego życia, dotyczyła konstrukcji modelu heliocentrycznego świata. Nie był to pomysł nowy. Podobne idee pojawiły się już w starożytnej Grecji. Wiadomo, że model taki stworzony został przez Arystarcha z Samos w III w p.n.e., a dowodami poparł go Seleukos z Seleucji.
Sam Kopernik w dziele swojego życia pt. „De revolutionibus orbium coelestium libri sex”, czyli o „O obrotach sfer niebieskich ksiąg sześcioro”, proponował przyjęcie systemu heliocentrycznego jako modelu Wszechświata, który w tamtych czasach ograniczał się do Układu Słonecznego, a konkretnie: nie wykraczał poza orbitę Saturna. Dalej znajdowała się sfera gwiazd stałych. Kopernik pisał o niej jako o „pierwszej i najwyższej ze wszystkich, która siebie samą i wszystko obejmuje, i dlatego jest nieruchoma, jest zaś tem tłem wszechświata, do którego ruch i położenie wszystkich innych gwiazd należy odnosić”. Planety Układu Słonecznego, według wzrastającej odległości od nieruchomego Słońca, to: Merkury, Wenus, Ziemia wraz z Księżycem, Mars, Jowisz i wspomniany wcześniej Saturn.
Rewolucyjne „De revolutionibus”
Model heliocentryczny pozwalał na mniej skomplikowane, co nie znaczy, że proste, wyjaśnienie zjawisk obserwowanych na sferze niebieskiej. Według Kopernika większość ruchów ciał niebieskich to ruchy pozorne będące odzwierciedleniem dwóch ruchów, które wykonuje Ziemia – ruchu obrotowego wokół własnej osi, tłumaczącego wschody i zachody gwiazd, a także ruchu obiegowego wokół Słońca, wyjaśniającego pozorny jego ruch na niebie. Natomiast skomplikowany ruch planet na tle gwiazd jest efektem nałożenia się rzeczywistego ruchu planet oraz ruchu Ziemi.
Chociaż teoria heliocentryczna zmieniła obraz świata, zastępując wizję stworzoną przez Arystotelesa, to jednak Kopernik nie potrafił całkowicie odciąć się od wpływu autorytetów starożytnych, a szczególnie wspomnianego ucznia Platona. Astronom za niepodważalny przyjął pogląd, dotyczący ruchu ciał niebieskich, które według uczonych starożytnych poruszały się ruchem jednostajnym po okręgu. Konieczne jednak było wyjaśnienie zmiennej prędkości kątowej pozornego ruchu Słońca i planet. W tym celu Kopernik założył, że ruch obiegowy Ziemi oraz planet wokół Słońca odbywa się po kołach ekscentrycznych, których środki nie leżą w środku Słońca. Nie był to więc system heliocentryczny w dosłownym rozumieniu tego słowa.
Kopernik miał „wstrzymać Ziemię i ruszyć Słońce” | fot. NASA z Unsplash
Przyjęcie takiego założenia nie było wystarczające, aby wytłumaczyć obserwowane niejednostajności prędkości kątowych Słońca. Nieuniknione było dodatkowe założenie, że rzeczywiste obiegi planet odbywają się po drobnych epicyklach o promieniach równych 1/3 ekscentryczności orbity danej planety. Dziś takie złożone ruchy okresowe opisujemy przy pomocy tzw. szeregów Fouriera, ale w starożytności i średniowieczu był to pomysł naprawdę genialny.
Bardzo ważnym i nowym wynikiem uzyskanym przez Kopernika była możliwość porównania rozmiarów orbit Ziemi i innej planety. Oznacza to, że chociaż nie znał rozmiaru orbity Ziemi, mógł podać rozmiar orbity każdej planety, wyrażając go poprzez odległość Ziemia–Słońce. W układzie Kopernika po raz pierwszy wykorzystano promień orbity Ziemi jako jednostkę do mierzenia odległości między planetami.
Początki śmiałych hipotez
Urodzony w Toruniu polihistor przedstawił w swym dziele przełomową teorię budowy świata, ale na tym etapie rewolucyjność jego badań się skończyła. Można powiedzieć, że jeszcze nie nadszedł wtedy czas akceptacji odstępstwa od platońskiej idealności orbit kołowych. Tym bardziej nie był to moment na zadawanie pytania o przyczynę ruchu planet wokół Słońca.
W „De revolutionibus” Kopernik wysunął również śmiałą hipotezę dotyczącą grawitacji: „Ja w każdym razie mniemam, że ciężkość jest niczym innym jak tylko naturalną dążnością, którą boska opatrzność Stwórcy wszechświata nadaje częściom po to tylko, żeby łączyły się w jedność i całość w kształt kuli. A jest rzeczą godną wiary, że taka dążność jest również w Słońcu, Księżycu i innych świecących planetach, po to, by na skutek jej działania trwały w tej krągłości…”.
Stosunkowo późno i dopiero za namową przyjaciół astronom opublikował swoją pracę. Stało się to w 1543 roku, tym samym, w którym zmarł. Nie powinno to dziwić – uczony obawiał się tego, jak zostanie przyjęte jego dzieło zarówno poprzez środowisko kościelne, jak również naukowe. Tym bardziej, że nie dysponował żadnym dowodem potwierdzającym swoje tezy. Jego teoria stała w jawnej sprzeczności z liczącym ponad 2000 lat geocentrycznym poglądem na budowę świata. „De revolutionibus” tworzone było w bardzo niespokojnym, pełnym napięć czasie reformacji, co niewątpliwie rzutowało na sposób, w jaki przyjęte zostało dzieło Kopernika.
Model, który wzbudził szereg kontrowersji
Kościół katolicki początkowo nie sprzeciwiał się i nie zwalczał teorii heliocentrycznej, co więcej, w 1536 roku kardynał Nikolaus von Schönberg napisał z Rzymu list, w którym usilnie namawiał astronoma do jak najszybszego upowszechnienia swojego odkrycia! Problemy z kościołem rzymskim rozpoczęły się później, gdy idee heliocentryzmu zostały bardziej rozpowszechnione wśród uczonych i zaczęły wywierać coraz większy wpływ na poglądy ówczesnych osób. Istotną rolę odegrały w tym intrygi naukowców zazdroszczących Galileuszowi osiągnięć i sławy.
Zdecydowanie negatywne stanowisko wobec teorii heliocentrycznej od samego początku zajęli teolodzy protestanccy, którzy wskazywali na jej niezgodność z Pismem Świętym, przedstawiając argumenty teologiczne i biblijne. Marcin Luter i Filip Melanchton ostro skrytykowali teorię Kopernika.
Teoria heliocentryczna obaliła paradygmat, głoszący, że to Ziemia leży w centrum wszechświata. Tutaj zdjęcie naszej planety widzianej z Księżyca, wykonane podczas misji Apollo 8 | fot. The New York Public Library z Unsplash
Podobnie ustosunkowali się uczeni protestanccy, spośród których wymienić należy Kaspara Peucera, Teodoryka czy Tychona Brahego, który odkrył niezgodności modelu toruńskiego uczonego z obserwacjami i zaproponował własny system geo-heliocentryczny (Ziemia była w środku, wokół niej krążyły Księżyc i Słońce, a pozostałe planety krążyły wokół Słońca i wraz z nim wokół Ziemi).
Należy również podkreślić, że system heliocentryczny odrzucony został przez Franciszka Bacona, jednego z najwybitniejszych filozofów nowożytnych. Dopiero Johannes Kepler, wykorzystując dokładne dane obserwacyjne Tychona Brahego i odrzucając kołowość orbit, przedstawił prawidłowy model Układu Słonecznego. Nie akceptował on faktu, że w systemie Kopernika środkiem świata był punkt matematyczny (założenie o kołowości orbit zmusiło Kopernika do umieszczania ich centrów poza Słońcem).
Prof. Jerzy Mioduszewski podsumowuje to następująco: „Kopernik był jednym z olbrzymów, którzy wynieśli naukę na jej późniejsze wyżyny. Kiedy jednak to się już dokonało, okazały się już niepotrzebne jego sfery i ich obroty. Odrzucono je tak jak poczwarka odrzuca niepotrzebną już jej powłokę, zapominając o niej będąc dojrzałym motylem. Podobnie tragicznym zwycięzcą był chyba tylko Arystoteles, na którego systemie zbudowano fizykę, która – kiedy już była zbudowana – wyglądała na całkowite jego przeciwieństwo”.
Więcej szczegółów na temat modelu Kopernika czytelnik znajdzie, sięgając do poniższych źródeł:
- Mioduszewski J., „Mikołaj Kopernik (1473–1543) – matematyk”, w: „Matematyka” (1996) nr 3, 131–139.
- Wróblewski A.K., „Historia fizyki”. PWN, 2011.
- Kolb R., „Ślepi obserwatorzy nieba”. Prószyński i S-ka, 2006.
- Gingerich O., „Książka, której nikt nie przeczytał”. Wydawnictwo Amber, 2004.
- Wierzbiński S., „Wstęp do astronomii matematycznej”. Księgarnia Akademicka, 1950.