Den Copernikanske Revolusjon.

Femte del

Det nye universet.

Til første del

Skrevet av Tor Førde.

Kilde for dette kapitlet er Thomas Kuhns bok: "The Copernican Revolution".


Innholdsoversikt.

  1. Det nye universet.


Det nye universet.

I det nye universet til Copernicus, Kepler og Newton byttet rett og slett jorda og sola plass. Men det oppstod også mange nye problem på grunn av dette, som spørsmålet om hvorfor en stein faller rett ned selv om jorda beveger seg? Hvorfor holdes planetene i sine baner, når krystallsfærene ikke eksisterer? Hva beveger jorda?

Copernicus ville fortsatt beholde stjernesfæren, men det var bare tradisjonen som fikk ham til å holde på den. Den kunne avskaffes uten å skade astronomien hans. Derfor ga astronomien hans en ny frihet til tanken. Og et århundre senere var stjernene blitt spredt utover i et umåtelig stort rom, der hver stjerne var ei sol. Og år 1700 hadde jorda, som hadde vært universets sentrum, blitt redusert til et lite støv.

Da Copernicus fjernet den kosmologiske funksjonen til stjernesfæren revitaliserte han spekulative begrep fra skolastikken, nyplatonismen og atomismen. Islamske filosofer hadde utviklet et begrep om et uendelig univers, siden de ikke kunne akseptere Aristoteles sin påstand om at dette var en umulighet som Gud ikke kunne skape. Denne islamske oppfatninga var godt kjent blant europeiske filosofer og astronomer. Ved å bringe stjernene til ro ga Copernicus denne muligheten for et uendelig univers frihet til å bli vurdert. Den engelske astronomen Thomas Digges introduserte i 1576, som den første, forestillinga om et uendelig Copernikansk univers, der stjernene var spredt utover i et uendelig rom. Dette kunne Digges gjøre ved, uten at han var det bevisst, å oppheve ethvert sentrum i universet. Et uendelig univers er uten sentrum. Dette hadde Nicholas av Cusa vist et århundre før Copernicus. Han mente at universet måtte være en uendelig sfære, bare en slik størrelse stod i stil med Guds uendelige skaperkraft. Nicholas hevdet at periferien overalt var sammenfallende med sentrum - alt var sentrum.

Bruno.
Giordano Bruno var en italiensk mystiker som ble brent på bålet. Han hevdet også at universet var uendelig og uten sentrum. Sola var bare en av en uendelig mengde soler som var spredt utover i et uendelig rom. Rundt noen av disse måtte det kretse planeter, og på noen av disse igjen måtte det finnes levende skapninger. Allerede de antikke atomistene hadde forutsagt dette. Atomene beveget seg i et uendelig univers, som stort sett var et enormt tomrom. Det siste var nødvendig for å gi plass til bevegelsen. Hos atomistene var ikke rom og materie avhengige av hverandre, som hos Aristoteles. Når denne avhengigheten ble opphevet, oppstod muligheter for å forestille seg universet på nye måter. Bruno oppdaget og utarbeidet sammenheng mellom de antikke og de moderne forestillingene. Da dette var gjort viste atomismen seg å være et effektivt og vidtrekkende tankeredskap.

Det korpuskulære universet.

Atomismen ble slått sammen med Copernikanismen i en ny filosofi, og var med på å skape den nye vitenskapen. Alle var enige om at de bevegelsene, interaksjonene og kombinasjonene partiklene inngikk i, ble styrt etter lover fastsatt av Gud ved skapelsen. Å oppdage disse lovene var den første oppgaven.

René Descartes (1596-1650) spurte hvordan et enkelt atom ville bevege seg i tomrommet. Og hvordan ville så denne bevegelsen bli forandret når det var mange atomer som dette første støtte sammen med? Han mente at dette lå under alt som skjedde i det fysiske universet. Fra dette ville han utlede hele universets oppbygging. Selv om Descartes stort sett tok feil, var likevel spørsmålene hans svært innflytelsesrike. Descartes bygde på middelalderens impetusteori. Et atom i ro vil holde seg i ro, og et atom i bevegelse i det nøytrale rommet, vil med konstant hastighet holde seg i rettlinjet bevegelse. Dette fulgte av impetusteorien.

Atomismens rom var et nøytralt rom, uten noe opp eller ned eller sentrum. Selvopprettholdende sirkulære bevegelser var umulig i dette rommet, selv om de tidlige Copernikanerne, som Copernicus selv, mente at det slaget sirkelbevegelser var grunnleggende. Descartes fjernet disse bevegelsene for godt.

Atomene støter stadig sammen. Descartes prøvde å komme fram til kollisjonslovene, men av de sju kollisjonslovene han kom fram til ble bare en stående. Likevel hadde han pekt på et viktig nytt forskningsfelt. I Descartes' univers var vekt, i likhet med bevegelse, lys og alle andre forhold som gir grunnlag for sanseinntrykk, tilbakeførbare til kollisjoner mellom atomer, styrt av lovene om atomenes bevegelser og interaksjon.

De store etterfølgerne til Descartes, som Christian Huyghens, ble inspirert av begrepene og visjonene til Descartes, selv om de konkrete resultatene til Descartes ikke bestod.

Det mekaniske solsystemet.

To veier går hver for seg fra Copernicus sitt solsentrerte univers til Newtons univers, som ga den Copernikanske revolusjonen dens endelige form. En av dem er den ovenfor nevnte versjonen av atomismen og dens tilslutning til det Copernikanske verdensbildet. Den andre kommer er forsøkene på å svare på spørsmålet om hva som beveger planetene. Disse to veiene begynner begge med de nye vitenskapelige perspektivene som ble skapt av Kepler, Bruno og andre da de skilte ut de aristoteliske forestillingene fra Copernicus sin teori. Og de to veiene møtes og sammenføres i Newtons verk.

Copernicus hadde prøvd å bevare de tradisjonelle forklaringene av de himmelske bevegelsene. Men disse forklaringene, krystallsfærene etc, var lite holdbare. Jorda beveget seg rundt universets faste sentrum og roterte samtidig rundt sitt eget sentrum. Månen hadde tre bevegelse, rotasjon rundt sitt eget sentrum, rundt jordas sentrum og rundt universets sentrum. Hos Aristoteles hadde alle himmelske bevegelser vært styrt i forhold til universets sentrum, og vært så spesielle at de ikke krevde videre forklaring. Dette var ikke lenger tilfelle hos Copernicus, og de himmelske bevegelsene mistet derfor til dels sin metafysiske status, og krevde videre forklaring, som Copernicus ikke hadde stilt opp med.

Kepler fjernet episirklene og sløyfene fra planetbanene. Den enkle og presise elliptiske bevegelsen krevde forklaring. Keplers planeter forandret kontinuerlig hastighet og retning. Dette syntes å kreve at en himmelsk kraft, som hele tiden påvirket planetene, ble introdusert for å forklare de kontinuerlige forandringene. Kepler introduserte solkraften anima motrix. Den skjøv planetene avgårde. For hele tiden å snu planetenes baner til ellipser introduserte Kepler magnetismen. Magnetismen hadde nylig blitt grundig utforsket av William Gilbert, som i 1600 hadde publisert ei bok, "On the Magnet", om magnetisme. Gilbert hadde blitt klar over at jorda selv var en stor magnet. Dette overførte Kepler til alle planetene, og sa at den magnetiske tiltrekningskraften virket mellom planetene og sola er slik at det bestemmer deres baner.

De kreftene som Kepler foreslo ble ikke tatt alvorlig av andre vitenskapsmenn. Men Keplers forestilling om solsystemet som en selvstyrt maskin ble bevart. Keplers mekaniske solsystem var det første i en serie som førte fram til Newtons solsystem. Utviklinga fram til dette var svært kompleks, og avhengig av utvikling av dynamiske begrep og nye matematiske teknikker. Men begrepsmessig var utviklinga enkel. Det Kepler først og fremst manglet var begrepet om treg bevegelse, eller bevegelsens treghet. Da var det ikke nødvendig med anima motrix for å skyve planetene. Med det ville han ha vært svært nær Newtons system.

G. A. Borelli (1608-1679) og Robert Hooke (1635-1703) nådde nesten helt fram. Hos Hooke var det å forklare plantebevegelsene et spørsmål om anvendt mekanikk, den samme type mekanikk som fungerte på jorda.

Gravitasjon og det korpuskulære universet.

Hvorfor faller gjenstander ned på ei jord som er i bevegelse? Copernicus hadde skrevet at gravitasjon ( her det samme som vekt) bare er en naturlig tendens som ting har fått fra skaperen til å gå sammen i sfærer. Kepler arbeidet også med et naturlig tiltrekningsprinsipp mellom jorda og dens deler. Han antydet til og med at det samme prinsippet kunne virke mellom jorda og månen. Men utenfor jordas system innførte han anima motrix. Men det mest vanlige var å mene at enten trakk jorda sine deler til seg, eller så var det i gjenstander en tilbøyelighet til å søke til jorda.

Først innså Descartes, så Borelli, Hooke, Huyghens og Newton at for at gjenstander, som planetene, skulle kunne gå i bane rundt sola måtte de befinne seg i fall inn mot sola. Dette fallet forandret planetenes rettlinjede bevegelser til kurver. Hooke og Newton kom fram til at kraften som var årsak til dette fallet var den samme som fikk gjenstander til å falle på jorda. Hooke gjorde dette kjent først, i 1674. Hooke skrev at alle himmelske gjenstander har tiltrekningskraft rettet inn mot sine sentrum, som de utøver i forhold til alle andre gjenstander, også himmelske gjenstander som planetene etc. Videre: Alle gjenstander som er i en enkel bevegelse vil fortsette rettlinjet i denne bevegelsen til en annen kraft påvirke dem og forandrer bevegelsen. Videre: Tiltrekningskraftas styrke, mellom gjenstander, avhenger av avstanden mellom gjenstandenes sentrum.

Disse setningene til Hooke er grunnleggende premiss for det nye universet. Treghet pluss tiltrekningskraft, gravitasjon, styrer de himmelske bevegelsene, og også jordiske bevegelser. To hovedproblem gjenstod: Hvordan varierer gravitasjonen med avstanden? - og hvordan kan kjennskap til disse lovene brukes til å forutsi bevegelser? Hooke var ikke nok matematiker til å formulere disse lovene.

Newton.
Isaac Newton (1642-1727) derimot, var en dyktig matematiker. Og han var i ferd med å komme fram til svarene. Han begynte å arbeide med problemet omkring 1666, og lyktes i å utarbeide matematisk hvordan en planet må falle innover mot sola, eller månen mot jorda, for å være i en stabil sirkulær bane. Etter å ha oppdaget hvordan dette kan uttrykkes matematisk, og hvordan fallet varierer med planetens hastighet og radius av dens sirkelbane, var Newton i stand til å utlede to svært viktige konsekvenser. Dersom planetens hastighet og dens banes radius står i forhold til hverandre etter Keplers tredje lov, må tiltrekninga som drar planeten mot sola minke med det inverse av kvadratet av avstanden som skiller den fra sola. En planet som er dobbelt så langt fra sola som en annen vil trenge bare en fjerdedel så stor tiltrekningskraft for å fortsette i bane rundt sola med den observerte hastigheten. Den inverse kvadrat loven kan også redegjøre for den elliptiske banen fra Keplers første lov og hastighetsvariasjonene i Keplers andre lov.

Med dette hadde det syttende århundrets vitenskap nådd sitt klimaks. Men prinsippet om gravitasjonskraften kunne ikke innordnes i den rådende atomteorien. Dette var Newton klar over. I 1685 beviste Newton at med hensyn til jordas tyngdekraft kan dens virkninger beregnes som om den virker konsentrert i jordas sentrum. Likevel var det mange samtidige vitenskapsmenn som mente at gravitasjonskrafta liknet for mye på et okkult prinsipp. Og dette var Newton enig i. Men han greide ikke å finne den mekaniske forklaring på tyngdekraften som han søkte etter. Og etterhvert ble tyngekraften akseptert som en selvstendig kraft. Et nytt univers var etablert, der rommet var uendelig og nøytralt og der det var et uendelig antall atomer, korpuskler, som ble styrt av noen få enkle og passive lover, som treghet, og noen aktive prinsipp, som gravitasjon. Ut fra dette hadde Newton utledet med uforliknelig presisjon de fleste kjente fenomen i optikken og mekanikken. Det Aristoteliske universet var erstattet av at sammenhengende og sammenfattende verdenssyn.



Lenker:
Copernicus
Forsida


Kilde for dette kapitlet er: