Dlaczego Kopernik stworzył system heliocentryczny?

Odkrycie naukowe oceniane jest na podstawie jego znaczenia i skutków, jakie przyniosło dla dalszego rozwoju naszej wiedzy. Milcząco zakładamy, że uczony, który go dokonał, dostrzegał jego późniejsze konsekwencje i to one stanowiły inspirację do poszukiwań i przemyśleń. Nie zawsze jest to zgodne z prawdą. W książkach i artykułach popularnonaukowych zwykle znajdujemy opis samego odkrycia, a znacznie rzadziej drogi, jaką do niego doszedł uczony. Jeżeli nawet taki opis się pojawia, to jest on bardzo skrótowy, a czasami wręcz fałszywy. Tak też, niestety, często zdarza się z przedstawianiem powstania epokowej koncepcji Mikołaja Kopernika. Miałem okazję przekonać się, że nawet niektórzy zawodowi astronomowie nie bardzo wiedzą, jak ta sprawa wyglądała.

Nie każdy zdaje też sobie sprawę z ogromnego znaczenia rewolucji kopernikańskiej. Nie polegało ono tylko na tym, że stworzony przez Kopernika opis Wszechświata jest co do swej istoty zdecydowanie bliższy prawdzie niż wcześniejszy model Ptolemeusza z Ziemią w centrum – choć to też było niezwykle istotne – ale na czymś o wiele ważniejszym. Koncepcje Kopernika poruszyły lawinę, która doprowadziła do powstania współczesnej fizyki. Stanowiły ogromny zwrot w myśleniu o Wszechświecie, w pewnym sensie analogiczny do przełomu, jakim było powstanie teorii względności. Einstein wykazał się wielką fantazją mieszając ze sobą dwa wydawałoby się niezależne byty: czas i przestrzeń. Podobnie Kopernik, kiedy cztery wieki wcześniej wysunął ideę, że Ziemia nie tkwi bezwładnie w środku Kosmosu, ale kręci się i gna w przestrzeni, musiał zaprzeczyć świadectwu naszych zmysłów – przecież każdy widzi, że twardo stoimy na nieruchomej powierzchni!

Zadając pytanie, dlaczego Kopernik stworzył system heliocentryczny, najczęściej uzyskamy jedną z dwóch odpowiedzi. Zgodnie z pierwszą, model Kopernika jakoby dawał lepsze przewidywania położeń planet niż obowiązujący wówczas w astronomii geocentryczny model Ptolemeusza, który rzekomo trzeba było stale poprawiać po to, żeby jego prognozy zgadzały się z obserwacjami. Odpowiedź ta jest błędna. Dokładność przewidywań modelu opartego na koncepcji Kopernika była porównywalna, a nawet nieco gorsza, od prognoz modelu Ptolemeusza.

Zgodnie z drugą odpowiedzią, model Kopernika miał być prostszy od niezwykle skomplikowanego modelu ptolemeuszowego. Faktycznie, aby odtworzyć ruchy niebios, Ptolemeusz wprowadził znaczną liczbę deferentów i epicykli. Jednakże w opisie Kopernika też występują deferenty i epicykle i, przynajmniej jeśli chodzi o stronę matematyczną, nie jest on wcale prostszy od podejścia Ptolemeusza.

W rzeczywistości prawda leży... nie, nie pośrodku, ale gdzieś zupełnie z boku. Czym zatem kierował się kanonik z Fromborka? Dlaczego postanowił wstrzymać Słońce, a ruszyć Ziemię? Otóż u podstaw rozumowania Kopernika leżały dwa czynniki. Po pierwsze, chciał on wytłumaczyć pewien fakt obserwacyjny dotyczący Księżyca, który był sprzeczny z modelem Ptolemeusza. Ale  znacznie ważniejszy był czynnik drugi. Kopernik pragnął, aby jego model spełniał pewne fizyczne założenie dotyczące praw ruchu – które to założenie, co dla czytających ten tekst może okazać się szokiem, jest absolutnie fałszywe!

Obawiam się, że taka odpowiedź niewiele wyjaśnia. Jest zbyt ogólnikowa. Żeby zrozumieć tok myślenia Kopernika, trzeba dobrze poznać wiedzę astronomiczną jego czasów, model geocentryczny Ptolemeusza, sposób, w jaki do niego dochodzono, a zwłaszcza – na jakich obserwacyjnych i filozoficznych podstawach ten model się opierał. Szczególną uwagę należy zwrócić na aspekt filozoficzny. To właśnie filozofia przyrody kierowała starożytnymi astronomami, kiedy tworzyli kolejne modele Wszechświata. Ale nie tylko starożytnymi – Kopernik, a także Johannes Kepler i inni też byli nią zainspirowani. Tym sprawom poświęcona będzie niniejsza seria notek.

Ludzie obserwowali niebo od zarania dziejów i stopniowo odkrywali rządzące nim prawidłowości. Rzecz jasna, najłatwiej można je było znaleźć w ruchach Słońca i Księżyca. Przemieszczanie się Słońca po sferze niebieskiej jest przyczyną cyklicznie następujących pór roku, zaś dzięki fazom Księżyca można było odmierzać krótsze odcinki czasu – miesiące. Ruchy planet obserwowane z Ziemi wydają się bardziej skomplikowane. Fakt ten odzwierciedla ich nazwa: słowo „planeta” pochodzi z języka greckiego i znaczy „gwiazda błądząca”. Z pewnością już w najdawniejszych czasach trafiali się ciekawscy, którzy chcieli zrozumieć te ruchy, zastanawiali się, jak naprawdę wygląda Wszechświat, i co faktycznie dzieje się nad naszymi głowami; nie mając wszelako wystarczająco dużo danych obserwacyjnych mogli jedynie polegać na swej wyobraźni.

Takich danych powoli jednak przybywało. W cywilizacjach starożytnych astronomia stała się narzędziem służącym do celów praktycznych, uprawiano ją więc na co dzień. Egipcjanie wykorzystywali ją głównie do opracowywania kalendarza i określania czasu w nocy. Dalej posunęli się Babilończycy, którzy łączyli astronomię z astrologią. Nie przypisywali oni ciałom niebieskim wpływu na ziemskie i ludzkie sprawy, ale uważali, że różne zjawiska na niebie, takie jak zaćmienia, są oznaką nadchodzących wydarzeń – dobrych lub złych. Jeśli złych, to należało im przeciwdziałać wykonując odpowiednie magiczne obrzędy. Dlatego też Babilończycy regularnie notowali położenia Słońca, Księżyca i planet, aby móc je powiązać z wydarzeniami na Ziemi.

Pierwsza znana historykom prognoza zjawiska astronomicznego to dzieło greckiego filozofa Talesa z Miletu (ok. 625–ok. 545 p.n.e.). Często uważa się go za pierwszego uczonego, bo chociaż był człowiekiem religijnym, rzeczy i wydarzenia starał się wyjaśniać za pomocą przyczyn naturalnych, a nie jako efekt bezpośredniego działania bogów. Tales przewidział zaćmienie Słońca, które nastąpiło w 585 roku p.n.e. W swej przepowiedni nie podał dokładnej daty, a jedynie rok wystąpienia zjawiska. Tak się złożyło, że w momencie zaćmienia trwała wielka bitwa między Lidyjczykami a Medami. Przerażeni żołnierze uznali zaćmienie za zły omen, przerwali walkę, a dowódcy szybko ogłosili rozejm.

Talesa obraz Wszechświata był wciąż raczej prymitywny, gdyż filozof ten wyobrażał sobie, że płaska Ziemia pływa po ogromnym oceanie; nie mógł więc jeszcze wiedzieć, że zaćmienia zachodzą wtedy, gdy Słońce, Księżyc i Ziemia ustawiają się na jednej linii. Jak zatem doszedł do swojej przepowiedni? Możemy się tylko domyślać. Wiadomo, że będąc bogatym kupcem i przedsiębiorcą dużo podróżował, między innymi do Egiptu i Babilonii, jest więc prawdopodobne, iż w Babilonii zapoznał się z danymi astronomicznymi, które obejmowały wiele stuleci, i znalazł w nich jakieś prawidłowości.

Na przełomie VI i V wieku p.n.e. w greckiej kolonii we Włoszech działali Pitagoras (ok. 570–ok. 495 p.n.e.) i jego uczniowie. Zapewne to oni byli pierwszymi, którzy uważali, że Ziemia jest kulą, choć ich argumenty miały charakter czysto filozoficzny. Wymyślili też sobie, że Słońce, Księżyc, Ziemia i inne planety krążą wokół jakiegoś tajemniczego centralnego ognia. Oczywiście, były to czcze spekulacje, również oparte na mętnych filozoficznych przesłankach.

Zasadniczy przełom w podejściu do astronomii nastąpił dzięki Platonowi (ok. 425–ok. 348 p.n.e.). Platona zwykle nie kojarzymy z naukami ścisłymi, a raczej z rozważaniami dotyczącymi etyki, polityki, a szczególnie związków świata idei ze światem realnym – sławna i do znudzenia przywoływana metafora z więźniami przykutymi do ściany w jaskini – jednakże matematyka też była dla niego niezwykle ważna. Podobno na drzwiach stworzonej przez siebie uczelni umieścił napis „Niech nie wchodzi tu nikt, kto nie zna geometrii”. Uczelnia ta miała swą siedzibę w położonym w pobliżu Aten gaju poświęconym herosowi Akademosowi; stąd wzięła się jej nazwa – Akademia. Istniała jeszcze przez wiele wieków po śmierci jej założyciela.

Dla Platona matematyka była odzwierciedleniem idei, zgodnie z którymi funkcjonował Wszechświat. Z tego powodu ruchy planet powinny podlegać prawom geometrii. Najbardziej idealną figurą geometryczną jest okrąg, a najbardziej idealnym ruchem – ruch jednostajny. Platon rzucił więc wyzwanie astronomom: pokażcie, że Wszechświat faktycznie jest matematyczny i wyjaśnijcie obserwowane zachowanie ciał niebieskich za pomocą ruchów jednostajnych po okręgach.

O tym, jak ten problem usiłowano rozwiązać, napiszę w kolejnej notce.