کوپرنیک زمینه ساز بزرگترین انقلاب علمی

مقدمه

آنچه که کوپرنیک انجام داد زمینه ساز بزرگترین انقلاب علمی فکری علیه نفوذ اعتقاد بر حریم علوم تجربی شد. احتمالا خود کوپرنیک نیز از واکنش طرفداران فیزیک پس از کوپرنیک واکنش کلیسا در برابر آراء کوپرنیک خشمگینانه بود. نقل است مارتین لوتر (پایه گذار مذهب پروتستان) به محض آگاه شدن از نظریه با آن به مخالفت برخاسته، گفته بود: «فقط احمق ها نجوم را وارونه می کنند. طبق نص کتاب مقدس، این خورشید بود نه زمین که یوشع فرمان داد بایستد.» به باور لوتر و همفکرانش، نظریه کوپرنیک نه فقط مخالف عبارات کتاب مقدس بود، بلکه جایگاه رفیع آدمی را (که به عنوان برترین آفریدگان باید در مرکز جهان هستی قرار داشته باشد) از او می گرفت.

مخالفت کاتولیک ها با نظریه کوپرنیک
بر خلاف انتظار در کشورهای پیرو کلیسای کاتولیک رم تا مدتها هیچ کس به نظریه کوپرنیک اعتراض نکرد. بی تردید اهدای کتاب به پاپ پل سوم و پشتیبانی کاردینال پرنفوذی چون یوهان ویدمانشتات از آن در ساکت کردن هر ندای اعتراضی نقش داشت. با این وجود در اواخر قرن شانزدهم اوضاع به تدریج رو به تغییر گذاشت؛ راهبی انقلابی به نام جوردانو برونو که می خواست مسیحیت را با مذهب خورشید پرستی مصریان باستان درآمیزد، نظریه کوپرنیک را جالب توجه یافت و تصمیم به حمایت از آن گرفت. با محکوم شدن برونو در دادگاه مذهبی، هر چه که او در نوشته هایش مطرح کرده بود نیز مشکوک و ضد دین تلقی شد و این آغاز مخالفت گسترده کاتولیک ها با نظریه کوپرنیک بود که تا زمان اثبات کامل آن در قرن هفدهم ادامه یافت.

نفوذ اندیشۀ کوپرنیک

کوپرنیک با قرار دادن خورشید در مرکز منظومه شمسی توصیف بسیار ساده تر و توضیح طبیعی تری درباره برخی از خصوصیات حرکت سیاره ای به دست داد. هرچند طرح کوپرنیک بسیار ساده تر از طرح بطلمیوس بود، اما چون کوپرنیک نیز به تقدس دایره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلمیوس از مدارهای تدویر و نظایر آن استفاده کرد. تنها تفاوت دو دستگاه این بود که یکی زمین را مرکز حرکت سیارات می دانست و دیگری خورشید را. با آنکه ستاره شناسان از پذیرش دستگاه خورشید مرکزی کوپرنیک اجتناب می کردند، اما این دستگاه تاثیر خود را بر اندیشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بیشتر می شد.
این مجادلات باعث شد که منجمین اطلاعات رصدی بیشتری و دقیق تری به دست آورند. تیکو براهه این اطلاعات را جمع آوری کرد و اعتقاد داشت که همه ی سیارات به جز زمین به دور خورشید می گردند و خورشید همراه سیارات به دور زمین می چرخد. در این دوران یوهان کپلر (1571-1630) به عنوان دستیار نزد تیکو براهه در رصدخانه پراگ مشغول کار شد. پس از کوپرنیک، کپلر نخستین منجم نامداری بود که نظریه مرکزیت خورشید را اتخاذ کرد، اما معلوماتی که تیکو براهه ثبت کرده بود نشان داد که این نظریه به صورتی که کوپرنیک بدان بخشیده بود، نمی تواند کاملا صحیح باشد. با این وجود طرفداری کپلر از دستگاه خورشید مرکزی کوپرنیک مورد پسند تیکو براهه نبود. هنوز یکسال از همکاری این دو نگذشته بود که تیکو براهه فوت کرد و تمام رصدهایی را که جمع آوری کرده بود به عنوان ارثیه ای ارزشمند برای کپلر باقی گذارد.

توفیقات و کشفیات کپلر

پس از مرگ تیکو براهه، کپلر به توده ی عظیمی از رصدهای بسیار دقیق در حرکت سیارات دست یافت. بعدا مسئله به این صورت در آمد که الگویی برای حرکت سیارات ارائه دهد که دقیقا با مجموعه رصدهای انجام شده مطابقت کند. بدین ترتیب کپلر نیاز داشت که ابتدا به کمک تخیل جواب موجهی را حدس بزند و سپس با پشتکار، کوهی از محاسبات کسل کننده را انجام دهد تا حدس خود را تایید یا رد کند. توفیق بزرگ کپلر همانا کشف سه قانون حرکت سیارات است دو تا از این قوانین را وی در 1609 و سومی را در 1619 انتشار داد. کپلر در 1609 ناگهان به نیروی الهام متوجه حقیقتی شد، سیاره مریخ روی مسیر بیرونی است. نبوغ کپلر با کشف بیضی بودن شکل حقیقی مسیر زمین به دور خورشید ظاهر شد که پیش از آن یک دایره کامل دانسته و پذیرفته شده بود. وقتی کپلر مسیر بیضی شکل سیاره را کشف کرد شروع به پیش بینی حرکت آن نمود و گفت که فلان وقت باید در فلان موضع قرار گیرد و همه جا ستاره را در رأس موعد در محل موعد مشاهده کرد. او آن نتیجه را از راه محاسبه رابطه موقعیتهای مکانی زمین و مریخ و خورشید با یکدیگر گرفت، زیرا داده های رصدی تنها در یک مسیر بیضی صدق می کردند.
کپلر در پی انجام آن کار دست به کار انجام محاسبات مربوط به حرکت و مدار سیارات شناخته شده دیگر شد. دست آورد او در آن زمینه با در نظر گرفتن پیشرفت کم ریاضیات در آن زمان بسیار بزرگ و چشمگیر بود، وی علاوه بر کشف انطباق دقیق ارقام معلومات رصدی با بیضی بودن مدارها کشف کرد که سرعت حرکت هر سیاره به دور خورشید با فاصله آن از خورشید نسبت عکس دارد. در سال 1609 در کتاب (نجوم جدید) دو قانون که اولی نام او را ابدی ساخته ذکر نموده، این بار دیگر حرکت دایره ای که اینقدر در نظر بطلمیوس عزیز بوده اند به کلی از بین رفت و نجوم قدیم را همراه خود برد.
پس از سال ها کار، وی به نخستین کشف مهم خود رسید و چنین یافت که سیارات در حرکت خود به گرد خورشید یک مدار کاملا دایره شکل نمی پیمایند بلکه همه آنها بر روی بیضی هایی حرکت می کنند که خورشید در یکی از دو کانون آنها قرار دارد. همچنین وی در نخستین بار اصل ماند (اصل جبر) را در مکانیک حدس زد که بعدها به وسیله گالیله صورت تحقیق یافت.

قوانین کپلر

کپلر پس از چندین سال مطالعه در حرکت سیارات در سال 1618 موفق به کشف قانون سوم خود شد. کپلر بر پایه آن یافته ها قوانین سه گانه زیر را درباره حرکت سیارات بیان کرد:
1- مدار حرکت سیارات به گرد خورشید یک بیضی است که خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد.
2- خط وصل کننده هر سیاره به خورشید در زمانهای مساوی مساحت های مساوی جاروب می کند. قانون دوم را می توان به صورت زیر نیز بیان کرد: زمانی که سیاره دور بیضی مسیر در حرکت است فاصله تا خورشید زیادتر و سرعت حرکت کمتر است، به تدریج که سیاره به نقاط نزدیک بیضی مسیر می رسد، سبب می شود فاصله تا خورشید کمتر و سرعت سیاره زیادتر می شود. این تغییر در سرعت سبب می شود که سیاره چه به خورشید نزدیک و چه از آن دور باشد، مساحت در نور دیده اش در فضا در فواصل زمانی ثابت، ثابت می ماند.
3 - مکعب فاصله متوسط هر سیاره تا خورشید با مربع زمان یک دور کامل گردش سیاره تناسب مستقیم دارد. قانون سوم کپلر را هم می توان به اینگونه بیان کرد: هرگاه فاصله متوسط هر سیاره تا خورشید به توان سه و زمان کامل شدن یک دور سیاره به توان دو رسانده و نسبت اعداد حاصل تشکیل شود. این نسبت همواره ثابت و برای تمام سیارات یکی است گذشته از این، کپلر نخستین بار اصل ماند (اصل جبر) را در مکانیک حدس زد که بعدها به وسیله گالیله صورت تحقق یافت.
کپلر برای به دست آوردن این فرمول 7 سال تلاش کرد. در آن زمان فاصله واقعی میان خورشید و سیارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله یک سیاره تا خورشید به فاصله زمین تا خورشید میسر بود. مثلا کپلر می دانست که نیم قطر اطول مدار مریخ تقریبا 1.5 برابر نیم قطر اطول مدار زمین است. حال او متوجه شد اگر در هر سیاره نیم قطر اطول را به توان 3 و دوره گردش را به توان 2 برسانیم. دو رقم به دست آمده با هم برابر می شوند و فقط اختلافهای اندکی برای برجیس (مشتری) و کیوان (زحل) دیده می شود.
کپلر در 15 نوامبر 1631 زندگی را بدرود گفت. کپلر به زودی پس از مرگ از خاطرها رفت و هیچ کس آثار او را مطالعه نمی کرد، ولی دوران افتخار او زمانی آغاز گردید که اسحاق نیوتن و لاپلاس شناخته شدند، او خود قبلا در این خصوص چنین نوشته بود، من کتاب خود را می نویسم خواه خوانندگان آن مردان فعلی یا آیندگان باشند تفاوتی ندارد. این کتاب می تواند سالها انتظار خوانندگان واقعی خود را بکشد، مگر نه خداوند شش هزار سال انتظار کشید تا تماشاگری برای آثار او پیدا شد. در زمان کپلر دو قانون اول فقط در مورد مریخ قابل اثبات بود. در مورد سایر سیارات رصد ها با آن قوانین سازش داشت، منتهی چنان نبود که آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلایل قطعی در تایید آنها به دست آمد.
کشف قانون اول، یعنی اینکه سیارات روی مدارات بیضوی حرکت می کنند، بیش از آنکه برای مردم امروز به آسانی قابل تصور باشد مستلزم کوشش در رها ساختن گریبان خود از چنگ سنتها بود. تنها نکته ای که همه ی ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند این بود که همه ی حرکات سماوی، دورانی است یا از حرکات دورانی ترکیب شده است.
قرار دادن بیضی به جای دایره، مستلزم رها کردن آن تمایل زیباشناختی بود که از زمان فیثاغورث به بعد بر نجوم حکومت کرده بود. دایره شکل کامل و افلاک سماوی اجسام کامل شناخته می شدند، که در اصل مقام خدایی داشتند و حتی در آثار افلاطون و ارسطو نیز رابطه ی نزدیکی با خدایان دارند. واضح به نظر می رسید که یک جسم کامل باید بر یک مدار کامل حرکت کند. به علاوه چون اجسام آسمانی آزادند، یعنی بی اینکه کشیده یا رانده شوند حرکت می کنند، پس حرکت آنها باید طبیعی باشد و تصور اینکه دایره طبیعی است و بیضی چنین نیست امر آسانی بود. بدین ترتیب بسیاری از باورهای ذهنی عمیق می بایست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول کپلر بتواند مورد قبول واقع شود.
قانون دوم مربوط به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدار خویش است. بنابراین سیاره در نزدیک ترین فاصله خود به خورشید، بیشترین سرعت را دارد و در دورترین فاصله خود از خورشید، کمترین سرعت را. این نکته هم باز سبب حیرت می شد زیرا که وقار و متانت سیاره مغایر این بود که گاهی شتابان و گاهی خرامان راه برود! قانون سوم از این لحاظ مهم بود که حرکت سیارات مختلف را نسبت به هم می سنجید.

نتیجه
آنچه که کپلر انجام داد، از جزئیات یعنی رصدهای موضعی، به کلیات یعنی مسیر حرکت سیارات دست یافت. سه قانون کپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است که به طور کامل تقدس دایره ها را در هم شکست و نظریه کپرنیک را از حمایت موثری برخوردار کرد. این قوانین نشان داد که اگر خورشید به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حرکت سیارات را می توان به آسانی توصیف کرد. اما اشکال این قوانین آن بود که صرفا تجربی بود، یعنی فقط مسیر حرکت مشاهده شده را بیان می کردند، بی آنکه هیچگونه تعبیر نظری درباره آنها به دست بدهند. یا در مورد منشاء این قواعد توضیح نمی داد. همزمان ارائه این قوانین توسط کپلر، واقعه بزرگی در شرف تکوین بود. گالیله در زمان ارائه این قوانین به حرکت اجسام، آونگ، نور... می اندیشید و دست به آزمایشهای سرنوشت سازی می زد. به طور قطع این دو نفر در شکل گیری اندیشه های نیوتن نقش برجسته ای داشتند.