På baggrund af det store observationsmateriale, som danskeren Tycho Brahe (1546-1601) havde indsamlet, lykkedes det imidlertid Kepler at vise, at planeterne ikke bevæger sig i cirkelbaner, men i ellipseformede baner omkring Solen, som er placeret i disse ellipsers ene brændpunkt. Til denne såkaldte første keplerske lov for planetbevægelser føjede Kepler to yderligere love. I hans anden lov fastslås det, at en planet bevæger sig i sin bane på en sådan måde, at linjen fra planeten til Solen gennemløber lige store arealer i lige store tidsrum, og den tredje lov siger, at kvadratet på planetens omløbstid er ligefrem proportional med den halve afstand mellem de to punkter på dens bane, som er fjernest fra hinanden, i tredje potens. Descartes gav en samlet matematiskfysisk beskrivelse af Universet som en kæmpemæssig maskine bestående af materielle partikler af forskellig størrelse, som er pakket så tæt, at der intet tomrum findes, og hvis indvirkning på hinanden er underkastet mekaniske stødlove, der kan udtrykkes i matematikkens sprog. Dette fysiske verdensbillede – senere kaldt den mekaniske naturopfattelse – vandt stor tilslutning i videnskabelige kredse.
Skønt de fundamentale mekaniske naturlove, som Descartes lagde til grund for sin matematiske fysik, både viste sig at være utilstrækkelige og for de flestes vedkommende fejlagtige, hvilket blandt andre Newton påviste, så var selve forsøget på at udforme en fysik, der omfatter både forhold nær jordoverfladen, fx faldbevægelsen, og himmellegemernes bevægelser, skelsættende. Allerede Kepler havde drømt om en fysik, der formåede dette. Siden Aristoteles havde man opdelt Universet i to dele, én under Månen og én over Månen. Under Månen var tingenes naturlige bevægelse retlinet, over Månen bevægede planeterne sig i fuldkomne cirkelformede baner. Under Månen var det muligt at give årsagsforklaringer på de iagttagede bevægelser, over Månen måtte man nøjes med at udforme en bevægelseslære, en kinematik, der – som det ofte blev sagt – skulle “redde” fænomenerne, dvs. skulle vise, at planeternes tilsyneladende uregelmæssige bevægelser – ordet “planet” kommer af det græske ord for at vandre – kunne opløses i rene cirkelbevægelser. Det var imidlertid ikke lykkedes Descartes at sammensmelte den jordiske fysik med den himmelske kinematik. Det lykkedes først for Newton, som påviste, at det var den samme kraft, der fik et legeme nær jordoverfladen til at falde, som holdt Månen i dens bane, nemlig en almen massetiltrækningskraft. Newton kunne også påvise, at størrelsen af den kraft, hvormed to legemer tiltrak hinanden, er omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem og ligefrem proportional med produktet af deres masser, og at en kraft af denne karakter vil medføre, at et relativt let legeme bevæger sig omkring et relativt tungt legeme i en ellipseformet bane. Hermed var det lykkedes Newton at udlede korrigerede versioner af de tre keplerske love, idet han kunne vise, at lovene i de keplerske formuleringer kun gælder tilnærmelsesvist, idet planetbanerne ikke blot er bestemt af Solens tiltrækningskraft, men også af planeternes gensidige tiltrækning.
DESCARTES’ HVIRVELTEORI
Descartes havde omkring 1630 arbejdet på en stor afhanding, som skulle have den altomfattende titel Verdenen (Le Monde). Copernicus havde i sit dødsår fået udsendt et epokegørende værk, hvori han havde skrevet: “I Altets midte er Solens sæde. For hvem i dette det smukkeste af alle templer ville placere denne lysgiver på en anden eller bedre plads end på den, fra hvilken den på samme tid kan oplyse alt? […] Som siddende på en kongetrone styrer Solen således sit hof af stjerner, der kredser omkring den.” Dette såkaldte heliocentriske verdensbillede blev senere accepteret af Galilei, Kepler og Descartes. Og da Den Katolske Kirke i 1582 gennemførte en kalenderreform, blev Copernicus’ beregning af årets længde lagt til grund. Men i begyndelsen af det 17. århundrede ændrede situationen sig. Galilei havde lidt letsindigt hævdet, at når det i Det Gamle Testamente fx stod at læse, at Gud standsede Solens gang over himlen for at israelitterne kunne vinde sejr over fjenden (Josuabogen, 10,12-14), så var der kun tale om, at bogens forfatter – som ifølge tidens opfattelse måtte være guddommeligt inspireret – havde udtrykt sig på en for den jævne mand forståelig måde; Bibelen var ikke en lærebog i astronomi. Derfor kunne det copernikanske verdensbillede ikke affejes med en henvisning til diverse steder, hvoraf det synes at fremgå, at Solen bevæger sig rundt om Jorden. Men det var farligt at blande sig i teologiske anliggender på et tidspunkt, hvor Den Katolske Kirke mere end nogensinde oprustede imod de reformerte bevægelser. Med en udtalelse om, at Copernicus’ verdensbillede var absurd, fik Galilei svar på tiltale. Da han imidlertid fremturede, blev han i 1633 dømt til at afsværge heliocentrismen. Dommen over Galilei fik Descartes til at afbryde udarbejdelsen af sit værk – det var ikke ufarligt for en katolik at lægge sig ud med de kirkelige myndigheder – men han udarbejdede senere sin såkaldte hvirvelteori. Da det anstødelige i heliocentrismen synes at være Jordens bevægelse rundt om Solen, gjaldt det for Descartes om at udtænke et verdenssystem, hvor Jorden var i hvile. I sin Principia philosophiae (Filosofiens principper) fra 1644 hævdede han eksistensen af en himmelsk, subtil materie, der i hvirvler kredser omkring Solen. Som i en strøm fører disse hvirvler planeterne rundt, og omkring planeterne kredser delhvirvler, som igen fører disses drabanter rundt. Da Jorden som del af en materiestrøm ikke ændrer position i forhold til den omliggende materie, er den i (relativ) hvile. På denne måde lykkedes det Descartes både at hævde, at Jorden ikke bevæger sig, og at opretholde det heliocentriske verdenssystem.
I 2. bog af Principia gendrev Newton hvirvelteorien ved at vise, at den både er i strid med Keplers love for planetbevægelserne, og at det hvirvelsystem, som Descartes postulerede eksistensen af, ikke kan opretholde sig selv, hvilket dets ophavsmand havde antaget. Han kunne derfor konkludere, at “hvirvelhypotesen ikke kan forenes med astronomiske fænomener og tjener mere til at tilsløre de himmelske bevægelser end til at forklare dem.” Allerede i sine studenteroptegnelser fra 1660’erne havde Newton sat spørgsmålstegn ved teorien. Muligvis havde tilsynekomsten i 1664 af en komet, der i modsætning til planeterne bevægede sig fra øst til vest, været afgørende for hans holdning til hvirvelteorien. Kometens bevægelse syntes at vise, at den slet ikke var påvirket af de materiestrømme, som Descartes havde brugt til at forklare planetbevægelserne med.
METAFYSIK OG NATURVIDENSKAB
Skønt Galilei, Kepler, Descartes og Newton var del af en og samme naturvidenskabelige udvikling, var deres forhold til metafysisk tænkning yderst forskellig. Galilei fandt det fuldt tilstrækkeligt at opdage de regelmæssigheder i erfaringsverdenen, som kan tilskrives lovkarakter. For aristotelikerne var naturlove udsagn, i medfør af hvilke enhver instans af en bestemt art, fx hvert menneske, tilskrives en bestemt egenskab – fx at være et tænkende væsen. Sprogligt set er en aristotelisk naturlov således et udsagn, hvori der fastslås en konstant og uforanderlig tilskrivning af et prædikat til et subjekt. De galileiske naturlove har en anden karakter. De er relationsudsagn. Loven for det fri fald siger, at der består en konstant relation mellem to variable størrelser, nemlig faldtiden og faldvejen, idet faldvejen forøges proportionalt med kvadratet på faldtiden. Faldvejen i det andet sekund er 4 gange længere end i det første. Hvad der var årsag til det fri fald, interesserede ikke Galilei. Det er ikke muligt, mente han, at give en endelig forklaring på, hvorfor en genstand bevæger sig; opgaven er at beskrive, hvordan den bevæger sig. Den fysiske viden om de jordiske og de himmelske legemer angår kun den verden, som vi lærer at kende gennem vore sanser, og ikke, skriver Galilei, en papirverden, dvs. en spekulativt opstillet bagvedliggende virkelighed.
Ofte er Galileis anti-metafysiske udtalelser rettet mod Kepler. Universet er, mente Kepler, i sin inderste grund af matematisk natur, dvs. bag ved den mangfoldighed, som vi stifter bekendtskab med ved hjælp af vore sanser, ligger en matematisk struktur, som kan erkendes ved fornuftens hjælp. På samme måde, skrev Kepler, som øjet er beregnet til at sanse lys og øret til at registrere lyd, er menneskets fornuft fra skaberens hånd indrettet til at erkende kvantitative forhold. Matematikken, forstået som et studium af verdensaltets harmoniske og matematiske forhold, bygger bro mellem den menneskelige fornuft og den bagvedliggende matematiske virkelighed.
Det videnskabelige nybrud, som det 17. århundredes naturvidenskab indebar, var ikke primært vendt imod