Vísindabyltingin

1. Vísindabyltingin Um 1500 – um 1700

2. Hin vélræna heimsskoðun • Á þeim 150 árum sem liðu frá því að Kópernikus kom fram með sólmiðjukenninguna og þar til Newton færði sönnur á þyngdarlögmálið urðu meiri umbrot í hugmyndafræðilegum efnum en nokkru sinni fyrr • Segja má að þar hafi verið lagður grundvöllur að nýrri heimsskoðun; svonefndri vélrænni heimsskoðun • Kjarni þessarar heimsskoðunar var sá að allar hreyfingar og breytingar í alheiminum lytu vélrænum lögmálum sem hægt væri að skilja Valdimar Stefánsson 2008

3. Johannes Kepler • Aldamótaárið 1600 fékk Tycho Brahe nýjan aðstoðarmann, ungan Þjóðverja, Johannes Kepler að nafni • Brahe lést ári síðar en Kepler komst yfir hin viðamiklu rannsóknargögn hans og tók að vinna frekar úr þeim • Kepler var einlægur sólmiðjusinni og afar fær stærðfræðingur og birti niðurstöður sínar í ritinu Nýja stjörnufræðin árið 1609 en þar komu fyrstu tvö lögmál hans fyrst fyrir almenningssjónir Valdimar Stefánsson 2008

4. Þrjú lögmál Keplers • Fyrsta lögmál Keplers kveður á um að brautir reikistjarnanna séu sporöskjulaga en ekki hringlaga eins og áður var talið • Annað lögmálið sannar að því nær sem reikistjarna er sólinni því hraðar ferðast hún • Þriðja lögmálið birtist síðan 1618 í ritinu Samhljómi hnattanna og hljóðar svo: Hlutfallið á milli umferðatíma tveggja reikistjarna í öðru veldi er jafnstórt hlutfallinu á milli meðalfjarlægða þeirra frá sólu í þriðja veldi Valdimar Stefánsson 2008

5. Arfleifð Keplers • Með lögmálum sínum kollvarpaði Kepler hugmyndunum um himinhvelin, jafnframt því sem aukabaugar og hjámiðjur Ptólemaiosar og Kópernikusar voru endanlega úr sögunni • Kepler hafði tekist að lýsa sólkerfinu út frá eðlisfræðilegum lögmálum og raunar líkast gangverki í klukku • Þar sem ekki var hægt að líta á sporbauginn sem náttúrulegt ferli (eins og hringhreyfinguna áður) varð nú að finna skýringu á hreyfingunni út frá krafti frá sólinni en nokkur bið varð á því Valdimar Stefánsson 2008

6. Galileo Galilei • Galileo Galilei var prófessor við háskólann í Padóva á Ítalíu frá 1592 til 1610 og á þeim árum vann hann sín stærstu afrek í eðlisfræði • Þrátt fyrir að hann hafi verið löngu orðinn þjóðþekktur fyrir rannsóknir sínar var það ekki fyrr en árið 1610 sem hann birti sitt fyrsta vísindarit, Sendiboði frá stjörnunum • Það rit vakti athygli langt út fyrir Ítalíu en í því birti hann niðurstöður af rannsóknum sínum af sólkerfinu í gegnum sjónauka sem þá var glæný uppgötvun Valdimar Stefánsson 2008

7. Tungl Júpíters • Stærstu tíðindin sem Galilei birti í riti sínu var uppgötvun hans á fjórum tunglum Júpíters en þetta var í fyrsta skipti sem sýnt var fram á að tungl snerust um aðra himinhnetti en Jörðina • Það var þungt högg fyrir fylgjendur jarðmiðjukenningar Ptólemaiosar en sú staðreynd að tungl snerist um Jörðina þótti góð sönnun fyrir jarðmiðjukenningunni • Þótt Galilei hafi ekki lýst yfir opinberum stuðningi við kenningu Kópernikusar í þessu riti var vitað að hann væri hallur undir þær Valdimar Stefánsson 2008

8. Fjórar heimsmyndir á 16. öld • Á fyrri hluta 16. aldar tókust fjórar ólíkar heimsmyndir á: • Heimsmynd Aristótelesar og Ptólemaiosar sem íhaldsamir fræðimenn fylgdu ennþá • Heimsmynd Tycho Brahe sem Jesúítar héldu fram og var í raun sú sem kirkjan fylgdi • Heimsmynd Kópernikusar sem Galileo Galilei fylgdi síðar einlæglega • Heimsmynd Keplers sem fáir tóku gilda framan af en síðar átti eftir að sanna gildi sitt Valdimar Stefánsson 2008

9. Heimsmynd Aristótelesar (um 350 f. Kr.) • Heimsmynd Aristótelesar með hvelum reikistjarna og yst hveli fastastjarnanna • Jörðin (J) er í miðju heimsins og hvelin snúast öll sammiðja um hana Valdimar Stefánsson 2008

10. Heimsmynd Ptólemaiosar(um 150 e. Kr.) • Heimsmynd Ptólemaiosar með Jörðina nálægt miðju heimsins (M) sem er hámiðjan • Sól og reikistjörnur eru hver með sína aukabauga Valdimar Stefánsson 2008

11. Heimsmynd Kópernikusar(um 1450) • Heimsmynd Kópernikusar með sólinni í miðju heimsins • Hjámiðjan M táknar miðju hringferils Jarðar • Hvel reikistjarna og fastastjarna Ptólemaiosar halda sér Valdimar Stefánsson 2008

12. Heimsmynd Tychos Brahes(um 1580) • Heimsmynd Tychos Brahes með Jörð í miðjunni en hinar reikistjörnurnar á brautu um sólu • Þessi heimsmynd er í raun mitt á milli heimsmynda Ptólemaiosar og Kópernikusar Valdimar Stefánsson 2008

13. Vandræði Galileis hefjast • Árið 1613 lýsti Galilei sig fylgjandi heimsmynd Kópernikusar og í kjölfarið hófst hatrömm deila á milli Galileis og hinna íhaldsömu jarðmiðjusinna • Næstu árin tókst hinum íhaldsömu fræðimönnum að tengja deilur sínar við Galilei við trúfræðileg efni og árið 1616 var bók Kópernikusar sett á bannlista kirkjunnar en „endurbætt“ útgáfa hennar gefin út skömmu síðar • Þar með var Galilei kominn í andstöðu við kaþólsku kirkjuna og átti sú andstaða eftir að aukast næstu árin Valdimar Stefánsson 2008

14. Vandræði Galileis aukast • Árið 1618 sáust þrjár halastjörnur á himni í einu og hélt þá einn stjörnufræðinga jesúíta fyrirlestra um halastjörnur og gaf síðan út • Þar hélt hann því fram, samkvæmt kenningum Brahes, að þær hefðu reglulegar farbrautir eins og reikistjörnur • Galileo Galilei snerist öndverður gegn þessu og fullyrti að halastjörnur væru einber sjónhverfing því samkvæmt kenningu Kópernikusar var ekki hægt að finna þeim stað • Næstu árin mögnuðust síðan deilurnar Valdimar Stefánsson 2008

15. Galilei fyrir rétt kirkjunnar • Árið 1630 gaf síðan Galilei út ritið Samræður um tvö helstu heimskerfin, kerfi Ptólemaiosar og Kópernikusar sem eins og nafnið gefur til kynna átti að vera hlutlaus skýring á kerfunum tveimur • Í raun tók Galilei eindregna afstöðu með Kópernikusi og þrátt fyrir að ritið væri gefið út með leyfi páfans bannaði ritskoðun rannsóknarréttarins það • Galilei var síðan dregin fyrir rétt kirkjunnar þar sem hann neyddist til að afneita Kópernikusi og var að auki dæmdur í stofufangelsi æfilangt Valdimar Stefánsson 2008

16. Hin vísindalega aðferð Galileis • Síðustu æviárin nýtti Galilei síðan í rannsóknir á sviði eðlisfræðinnar og gaf út grundvallarrit sitt, Orðræða um tvenn ný vísindi (þ. e. aflfræði og stöðufræði) árið 1638 • Þar leggur hann fram hina vísindalegu aðferð sína sem byggir fyrst og fremst á stærðfræðilegum ályktunum eða afleiðslu en þar gefur hann sér ákveðna tilgátu sem hann síðan tekur til gagnrýni • Sú gagnrýni getur komið fram í kröfu um stærðfræðilega rökfestu eða mælingum Valdimar Stefánsson 2008

17. Uppgötvanir Galileis • Galilei hafnaði aflfræði Aristótelesar sem taldi t. d. að þungir hlutir féllu hraðar til jarðar en léttir hlutir, enda taldi Galilei sig hafa afsannað það með tilraunum • Í framhaldi af því ályktaði hann að í lofttæmi myndu allir hlutir falla með sama hraða • Galileo Galilei uppgötvaði einnig tregðulögmálið sem gekk gegn aflfræði Aristótelesar sem mætti orða sem svo: Engin kraftur, engin hreyfing • Tregðulögmálið má þá orða svo: Engin kraftur, engin breyting á hreyfingu Valdimar Stefánsson 2008

18. Leitin að allsherjarlögmálinu • Fram yfir miðja 17. öld komu ýmsar hugmyndir fram til þess að skýra gang himintungla • Giordino Brúnó hafði haldið því fram að himinhnettirnir svifu um í tómarúmi og Tycho Brahe efaðist um tilvist hvelanna • Franski heimspekingurinn og stærðfræðingurinn René Descartes kom fram með hugmyndina um eter (ljósvaka), ósýnilegt efni sem fyllti alheiminn og Hollendingurinn Huygens tók þá kenningu upp • Engin þessara hugmynda reyndist þó fullnægjandi enda ekki studdar sönnunum Valdimar Stefánsson 2008

19. Leitin að allsherjarlögmálinu • Enski læknirinn og stærðfræðingurinn William Gilbert kom fram með kenningu á seinni hluta 16. aldar, um að þyngd fæli í sér kraft sem drægi hluti hvern að öðrum • Þessi kenning átti þó örðugt uppdráttar enda í andstöðu við aflfræði Aristótelesar sem segir að án snertingar geti kraftur ekki borist á milli hluta • Það þurfti nauðsynlega afburða stærðfræðing til þess að geta lýst kröftum á stærðfræðilegan hátt og þannig útskýrt gangverk alheimsins • Þessi stærðfræðingur hét Isaac Newton Valdimar Stefánsson 2008

20. Isaac Newton • Isaac Newton (1642 – 1727) er tvímælalaust einn fremsti vísindamaður allra tíma • Höfuðrit hans Grundvallaratriði náttúruspekinnar (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), sem kom út árið 1687, er eitt áhrifamesta vísindarit sem samið hefur verið og með því öðluðust menn loks skilning á grundvallarlögmálum efnisheimsins • Afrek Newtons var ekki síst fólgið í því að draga saman lögmál ýmissa fræðimanna (Galileo, Descartes, Kepler) og sanna stærðfræðilega Valdimar Stefánsson 2008

21. Þyngdarlögmálið • Í Principiu sannar Newton hreyfilögmálin þrjú sem við hann eru kennd og kemur einnig fram með þyngdarlögmálið sem stærðfræðijöfnu (Gm1m2/r2) • Principia ein hefði dugað til að festa nafn Newtons í sessi sem eins fremsta vísindamanns allra tíma en hann lét ekki þar við sitja • Uppgötvanir hans á sviði örsmæðarreiknings (sem hann lagði grunninn að) og ljósfræðinnar (litróf sólarljóssins) skipaði honum einnig í fremstu röð stærð- og eðlisfræðinga síðari alda Valdimar Stefánsson 2008