Revoluția coperniciană

Renasterea a adus un nou spirit de cercetare în arte și științe. Exploratorii și călătorii au adus acasă vestigiile cunoștințelor clasice care fuseseră păstrate în lumea musulmană și în Orient, iar în secolul al XV-lea ipoteza heliocentrică a lui Aristarchus a ajuns din nou să fie dezbătută în anumite cercuri educate. Cel mai îndrăzneț pas a fost făcut de astronomul polonez Nicolaus Copernicus, care a ezitat atât de mult timp în publicare, încât nu a văzut o copie tipărită a propriei sale lucrări decât atunci când s-a aflat pe patul de moarte, în 1543. Copernic a recunoscut mai profund decât oricine altcineva avantajele unui sistem planetar centrat pe Soare. Adoptând punctul de vedere conform căruia Pământul se învârte în jurul Soarelui, el a putut explica calitativ rătăcirile de du-te-vino ale planetelor mult mai simplu decât Ptolemeu. De exemplu, în anumite momente ale mișcărilor Pământului și ale lui Marte în jurul Soarelui, Pământul ajungea din urmă mișcarea proiectată a lui Marte, iar apoi această planetă părea să meargă înapoi prin zodiac. Din nefericire, în sistemul său centrat pe Soare, Copernic a continuat să adere la tradiția consacrată de a folosi mișcarea circulară uniformă, iar dacă ar fi adoptat doar un singur cerc mare pentru orbita fiecărei planete, pozițiile planetare calculate de el ar fi de fapt cantitativ mai slabe în comparație cu pozițiile observate ale planetelor decât tabelele bazate pe sistemul ptolemeic. Acest defect ar putea fi parțial corectat prin furnizarea de cercuri suplimentare mai mici, dar atunci s-ar pierde o mare parte din frumusețea și simplitatea sistemului original al lui Copernic. În plus, deși Soarele era acum eliminat din lista planetelor și Pământul adăugat, Luna trebuia să se deplaseze în continuare în jurul Pământului.

Britannica Quiz

Astronomie și spațiu Quiz

Ce face ca o planetă să fie o planetă pitică? Câte mile sunt într-un an-lumină? Ce este mai exact un quasar? Lansați-vă în alte lumi în timp ce vă testați cunoștințele despre spațiu, corpurile cerești și sistemul solar.

Galileu a fost cel care a exploatat puterea lentilelor nou inventate pentru a construi un telescop care să acumuleze sprijin indirect pentru punctul de vedere copernican. Criticii nu au avut un răspuns rațional la descoperirea lui Galileo privind corelația dintre fazele de iluminare ale lui Venus și poziția sa orbitală în raport cu Soarele, ceea ce impunea ca acesta să se învârtă în jurul acestui corp și nu în jurul Pământului. De asemenea, nu au putut respinge nici descoperirea sa a celor mai strălucitori patru sateliți ai lui Jupiter (așa-numiții sateliți galileeni), care au demonstrat că planetele pot avea într-adevăr sateliți. Ei puteau doar să refuze să se uite prin telescop sau să refuze să vadă ceea ce le spuneau proprii lor ochi.

Galileu a lansat, de asemenea, un atac sistematic asupra altor învățături acceptate ale lui Aristotel, arătând, de exemplu, că Soarele nu era perfect, ci avea pete. Asediată din toate părțile de ceea ce percepea ca fiind frământări eretice, biserica l-a forțat pe Galileo să se dezică de sprijinul său pentru sistemul heliocentric în 1633. Confinat în arest la domiciliu în ultimii săi ani de viață, Galileo va efectua experimente reale și experimente de gândire (rezumate într-un tratat) care vor infirma nucleul dinamicii aristotelice. În special, el a formulat conceptul care va conduce în cele din urmă (în mâinile lui René Descartes) la așa-numita primă lege a mecanicii – și anume că un corp în mișcare, eliberat de frecare și de toate celelalte forțe, se va deplasa nu în cerc, ci în linie dreaptă, cu o viteză uniformă. Cadrul de referință pentru efectuarea unor astfel de măsurători a fost, în cele din urmă, „stelele fixe”. Galileo a susținut, de asemenea, că, în câmpul gravitațional al Pământului și în absența rezistenței aerului, corpuri cu greutăți diferite ar cădea cu aceeași viteză. Această constatare avea să conducă în cele din urmă (în mâinile lui Einstein) la principiul echivalenței, o piatră de temelie a teoriei relativității generale.

Astronomul german Johannes Kepler, un contemporan al lui Galileo, a fost cel care avea să dea lovitura crucială care a asigurat succesul revoluției copernicane. Dintre toate planetele ale căror orbite Copernic încercase să le explice cu un singur cerc, Marte avea cea mai mare abatere (cea mai mare excentricitate, în nomenclatura astronomică); în consecință, Kepler a aranjat să lucreze cu cel mai important astronom de observație al vremii sale, Tycho Brahe din Danemarca, care acumulase de-a lungul mai multor ani cele mai precise măsurători de poziție ale acestei planete. Când, la moartea lui Tycho, Kepler a avut în sfârșit acces la aceste date, a încercat minuțios să adapteze observațiile la o curbă după alta. Munca a fost deosebit de dificilă, deoarece a trebuit să presupună o orbită pentru Pământ înainte de a putea sustrage în mod coerent efectele mișcării sale. În cele din urmă, după multe încercări și respingeri, a găsit o soluție simplă și elegantă – o elipsă cu Soarele la un focar. Celelalte planete s-au potrivit și ele la locul lor. Acest triumf a fost urmat de altele, printre care se remarcă descoperirea de către Kepler a așa-numitei sale trei legi a mișcării planetare. Victoria empirică asigurată, scena era pregătită pentru campaniile teoretice inegalabile ale lui Newton.

Două realizări impunătoare au deschis calea pentru cucerirea de către Newton a problemei dinamice a mișcărilor planetare: descoperirile sale ale celei de-a doua legi a mecanicii și ale legii gravitației universale. A doua lege a mecanicii a generalizat lucrările lui Galileo și Descartes privind dinamica terestră, afirmând modul în care se mișcă în general corpurile atunci când sunt supuse unor forțe exterioare. Legea gravitației universale a generalizat lucrările lui Galileo și ale fizicianului englez Robert Hooke privind gravitația terestră, afirmând că două corpuri masive se atrag reciproc cu o forță direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței care le separă. Prin deducție matematică pură, Newton a arătat că aceste două legi generale (a căror bază empirică se afla în laborator) implicau, atunci când erau aplicate în domeniul ceresc, cele trei legi ale mișcării planetare ale lui Kepler. Această lovitură genială a finalizat programul copernican de înlocuire a vechii viziuni asupra lumii cu o alternativă mult superioară, atât în ceea ce privește principiile conceptuale, cât și în ceea ce privește aplicarea practică. În aceeași lovitură de geniu, Newton a unificat mecanica cerului și a Pământului și a inițiat era științei moderne.

În formularea legilor sale, Newton a afirmat ca postulate noțiunile de spațiu absolut (în sensul geometriei euclidiene) și timp absolut (o cantitate matematică ce curge în univers fără referință la nimic altceva). Un fel de principiu al relativității a existat totuși („relativitatea galileană”) în libertatea de a alege diferite cadre de referință inerțiale – de exemplu, forma legilor lui Newton nu a fost afectată de mișcarea cu viteză constantă în raport cu „stelele fixe”. Cu toate acestea, schema lui Newton a despărțit fără ambiguitate spațiul și timpul ca entități fundamental separate. Acest pas a fost necesar pentru a se putea progresa și a fost o aproximare atât de minunat de precisă a adevărului pentru descrierea mișcărilor lente în comparație cu viteza luminii, încât a rezistat tuturor testelor timp de mai bine de două secole.

În 1705, astronomul englez Edmond Halley a folosit legile lui Newton pentru a prezice că o anumită cometă văzută ultima dată în 1682 va reapare 76 de ani mai târziu. Când cometa Halley a revenit în noaptea de Crăciun a anului 1758, la mulți ani după moartea atât a lui Newton, cât și a lui Halley, nicio persoană educată nu s-a mai putut îndoi serios de puterea explicațiilor mecaniciste pentru fenomenele naturale. De asemenea, nimeni nu-și mai putea face griji că excursiile indisciplinate ale cometelor prin sistemul solar vor sparge sferele cristaline pe care gânditorii anteriori le construiseră mental pentru a transporta planetele și celelalte corpuri cerești prin ceruri. Atenția astronomilor profesioniști se îndrepta acum din ce în ce mai mult spre o înțelegere a stelelor.

În acest ultim efort, astronomul britanic William Herschel și fiul său John au condus asaltul. Construcția unor telescoape reflectorizante din ce în ce mai puternice le-a permis, la sfârșitul anilor 1700 și începutul anilor 1800, să măsoare pozițiile unghiulare și luminozitatea aparentă a multor stele slabe. Într-o epocă anterioară, Galileo și-a îndreptat telescopul spre Calea Lactee și a văzut că aceasta era compusă din nenumărate stele individuale. Acum, familia Herschel a început un program ambițios pentru a evalua cantitativ distribuția stelelor pe cer. Pornind de la ipoteza (adoptată pentru prima dată de matematicianul și omul de știință olandez Christiaan Huygens) conform căreia flecăreala este o măsură statistică a distanței, ei au dedus distanțele medii enorme dintre stele. Acest punct de vedere a primit o confirmare directă pentru cele mai apropiate stele prin măsurători de paralaxă a distanțelor lor față de Pământ. Mai târziu, fotografiile realizate pe o perioadă de mai mulți ani au arătat, de asemenea, că unele stele își schimbau poziția de-a lungul liniei de vizibilitate în raport cu fundalul; astfel, astronomii au aflat că stelele nu sunt cu adevărat fixe, ci mai degrabă au mișcări unele față de altele. Aceste mișcări reale – precum și cele aparente datorate paralaxei, măsurate pentru prima dată de astronomul german Friedrich Bessel în 1838 – nu au fost detectate de către antici din cauza scării uriașe a distanței universului stelar.

.