Wpływ teorii Kopernika na rozwój nauki

Znakomity grecki astronom Ptolemeusz konstruując swój matematyczny system świata, przyjął, że Ziemia jest usytuowana w środku wszechświata. Według Ptolemeusza Słońce, Księżyc i planety krążyły więc wokół nieruchomej Ziemi. W owym czasie uważano również, że wszystko co znajduje się za Księżycem, tj. planety i rozgwieżdżony firmament są czymś doskonałym i niezmiennym, kierowanym przez anioły.Gdzieś za firmamentem miało znajdować się królestwo boże i sam Bóg. Teorię tę jako jedyną popierał kościół,zaś wszystkie inne uważał za szokujące i bezbożne. Przez setki lat system Ptolemeusza wydawał się niepodważalny. Jednakże w XVI w. odkrywcze podróże dostarczały dowodów na to, że świat jest inny niż u Ptolemeusza. Wraz z zachwianiem się autorytetu Kościoła, układ Ptolemeusza zaczął upadać. Pośmiertna publikacja w 1543r., dzieła Mikołaja Kopernika ("O obrotach sfer niebieskich") doprowadziła w końcu do ostatecznego upadku dotychczas przyjmowanego systemu. Kopernik pisał: "...całość opasana przez Księżyc obiega wraz ze środkiem Ziemi dookoła Słońca rocznym obrotem po wielkim kręgu między resztą planet". Udowadniał on więc, że Słońce stanowi nieruchome centrum, wokół którego krążą planety. Jedną z tych planet jest Ziemia, wykonująca rocznie jeden pełny obrót wokół Słońca, kręcąc się równocześnie wokół własnej osi. Kopernik uważał także, że Księżyc nie jest planetą, lecz satelitą obracającym się dookoła Ziemi.

Tak rozpoczęła się rewolucja kopernikańska, która miała potrwać niemal sto lat. Mikołaj Kopernik urodził się w lutym 1473 w Toruniu jako syn Mikołaja Kopernika - kupca i Barbary Watzrode, pochodzącej z bogatej i znanej rodziny. Mając zamożnych rodziców otrzymał wzorowe wykształcenie. Studiował m.in. grekę, matematykę, filozofię, astronomię, prawo, medycynę, fizykę i języki obce.W 1547 został mianowany kanonikiem. Pełniąc funkcję kanonika katedry we Fromborku miał doskonałe warunki by poświęcić się badaniom naukowym. Przez jakiś czas pracował jako lekarz, a w wolnym czasie zajmował się astronomią. W 1513 zbudował wieżę do obserwacji gwiazd. Bardzo niewiele wiemy o powstaniu i rozwoju koncepcji Kopernika, ale już w 1514 rozesłał on rękopis zawierający streszczenie jego poglądów na temat budowy kosmosu, a swoje wielkie dzieło ukończył w 1530r. Nie śpieszył się jednak z jego wydaniem, obawiając się reakcji kościoła. Ukazało się ono dopiero trzynaście lat później, w roku jego śmierci. Kopernik przekonująco i zdecydowanie podważył twierdzenie Ptolemeusza, że Ziemia jest nieruchoma. Jego dzieło nie było wolne od błędów np. błędnie założył, że planety muszą poruszać się po idealnie okrągłych torach. Jednak zaproponowana przez niego kolejność planet jest właściwa - Merkury najbliżej słońca, a Saturn najdalej. Uran Neptun i Pluton nie były jeszcze w tym czasie odkryte. (Dziś wiemy: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton ). "De revolutionibus" dotarło w końcu do rąk uczonych w całej Europie. Model heliocentryczny (helios - słońce) Kopernika poparli inni uczeni, np: Włoch Galileusz, który za pomocą teleskopu mógł potwierdzić słuszność teorii polskiego uczonego. Kopernik zmarł w maju 1543r. Jak głosi legenda, pierwszy egzemplarz swojej książki dostał na łożu śmierci. Miał wylew, nie mógł więc wprowadzić żadnych poprawek, ale zdołał jeszcze przed śmiercią zobaczyć swoje dzieło wydane drukiem. Pozostawił zaledwie kilka listów, a biografia, którą napisał jego przyjaciel, zaginęła. Do historii przeszedł jako geniusz kosmologii, który przyspieszył rewolucję naukową. Ponieważ zerwał z astronomią Ptolemeusza, mówimy o nim "wstrzymał Słońce, ruszył Ziemię"

Największy przełom w historii nauk fizycznych dokonywał się w XVI i XVII w. dzięki rozwinięciu w tym okresie skutecznej i niemal całkowicie dojrzałej metody naukowej. Proces rozwijania nowej, racjonalno-empirycznej metody badawczej rozpoczął Mikołaj Kopernik. Jego dzieło okazało się wielką, niezwykle ważną i płodną syntezą renesansowego empiryzmu ze średniowieczną metafizyką. Od humanistów odrodzenia przejął Kopernik emiryczną, dociekliwą i poszukującą, krytyczną postawę, która była wolna od wszelkiego mistycyzmu i walczyła otwarcie z więzami tradycji, wątpliwymi dogmatami i autorytetami. Od swoich filozujących poprzedników przejął racjonalny i ścisły, a przy tym śmiały teoretyczny sposób myślenia, umożliwiający głębsze poznanie i zrozumienie świata zamiast poprzestawania na jakościowym, czysto zmysłowym poznaniu i powierzchownym opisie obserwowanych zjawisk. Kopernikańska płodna synteza tych uprzednio rozdzielonych i przeciwstawnych lub źle wymieszanych nurtów, postaw i sposobów myślenia stanowiła narodziny nowożytnego przyrodoznawstwa.

Znajdujemy więc w dziele Kopernika niemal wszystkie podstawowe zasady dzisiejszej metody naukowej, bez tak częstych u jego poprzedników domieszek religijnych, magicznych, mistycznych itp. Kopernik wierzył w sposób oczywisty w realność świata i jego poznawalność za pomocą zmysłowych obserwacji i rozumowania. Jego metoda jest ścisła, oparta na pomiarach i matematyce. W przytaczanych argumentach fizycznych na rzecz układu heliocentrycznego korzystał w sposób widoczny z założenia jednolitości materii i powszechności praw fizyki. Unikał wszelkich irracjonalnych i idealistycznych interpretacji obserwowanych zjawisk. Kopernik był przekonany o wyższości swojej metody naukowej i krytykował dowolność i aprioryczność, jakościowy charakter i brak uzasadnienia założeń u wielu swych poprzedników. Był przekonany, że dobra teoria powinna być nie tylko ilościowo zgodna z doświadczeniem, ale powinna być również zgodna z „naturą rzeczy". Choć nie jest całkowicie jasne, jak rozumiał to wymaganie, to z jego własnych rozważań można sądzić, że dobra teoria powinna uwypuklać proste symetrie i prawa oraz powinna mieć jakieś głębsze, np. dynamiczne znaczenie. W sposób widoczny Kopernik szukał fizycznego uzasadnienia swojej heliocentrycznej teorii i aproponował sam ciekawą wielograwitacyjną hipotezę, która była pierwszym krokiem w kierunku prawa powszechnego ciążenia.

Zasługi Kopernika dla rozwoju fizyki polegają jednak nie tyle na wadze jego własnych odkryć i hipotez, co na wadze problemów fizycznych, jakie dzieło jego otworzyło dla następnych pokoleń astronomów i fizyków. W przeciwieństwie do zamkniętych od strony fizycznej systemów Eudoksosa-Arystotelesa oraz Ptolemeusza teoria Kopernika stanowiła system otwarty. Stała się więc przebogatym źródłem fundamentalnych i płodnych dla rozwoju fizyki pytań dotyczących: kinematycznych i dynamicznych praw i zasad mechaniki, fizycznej struktury układu planetarnego i Wszechświata oraz podstawowych zasad metody naukowej przyrodoznawstwa.

Kopernik, tak jak poprzednicy i jemu współcześni, dokonywał swych obserwacji astronomicznych nieuzbrojonym okiem. Nie istniały wówczas lunety ani teleskopy. Dokładniejszych pomiarów dokonał 40 lat po Koperniku Tycho Brahe, jednak i on nie korzystał z urządzeń optycznych. Brahe urodził się 14 grudnia 1546 r. w Knudstrup w Skanii (dzisiejsza Szwecja, wówczas przynależna do królestwa Danii). Studiował na wielu uniwersytetach, między innymi w Kopenhadze. W 1576 r. król duński Fryderyk II przyznał mu później fundusze na budowę obserwatorium Uraniborg na wyspie Hven. W 1572 r. Brahe był pierwszym astronomem, który zaobserwował nową gwiazdę (była to supernowa), która pojawiła się w gwiazdozbiorze Kasjopei, co nasunęło mu pomysł skatalogowania wszystkich widocznych na niebie gwiazd. Pracował nad tym przez 20 lat, jednak nowy duński władca, Christian IV, wycofał wsparcie finansowe dla prowadzonych przez Brahego badań. Astronom zdemontował instrumenty i przeniósł się do Pragi, gdzie został przyjęty z otwartymi rękoma przez cesarza habsburskiego Rudolga II. W styczniu 1600 r. dołączył do niego młody, niemiecki astronom, Jan Kepler. Brahe zmarł rok później, 24 października 1601r.
Jan Kepler urodził się 27 grudnia 1571 r. w miejscowości Weil w Wirtembergii. Tam usłyszał o teorii Kopernika. W 1594 r. objął stanowisko profesora matematyki w Grazu. W 1596 r. napisał swą pierwszą pracę astronomiczną. Jednocześnie, w wyniku prześladowań religijnych zmuszony był opuścić Graz. Udał się do Pragi, gdzie poznał Tycho Brahego. Po jego śmierci zajął się pracami Duńczyka. Zaczął je publikować w 1602 r. Zawierały one oryginalną, dość zaskakującą teorię Brahego na temat budowy Układu Słonecznego, zgodnie z którą w centrum znajdowała się Ziemia, dookoła niej krążył Księżyc oraz Słońce, oraz inne znane wówczas planety - Merkury, Wenus, Mars, Jowisz, Saturn - miały natomiast według duńskiego astronoma krążyć wokół Słońca. Przebywającemu w Pradze Keplerowi pomogły bardzo obserwacje Brahego. Szczególnie trudne do wyjaśnienia na gruncie teorii Kopernika były pewne nieregularności w ruchu Marsa. W 1609 r. Kepler ogłosił swoją iście rewolucyjną teorię, według której planety krążyły wokół Słońca nie po okręgach, jak głosiła doktryna Kopenika, lecz po elipsach.Zamierzeniem Keplera było ustalenie naturalnej charmoni między rozmiarami orbit różnych planet, tak jak w dawnej filozofii pitagorejskiej, pod której silnym wpływem się znajdowały. Mimo że założenie to było błędne, obserwacje Keplera stanowię podstawę współczesnej astronomii i były ostatecznym przełamaniem tradycji Arystotelesa, która ciążyła nad rozwojem nauki przez 2 tysiące lat. Kepler i Galileusz ostatecznie ustalili, w centrum Układu Słonecznego znajduje się Słońce.

Tak więc na samym progu ery nowożytnej astronomia, jako najbardziej ilościowa z ówczesnych nauk fizycznych, stała się dzięki Kopernikowi inspiratorką rozwoju całej fizyki. Dzieło Kopernika kontynuował świadomie Galileusz. Uznając i popierając system heliocentryczny Kopernika ugruntowany na początku XVII w. przez odkrycia Keplera - Galileusz skoncentrował swe wysiłki głównie na ziemskiej fizyce. Przeprowadził systematyczne i wnikliwe pomiary i obserwacje różnych zjawisk. On pierwszy zrozumiał, że wbrew pozorom siła wiąże się z przyspieszeniem, a nie z prędkością. Skonstruował szereg nowych detektorów (termoskop, luneta, waga hydrostatyczna). Odkrył prawo ruchu wahadła, księżyce Jowisza, fazy Wenus itp. Przede wszystkim jednak pogłębił metodę naukową w zakresie detekcji i pomiarów zjawisk oraz wprowadził szereg ważnych dla dalszego rozwoju dynamiki pojęć

W XVII w. zostały położone doświadczalne i teoretyczne podwaliny wielu działów fizyki. Zaczęto systematyczne badania gazów i cieczy oraz ciał sprężystych, zjawisk optycznych i falowych (W. Snell, R. Boyle, B. Pascal, Ch. Huygens, O. Romer, P. Deermat, Torricelli, Otto von Guericke i in.). Następcy Galileusza skonstruowali w XVII w. wiele nowych detektorów, np. baroskop do badania zmian ciśnienia, spektroskop pryzmatyczny do badania składu światła, zegary astronomiczne. Nowe, ilościowe metody fizyki, rozwijane przez Galileusza i jego następców, wymagały adekwatnych metod matematycznych. Niejako na zamówienie fizyki stworzył R. Descartes geometrię analityczną, a I. Newton i G.W. Leibniz - rachunek różniczkowy i całkowy Słynne dzieło I. Newtona Philosopfiiae naturalis principia mathematica (1687) zawiera już kompletną koncepcję nowożytnej fizyki jako nauki ścisłej, zarazem eksperymentalnej i teoretycznej, opartej na pomiarach i szerokim stosowaniu matematyki. W pracy tej Newton sprecyzował pojęcia przestrzeni, czasu, układu odniesienia, masy, siły, pędu itd. Podał też trzy podstawowe prawa dynamiki, zwane często ze względu na ich wagę zasadami mechaniki. Pierwsza zasada postuluje istnienie inercjalnych układów odniesienia; druga podaje równanie wiążące siłę z pochodną pędu; trzecia dotyczy pewnych ogólnych własności symetrii sił wzajemnego oddziaływania między ciałami fizycznymi. Newton odkrył również prawo powszechnego ciążenia jako uniwersalne prawo natury, dotyczące wszelkich ciał fizycznych. Korzystając z podanych przez siebie praw ruchu, wyrażonych w ścisłej matematycznej postaci, rozwiązał wiele konkretnych problemów właściwej fizyki oraz astronomii. Szczególnie ciekawe rezultaty dały prawa Newtona zastosowane do ruchu planet. Okazało się, że ruch punktu masowego w centralnym polu sił grawitacyjnych odwrotnie proporcjonalnych do kwadratu odległości odbywa się po krzywych stożkowych (koło, elipsa, parabola, hiperbola) w zależności od warunków początkowych. Newton nie tylko fizycznie uzasadnił system Kopernika i trzy prawa Keplera, ale podał jednolitą teorię ruchów ciał na Ziemi oraz planet, komet i innych ciał niebieskich. W ten sposób astronomia stała się po prostu częścią fizyki, a jednocześnie prawa ziemskiej mechaniki objęły co najmniej cały układ planetarny. Zasady jedności materii i powszechności praw fizyki znalazły w mechanice układu planetarnego swoje pierwsze ścisłe potwierdzenie

Newton przyczynił się również niezwykle do rozwóju optyki, nauki o cieple, mechaniki ośrodków ciągłych itd. Choć jego zasługi dotyczą głównie teorii, to jednak dokonał on także wielu odkryć eksperymentalnych (np. odkrycie dyspersji światła, rozszczepienia światła białego, dyfrakcji i interferencji w cienkich płytkach, odkrycie prawa stygnięcia ciał, praw lepkości).
Newton podał w jasnej i ścisłej postaci zasady nowoczesnej, empiryczno-racjonalnej metody

Newton podał w jasnej i ścisłej postaci zasady nowoczesnej, empiryczno-racjonalnej metody naukowej, która jest stosowana bez zasadniczych zmian do dziś. Dopiero wiek XX przyniósł pewne pogłębienie jego metody naukowej. W ciągu minionych prawie 300 lat metodę tę przejęły bez większych zmian inne nauki przyrodnicze i technika, a ostatnio adaptują ją również nauki społeczne i humanistyczne. Mechanika Newtona stanowiła przez niemal 200 lat wzór teorii fizycznej, źródło inspiracji dla filozofów i przedmiot powszechnego zainteresowania ludzi wykształconych. Następcy Newtana rozwijali przez cały XVIII w. mechanikę teoretyczną, stosując prawa Newtona do różnych typów sił i różnych układów, np. układów wielu punktów i ośrodków ciągłych (gazów, cieczy, ciał sprężystych). W związku z potrzebami doskonalonej mechaniki teoretycznej powstały w tym okresie nowe działy matematyki, np. teoria równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych, teoria równań całkowych, rachunek wariacyjny itp. Wielu spośród następców Newtona (np. L. Euler, J.L. Lagrange, J. d'Alembert, J.D. Bernoulli, P.S. Laplace, C.G.J. Jacobi, W.R. Hamilton) przyczyniło się tak jak on do rozwoju zarówno fizyki, jak i matematyki.

Tak naprawdę o wpływie teorii Kopernika na rozwój nauki można by było pisać bez końca. Dlaczego? Gdyż nauka jest wielkim ciągiem przyczynowo-skutkowym, w którym każdy element zależny jest od poprzedniego. Gdyby paręset lat temu Mikołaj Kopernik nie spojrzał w niebo, może po dziś dzień sądzilibyśmy, że Ziemia jest centrum wszechświata, a o lotach na Księżyc i w bardziej odległe miejsca nawet nie śmialibyśmy marzyć. Jednak mówiąc o roli Kopernika w rozwoju nauki, czy uogólniając, mówiąc o wpływie jakiegokolwiek uczonego na zbiór ludzkich doświadczeń, jakim jest wiedza, trudno nie zadać sobie pytania: a co by było gdyby ON czy Ona sie nie urodzili? Czy ktoś inny był by w stanie odkryć Rad, wynaleźć żarówkę? Może nie, a może tak? Nigdy nie poznamy na to pytanie odpowiedzi. Jedno Jest pewne:

KOPERNIK WIELKIM UCZONYM BYŁ