Samme opfattelse havde Aristarchos. Desuden påpegede han, at de ydre planeters retrograde bevægelse helt naturligt kan forklares, hvis man antager, at alle planeter bevæger sig rundt om Solen. Fordi Jorden vil bevæge sig rundt om Solen på et år, mens det for de ydre planeter vil tage længere tid, så ser det fra Jorden ud, som om Mars, Jupiter og Saturn bevæger sig i sløjfeformede baner. Men selv om Aristarchos henviste til den slags observationer og argumenter, vandt han aldrig forståelse for sit forslag. Det kan blandt andet skyldes, at han blev beskyldt for at være ugudelig, fordi han jo afskaffede den guddommelige stjernehimmel. Solen og stjernerne var pludselig det, der stod stille. Men mere afgørende for den manglende støtte har det formodentlig været, at Aristoteles’ fysik ikke kunne bruges til at forklare bevægelsen af et heliocentrisk system. Derfor blev Aristarchos’ forslag glemt igen – ikke engang hans notater er bevarede.
Udviklingen, der peger frem mod Kopernikus, måtte derfor ske i fysikken og ikke i astronomien. Det gjorde den også.
Omkring 850 år efter Aristoteles’ død levede en mand i den nordafrikanske by Alexandria. Navnet var Johannes Filoponos (ca. 490-570 e.v.t.), og hans kommentarer til og kritik af Aristoteles’ lære førte til en ny teori om bevægelse.. Filoponos foreslog, at bevægelse ikke som hos Aristoteles kræver en ydre kraft for at opretholdes. Når en ydre kraft sætter en ting i gang med at flytte sig, bliver denne kraft siden opbevaret som en indre kraft i legemet. Denne kraft vil få legemet til at bevæge sig af sted, så længe det ikke møder modstand. Teorien kaldes senere for impetusteorien.
Den har flere fordele i forhold til Aristoteles’ teori. Når pilen forlader buen, er det ikke som hos Aristoteles luftens bevægelser, der får pilen til at flytte sig, men derimod den opståede kraft i pilen. Og når pilen ikke bare fortsætter af sted ud i rummet, men falder til jorden, beror det på luftens modstand.
Kendskabet til Filoponos’ værker, der alle var skrevet på græsk, blev ikke særlig udbredt i Europa, før de blev oversat til latin i det 12. og 13. århundrede. Her tog den franske præst Jean Buridan (1295-1358) Filoponos’ tanker op. Han gav teorien en præcis formulering: Impetusen, som han benævnte den indre kraft, er årsag til bevægelsen, og bevægelsen fortsætter, indtil modstanden bliver for stor. Men hvis der ingen modstand er, vil bevægelsen aldrig ophøre. Buridan indførte dermed et fysisk princip, der inden for impetusteorien fik samme status som inertiloven i Newtons klassiske mekanik. Buridan fremhævede også, at planeterne som et resultat af impetusen vedblev med at bevæge sig, efter at Gud havde sat dem i gang.
Men dermed var det ikke slut med impetusteorien. Buridans elev Nicole af Oresme (1323-1383) brugte teorien til at vise to ting: 1) Det er ikke eksperimentelt muligt at skelne mellem, om himmelen bevæger sig fra øst mod vest, eller om Jorden bevæger sig fra vest mod øst, fordi det eneste, sanserne kan vise, er den relative bevægelse; og 2) Hvis Jorden roterede om sig selv, ville stenen, der kastes lige op i luften, og alt med den, have en østrettet impetus (og en opadrettet impetus), også efter at den havde mistet sin kontakt med kasteren på jorden, og den ville derfor falde ned på samme sted igen.
Før Kopernikus havde der åbenbart været en videnskabelig omvæltning i fysikken, der banede vejen for det heliocentriske verdensbillede. Nu kunne man forklare himmellegemernes bevægelse ved, at Gud havde igangsat hele systemet, hvorefter impetusen klarede resten. Det var også den teori, som Nikolaus Kopernikus (1473-1543) lærte at kende, da han som ung var på et treårigt studieophold i Italien.
Med middelalderens opgivelse af den aristoteliske bevægelseslære mistede det geocentriske verdensbillede den stærke fysiske opbakning, som det havde haft siden oldtiden. Nu var det især kirken, der af religiøse grunde fastholdt tanken om Jorden i midten. Alligevel måtte impetusteorien stadig se den faldende sten som deltager i en naturlig bevægelse, noget, som kun var tænkeligt med en hvilende Jord i universets centrum. Så Kopernikus’ heliocentriske omfortolkning skabte nye problemer og banede efterhånden vejen for en ny fysik, Newtons mekanik, hvor inertibevægelsen blev ophøjet til at være den naturlige bevægelse.
En ny himmel
Fra Kopernikus til Newton
STEEN HANNESTAD
Aristarchos og Heracleides banede vejen for det heliocentriske verdensbillede, som Nikolaus Kopernikus vandt berømmelse på. Han var ikke den første, som tænkte, at Jorden var bevæget, men han var den, der brød næsten 1400 års stilstand i astronomien og igangsatte dannelsen af et helt nyt verdensbillede – og tanken om en ny himmel. Med Nikolaus Kopernikus, Johannes Kepler, Galileo Galilei og Isaac Newton blev grunden til vores moderne naturvidenskab lagt – og det er historien om deres opdagelser, der fortælles i det følgende.
Kopernikus og Kepler
I 1473 blev Nikolaus Kopernikus født i Torun, Polen. Han studerede astronomi, først i Krakow og derefter i Italien. Det er ikke klart, hvornår den revolutionerende nye teori begyndte at tage form i hans hoved. Men vi ved, at han på et tidspunkt opgav livet i Italien og de næste 30 år hengav sig til en munkeagtig tilværelse i Tyskland. Måske var han godt klar over, at hans teori ikke ville blive fantastisk godt modtaget i et land, hvor den religiøse intolerance var fremherskende og inkvisitionen en helt reel trussel for folk, der fremsatte så outrerede teorier.
Først i Kopernikus’ sidste leveår fik offentligheden kendskab til teorien, og den vakte øjeblikkelig en enorm interesse. Kopernikus’ teori manglede stadig det ene essentielle element, som ville have gjort den eksakt, ellipsen. Den fundamentale geometriske form i hans model var stadig cirklen. Men i stedet for at lade Solen og de andre planeter bevæge sig rundt om Jorden postulerede han, at alle planeterne bevægede sig rundt om Solen i dobbelte cirkelbevægelser. Det gjorde modellen meget simplere end epicykelteorien, fordi den ikke behøvede en adskillelse mellem indre og ydre planeter. Både epicykelteorien og Kopernikus’ teori var i stand til at forklare alle observationer, der var tilgængelige på det tidspunkt. Grunden til, at Kopernikus’ teori blev foretrukket af mange, var, at den var simplere. Hverken i Syd- eller Nordeuropa blev teorien modtaget med begejstring af kirken, for eksempel udtalte Martin Luther: ”Den nar vil kuldkaste hele astronomien. Vi kan jo læse i det hellige skrift, at Joshua befalede Jorden, og ikke Solen, at stå stille.”
Den tyske astronom Johannes Kepler (1571-1630), der var professor ved universitetet i Tübingen, læste Kopernikus’ værk og blev inspireret. Ydermere fik Kepler et fantastisk forspring i forhold til andre samtidige astronomer, fordi han arbejdede som Tycho Brahes assistent i dennes sidste år og derfor havde adgang til den store mængde observationer, som Brahe havde udført og katalogiseret.
I Keplers model blev planetbanerne for første gang beskrevet som ellipser. På denne måde kunne alle observationer forklares på en helt enkel måde. Kepler opstillede også tre ligninger, som i dag kendes som Keplers love. Disse ligninger beskriver, hvordan planeterne bevæger sig – se mere herom i Helge Kraghs bidrag ”Det nye verdensbillede” i denne bog.
Ligesom mange af sine samtidige var Kepler stærkt interesseret i mysticisme og ideen om det guddommelige i planeternes bevægelse. Han bemærkede matematiske forhold mellem planeternes bevægelse og nodeskalaer og udtænkte i 1619 et guddommeligt musikalsk system, Harmonices Mundi (Verdensharmonier), der beskrev solsystemets bevægelser som musikalske harmonier. Det var også i dette værk, at den sidste af hans tre love for planeternes bevægelser blev offentliggjort.
Selv efter Keplers succesfulde beskrivelse af planetbanerne som ellipser manglede der dog stadig en fundamental underliggende fysisk teori om, hvorfor planeterne bevæger sig, som de gør. Det var fra observationerne klart, at ellipsebanen måtte være den rigtige beskrivelse, men