Ks. Robert Janusz SJ

Przewrót kopernikański w dziejach nauki i cywilizacji[1]

Mikołaj Kopernik urodził się w roku 1473, zmarł jako kanonik w 1543. Studiował w Krakowie w okresie świetności Uniwersytetu Jagiellońskiego, a następnie na uniwersytetach w Bolonii, Padwie i Ferrarze. Jego pozycja w historii nauki, a jeszcze bardziej w historii cywilizacji jest szczególnie istotna. Można by zaryzykować twierdzenie, że ze względu na historyczną wartość naukowych idei i ich oddziaływanie na społeczeństwo czasy dzielą się na przed i po Koperniku.

Jedna z moich koleżanek opowiadała mi niedawno, że gdy ludzie pytają ją o zawód i w odpowiedzi słyszą: astronom, gratulują jej znajomości wpływu gwiazd na losy ludzkie i zazdroszczą pieniędzy płynących z usług jakoby świadczonych żądnym wiedzy tajemnych wyroków niebios ludziom, pragnącym odkryć swoje przeznaczenie. I chociaż jako człowiek nauki moja koleżanka dostaje groszowe wynagrodzenie, nie potrafi wytłumaczyć społeczności, która i dziś nie odróżnia astrologii od astronomii, na czym polega jej autentyczna praca. Także i dla nas ważne jest, abyśmy to sobie uświadomili, że przeważająca większość społeczeństwa nie tylko nie wie, o co chodziło wielkiemu astronomowi, ale nawet wiedzę taką uważa za niepotrzebną. Dlaczego więc uznajemy za doniosłe dzieło Kopernika i co świadczy o tej doniosłości? Bo przecież nie z konfliktu, jaki nastąpił między religijnymi poglądami a rzeczywistością ruchu Ziemi, wypływa owa wielkość Kopernika. Gdyby tak było istotnie, to kiepski byłby to powód do chluby. „Sprawa Kopernika” może więc także i nam dzisiaj pomóc odkryć te rysy ludzkiej działalności, która jest naprawdę ważna, która przeżywa mimo grożących jej konfliktów, nieporozumień i… na której nie można zrobić dużych pieniędzy.

Sytuacja przed Kopernikiem

W czasach starożytnych astronomia (czyli astrologia w języku ówczesnych) miała za zadanie przewidywać przyszłość układu gwiazd. Cykliczny ruch nieba skłaniał zatrwożonych ludzi do przypisywania ciałom niebieskim boskiego wpływu na ziemskie losy. W dodatku siedem gwiazd wcale nie było posłuszne harmonii sfer, lecz wykonywało chaotyczne ruchy, niczym śledzące ludzkie losy zaświatowe biuro śledcze. Te błądzące gwiazdy, czyli planety, już to posuwały się do przodu, już to cofały się, jakby chciały kogoś przychwycić na czymś godnym ukarania. Człowiek chciał więc przechytrzyć niebo i przewidzieć moment, gdy planeta cofnie się w swym ruchu lub gdy spotka się ze Słońcem może na tajnej konferencji. Błądzenie gwiazd napełniało niepokojem, bo mogło być zapowiedzią, że zawory niebios puszczą i wody znad firmamentu zaleją cały świat. Dlatego ludzie układali kalendarze i poświęcali poszczególnym planetom kolejne dni tygodnia, aby w odpowiednich momentach koić gniew rozgniewanych bóstw. Niedziela miała obłaskawić Słońce (łac. Dies Solis), poniedziałek (wł. Lunedì) miał uspokajać Księżyc, wtorek poświęcony był Marsowi (wł. Martedì), środa (wł. Mercoledì) – Merkuremu, czwartek (wł. Giovedì) – Jowiszowi, piątek (wł. Venerdì) – Wenus i sobota (ang. Saturday) – Saturnowi. Tego typu mitologiczno-magiczne interpretacje oraz kosmiczna religia nie szukały zrozumienia i wytłumaczenia zjawisk; przez tysiące lat blokowały skutecznie rozwój wiedzy i samego człowieka.

Już starożytni Grecy próbowali przedrzeć się przez mitologiczne okowy. Nie zawsze jednak było to takie proste. Nawet gdy pojawiały się poglądy podobne do Kopernikowych, to wynikały one raczej z mitologii i swoistej mistyki niż z obserwacji i teoretycznych wyjaśnień. Już pitagorejczycy przypisywali Ziemi ruch. W V w. przed Chr. Philolaos uważał, że w środku świata znajduje się centralny ogień, Hestia, dookoła którego krążą planety: Słońce, Ziemia i także Przeciw-Ziemia. Inny pitagorejczyk, Ekwantos, tłumaczył ruch dzienny sfery niebieskiej ruchem obrotowym Ziemi. W VI i V w. przed Chr. krystalizował się jednak pogląd geocentryczny uznający Ziemię za centrum świata. Podobne do pitagorejskich poglądy na obrót Ziemi dookoła osi wyznawał żyjący w IV w. przed Chr. Herakleides z Pontu. W tym samym wieku Eudoksos wymyślił teorię sfer koncentrycznych, na których powierzchni leżą planety (także Słońce i Księżyc). Ze względu na nieregularne ruchy, planety miały kilka takich sfer. Żyjący w III w. przed Chr. Arystarch z wyspy Samos głosił jednakże ruch Ziemi dookoła Słońca. Uważał on również za pitagorejczykami, że Ziemia wykonuje swój ruch obrotowy. Twierdzeniami Arystarcha nie przejęła się jednak kultura, może wskutek przemożnego wpływu filozofii Arystotelesa? Arystoteles bowiem przyjął w swojej filozofii „oczywisty” system geocentryczny udoskonalony później przez Ptolemeusza w dziele Mathematike Syntaxis[2] (znanym także z arabskiego tytułu Almagest) i autorytarnie zatwierdził go na ok. 1400 lat. W III stuleciu przed Chr. Eratostenes zmierzył długość południka dzięki czemu można było wyznaczyć rozmiary kuli ziemskiej.

Czasy twórczości fromborskiego astronoma

W piętnastym wieku poglądy o względności ruchu Ziemi i Słońca wyrażał, na bazie bezpośrednich obserwacji oraz filozoficzno-teologicznych dociekań Mikołaj Krebs z Kuzy (1401-1464). Gdyby ktoś, znajdując się na statku pośrodku wody, nie wiedział, że woda płynie i nie widział brzegów – czy mógłby spostrzec ruch statku?… każdemu – czy znajdzie się na Ziemi czy na Słońcu, czy na innej gwieździe – zawsze się wydaje, iż tkwi w nieruchomym jakoby centrum, a wszystko wokół niego się porusza … (O oświeconej niewiedzy, rozdz. XII)[3].

Główną trudność opisu ruchu w układzie heliocentrycznym sprawia fakt, że obserwator Kosmosu znajdując się na Ziemi, porusza się wraz z nią dookoła Słońca i dookoła osi ziemskiej. Ponieważ wszystkie inne planety poruszają się w taki sam sposób dookoła Słońca, wcale to nie ułatwia opisu ziemskiemu obserwatorowi. Fromborski astronom musiał przez długie lata cierpliwie uczyć się patrzeć na Układ Słoneczny tak, jakby patrzył na niego z pozycji Słońca i jednocześnie miał dane obserwacyjne jedynie z Ziemi.

Mikołaj Kopernik swoje badania i teorię zawarł w epokowym dziele De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich), które ukazało się w Norymberdze w 1543 roku, już po śmierci autora. Główne założenia tej teorii są następujące:

  • Słońce jest nieruchomym centrum Wszechświata.

  • Ziemia obraca się dlatego, że jest kulą, Wszechświat zaś wcale się nie obraca; rozciągająca się za Układem Słonecznym sfera gwiazd stałych jest nieruchoma.

  • Centrum Ziemi jest środkiem orbity Księżyca krążącego wokół Ziemi.

  • Ziemia i inne planety poruszają się jednostajnie po orbitach kołowych wokół Słońca.

Ze względu na rozbieżności pomiarowe Kopernik wprowadził do swej teorii epicykle, ale były one dużo mniejsze niż u Ptolemeusza. Poza tym musiał umieścić okręgi będące orbitami planet nieco poza Słońcem. Uważał ponadto ruchy ciał niebieskich za rzeczywiste, a nie jedynie opisane w języku geometrycznym. Było to podejście całkowicie sprzeczne z ówczesną praktyką.

Odbiór i reperkusje De revolutionibus

Po Koperniku sytuacja astronomii uległa zmianie. Przede wszystkim wypracowana została jasna metoda badań i tłumaczenia zjawisk, co przyczyniło się do szybkiego rozwoju nowej nauki, która oddzieliła się metodologicznie od astrologii, pozostającej wciąż w mitologicznej stagnacji.

Nowa teoria nieba szybko zyskała sobie zwolenników. Thomas Digges z zapałem bronił teorii Kopernika. Usunął on jednak sferę gwiazd stałych twierdząc, że gwiazdy wypełniają całą przestrzeń aż do nieskończoności. Gwiazdy ostatniej sfery były w Ptolemeuszowym wydaniu „wolne od bólu” i „godną siedzibą wybranych”, były chwalebnym dworem wielkiego Boga. Poprzez zabieg Digges’a zniknął „Pierwszy Poruszyciel” jako bezpośrednia przyczyna ruchu gwiazd i planet. Zabieg ten na długo pozostanie niezrozumiały tak dla sympatyków tworzącej się nauki jak i dla różnych ośrodków religijnych. Innym znanym zwolennikiem teorii Kopernika był Giordano Bruno OP, który uważał, że Wszechświat jest nieskończony i że istnieje nieskończenie wiele słońc ze swoimi planetami, ze swoim życiem, i każdy taki system ma swoje wcielenie, objawienie i odkupienie (tzw. teoria wielu światów). Wyznawał także inne dziwne poglądy teologiczne, które wzbudziły podejrzenia Inkwizycji i ostatnie sześć lat swego życia spędził w kościelnych więzieniach. Często torturowany w końcu został skazany i spalony na stosie jako heretyk w 1600 roku w Rzymie, na placu Campo dei Fiori.

Na wirującej karuzeli wszystko wygląda inaczej niż z jej statycznego środka. Zaproponowany przez Kopernika prostszy fizycznie opis ruchu w układzie heliocentrycznym okazał się zniszczeniem całego dotychczasowego sposobu patrzenia na dostrzegalny Wszechświat. Odbiło się to głośnym echem nie tylko w astronomii. Kopernik chyba nie zdawał sobie sprawy z przewrotu, który dokona się przez przyjęcie nowego obrazu świata i jak jego poglądy będą w najrozmaitszy, może czasem różny od zamierzeń autora sposób interpretowane. Szok kulturowy, jaki wnosiła konieczność przebudowy obrazu świata, spowodował silny sprzeciw nie tylko wobec zwolenników, ale i wobec samego Kopernika. Jego teoria nie była wykładana na uniwersytetach, a jej wyznawcy trafili pod sądy. W 1616 roku De revolutionibus, mimo że posiadało wspaniałą przedmowę dedykowaną papieżowi, zostało wciągnięte na Indeks Ksiąg Zakazanych. W ten sposób starano się zatrzymać stary porządek świata dekretami prawa.

Szybkimi krokami zbliżała się jednak nowa era. Galileusz świadomie kontynuował myśl Kopernika. Patrzył jednak głębiej na zjawiska fizyczne i jak się potem okazało, miał także głębsze przemyślenia teologiczne niż niejeden ówczesny teolog. Galileusz pierwszy zrozumiał, że siła jest proporcjonalna do przyspieszenia, a nie prędkości. Wynaleziona przez niego luneta przyczyniła się do odkrycia pełnego cyklu faz Wenus oraz księżyców Jowisza – małego układu podobnego do słonecznego. I chociaż nie były to bezpośrednie argumenty za ruchem Ziemi, to jednak w przypadku Wenus należało uznać, że teoria Ptolemeusza jest całkowicie fałszywa (niemożliwa była pełna faza Wenus), a w przypadku księżyców Jowisza została złamana zasada geocentryczna. Galileusz odróżnił także księgę natury od księgi objawienia, co jednak nie przeszkodziło Inkwizycji w żądaniu wyrzeczenia się pewności głoszonych poglądów. Galileusz nie chciał uznać hipotetyczności teorii heliocentrycznej. Nie mając jednak dowodów bezpośrednich na poparcie swoich tez, uległ Inkwizycji.

Za tysiąc lat z pewnością nikt nie będzie pamiętał wojen z bieżącego tysiąclecia i nikt nie będzie wgłębiał się w jego religijne zatargi czy nieporozumienia. To, co na pewno nie zginie z kart przyszłych podręczników, to naukowy dorobek Izaaka Newtona, który opublikował w 1687 roku swe wielkie dzieło Philosophiae naturalis principia mathematica. Zawarł w nim kompletną koncepcję nowożytnej fizyki. Dzieło to, a nie jakieś polityczne ambicje czy nawet geograficzne odkrycia, spowodowało zdystansowanie kultury europejskiej od innych kultur i jej niebywale szybki rozwój. Kopernik w swoich De revolutionibus nie przedstawił kompletnej dynamiki świata; jego rozwiązanie było kinetyczne, podobnie jak poprawki wprowadzone przez Keplera. Kopernik tłumaczył co prawda sferyczny kształt ciał niebieskich pewnym przyciąganiem, ale były to hipotezy jeszcze niedojrzałe. Cały ten materiał był jakby przygotowaniem dla Newtona, który mawiał, że stworzył swoje dzieło dlatego, że stał na ramionach olbrzymów. Niewątpliwie jednym z nich był Kopernik.

Chociaż prawo zakazywało czytać De revolutionibus, przyroda nadal konsekwentnie omijała ten nakaz i Ziemia poruszała się nadal wokół Słońca. Także niektórzy przyrodnicy próbowali znaleźć empiryczny dowód na prawdziwość teorii ruchu Ziemi. W 1661 roku Viviani z Florencji wykonywał doświadczenia z wahadłem mogącym się wychylać w dowolnej płaszczyźnie, a potem Guglielmini w Boloni, zrzucając z wieży ciała zauważył ich odchylenie na wschód[4].

Pierwszym prawdziwym dowodem obrotowego ruchu Ziemi był obrót płaszczyzny wahań 67-metrowego wahadła Foucault (1851 rok); wahadło takie wykonuje ruch wskutek działania tzw. siły Coriolisa pojawiającej się w nieinercjalnym układzie odniesienia.

Zaraz po sformułowaniu przez Kopernika teorii wiedziano, że sprawdzić ją można przez badanie paralaksy gwiazd. Zjawisko to polega na tym, że bliska Ziemi gwiazda wydaje się zataczać elipsę na tle odległych gwiazd w okresie jednego roku ruchu Ziemi wokół Słońca. Znany XVI-wieczny astronom, Tycho de Brache, nie stwierdził tego efektu, choć jego obserwacje były przeprowadzane z dokładnością do 1′. Dopiero postęp w technice obserwacyjnej, jaki dokonał się w XIX w., pozwolił zmierzyć paralaksę najbliższych gwiazd, ale na to trzeba było rozdzielczości lepszej niż 1”. Niejako przez przypadek natrafiono na inne zjawisko. W latach 1725-1728 James Bradley obserwował gwiazdę γ-Draconis i odkrył jej 20” wahanie roczne, ale w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku Ziemia-Słońce, innej więc niż płaszczyzna paralaksy. Był to PIERWSZY dowód (po ok. 180 latach) na ruch Ziemi dookoła Słońca, czyli na słuszność hipotezy Kopernika o ruchu Ziemi. Nowo odkrytym zjawiskiem była aberracja światła[5]. Później, ok. 1826 roku, paralaksę roczną zaobserwowali Bessel, Struve i Henderson. Ich pomiary są jednocześnie pierwszymi pomiarami odległości do innych gwiazd. I choć ze względów technicznych trudno było paralaksę zmierzyć, to dzięki poszukiwaniom odkryto wiele innych zjawisk jak np. aberracja światła i gwiazdy podwójne.

Odkrycie ruchu Ziemi i jego potwierdzenie empiryczne zgadzało się z postulatem heliocentryzmu. Strażnicy porządku społecznego mieli więc przez 180 lat w ręku atut sprzyjający przekonaniu o hipotetyczności teorii Kopernika i mieli w tym oczywiście rację. Nie chcieli zrezygnować ze starych teorii, choć były one wyraźnie nieprawdziwe. Czy jednak cała teoria Kopernika jest prawdziwa? Wiemy o tym, że nie. Kopernik zamienił absolutny układ związany z Ziemią na absolutny układ związany ze Słońcem. Układ ten rzeczywiście był geometrycznie prostszy. Bez wskazania jednak jakiegoś innego niż Ziemia układu trudno byłoby sformułować poprawnie zasadę względności, której Kopernik nie był świadom. Za Mikołajem z Kuzy poprawnie sformułował ją dopiero Galileusz. Zasada względności doczekała się potem głębokiej interpretacji w szczególnej i ogólnej teorii względności Einsteina. Ta ostatnia, grawitacyjna teoria, oryginalne dzieło największego fizyka wszechczasów, uprawomocniła na dodatek wszystkie układy odniesienia.

Nie ulega wątpliwości, że Kopernik wskazał prostszy układ, w którym prawa ruchu planet mogą zrozumieć nawet dzieci. Stosował także racjonalno-empiryczną metodę, wyostrzoną później przez Galileusza. Dzieło polskiego astronoma syntezowało renesansowy empiryzm i średniowieczną metafizykę, będąc jednocześnie wolne od mitologicznych wyjaśnień. Od filozofii przejął uczony kanonik racjonalny i teoretyczny sposób myślenia. Jego obserwacje i rozumowania były początkiem nowożytnego przyrodoznawstwa; znał i stosował prawie wszystkie zasady dzisiejszej metody naukowej:

  • tłumaczenie bez domieszek religijno-magicznych;

  • wiarę w realność świata i jego poznawalność;

  • metodę opartą na pomiarach i matematyce;

  • przekonanie o jednolitości materii i praw fizyki;

  • nie opieranie się na ujęciach idealistycznych;

  • krytyka aprioryzmu i wyłącznie jakościowego podejścia do zagadnień;

  • proste symetrie i prawa.

Uznanie Ziemi za planetę oznaczało nie tylko przełom w astronomii, ale było jednocześnie punktem zwrotnym w filozofii. Dotąd bowiem Ziemia i niebo rządziły się różnymi prawami w zamkniętych systemach Eudoksosa-Arystotelesa i Ptolemeusza. Dzieło Kopernika skierowało dalszy rozwój wiedzy i filozofii na właściwy kierunek, odmitologizowując przy okazji religię[6]. Astronomia stała się inspiratorką rozwoju fizyki. A że pojawili się po nim inni uczeni ze swoimi teoriami jest i dla nas przestrogą, że nasze, ludzkie poglądy wcale nie są ostateczne.

Literatura

Harrison, E., Le maschere dell’Univesro, Rizzoli, Milano, 1989.

Rybka, E., Astronomia ogólna, PWN, Warszawa, 1983.

Wróblewski, A.K. (red.), Encyklopedia fizyki współczesnej, PWN, Warszawa, 1983.

Przypisy

[1] Tekst ppublikowany w: „Rocznik Wydziału Filozoficznego TJ w Krakowie”, 1999, 116-123. Referat wygłoszony 20 XI 1999 r. na Sympozjum Kopernikańskim w Duszpasterstwie Akademickim „Kopernik”, Gliwice, ul. Kopernika 63a.

[2] W systemie Ptolemeusza dookoła nieruchomej Ziemi porusza się 7 planet po okręgach zwanych dyferentami. Środek Słońca i Księżyca porusza się dokładnie po dyferencie, a inne planety poruszają się po okręgach zwanych epicyklami tak, że środek epicyklu porusza się po właściwym dyferencie. Płaszczyzny obu tych okręgów mogą być względem siebie nachylone i to powoduje skomplikowany obraz ruchu. Dla planet wewnętrznych (Merkury, Wenus), środki ich epicyklów leżą na osi Ziemia-Słońce, nie bardzo wiadomo dlaczego. Na zewnątrz układu mamy sferę gwiazd stałych obracających się dookoła Ziemi i ruch ten jest przekazywany sferom planetarnym. Ponieważ system był słabo zgodny z doświadczeniem, Ptolemeusz wprowadził ekwanty, punkty wyrównawcze, względem których ruch planety jest jednostajny (dlatego na dyferencie taki nie jest – planety zwalniają i przyspieszają). Wyraźną słabością tej teorii jest brak wyjaśnienia różnic między planetami dolnymi i górnymi.

[3] Zwrócenie uwagi na ten szczegół zawdzięczam ks. St. Ziemiańskiemu SJ.

[4] Odchylenie to jest spowodowane obrotowym ruchem Ziemi i większą prędkością ciała na wieży niż u jej podstawy.

[5] Aberrację można porównać do znanego z codziennego życia faktu: zauważono, że poruszając się w czasie padającego pionowo deszczu nie należy ustawiać parasola pionowo, ale nieco go pochylić w kierunku w jakim się poruszamy. Znając prędkość światła można było obliczyć odległość Ziemia-Słońce i obwód orbity ziemskiej. Ponieważ Ziemia obraca się wokół osi, można także zaobserwować aberrację dzienną, która jest rzędu 0”,32.

[6] Rewolucja zapoczątkowana przez Kopernika zmusiła egzegetów do zmiany dotychczasowej metody hermeneutycznej. Biblia przestała być traktowana jako podręcznik przyrodniczy.

Photo: Pixabay/pexels