Encyclopædia Britannica, Inc. lásd a cikk összes videóját
A reneszánsz a művészetek és a tudományok számára a kutatás friss szellemét hozta el. A felfedezők és utazók hazahozták a klasszikus tudásnak a muszlim világban és Keleten megőrzött maradványait, és a 15. században Arisztarkhosz heliocentrikus hipotézisét ismét vitára bocsátották bizonyos művelt körökben. A legmerészebb lépést a lengyel csillagász, Nikolausz Kopernikusz tette meg, aki olyan sokáig habozott a publikálással, hogy saját művének nyomtatott példányát csak 1543-ban, a halálos ágyán fekve látta. Kopernikusz mindenkinél mélyebben felismerte a Nap-központú bolygórendszer előnyeit. Azzal, hogy elfogadta azt a nézetet, hogy a Föld kering a Nap körül, minőségileg sokkal egyszerűbben tudta megmagyarázni a bolygók ide-oda vándorlását, mint Ptolemaiosz. Például a Föld és a Mars Nap körüli mozgásának bizonyos időszakaiban a Föld utolérte a Mars előrevetített mozgását, és ekkor úgy tűnt, hogy a bolygó visszafelé halad az állatövben. Sajnos a Nap-központú rendszerében Kopernikusz továbbra is ragaszkodott ahhoz a bevett hagyományhoz, hogy egységes körkörös mozgást alkalmazzon, és ha csak egy nagy kört fogadott el az egyes bolygók pályájára, akkor az általa kiszámított bolygóállások valójában mennyiségileg rosszabbak lennének a bolygók megfigyelt helyzetéhez képest, mint a ptolemaioszi rendszeren alapuló táblázatok. Ezt a hibát részben ki lehetne javítani további kisebb körökkel, de akkor Kopernikusz eredeti rendszerének szépségéből és egyszerűségéből sokat elveszítene. Ráadásul, bár a Napot most eltávolították a bolygók listájáról, és hozzáadták a Földet, a Holdnak továbbra is a Föld körül kellett mozognia.
Galilei volt az, aki az újonnan feltalált lencsék erejét kihasználva olyan távcsövet épített, amely közvetett támogatást halmozott fel a kopernikuszi szemlélet számára. A kritikusok nem tudtak racionális választ adni Galilei felfedezésére, miszerint a Vénusz megvilágítási fázisai összefüggnek a Naphoz viszonyított keringési helyzetével, ami megkövetelte, hogy a Vénusz a Föld helyett e test körül keringjen. Nem tudták cáfolni a Jupiter négy legfényesebb műholdjának (az úgynevezett Galilei-szatellitek) felfedezését sem, amely bebizonyította, hogy a bolygóknak valóban lehetnek holdjaik. Csak azt tagadhatták meg, hogy a távcsőbe nézzenek, vagy azt, amit a saját szemük mondott nekik.”
Scala/Art Resource, New York
Galileo szisztematikus támadást intézett Arisztotelész más elfogadott tanításai ellen is, például kimutatta, hogy a Nap nem tökéletes, hanem foltos. Az egyház minden oldalról ostromolta az általa eretneknek vélt mozgalmakat, ezért 1633-ban arra kényszerítette Galileit, hogy vonja vissza a heliocentrikus rendszer támogatását. Utolsó éveiben házi őrizetbe zárva Galilei olyan tényleges kísérleteket és gondolatkísérleteket végzett (amelyeket egy értekezésben foglalt össze), amelyek megcáfolták az arisztotelészi dinamika lényegét. Leginkább azt a koncepciót fogalmazta meg, amely végül (René Descartes kezében) a mechanika úgynevezett első törvényéhez vezetett – nevezetesen, hogy egy mozgásban lévő, súrlódástól és minden más erőtől megszabadított test nem körben, hanem egyenes vonalban, egyenletes sebességgel mozog. Az ilyen mérések elvégzésének vonatkoztatási rendszere végső soron a “fixcsillagok” voltak. Galilei azt is állította, hogy a Föld gravitációs terében és a légellenállás hiányában a különböző tömegű testek azonos sebességgel esnek. Ez a megállapítás vezetett végül (Einstein kezében) az ekvivalenciaelvhez, az általános relativitáselmélet egyik sarokkövéhez.
SOHO/NASA
Encyclopædia Britannica, Inc.See all videos for this article
A német csillagász Johannes Kepler, Galilei kortársa volt az, aki megadta a döntő csapást, amely biztosította a kopernikuszi forradalom sikerét. Az összes bolygó közül, amelyek pályáját Kopernikusz egyetlen körrel próbálta megmagyarázni, a Marsnak volt a legnagyobb eltérése (a csillagászati nomenklatúrában a legnagyobb excentricitás); következésképpen Kepler megállapodott, hogy együttműködik korának legjelentősebb megfigyelő csillagászával, a dán Tycho Brahe-val, aki hosszú évek alatt összegyűjtötte e bolygó legpontosabb helyzetméréseit. Amikor Tycho halála után Kepler végre hozzáférhetett az adatokhoz, fáradságos munkával próbálta egyik görbét a másik után illeszteni a megfigyelésekhez. A munka különösen nehéz volt, mert fel kellett tételeznie a Föld pályáját, mielőtt önkonzisztensen le tudta volna vonni a Föld mozgásának hatásait. Végül, sok közeli próbálkozás és elutasítás után rátalált egy egyszerű, elegáns megoldásra – egy ellipszisre, amelynek egyik középpontjában a Nap állt. A többi bolygó is a helyére került. Ezt a diadalt továbbiak követték, amelyek közül kiemelkedik, hogy Kepler felfedezte a bolygómozgás úgynevezett három törvényét. Az empirikus győzelem biztosítva, a színpad készen állt Newton páratlan elméleti hadjárataihoz.
Két kimagasló eredmény egyengette az utat Newton számára a bolygómozgások dinamikai problémájának meghódításához: a mechanika második törvényének és az egyetemes gravitáció törvényének felfedezései. A mechanika második törvénye általánosította Galilei és Descartes földi dinamikával kapcsolatos munkáját, és megállapította, hogy a testek általában hogyan mozognak, ha külső erők hatnak rájuk. Az egyetemes gravitáció törvénye általánosította Galilei és az angol fizikus, Robert Hooke földi gravitációval kapcsolatos munkáját, és azt állította, hogy két tömeges test a tömegük szorzatával egyenesen arányos és az egymástól való távolságuk négyzetével fordítottan arányos erővel vonzza egymást. Newton tisztán matematikai levezetéssel kimutatta, hogy ez a két általános törvény (amelynek empirikus alapja a laboratóriumban volt) az égi világra alkalmazva Kepler három bolygómozgási törvényét vonja maga után. Ez a bravúros puccs befejezte a kopernikuszi programot, hogy a régi világképet egy olyan alternatívával váltsa fel, amely mind a fogalmi elvek, mind a gyakorlati alkalmazás tekintetében messze felülmúlhatatlan volt. Ugyanezzel a zseniális húzással Newton egyesítette az ég és a Föld mechanikáját, és elindította a modern tudomány korszakát.
Törvényeinek megfogalmazásakor Newton posztulátumként állította az abszolút tér (az euklideszi geometria értelmében) és az abszolút idő (olyan matematikai mennyiség, amely a világegyetemben minden másra való hivatkozás nélkül áramlik) fogalmát. Egyfajta relativitáselv valóban létezett (“Galilei relativitása”) a különböző inerciális vonatkoztatási keretek szabad megválasztásában – azaz Newton törvényeinek formáját nem befolyásolta az “állócsillagokhoz” viszonyított állandó sebességgel történő mozgás. Newton rendszere azonban egyértelműen szétválasztotta a teret és az időt mint alapvetően különálló entitásokat. Ez a lépés szükséges volt a fejlődéshez, és a fénysebességhez képest lassú mozgások leírására olyan csodálatosan pontos közelítése volt az igazságnak, hogy több mint két évszázadon át minden próbát kiállt.
1705-ben Edmond Halley angol csillagász Newton törvényeit használta arra, hogy megjósolja, hogy egy bizonyos, utoljára 1682-ben látott üstökös 76 évvel később újra fel fog bukkanni. Amikor a Halley-üstökös 1758 karácsony éjszakáján, sok évvel Newton és Halley halála után is visszatért, egyetlen művelt ember sem kételkedhetett többé komolyan a természeti jelenségek mechanisztikus magyarázatának erejében. Senki sem aggódhatott többé amiatt, hogy az üstökösök féktelen kirándulásai a Naprendszerben összetörik azokat a kristályos gömböket, amelyeket a korábbi gondolkodók gondolatban építettek fel a bolygók és a többi égitest égbolton való áthaladásához. A hivatásos csillagászok figyelme most már egyre inkább a csillagok megértése felé fordult.
NASA/National Space Science Data Center
Az utóbbi erőfeszítésben William Herschel brit csillagász és fia, John állt a támadás élére. Az egyre nagyobb teljesítményű tükrös távcsövek építése lehetővé tette számukra az 1700-as évek végén és az 1800-as évek elején, hogy számos halvány csillag szöghelyzetét és látszólagos fényességét megmérjék. Egy korábbi korszakban Galilei a Tejútrendszerre irányította távcsövét, és látta, hogy az számtalan egyedi csillagból áll. Most Herschelék ambiciózus programba kezdtek, hogy kvantitatív módon felmérjék a csillagok eloszlását az égbolton. Abból a feltételezésből kiindulva (amelyet először a holland matematikus és tudós, Christiaan Huygens fogadott el), hogy a halványság a távolság statisztikai mérőszáma, következtettek a csillagok hatalmas átlagos távolságára. Ez a nézet a legközelebbi csillagok esetében közvetlen megerősítést kapott a Földtől való távolságuk parallaxismérései révén. Később a sok éven át készült fényképek azt is kimutatták, hogy egyes csillagok a látóirányban a háttérhez képest változtatták a helyüket; így a csillagászok megtudták, hogy a csillagok nem igazán fixek, hanem egymáshoz képest mozgást végeznek. Ezeket a valódi mozgásokat – csakúgy, mint a parallaxisból adódó látszólagos mozgásokat, amelyeket először Friedrich Bessel német csillagász mért meg 1838-ban – a régiek nem észlelték, mivel a csillagok világegyetemének távolsága óriási volt.
Encyclopædia Britannica, Inc.