2012. augusztus: A két nagy világrendszer | MCSE

2012. augusztus: A két nagy világrendszer

Az emberek már évszázadok óta az eget vizsgálták különböző jelenségek után kutatva. Minden nap megfigyelték, hogy a Nap átvonul az égen, és a csillagok is pontosan ugyanilyen mozgást végeznek. Azonban voltak más „megfigyelések” is: a talaj nem mozdult ki a megfigyelők lábai alól, következésképpen a Föld nem keringhet semmilyen égitest körül. Éppen ezért olyan világképet dolgoztak ki a kor csillagászai, amiben a statikus Földet helyezték az Univerzum középpontjába. De közben színre léptek más tudósok is, akik szerint ez nem így van. Arisztarkhosz volt az egyik első, aki felállított egy hipotézist, mely szerint a Föld nem lehet az Univerzum középpontja. Helyette inkább a sokkal nagyobb méretű Napot helyezte a középpontba, ami körül kering minden megfigyelhető objektum a Naprendszerben (a Nap méretét és távolságát Eratoszthenész méréseinek köszönhetően már meg tudták becsülni). Természetesen körpályán. 

De a heliocentrikus modell egyre több hiányosságát fedezték fel a kor csillagászai. A heliocentrikus világfelfogással szemben a legnagyobb gondot az jelentette, hogy nevetségesnek tűnt: mindenki számára egyértelmű volt, hogy láthatóan a Nap járja körbe a Földet, nem pedig fordítva. Egy másik ellenérv szerint Arisztarkhosz rendszere nem felelt meg néhány kritériumnak: ha a Föld mozogna, akkor folyamatosan szembe fújó szelet kellene érzékelnünk, és valaminek ki kéne húzni a talajt a lábunk alól. (A valóságban persze a talaj és a levegő együtt mozog a Földdel.) Emellett a görögök gravitációról alkotott képe nem egyezett ezzel a rendszerrel; elméletük szerint minden az Univerzum középpontja felé esik. De a megfigyelések szerint a tárgyak lefelé esnek. Következésképp, a Föld az Univerzum középpontja (ellenkező esetben, ha a Föld nem a világ közepén lenne, akkor a tárgyak fölrepülnének). Egy harmadik ok, amiért a geocentrikus rendszert támogatták, az, hogy a csillagok látszólagos helyzetében semmiféle változást nem sikerült kimutatni. Ha a Föld kering a Nap körül, keringése során a földpálya egyik végéből a másikba eljutva 300 millió kilométerrel kerül arrébb. Ekkora elmozdulás esetén a csillagok látszólagos helyzetének meg kellett volna változnia. Azonban a görögöknek még nem voltak olyan műszerei, amivel ki tudták volna mutatni ezt a parányi változást. 

 

Klaudiosz Ptolemaiosz 

Ezek az indokok vezették a filozófusokat arra a megállapításra, hogy a Földnek KELL az Univerzum középpontjában elhelyezkednie. De három legkülső bolygónak (Mars, Jupiter, Szaturnusz) a mozgása felkeltette a csillagászok érdeklődését, mivel időnként úgy tűnt, mintha visszafelé mozognának. Ma már tudjuk, hogy a bolygók egy irányban keringenek a Nap körül, de azért látjuk úgy, mintha szabálytalanul mozognának, mert a mozgó Földről figyeljük meg őket. Csakhogy akkor úgy gondolták, hogy ezek az égitestek hurok alakú pályán mozognak. De Platón szerint a legszebb és legtökéletesebb alakzat a kör, tehát a bolygóknak is kör alakú pályán kell mozogniuk. Ebből a feltevésből a Kr. e. 2. században Ptolemaiosz felállított egy hipotézist, melyben a bolygók körpályán keringenek, illetve meg tudja magyarázni, hogy miért „fordulnak vissza” a bolygók keringésük során. 

A Mars bolygó retrográd mozgása (Tunc Tezel)

Ptolemaiosz egy Föld-középpontú körből indult ki (ez a deferens), aminek egyik pontjához egy rúd van erősítve, ami körbe tud fordulni körülötte. A kérdéses bolygó ennek a rúdnak a mozgó karjához van rögzítve. Ha a deferens mozdulatlan, és a rúd forog tengelypontja körül, akkor a bolygó egy kisebb sugarú körpályán mozog (ez az epiciklus). Ha megengedjük, hogy a kar akkor is mozogjon, miközben a rúd rója a köröket a Föld körül, akkor a két mozgás összességéből megkapjuk a bolygók „hurok” alakú pályáját. 

Ezen az animáción jól lehet látni, hogyan működik Ptolemaiosz rendszere 

Ez a leegyszerűsített vázlat a valóságban sokkal bonyolultabb volt. Ptolemaiosz három dimenzióban építette fel a modellt, másrész – hogy minél pontosabb eredményt kapjon – nagyon pontosan össze kellett hangolni a deferens- és epicikluskörök méretét. Hogy még pontosabb legyen a modell, a deferenskör középpontját egy úgynevezett excentrikus pontba tolta ki, majd az ekváns segítségével tovább pontosította a bolygók sebességét. A végeredmény: körökbe illesztett körökön keringő körök, deferensekre illesztett epiciklusok, melyeket olyan ekvánsokhoz rögzítettek, amelyek excentrikusokkal állnak kapcsolatban.  

A geocentrikus modell 1550-es ábrázolása a Tractatus de Sphaera című könyvben (a kép ide kattintva nagyítható) 

Noha ez egy végtelenül bonyolult rendszerré állt össze, mégis ki tudta elégíteni a legfőbb követelményeket: a Föld az Univerzum középpontja, a bolygók körpályákon keringenek. Ám az a furcsa helyzet állt elő, hogy az alapvetően hibás elmélet sokkal pontosabb eredményeket adott Arisztarkhosz modelljével szemben. Nem meglepő tehát, hogy ezt a modellt vélték helyesnek körülbelül ezerötszáz éven keresztül, amíg egy Torunban született lengyel meg nem kérdőjelezte a modell helyességét. 

Kopernikusz a lengyelországi Toruńban született 1473-ban. Itáliai egyetemeken jogot, orvosi tudományokat tanult. Már ifjúkora óta érdekelte a csillagászat, amióta megvette az Alfonz-táblázatok egy példányát. Megfigyelései során egyre jobban lenyűgözte őt a bolygók mozgása, majd ezeknek az értelmezéséből két publikációt írt összesen: az egyik a Commentariolus (Kommentár, 1514), a másik a De revolutionibus orbium coelestium (Az égi pályák körforgásáról, 1543). A Kommentárban hét axióma áll a középpontban: (i) az égitesteknek nincsen közös pontjuk, (ii) a Föld középpontja nem középpontja a világmindenségnek, (iii) a világmindenség középpontja valahol a Napnál van, (iv) a Föld-Nap-távolság elhanyagolhatóan kicsi a csillagok tőlünk való távolságához képest, (v) a csillagok látszólagos napi mozgásának az oka a Föld saját tengelye körüli forgása, (vi) a Napnak az év során megfigyelhető elmozdulása annak a következménye, hogy a Föld a Nap körül kering, (vii) a bolygók hátráló mozgása annak a következménye, hogy a megfigyelő a mozgó Földön helyezkedik el. 

 

Nikolausz Kopernikusz

Művét azonban nagyon kevesen olvasták, hiszen nem nyomtatták ki, csak kéziratos formában terjedt. Kopernikusz tovább folytatta megfigyeléseit, hogy alaposabban kidolgozza elméletét. Miközben a művön dolgozott, félelem töltötte el, hiszen az egyház nem tűrte az eltérő véleményt. Végül 1543-ra elkészült a De revolutionibus orbium coelestium. A több száz oldalas művet azonban nem azzal az előszóval nyomtatták ki, amivel Kopernikusz eredetileg akarta (egy sürgősebb dolog miatt át kellett adnia Andreas Osiandernek). Az új előszó (amit valószínűleg Osiander írt) lényegében visszavonta azokat az állításokat, amiket a könyv leír, valamint kijelenti, hogy a könyvben szereplő matematikai állítások nem egyebek, mint puszta koholmányok. De elismeri, hogy a számítások kellően visszaadják a megfigyeléseket, azzal a megállapítással, hogy az egész inkább egy célszerű számítás, semmint a valóság leírása.

 

Kopernikusz rajza a napközéppontú modellről a De revolutionibusban

Részben az előszó, részben pedig a mű újdonsága miatt a Revolutionibus nem okozott azonnali áttörést a tudományos közgondolkodásban. A csillagászok többsége még mindig a régi, ám sokkal bonyolultabb ptolemaioszi rendszert támogatta – nemes egyszerűséggel azért, mert az újra feltalált rendszer túlságosan hihetetlenül hangzott, illetve még mindig pontatlanabb volt. Így újabb évtizedeknek kellett eltelnie, hogy valaki ismét elővegye Kopernikusz elméletét.

Johannes Kepler 1600. január 1-jén Grazból vándorolt át Prágába, mert Ferdinánd főherceg megfenyegette, hogy kivégezteti (Ferdinánd katolikus volt, Kepler meg lutheránus, Ferdinánd meg eretneknek nevezte a lutheránusokat). Nem sokkal később Tycho Brahe társa lett. Tycho rendkívül pontos megfigyeléseiről volt híres, Kepler meg később bebizonyította, hogy nagyon jól ért az adatok kiértékeléséhez. Pár hónappal később Tycho meghalt, ám Kepler birtokába került gazdag észlelési anyaga. Kepler tisztában volt vele, hogy Kopernikuszé a helyes világmodell. Csakhogy a Mars-pálya számolásában még mindig nagy pontatlanságok voltak, ezért Kepler elhatározta, hogy nyolc nap alatt megoldja ezt a problémát. Valójában nyolc éve ment rá. Közben felismerte Kopernikusz tévedéseit, nevezetesen azokat, hogy (i) a bolygók körpályán keringenek, (ii) a bolygók sebessége állandó, illetve (iii) a Nap minden körpálya középpontjában áll. 

 

Johannes Kepler 

Kepler sikere odáig vezethető vissza, hogy képes volt szakítani a körpályákkal. Így végeredményben a megfigyelésekkel szinte tökéletesen egyező egyenleteket sikerült kidolgoznia, illetve megmutatta, hogy (i) a bolygók ellipszis alakú pályán keringenek, (ii) a bolygók sebessége változik és (iii) a Nap nem pontosan a pályák közepében helyezkedik el. A második és a harmadik pont valójában az első pontból következik. Kepler kimutatta, hogy az ellipszispályán a Nappal összekötött képzeletbeli vonal egyenlő idők alatt egyenlő területeket súrol (ezt ma úgy hívjuk, hogy Kepler II. törvénye). Mint Kepler számításaiból kiderül, a Mars pályája azért okozott fejtörést a számításokban, mert pályája sokkal elnyúltabb, mint a többi bolygóé a Merkúrt leszámítva (arra csak Einstein tudott helyesen válaszolni). Ha az ellipszispálya kistengelyének hosszát elosztjuk a nagytengely hosszával, akkor megkapjuk, hogy mennyiben tér el a kör alaktól egy bolygó pályája. A Föld esetében ez 0,99986, míg a Mars esetében ez az arány viszont 0,99566. Bár látszódik, hogy mind a kettő közel van az egységhez (ami a körre jellemző), azonban a kis eltérések is tudnak problémákat okozni a számításokban, hiszen ez már elég nagy ahhoz, hogy megtévessze azokat, akik körrel próbálták modellezni a bolygók pályáját. 

Kepler eredményeit az Astronomia novában (Új csillagászat) című művében összegezte. Azonban a tudományos közösség egy része még mindig ragaszkodott ahhoz, hogy a Földnek kell az Univerzum középpontjában elhelyezkednie. Ugyanis egészen Newtonig senki nem adott kielégítő magyarázatot arra, miért a Föld felé esnek az elejtett tárgyak. 

 

Galileo Galilei 

Galileo Galilei 1564-ben született Pisában. Már tanulóévei alatt végzett megfigyeléseket. Egy szentmise közben a himbálódzó csillár lengésidejét mérte meg saját pulzusát felhasználva. Nem hitte el Arisztotelész állítását, mely szerit a nehezebb tárgyak gyorsabban zuhannak, mint a könnyebbek. Híres kísérletében a pisai ferde toronyból dobott le két különböző tömegű testet (ami valószínűleg csak legenda), és megállapította, hogy Arisztotelész tévedett. Galilei a megfigyelésekhez használt távcsövet maga készítette el, más távcsöveknél is nagyobb nagyítást tudott elérni vele (más távcsövek 10-szeres nagyítása helyett 60-szoros nagyítást). Galileinek anyagi haszna is volt a távcsőből, több példányt is eladott a hadseregnek valamint kereskedőknek egyaránt. Ám ő volt az első, aki az ég felé fordította a távcsövét, elsőként a Holdat vette szemügyre vele. Megfigyelése ellentétben állt a ptolemaioszi felfogással, miszerint mindennek tökéletesen sima felszínűnek kell lennie. De volt egy ennél nagyobb horderejű felfedezés is, nevezetesen a Jupiter bolygó körül keringő apró fénypontok felfedezése. Az, hogy valami nem a Föld körül kering, szöges ellentétben áll azzal, amit a ptolemaioszi rendszer állít. Íme egy döntő bizonyítéknak nevezhető érv a heliocentrikus modell mellett! Kopernikusz modellje azonban megjósolja, hogy a belső bolygóknak, nevezetesen a Merkúrnak és a Vénusznak ugyanolyan fázisokat kell mutatnia, mint a Holdnak. 1610-ben Galilei volt az első, aki megfigyelhette a Vénusz fázisait. Megfigyelésének eredményei tökéletesen egyeztek a heliocentrikus modell alapján megjósolt látvánnyal.

 

Galilei rajzai a Hold felszínéről

Galilei megfigyelései döntő bizonyítékul szolgáltak a heliocentrikus modell mellett, ezért annak kellett volna történnie, hogy a csillagászok a heliocentrikus modell mellé állnak. A valóságban azonban nem ez történt. A csillagászok még mindig hittek abban, hogy a Föld áll a világmindenség középpontjában. Azt azonban elismerték, hogy a modell kellően pontos eredményeket ad vissza. Galilei később úgy döntött, hogy ír egy könyvet, mely később Párbeszédek a két legnagyobb világrendszerről címmel vált ismertté. Azonban a könyv nem tetszett az egyháznak, és ahogy a könyvet kiadták, Galileit eretnekséggel vádolták, de kivégzés helyett „csupán” házi őrizetet kapott, a Párbeszédeket pedig felvették a tiltott könyvek listájára (néhány évvel korábban Kopernikusz De revolutionibusát is indexre vették).

{mosimage}

Galilei egy hónapot felölelő rajzai az általa felfedezett holdakról 

De ahogy telik-múlik az idő, a csillagászok és az egyház is kezdi elfogadni a heliocentrikus modell helyességét. Épülnek az egyre nagyobb távcsövek, melyek egyre meggyőzőbb eredményeket tudnak felmutatni a kor csillagászai. Nem elhanyagolható szempont az elmélet elfogadása szempontjából a természetes halál, aminek a jelentőségét Max Planck így foglalja össze: „Egy fontos tudományos újítás csak elvétve válik uralkodó nézetté úgy, hogy fokozatosan legyőzi ellenfeleit és átformálja gondolkodásukat. A valóságban inkább az történik, hogy az újdonság ellenzői lassan kihalnak, a felnövekvő generáció tagjai pedig már a kezdetektől megismerkedhetnek és barátságot köthetnek az új elmélettel.” 



A www.mcse.hu oldal felületén sütiket (cookie) használunk. Ezeket a fájlokat az ön gépén tárolja a rendszer. Az oldal használatával ön beleegyezik a cookie-k használatába. További információért kérjük olvassa el adatvédelmi tájékoztatónkat. További információ

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close