Copernicus til Newton

Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet (NMBU)

/

Den vitenskapelige revolusjon

• Lærer: Frode Kjosavik, Professor i filosofi, Handelshøyskolen, NMBU

Nicolaus Copernicus (1473-1543)

• Utviklet det heliosentriske systemet, hvor solen er sentrum av universet.

• Før dette fantes det et geosentrisk system (Ptolemaisk system) hvor:

  • Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn ble betraktet som planeter ("vandrestjerner").

  • Jorden ble ansett som sentrum av universet.

  • Solen og månen var tidligere definert som planeter, mens månen faktisk ikke er en planet, men en satellitt.

• I det heliosentriske systemet:

  • De fiksstjerner roterer om jorden.

  • Jorden roterer om sin egen akse.

Geosentrisk vs. heliosentrisk system

• Eksempler på bevegelse av planeter:

  • Geosentrisk: Planeter beveger seg i episykler.

  • Heliosentrisk: Bevegelsen forklares gjennom at jorden selv går i bane rundt solen.

Argumenter for det heliosentriske systemet

• Den "sløyfeaktige" bevegelsen observeres hos planeter som Mars.

  • Geosentrisk modell må innføre "hjelpesirkler" (episykler) for å forklare bevegelsene.

  • Figur fra Carl Sagans bok "Kosmos" illustrerer bevegelsen til Mars.

Filosofisk betydning

• Forståelsen av universet krevde abstraksjon, f.eks.:

  • Dagliglivets observasjoner skal ikke nødvendigvis reflektere virkeligheten; en må abstrahere fra menneskelig erfaring.

  • Jorden roterer om egen akse med er hastighet over 1600 km/t ved ekvator og i sin bane rundt solen med en hastighet på 30 km/s.

  • Dette oppleves ikke i hverdagen.

• Menneskets stilling ble utfordret av tanken om at jorden ikke er sentrum.

  • Platon ga solen en særegen betydning, noe som førte til en bredere diskusjon om universets natur.

Tycho Brahe (1546-1601)

• Utviklet et geoheliosentrisk system:

  • Sønnen går i bane rundt jorden, mens de øvrige planetene (f.eks. Mars) går i bane rundt solen.

  • Dette fikk bred støtte i sin tid.

Parallakseeffekten

• Brahe foreslo dette alternativet basert på observasjoner av stjerner.

  • Under forskjellige posisjoner (f.eks. januar og juli), vil en stjerne synes forskjøvet mot bakgrunnen av mer fjerntliggende stjerner.

  • Måling av vinkler (α for fler) brukes for å bestemme avstand.

Observasjoner av Brahe

• Gjorde mange nøyaktige astronomiske observasjoner uten teleskop:

  • Instrumenter brukt: Murkvadrant for måling av himmellegemers høyde.

  • Oppdaget en supernova i 1572 og en stor komet i 1577.

  • Dette utfordret den aristoteliske oppfatning om konstanthet i himmelske legemer.

Johannes Kepler (1571-1630)

• Var både mystiker og forsker;

  • Introduction of the concept of celestial harmony; planets create music through their movements.

  • Analyzed planetary orbits using geometrical shapes and found six planets fitting into five intervening spaces.

Geometri og astronomi

• Fem regulære polyedre (volumetriske former avgrenset av likesidete mangekanter), fundamental til Keplers teori.

  • Illustrasjon fra Keplers verk "Mysterium Cosmographicum".

Keplers 3 lover for planetbevegelse

• 1. lov: Planeter beveger seg i ellipser med solen i et brennpunkt.

• 2. lov: Et linjestykke mellom planeten og solen sveiper over like store arealer i like store tidsrom.

• 3. lov (harmoniloven): $rac{r<em>1^3}{T</em>1^2} = rac{r<em>2^3}{T</em>2^2}$

  • Der $r$ er lengden til den store halvaksen og $T$ er omløpstiden.

Filosofisk betydning av Keplers lover

1. Vending mot empiriske observasjoner i vitenskap.

2. Matematikk og systemtenkning ble fundamentale i vitenskap.

Den vitenskapelige revolusjon II

Galileo Galilei (1564-1642)

• Kjent for teleskop-observasjoner:

  • Månen: Fjell og kratere.

  • Solen: Solflekker.

  • Saturn: "ører" og "håndtak".

  • Jupiter: 4 måner.

  • Venus: Observasjon av faser; støtte for heliosentrisk system.

Venus-fasene

• Betydningsfulle observasjoner for argumentasjonen mot geosentriske systemer:

  • I geosentriske system vil man kun se Venus i en fase

  • I heliosentriske system kan man observere Venus i flere faser.

Eksperiment og idealisering

• Eksempler på Observasjoner og eksperiment:

  • Fallbevegelse; alle legemer faller likt i vakuum.

  • Pendel, planbevegelse, og kastbevegelser.

Den analytisk-syntetiske metode

• Deling av bevegelse i horisontal og vertikal delbevegelser.

Newtons mekaniske lover

1. Naturlig bevegelse er jevn og rettlinjet.

2. Akselerasjon er avhengig av kraft og masse $F = ma$ .

3. For hver kraft er det en like stor (men motsatt) kraft.

Gravitasjonsloven

• Beskrivelse av gravitasjon:

  • $F = rac{ ext{γ}Mm}{r^2}$

  • Tiltrekningen mellom materiebiter,

Filosofiske implikasjoner av Newtons teorier

1. Opphevelse av Aristotels syn på «naturlig» bevegelse.

2. Enhetlig forklaring på universet.

3. Matematikk som universalspråk, men uten dypere metafysisk forklaring.

Nytt virkelighetsbilde og metoder

• Overgang fra geosentrisk til heliosentrisk møte med mekanistisk naturoppfatning; ingen distinksjoner i lover for himmelbevegelse vs bevegelse på jorden.

• Abstraksjon i vitenskap: språket i matematikk oversettelse til vitenskapelige lover.