ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ, του Νίκου Γέραλη

Aναδρομή της φυσικής επιστήμης: Κοπέρνικος, Γαλιλαίος και Νεύτωνας Κοπέρνικος

Ο Νικόλαος Κοπέρνικος (1473 – 1543) γεννήθηκε και πέθανε στην Πολωνία, όμως σπούδασε Νομική και Ιατρική στην Ιταλία. Όταν ο θείος του έγινε επίσκοπος του Φράουενμπουργκ, ο Κοπέρνικος προσελήφθη στον καθεδρικό ναό και εξασφάλισε με αυτό τον τρόπο ένα σταθερό εισόδημα και έτσι επέστρεψε στην Ιταλία για να συνεχίσει το πάθος του: τη μελέτη του ουρανού. Έχτισε έναν πύργο χωρίς οροφή όπου μπορούσε να χρησιμοποιήσει τα αστρονομικά όργανά του. Τα συγκεκριμένα όργανα απλώς του επέτρεπαν να μετρήσει τις γωνίες μεταξύ διάφορων ουράνιων αντικειμένων και ορίζοντα, καθώς και τις φάσεις της Σελήνης. Έδειξε επίσης μεγάλο ενδιαφέρον για τις εκλείψεις. Το ηλιοκεντρικό σύστημα Δεν γνωρίζουμε πότε ακριβώς ο Κοπέρνικος έκρινε ότι το μοντέλο του για τον ουρανό και το ηλιακό σύστημα, εξηγούσε καλύτερα τις παρατηρήσεις που οι άνθρωποι έκαναν για χιλιάδες χρόνια. Γνωρίζουμε όμως ότι το 1514 έγραψε ένα σύντομο κείμενο που έδειξε σε λιγοστούς έμπιστους φίλους. Δεν τόλμησε όμως να το δημοσιεύσει. Σε αυτό δήλωνε αρκετά ξεκάθαρα ότι «το κέντρο της Γης δεν είναι το κέντρο του Σύμπαντος» και ότι «περιφερόμαστε γύρω από τον Ήλιο όπως κάθε άλλος πλανήτης». Επρόκειτο για αρκετά κατηγορηματικά συμπεράσματα και κατά τη διάρκεια των επόμενων τριών δεκαετιών, ο Κοπέρνικος εργάστηκε σιωπηρά πάνω στη θεωρία του σύμφωνα με την οποία ο Ήλιος και όχι η Γη, είναι το κέντρο του Σύμπαντος. Παρότι αφιέρωσε πολλές ώρες στην παρατήρηση του ουρανού, οι εξαιρετικές του ικανότητες ξεδιπλώθηκαν όταν μελέτησε τις παρατηρήσεις των άλλων αστρονόμων και τον τρόπο με τον οποίο θα εξομαλύνονταν οι δυσκολίες εάν τοποθετούσε τον Ήλιο στο κέντρο και υπέθετε ότι οι πλανήτες περιφέρονταν γύρω από αυτόν. Το μοντέλο του Κοπέρνικου είχε μία ακόμη πολύ σημαντική συνέπεια: συνεπαγόταν ότι τα άστρα βρίσκονταν πολύ πιο μακριά από τη Γη απ’ ότι είχαν υποθέσει ο Αριστοτέλης και άλλοι προγενέστεροι στοχαστές. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι ο χρόνος είναι άπειρος και ο χώρος σταθερός και καθορισμένος. Η Εκκλησία δίδασκε ότι ο χρόνος ήταν καθορισμένος, όπως και ο χώρος, με εξαίρεση τον Παράδεισο. Ο Κοπέρνικος αποδεχόταν τις ιδέες της Εκκλησίας για τον χρόνο και τη δημιουργία, αλλά σύμφωνα με τις μετρήσεις του, η Γη βρισκόταν πολύ πιο κοντά στον Ήλιο απ’ ότι ο Ήλιος στους άλλους αστέρες. Υπολόγισε επίσης κατά προσέγγιση τις αποστάσεις του Ήλιου από τους πλανήτες και της Σελήνης από τη Γη. Τελικά το Σύμπαν ήταν πολύ μεγαλύτερο απ’ ό,τι πίστευαν οι άνθρωποι.

Ο πρόλογος που έσωσε τον Κοπέρνικο Ο Κοπέρνικος γνώριζε ότι η έρευνά του θα σόκαρε τους ανθρώπους, αλλά μεγαλώνοντας αποφάσισε ότι έπρεπε τελικά να δημοσιεύσει τις ιδέες του. Το 1542 ολοκλήρωσε το σπουδαίο βιβλίο του «Περί της περιστροφής των ουρανίων σφαιρών». Ήταν όμως πλέον ένας άρρωστος, γερασμένος άντρας. Έτσι εμπιστεύθηκε την εκτύπωσή του στον φίλο του και επίσης ιερέα Ρέτικους, ο οποίος γνώριζε τις ιδέες του. Ο Ρέτικους ξεκίνησε τις διαδικασίες, αλλά στη συνέχεια χρειάστηκε να αναλάβει ένα πανεπιστημιακό πόστο στη Γερμανία, έτσι εμπιστεύθηκε με τη σειρά του την εκτύπωση σε έναν άλλο ιερέα, τον Αντρέας Οσιάντερ. Ο Οσιάντερ έβρισκε τις ιδέες του Κοπέρνικου επικίνδυνες, γι’ αυτό πρόσθεσε τη δική του εισαγωγή σε αυτό το σπουδαίο βιβλίο, το οποίο τελικά εκτυπώθηκε το 1543. Εκεί ανέφερε πως, στην πραγματικότητα, οι ιδέες του Κοπέρνικου δεν ήταν αληθείς, αλλά απλώς ένας τρόπος να επιλυθούν ορισμένες από τις δυσκολίες που οι αστρονόμοι συναντούσαν εδώ και καιρό κατά τη μελέτη του γεωκεντρικού μοντέλου του Σύμπαντος. Ο Οσιάντερ έγραψε τον πρόλογο, αλλά ουσιαστικά παρουσίασε ως συγγραφέα του τον Κοπέρνικο. Εφόσον δεν έφερε την υπογραφή κανενός, οι αναγνώστες θα θεώρησαν φυσικά ότι είχε γραφτεί από τον συγγραφέα. Τότε ο Κοπέρνικος πλησίαζε προς τον θάνατό του, άρα δεν μπορούσε να κάνει τίποτε για να διορθώσει την εσφαλμένη εντύπωση που ο συγκεκριμένος πρόλογος είχε δημιουργήσει. Κατά συνέπεια, για σχεδόν εκατό χρόνια, οι αναγνώστες αυτού του υπέροχου βιβλίου υπέθεταν ότι ο Κοπέρνικος απλώς πειραματιζόταν με διάφορους τρόπους εξηγήσεις των παρατηρήσεών του, χωρίς πραγματικά να ισχυρίζεται ότι η γη περιφερόταν γύρω παό τον Ήλιο. Εξαιτίας αυτού του προλόγου, οι περισσότεροι αγνόησαν το επαναστατικό μήνυμα του βιβλίου του Κοπέρνικου. Βέβαια, ο πρόλογος έσωσε τον Κοπέρνικο από την Καθολική Εκκλησία. Αν και η θεωρία ήταν ανατρεπτική, ο Κοπέρνικος δεν διώχθηκε, επειδή φάνηκε να αποδέχεται πλήρως τον ρόλο του Θεού και της εκκλησίας στη δημιουργία του κόσμου. Αντιθέτως, ο Γαλιλαίος την παρουσίασε ως τη μοναδική αλήθεια και τιμωρήθηκε σκληρά από τον Πάπα, που τον υποχρέωσε σε κατ” οίκον φυλάκιση μέχρι τον θάνατό του....

Κέπλερ

Ο γερμανός μαθηματικός, αστρονόμος και αστρολόγος Γιόχαν Κέπλερ γεννήθηκε το Δεκέμβρη του 1571. Από πολύ μικρή ηλικία έδειξε μεγάλο ενδιαφέρον για τα ουράνια φαινόμενα και την παρατήρησή τους. Σπούδασε μαθηματικά στο πανεπιστήμιο του Τίμπινγκεν και μετά την αποφοίτησή του το 1591 παρακολούθησε μαθήματα θεολογίας. Πριν δώσει, όμως, τις τελικές εξετάσεις, του προτάθηκε να διδάξει μαθηματικά στο Γκρατς της Αυστρίας, θέση την οποία και αποδέχτηκε. Το 1596 ο Κέπλερ δημοσίευσε το πρώτο κοσμολογικό βιβλίο του υπό τον τίτλο «Mysterium Cosmographicum», με το οποίο θεμελίωσε την υπόθεση του Κοπέρνικου για το ηλιοκεντρικό πλανητικό σύστημα. Με τους τρεις νόμους που πήραν αργότερα το όνομά του και δημοσιεύτηκαν το 1609 στο βιβλίο «Astronomia nova» και το 1619 στο βιβλίο«Harmonia mundi» εισήγαγε την Ουράνια Μηχανική, δηλαδή την επιστήμη που περιγράφει τους νόμους κινήσεως των πλανητών γύρω από τον ήλιο.Αλλά και στην Οπτική, ο Κέπλερ προσέφερε σημαντικά, διατυπώνοντας θεωρίες για τους οπτικούς φακούς και το τηλεσκόπιο με δύο κυρτούς φακούς. Ο Κέπλερ έζησε σε μια περίοδο όπου δεν υπήρχε ένας σαφής διαχωρισμός μεταξύ της αστρονομίας και της αστρολογίας αλλά υπήρχε ένας μεγάλος διαχωρισμός μεταξύ της αστρονομίας (ένας κλάδος των μαθηματικών εντός των ελευθέρων τεχνών) και της φυσικής (ένας κλάδος της φυσικής φιλοσοφίας). Ο Κέπλερ ενσωμάτωσε θρησκευτικά και συλλογιστικά επιχειρήματα στο έργο του, υποκινούμενος από την θρησκευτική πεποίθηση και πίστη ότι ο Θεός δημιούργησε τον κόσμο σύμφωνα με ένα κατανοητό σχέδιο που είναι προσβάσιμο μέσω της λογικής. Ο Κέπλερ περιγράφει τη νέα αστρονομία του ως «ουράνια φυσική», μετατρέποντας την αρχαία παράδοση της κοσμολογίας με το να χειρίζεται την αστρονομία ως μέρος της καθολικής μαθηματικής φυσικής.

Οι τρεις νόμοι του Κέπλερ Οι νόμοι που διατύπωσε ο Κέπλερ για τα ουράνια σώματα είναι οι εξής:

1.Οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από το κεντρικό άστρο(ήλιος) και διαγράφουν κατά την περιστροφή τους ελλείψεις. Στην μία από τις δύο εστίες της έλλειψης βρίσκεται ο ήλιος

2. Η νοερή ευθεία που συνδέει το κέντρο του κάθε πλανήτη με το κέντρο του Ήλιου διαγράφει εμβαδά ανάλογα με το χρόνο. Αν διαγράφει συγκεκρίμενο εμβαδόν σε δεδομένο χρονικό διάστημα, σε διπλάσιο χρόνο διαγράφει το διπλάσιο εμβαδόν.

3. Τα τετράγωνα των χρόνων περιφοράς των πλανητών γύρω από τον Ήλιο έχουν μεταξύ τους την ίδια σχέση που έχουν οι κύβοι των αποστάσεων.

Ο Κέπλερ πέθανε στο Ρέγκενσμπουργκ, 15 Νοεμβρίου 1630, γέρος και τον έθαψαν μπροστά στις πύλες της πόλης και το μνήμα του έχει το επίγραμμα που συνέταξε ο ίδιος: "Ζώντας μετρούσα τα ουράνια, τώρα τα έρημα σκοτάδια· το πνεύμα ήταν ουράνιο, το σώμα σκιάζει την γη."

Νεύτων Ο Σερ Ισαάκ Νιούτον (Νεύτων , 1643-1727) ήταν Άγγλος φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος, φιλόσοφος, αλχημιστής και θεολόγος. Ο Νεύτων θεωρείται πατέρας της Κλασικής Φυσικής, καθώς ξεκινώντας από τις παρατηρήσεις του Γαλιλαίου, αλλά και τους νόμους του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών διατύπωσε τους τρεις μνημειώδεις νόμους της κίνησης και τον περισπούδαστο «νόμο της βαρύτητας» (που ο θρύλος αναφέρει πως αναζήτησε μετά από πτώση μήλου από μια μηλιά). Με την θεωρία της παγκόσμιας έλξης, ο Νεύτων αντιμετώπισε θεμελιώδη ερωτήματα που απασχολούσαν τη φυσική για καιρό και πρόσφερε μία σαφή και γόνιμη κοσμολογική αντίληψη, που γρήγορα υπερίσχυσε της αντίστοιχης καρτεσιανής. Ακόμη, συνεισέφερε με ουσιαστικό τρόπο στην οπτική και συγκεκριμένα στη θεωρία χρωμάτων, όπου απέδειξε πειραματικά ότι το ηλιακό φως αποτελείται από επιμέρους χρώματα παρέχοντας την πιο σαφή θεωρία του 17ου αιώνα στον κλάδο αυτό. Με την επινόηση του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού εισήγαγε στα μαθηματικά ένα εργαλείο έτοιμο να δώσει άμεσες λύσεις σε πολλά μαθηματικά και φυσικά προβλήματα. Τις περισσότερες φορές χάρη σε απειροστικές μεθόδους, ο Νεύτων εργάστηκε αποτελεσματικά επάνω σε προβλήματα που σήμερα φιλοξενούνται σε διακεκριμένα πεδία των μαθηματικών. Ασχολήθηκε ακόμη με την γεωμετρία, κλασική και αναλυτική, τη θεωρία αριθμών και την άλγεβρα. Η ζωή του θα μπορούσε να είναι το θέμα μιας νουβέλας. Μια ιστορία με μια τραγική αρχή και ένα δοξασμένο τέλος. Ένα μελαγχολικό αγόρι που μισεί του γονείς του, υιοθετεί έναν μοναχικό τρόπο ζωής, προτιμά τη μυστικότητα από τη δημοσίευση και τελικά γίνεται ένας από τους πιο διάσημους επιστήμονες που γνώρισε ποτέ ο πλανήτης. Αν η νουβέλα αυτή γραφόταν, ο Ισαάκ Νεύτων θα είχε τον πρωταγωνιστικό ρόλο. Γεννήθηκε στην Αγγλία το 1643 σε μια φτωχή αγροτική οικογένεια. Ευτυχώς, ο Νεύτωνας δεν ήταν καλός αγρότης και τον έστειλαν στο Κέιμπριτζ να σπουδάσει για να γίνει ιεροκήρυκας. Άρχισε να σπουδάζει νομικά και στα δύο πρώτα χρόνια γνώρισε τη φιλοσοφία του Αριστοτέλη. Επίσης διάβασε τις εργασίες του Κοπέρνικου και του Γαλιλαίου για την Αστρονομία, καθώς και τις θεωρίες του Κέπλερ για το φως. Ως έφηβος ο Νεύτων απείλησε ότι θα κάψει το σπίτι του μαζί με τους γονείς του, αλλά ως ενήλικος τιμήθηκε για τις εργασίες του στα Μαθηματικά και για τις έρευνες του γύρω από το φως και την παγκόσμια δύναμη που σήμερα ονομάζουμε βαρύτητα.

Όπως πολλοί άλλοι πριν και μετά από αυτόν, έψαχνε με πάθος να ανακαλύψει την αλήθεια και για τον σκοπό αυτόν χρησιμοποίησε κάθε πηγή γνώσης και φαντασίας που είχε στη διάθεση του. Μελέτησε τη Βίβλο για να βρει ιδέες, έσκυψε πάνω από τις εργασίες των αρχαίων Ελλήνων, ένωσε τις δυνάμεις του με τους αλχημιστές και διάβασε όλες τις δημοσιεύσεις στον επιστημονικό τύπο. Σχεδόν εγκαταλελειμμένος, δεν υπήρξε εύκολο παιδί και είχε λίγη βοήθεια. Οι καθηγητές στο σχολείο τον χαρακτήριζαν ως «αδιάφορο» και «απρόσεκτο». Έζησε μια πολύ μοναχική και μυστική ζωή, φοβόταν πολύ την κριτική και υπέστη τουλάχιστον δύο νευρικούς κλονισμούς. Παρόλο που δεν υπήρξε καλός μαθητής γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι ως ενήλικας υπήρξε ένας κορυφαίος επιστήμονας και ταυτόχρονα ένας ελάχιστα συμπαθητικός άνθρωπος. Κατ’ αρχάς, δεν είχε κανένα σεβασμό για την επιστημονική ηθική. Δεν δίστασε να καταληστέψει το έργο συγχρόνων του, όπως του Hooke, του Flamsteed και του Halley. Κρυψίνους, εγωιστής, εσωστρεφής, φιλόδοξος, φυγόμαχος, κακόγνωμος δεν αρεσκόταν παρά μόνο στη σφοδρή και υπεροπτική, συχνά ύπουλη, πολεμική. Δημοσίευε ελάχιστα και με τεράστια καθυστέρηση. Με λίγα λόγια, σε προσωπικό επίπεδο ο Νεύτων ήταν ό,τι ακριβώς δεν πρέπει να είναι ένας επιστήμονας. Στην επιστήμη ως γνωστόν τιμούμε τις ιδιοφυίες και τους νεωτεριστές, κι αυτό είναι δίκαιο, γιατί συχνά παίζουν αποφασιστικό ρόλο -καμιά φορά είναι αναντικατάστατοι. Συχνά όμως συμβαίνει μια ιδέα να πλανάται στον αέρα, μέχρι κάποια στιγμή να ωριμάσει. Τότε, το ταλέντο συνίσταται στο να μπορεί κάποιος να την αδράξει πριν από τους άλλους. Αυτό συνέβη με το Νεύτωνα. Συνέλαβε πολλές ιδέες οι οποίες πλανιόνταν στον αέρα από παλιά. Μελετούσε εξαντλητικά τις ιδέες αυτές, τις καλλιεργούσε και τις παρουσίαζε μετά σαν δικές του.