Kopernikansk revolution (bog)

Dette er en afventende revision af denne side. Den kan afvige fra den seneste accepterede revision, som blev accepteret den 13. januar 2011.

Den kopernikanske revolution: Planetary Astronomy in the Development of Western Thought er en bog skrevet af Thomas S. Kuhn og udgivet i 1957 af Harvard University Press.

Thomas S. Kuhn er forfatter til den epokegørende Structure of Scientific Revolutions (1962), en bog, der er banebrydende for et nyt filosofisk/sociologisk syn på videnskaben og dens udøvere. I bogen introducerer Kuhn begrebet paradigmeskift, et pludseligt skift i synsvinkel hos medlemmer af et videnskabeligt samfund, der sker i forbindelse med en revolutionerende ændring inden for deres felt. Han beskriver videnskabsfolk, der arbejder i perioder med ikke-revolutionær (“normal”) videnskab, som løsere af en slags puslespil, der ikke er ulig puslespil eller krydsord. Den læser, der forventer at finde nogle konturer af Kuhns berømte filosofi i den kopernikanske revolution, vil blive skuffet. Begreberne “paradigme” og “normal videnskab” optræder ikke i den; bogen er mere et historisk end et filosofisk værk.

Den kopernikanske revolution, Kuhns firste bog, er en af de bedst sælgende bøger, der nogensinde er skrevet om videnskabshistorie. I 2003 var Harvard University Press-udgaven i sit 24. oplag, og her er Vintage Book-udgaven ikke medregnet. Det var en af Kuhns firste publikationer inden for videnskabshistorien; tidligere havde han udgivet seks artikler inden for dette område, om kemi i det 17. århundrede og om Carnot-cyklussen. Bogen havde sin oprindelse i noter til et naturvidenskabeligt kursus på Harvard baseret på en historisk tilgang. Kurset handlede ikke så meget om selve videnskaben, men mere om en forståelse af videnskaben, der var rettet mod studerende uden for videnskaberne. Denne bogens oprindelse er vigtig for at forstå bogens karakter.

Med “den kopernikanske revolution” mener Kuhn den periode i videnskabens historie, der mere almindeligt omtales som “den videnskabelige revolution”. Perioden er skarpt afgrænset: den begynder med udgivelsen af Kopernikus’ værk De Revolutionibus Orbium Coelestium i 1543 og slutter med udgivelsen af Newtons Philosophiae Naturalis Principia Mathematica i 1687. Anden halvdel af Kuhns Copernican Revolution dækker perioden halvandet århundrede efter Kopernikus’ død, mens den første halvdel af bogen behandler over to tusind års udvikling af den førkopernikanske kosmologi.

Denne Citizendium-artikel opsummerer den kopernikanske revolution og fortæller dermed historien om en af de mest fascinerende kæder af begivenheder i videnskabshistorien set gennem Thomas Kuhns øjne.

Indhold

Som nævnt bruger Kuhn den første halvdel af sin bog på menneskets førkopernikanske syn på universet. Hans fremstilling starter med egypterne, går fra antikken over den mørke middelalder og den senere middelalder frem til Kopernikus. Kuhn beskriver den vestlige civilisations langsomt vågnende erkendelse af et kosmos, der syntes at bestå af solen, månen, planeterne, stjernerne på en omkringliggende kugle og naturligvis jorden i centrum af det hele.

Når Kuhn i kapitel 5 diskuterer Kopernikus’ eget arbejde, er det bemærkelsesværdigt, at han omtaler sidstnævntes opdagelse: Solen, og ikke Jorden, er universets geometriske centrum – som Kopernikus’ “nyskabelse” og ikke som hans “revolution”. Man kan argumentere for, at dette underspiller betydningen af Kopernikus’ historiske bidrag til astronomien, men det er konsekvent, da Kuhn foretrækker at kalde hele den 145-årige periode fra 1543 for “den kopernikanske revolution”. Ikke desto mindre behandler bogen Kopernikus’ nyskabelse – skiftet fra et geocentrisk til et heliocentrisk univers – som et afgørende og centralt punkt i udviklingen af kosmologien og astronomien. Ifølge Kuhn var den kopernikanske revolution ikke kun en revolution inden for astronomien, men indebar også en revolution inden for videnskab og filosofi, og Kuhn fortæller, hvordan en astronoms løsning på et tilsyneladende teknisk problem grundlæggende ændrede menneskers holdning til de grundlæggende problemer i hverdagen. Den kopernikanske revolution, i Kuhns betydning af begrebet, indebærer first en reform af astronomiens grundlæggende begreber, for det andet en radikal ændring af andre videnskaber, der blev nødvendiggjort af Jordens bevægelse, og for det tredje en endnu mere omfattende virkning på filosofi, religion og værdier som følge af, at man ikke længere ser Jorden som det unikke centrum i Guds skabelse.

Kapitel 1: Det antikke univers med to kugler

Det første kapitel forklarer egypternes og babyloniernes primitive kosmologier. Det behandler en hel del astronomisk teori, såsom Solens tilsyneladende bevægelse set fra Jorden; det introducerer begreber som ekliptika, vinter/sommersolhverv og forårs/efterårsjævndøgn. Når den antikke græske kultur kommer ind på scenen, introduceres den ældste kosmologiske model – eller snarere en ramme for en kosmologi, da planeterne stadig skal placeres inden for den – “Two-Sphere Universe” (et begreb, der er opfundet af Kuhn). Den består af en lille kugleformet og stationær jord i det geometriske centrum af den store roterende (med 24 timers frekvens) kugle af stjernerne (firmamentet). Kuhn hævder, at ideen om, at astronomien kan levere en kosmologisk model, er en af de mest betydningsfulde og karakteristiske nyheder, som vi har arvet fra den gamle græske civilisation.

Kapitel 2: Problemet med planeterne

For grækerne og deres efterfølgere var Solen og Månen to af de syv planeter. Kuhn beskriver et rudimentært billede af universet, som forblev aktuelt i elementære bøger om astronomi og kosmologi indtil begyndelsen af det 17. århundrede, længe efter Kopernikus’ død. Jorden befinder sig i centrum af den stjernesfære, der afgrænser universet. Udefra og indad ses Saturns, Jupiters, Mars’, Solens, Venus’, Merkurs og Månens baner. I kapitel 2 beskrives det nærmere, hvordan planeternes retrograde bevægelse i en mere raffineret model forklares ved hjælp af epicyklusser, små cirkler, der roterer ensartet om et punkt på omkredsen af en anden, ensartet roterende cirkel, den deferente. Denne hellenistiske kosmologi kulminerede i Ptolemæus’ Almagest (ca. 150 e.Kr.), en bog, der behandler en kompliceret teori, der har til formål at forudsige planeternes forekomst på himlen. Med Kuhns ord var Ptolemæus’ Almagest “den firste systematiske matematiske afhandling, der gav en fuldstændig, detaljeret og kvantitativ redegørelse for alle himmellegemernes bevægelser”. Generelt er planetbevægelserne i Almagest sammensat af epicyklusser med centre på deferenter, men Ptolemæus indførte også ækvanter. En ækvante er et punkt, i forhold til hvilket deferentens rotation er ensartet, men ækvanten er forskudt fra deferentens centrum, således at deferentens rotation set fra dens centrum er uensartet. Kopernikus’ uvilje mod ækvanter og den uensartede bevægelse, som de introducerer, var en af hans vigtigste motiveringer til at søge efter en bedre planetmodel.

Kapitel 3: Det to-sfæriske univers i aristotelisk tænkning

Dette kapitel giver en redegørelse for den aristoteliske kosmologi og verdensopfattelse. Ifølge Aristoteles (384-322 f.Kr.) og hans efterfølgere er universet endeligt og afgrænset af stjernesfæren, og dets indre er hovedsageligt fyldt med æter. Aristoteles mente, at selve begrebet vakuum er absurd, at rum og stof er uløseligt forbundet med hinanden, og at universet derfor må være fyldt med stof. Planeterne bevæges af homocentriske kugleformede skaller bestående af æter. (Senere troede man, at skallen var tyk nok til at indeholde planetens deferent og dens epicyklusser). Undersiden af den inderste skal – månens – deler universet op i to helt forskellige regioner, der er fyldt med forskellige slags stof og underlagt forskellige naturlove. Den jordiske, sublunære region, hvor mennesket lever, er fyldt med elementerne: ild, luft, vand og jord. Det er et område med variation, forandring, fødsel, død, generation og fordærv. Måneskalens bevægelse skubber konstant til de fire elementer, og derfor kan de aldrig iagttages i deres rene form. Den himmelske region, månen og hinsides, er derimod evig og uforanderlig; den består udelukkende af det rene, gennemsigtige, vægtløse og uforgængelige element æter.

Kapitel 4: Omformning af traditionen: Aristoteles til kopernikanerne

Kapitel 4 beskriver perioden mellem Ptolemæus og Kopernikus. I begyndelsen af denne periode mistede Vesteuropa det meste af den antikke viden med det vestromerske riges fald (476). De islamiske Chaliphater og i mindre grad det byzantinske imperium blev vogtere og bevarere af denne viden. I løbet af den mørke middelalder (som varede indtil ca. 1000 e.Kr.) blev selv den kendsgerning, at jorden er kugleformet, glemt. I begyndelsen af det 4. århundrede latterliggjorde Lactantius begrebet om den kugleformede jord. I midten af det 6. århundrede udledte Kosmas, en munk fra Alexandria, en kristen kosmologi fra Bibelen. Hans univers var formet som det tabernakel, som Herren havde pålagt Moses at bygge. Som Kuhn understreger, blev disse kosmologier imidlertid aldrig en officiel kirkelig doktrin.

I det 11. og 12. århundrede blev noget af den gamle viden genopdaget, i første omgang via Córdoba-kalifatet i Spanien. I denne periode blev der importeret astronomiske tabeller fra Toledo (centrum for lærdom i Córdoba-kalifatet), og Ptolemæus’ Almagest og de fleste af Aristoteles’ astronomiske og fysiske skrifter blev oversat fra arabisk til latin. Det var på dette tidspunkt, at den europæiske begejstring for “den antikke visdom” og “filosoffen” (Aristoteles) blev født. I begyndelsen betragtede den katolske kirke den genopdagede antikke videnskab som hedensk, men det lykkedes skolastikere som den hellige Thomas af Aquinas (1225-1274) at forene den aristoteliske viden med den kristne lære, og dens kombination blev det altomfattende kristne verdensbillede.

I dette intellektuelle klima ville der ikke have været plads til, at en Kopernikus kunne opstille en heliocentrisk model. Som omtalt i anden halvdel af kapitlet blev der imidlertid senere i middelalderen fremsat en del kritik af Aristoteles’ verdensbillede. I den nominalistiske skole i Paris rev Nicole Oresme (død 1382) nogle revner i Aristoteles’ tankegang. Men uanset hvilke hypotetiske indvendinger disse skolastiske kritikere måtte have rejst mod den aristoteliske kosmologi, hvad angår jordens centrale position og ubevægelighed, stjernekuglens mobilitet og finite dimension, fandt de langt oftere end ikke meget gode grunde til at tilbagevise deres egne indvendinger og konkludere, at Aristoteles alligevel havde ret.

Renæssancens opdagelsesrejser og rejser (Columbus’ første landgang i Amerika fandt sted, da Kopernikus var 19 år gammel) rejste nye spørgsmål og satte et eksempel for flere innovationer. Gamle astronomiske beregningsteknikker viste sig at være fejlbarlige, hvilket tydeligt kom frem i lyset af de kumulative fejl i den julianske kalender. Det blev afsløret, hvor forkert Ptolemæus var som geograf. Sammenlignet med den politiske uro, der var forbundet med Luthers og Calvins religiøse reformer, virkede en nyskabelse inden for astronomi som en ubetydelig begivenhed. Alt dette gav større tankefrihed og forberedte et intellektuelt klima, der tillod Copernicus’ innovation.

Også mere intellektuelle aspekter af renæssancen spillede en rolle. Humanismen, tidens dominerende lærde bevægelse, var dogmatisk antiaristotelisk, og dens kritik gjorde det lettere for videnskabsmænd at bryde med Aristoteles’ rødder. Desuden skabte humanisternes neoplatoniske indstilling med dens æstetiske smag for ren matematik den atmosfære, der indgød Kopernikus’ modvilje mod planeternes uensartede bevægelse, som Ptolemæus havde indført ved hjælp af ækvanter.

Kapitel 5: Kopernikus’ innovation

Som bekendt består Kopernikus’ innovation, der er beskrevet i detaljer i kapitel 5, af to trin. For det første antages Jorden, der stadig befinder sig i centrum af stjernekuglen, at foretage en døgnrotation (24 timer) omkring sin akse. Dette forklarer den tilsyneladende daglige rotation af Solen og stjernerne. Når først man har taget det skridt, at Jorden bevæger sig, er det næste skridt, nemlig Jordens kredsløb om Solen, begrebsmæssigt lettere. Kuhn forklarer, at disse to trin (se artiklen ekliptika for diagrammer) ikke er særlig betydningsfulde for forståelsen af Solens tilsyneladende daglige og årlige bevægelse. Det andet trin, nemlig udskiftningen af et geocentrisk system med et heliocentrisk system, har derimod vidtrækkende konsekvenser for forståelsen af planeternes bevægelse. Især planeternes retrograde bevægelse bliver et mere elegant forklaret – og derfor meget lettere forståeligt – fænomen. Kuhn påpeger interessant nok, at Kopernikus var bekendt med Aristarchos’ model (ca. 310-230 f.Kr.), som også antog, at Jorden kredser om solen. (Det skal i parentes bemærkes, at Kopernikus indførte en tredje bevægelse. Han antog, at jordaksens retning ændrer sig i løbet af dens årlige kredsløb, mens den i virkeligheden danner en konstant vinkel med den invariante ekliptika. Derfor måtte Kopernikus indføre en ekstra kegleformet årlig bevægelse for at give Jordens akse sin konstante retning i rummet.)

Copernikus holdt sig så tæt som muligt til de klassiske ptolemæiske ideer. Han baserede stadig sin teori på et endeligt univers, der var afgrænset af stjernesfæren, og han mente også, at planeternes bevægelse må bestå af perfekte cirkler, og at bevægelserne er ensartede. Han betragtede sin eliminering af ækvanter (der fremkalder uensartede bevægelser) som et af sine vigtigste bidrag til den matematiske astronomi. På grund af sin tilslutning til Ptolemæus hævder Kuhn, at De Revolutionibus ikke er en revolutionær, men snarere en revolutionerende tekst. Kopernikus’ formål var ikke at give verden en ny kosmologi, men at løse de tekniske fejl, som han opfattede i den ptolemæiske astronomi. Ifølge Kuhn består Kopernikus’ værk af ret snæver teknisk planetarisk astronomi, ikke af kosmologi eller filosofi.

Fra Keplers arbejde (omkring 1610) er det kendt, at planetariske baner er elliptiske snarere end cirkulære, og derfor er det ikke overraskende, at Kopernikus’ simple model baseret på cirkulære baner kun er kvalitativt korrekt. For at opnå kvantitative resultater var Kopernikus tvunget til at indføre epicyklusser, om end færre end dem, som Ptolemæus havde anvendt. Alligevel var Copernicus’ forudsigelser af planeternes positioner lige så nøjagtige som Ptolemæus’, ikke bedre.

Kapitel 6: Indarbejdelsen af den kopernikanske astronomi

Professionelle astronomer var de første til at acceptere det heliocentriske system. Nogle af dem accepterede det som en beregningsmodel og forblev tavse om dets virkelighed. F.eks. udgav Erasmus Reinhold (1511-1553) i 1551 et komplet nyt sæt astronomiske tabeller (de pruteniske tabeller opkaldt efter hertugen af Preussen), som blev beregnet efter Kopernikus’ metoder. Men Reinhold udtalte sig ikke til fordel for Jordens bevægelse. Georg Joachim Rheticus (1514-1576) offentliggjorde et forsvar for systemet i 1540, endnu før De Revolutionibus udkom. Også Michael Maestlin (1550-1631) var enig i, at Jorden kredsede om Solen.

Derimod modsatte religiøse ledere – for så vidt de var klar over det – sig den nye model, da de så den i åbenlys modstrid med Skriften. Den katolske kirke blev først fuldt ud opmærksom på Copernicus-doktrinen, efter at Galileo Galilei begyndte at udbrede den i Italien efter 1610, og i 1616 blev den sat på indekset (liste over bøger, der er forbudt af den katolske kirke). For den brede offentlighed var det en selvfølge, at jorden ikke bevægede sig, og i næsten et århundrede efter Kopernikus var det meget svært at overbevise nogen om, at resultatet af jordens bevægelse ikke ville være katastrofalt.

Tycho Brahe (1546-1601), historiens største astronom med det blotte øje, fulgte ikke Kopernikus, men udviklede sit eget hybride (“tychoniske”) system, som havde Jorden i hvile i centrum af en roterende stjernekugle og planeterne i kredsløb om Solen. Solen og månen kredsede om Jorden, som i det ptolemæiske system. Brahes yngre kollega, Johannes Kepler (1571-1630), blev opdraget som kopernikaner af sin lærer Maestlin og forblev dette hele sit liv. Kepler reviderede systemet på en meget grundlæggende måde. Han forkastede alle epicyklusser og lod Jorden og de andre planeter kredse om den stationære Sol i elliptiske baner. Hans værk Rudolphine-tabellerne (1627), der udsprang af hans nye teori og var baseret på Brahes fremragende observationer, var alle tidligere anvendte astronomiske tabeller overlegne. Kepler havde, som Kuhn siger, løst problemet med planeterne.

Den mest berømte kopernikaner i historien er uden tvivl Galileo Galilei (1564-1642). Han var den første astronom, der gjorde brug af teleskopet. Hans arbejde var dog hovedsageligt en oprydningsoperation, der blev udført efter at den heliocentriske models sejr var klart i sigte. Galilei observerede på Månens overflade dale og bjerge og så, at planeten Jupiter har satellitter. Begge fakta beviste ikke noget om den kopernikanske models gyldighed, men havde stor psykologisk betydning, da de viste, at himlen ikke er så majestætisk, som man altid havde troet, men at den ligner kosmos sublunære regioner. Galilei opdagede også solpletter og så, at firmamentet indeholdt mange flere stjerner, end man kan se med det blotte øje. En klar støtte til Kopernikus’ teori blev givet af Galileis opdagelse af Venus’ faser. Med teleskopet kan man se, at Venus nogle gange er “ny”, som nymåne, og andre gange “fuld” som fuldmåne. Dette kan kun ske, hvis Venus kredser om Solen på en bane, der ligger inden for Jordens bane, hvilket var en af de forudsigelser, som Kopernikus gjorde, og som Galilei nu overbevisende har bevist.

Kuhn beskriver, hvordan alle professionelle astronomer i anden halvdel af det 17. århundrede blev tilhængere af den heliocentriske model på trods af den katolske kirkes modstand. Det tog den brede offentlighed det meste af det 18. århundrede at blive omvendt til det nye verdensbillede. Selv om en tidligere præsident for et amerikansk lærerkollegium så sent som i 1873 udgav et værk, der fordømte Kopernikus, Newton og mange andre fremtrædende astronomer for at afvige fra den bibelskrevne kosmologi.

Kapitel 7: Det nye univers

Hvor det nye verdensbillede kunne blive bredt accepteret, måtte man besvare spørgsmål som: Hvorfor falder tunge legemer mod overfladen af den snurrende Jord? Hvor langt væk er stjernerne? Hvad bevæger planeterne nu, hvor de aristoteliske kugler ikke længere er der til at drive dem frem? Hvad holder planeterne i kredsløb? Mange af disse spørgsmål finder svar i Isaac Newtons Principia (1687), der beskriver et uendeligt kosmos, hvor planeter og stjerner tiltrækkes af hinanden med en styrke, der er proportional med deres masse. De fleste historier om planetarisk astronomi går derfor fra Kepler og Galilei direkte til Newton. Kuhn tager dog en omvej via atomismen og Descartes’ hvirvelteori.

Kuhn begynder kapitel 7 med at sandsynliggøre, at når først stjernesfæren har mistet sin rolle som primus motor for planetsfærerne (den aristoteliske kosmologis “himle”), er det begrebsmæssige skridt til et grænseløst uendeligt univers ikke særlig stort. Kuhn fortæller, at allerede i 1576 introducerede den engelske kopernikaner Thomas Digges ideen om et uendeligt univers i en ellers ligefrem parafrase af De Revolutionibus.

Med bemærkning om, at kopernikanisme og atomisme ved første øjekast synes at være to doktriner, der ikke har noget med hinanden at gøre, fortsætter Kuhn med at forklare, at atomisterne havde brug for et uendeligt tomrum, som deres korpuscler kunne bevæge sig i. Når man antager, at kopernikanismen forudsætter et uendeligt univers, er de to doktriner ikke så ubeslægtede, som de kan synes. Den mest indflydelsesrige naturfilosof i første halvdel af det 17. århundrede, Descartes, mente, at alle kræfter blev overført ved kollisioner med korpuscler. Han gav den første klare udtalelse om loven om inertialbevægelse: en legemsdel i bevægelse vil fortsætte med at bevæge sig med samme hastighed i en lige linje, medmindre den kolliderer med en anden partikel. Descartes mente, at korpusklerne ved kollisioner arrangerer sig i store cirkulationer (“hvirvler”), og at disse hvirvler bærer planeterne rundt om solen. Descartes fjernede udtrykkeligt fra naturfilosofien den dikotomi mellem himmelske og jordiske love, der var blevet indført af Aristoteles to tusind år tidligere.

I 1666 formulerede Robert Hooke, meget påvirket af Descartes, en teori for planeternes bevægelse, der var baseret på inerti og ækvivalensen mellem himmelske og jordiske love. En planet i bevægelse burde bevæge sig ensartet i en lige linje, skrev han, men da vi ved, at dens bane kredser om Solen, må der være en tiltrækningskraft, der virker mellem Solen og planeten. Selv om han mente, at styrken af denne kraft ville aftage med stigende afstand mellem Solen og planeten, vidste han ikke, hvordan man kunne generere en Kepler-ellipse ud fra den. Den opgave blev overladt til Newton. Newton beviste omkring samme tid, at en punktpartikel beskriver en ellipse, når et ubevægeligt legeme tiltrækker den med en kraft, der er omvendt proportional med afstanden. Det tunge legeme befinder sig i et af de to brændpunkter i ellipsen. Jorden er imidlertid ikke en punktpartikel. I 1685 beviste Newton, at alle jordens legemer kan behandles som om de befandt sig i jordens centrum. Endelig blev Keplers love forklaret som den medfødte tiltrækning mellem de fundamentale korpuskler, der udgør planeterne og stjernerne. To år senere udkom Newtons Mathematical Principles of Natural Philosophy, og den kopernikanske revolution var afsluttet.

Noter

1. Bortset fra at “paradigme” optræder i forordet (s. ix) og på s. 222, begge steder i sin konventionelle betydning.
2. N. M. Swerdlow, An Essay on Thomas Kuhn’s First Scientific Revolution, The Copernican Revolution, Proceedings of the American Philosophical Society, vol 148, pp. 64-120 (2004)
3. Kuhn staver Coelestium som Caelestium, hvilket er den mere almindelige latinske stavemåde. De originale frontispicer angiver dog Cœlestium.
4. Swerdlow loc. cit. er uenig i, at neoplatonisk humanisme var relevant for Kopernikus’ motivation.
5. Kuhn baserer sig med hensyn til det 16. århundredes protestantiske ledere Luther, Melanchthon og Calvin på A. D. Whites arbejde: A History of the Warfare of Science with Theology in Christendom, Appleton, New York, (1896). O. Gingerich (2004), loc. cit. har givet grunde til, at Whites værk måske ikke er helt pålideligt på dette punkt.
6. Kuhn nævner ikke, at bogen blev optaget fire år senere, men med en liste af rettelser tilføjet. Rettelserne vedrørte alle modellens virkelighed, i modsætning til den beregningsmæssige bekvemmelighed.