コペルニクス的転回 (書籍)

The Copernican Revolution:

トーマス・S・クーン（Thomas S. Kuhn）は、科学とその実践者に対する新しい哲学的・社会学的見解を開拓した、エポックメイキングな『科学革命の構造』（1962）の著者です。 この本の中でクーンは、パラダイムシフトという概念を導入している。これは、科学コミュニティに属する人々が、その分野で革命的な変化を遂げる際に、突然その考え方を変えることである。 彼は、非革命的な（「正常な」）科学の時代に働いていた科学者を、ジグソーパズルやクロスワードパズルに似ていない一種のパズルの解き手と表現している。 コペルニクス的革命の中に、クーンの有名な哲学の輪郭を見出すことを期待した読者は、失望するだろう。

クーンの処女作である『コペルニクス的回転』は、科学史の中で最も売れている本の一つである。 2003年、ハーバード大学出版局版は24刷で、これはヴィンテージ・ブック版を除いたものである。 それ以前に彼は、17世紀の化学とカルノーサイクルに関する6つの論文を発表している。 この本は、ハーバード大学の科学コースで歴史的アプローチに基づく講義を行うためのノートから生まれた。 この講座は、科学そのものというよりも、理系以外の学生を対象とした科学への理解を深めるためのものであった。 このような原点は、本書の性格を理解する上で重要である。

「コペルニクス的革命」とは、科学史の中で「科学革命」と呼ばれる方が一般的な時期を意味します。 この時期は明確に定義されており、1543年のコペルニクスの著作『De Revolutionibus Orbium Coelestium』の出版に始まり、1687年のニュートンの『Philosophiae Naturalis Principia Mathematica』の登場で幕を閉じます。 クーンの『コペルニクス的革命』の後半は、コペルニクスの死後1.5世紀の期間をカバーし、前半はコペルニクス以前の宇宙論の2000年以上に及ぶ発展を扱っている。

今回のCitizendiumの記事は、コペルニクス革命を要約し、その中で、トーマス・クーンの目を通して見た科学史における最も魅力的な一連の出来事の一つを語っています。

目次

前述のように、クーンは本の前半をコペルニクス以前の人類の宇宙観に費やします。 エジプト人から始まり、古代から暗黒時代、中世後期を経てコペルニクスに至るまで解説しています。 クーンは、西洋文明が徐々に目覚め、太陽、月、惑星、周囲の球体上の星々、そしてもちろん、その中心にある地球からなる宇宙を認識するようになったと述べている。

第5章でクーンがコペルニクス自身の仕事を論じるとき、コペルニクスの発見、すなわち宇宙の幾何学的中心は地球ではなく太陽であることを、彼の「革命」ではなく「革新」として言及しているのは注目に値する。 これはコペルニクスの天文学への歴史的貢献の重要性を軽視しているという反論があるかもしれないが、クーンは1543年から145年間の全期間を「コペルニクス革命」と呼ぶことを好んでいるので、これは一貫性がある。 それにもかかわらず、本書はコペルニクスの革新的な技術、すなわち地動説から天動説への転換を、宇宙論と天文学の発展における決定的かつ極めて重要なポイントとして扱っている。 コペルニクスの革命は、天文学の革命であると同時に、科学と哲学の革命でもあったとし、天文学者が一見技術的な問題を解決することによって、日常生活の基本問題に対する人々の姿勢が根本的に変化したことを述べている。 コペルニクス的革命とは、第一に天文学の基本概念の改革、第二に地球の運動によって必要とされる他の科学の根本的変化、第三に地球を神の創造の唯一の中心と見なさないことから生じる哲学、宗教、価値観へのさらに包括的な影響を意味するものである。

第1章 古代の二球体宇宙

第1章では、エジプト人とバビロニア人の原始的な宇宙論が説明されています。 地球から見た太陽の見かけの動きなど天文学的な理論が多く扱われ、黄道、冬至・夏至、春分・秋分などの概念が紹介されます。 古代ギリシア文化が登場すると、最古の宇宙論モデル、いや、まだ惑星をその中に入れなければならないので、宇宙論の枠組みである「2球体宇宙」（クーンによる造語）が導入される。 これは、24時間の周期で回転する大きな星球（ファーマメント）の幾何学的中心に、球状に静止した小さな地球があるというものである。 クーンは、天文学が宇宙論的モデルを提供しうるという考えは、我々が古代ギリシャ文明から受け継いだ最も重要で特徴的な新しさの一つであると論じています。 コペルニクスの死後、17世紀初頭まで天文学や宇宙論の初歩的な書物で流布していた宇宙の初歩的なイメージについて、クーンは次のように述べている。 地球は、宇宙を囲む恒星球の中心にある。 外側から土星、木星、火星、太陽、金星、水星、月の軌道が描かれている。 第2章では、より洗練されたモデルとして、惑星の逆行運動をエピシクルで説明する。エピシクルは、一様に回転する第2の円（デフレント）の円周上のある点を中心に一様に回転する小さな円である。 このヘレニズム的宇宙論は、プトレマイオスのアルマゲスト（紀元150年頃）に結実した。この書物は、天空における惑星の発生を予測するための複雑な理論を扱ったものである。 クーンの言葉を借りれば、プトレマイオスのアルマゲストは「すべての天体運動について完全、詳細、かつ定量的に説明した最初の体系的数学論文」であった。 アルマゲスト』における惑星の運動は、一般にデフレントを中心とするエピシクルで構成されているが、プトレマイオスはイコンをも導入している。 等緯線とは、デフィレントの回転は一様であるが、等緯線がデフィレントの中心からずれ、その中心から見たデフィレントの回転が一様でない点のことである。 コペルニクスは等座と等座によってもたらされる非一様な運動を嫌い、より良い惑星モデルを探す主な動機の一つとなった。

第3章 アリストテレスの思想における二球宇宙

この章ではアリストテレスの宇宙論と世界観について説明する。 アリストテレス（前384-322）とその後継者によれば、宇宙は有限であり、星の球に囲まれ、その内部は主にエーテルで満たされている。 アリストテレスは、真空という概念そのものが不合理であり、空間と物質は表裏一体であり、したがって宇宙は物質で満たされていなければならないと考えたのである。 惑星はエーテルからなる同心円状の球殻によって動かされる。 (後に、この殻は惑星とそのエピシクルのデフレントを含むのに十分な厚さがあると考えられた）。 一番内側の殻の裏側、つまり月の殻は、宇宙を全く異なる2つの領域に分割し、異なる種類の物質で満たされ、異なる自然法則に従わせる。 人間が住んでいる地上は、火、空気、水、土の元素で満たされている。 それは、多様で、変化し、生まれ、死に、生成し、堕落する領域である。 月の殻の運動は四大元素を絶えず押し流すので、四大元素を純粋な形で観察することはできない。 これに対して、天の領域である月とその向こうは、永遠で変化がなく、純粋で透明で無重量で腐敗しない元素エーテルだけからなる

第4章 伝統を再構築する。 アリストテレスからコペルニクスまで

第4章では、プトレマイオスとコペルニクスの間の時代について述べる。 この時代の初め、西ヨーロッパは西ローマ帝国の滅亡（476年）により、古代の知識のほとんどを失っていた。 そこで、イスラムのカリファやビザンツ帝国がその知識を保護・保存することになった。 暗黒時代（紀元1000年頃まで続いた）には、地球が球体であるという事実さえ忘れられていた。 4世紀の初めには、ラクタンティウスが地球が球体であるという概念を嘲笑した。 6世紀半ば、アレクサンドリアの修道士コスマスは、聖書からキリスト教的宇宙論を導き出した。 彼の宇宙は、主がモーセに建てるように指示した幕屋のような形をしていた。 しかし、クーンが強調するように、これらの宇宙論が教会の公式教義となることはなかった。

11世紀から12世紀にかけて、古代の知識の一部が、最初はスペインのコルドバ・カリフを経由して再発見された。 この時期、トレド（コルドバ・カリフの学問の中心地）から天文表が輸入され、プトレマイオスのアルマゲストやアリストテレスの天文学や物理学の著作のほとんどが、アラビア語からラテン語に翻訳された。 この時、「古代の知恵」「哲学者（アリストテレス）」に対するヨーロッパ人の畏敬の念が生まれたのである。 当初、カトリック教会は再発見された古代の科学を異教的なものとみなしたが、聖トマス・アクィナス（1225-1274）ら学者たちはアリストテレスの知識をキリスト教の教義と調和させ、その組み合わせがキリスト教の世界観として包括的に受け入れられるようになったのだ。 しかし、本章の後半で述べるように、中世の後半になると、アリストテレスの世界観に対する批判も聞かれるようになります。 パリの名目主義者ニコル・オレスム（1382年没）は、アリストテレスの思想にいくつかの裂け目を入れた。 しかし、これらの批評家は、アリストテレスの宇宙論に対して、地球の中心的位置と不動性、恒星球の可動性と有限次元について、仮説的な反論を行ったかもしれないが、多くの場合、自分たちの反論に非常に正当な理由を見出し、結局アリストテレスが正しかったと結論づけているのである。

ルネサンス期の探検や航海（コロンブスがアメリカに初めて上陸したのは、コペルニクスが19歳のときです）は、新たな疑問を投げかけ、さらなる革新のお手本となりました。 ユリウス暦の累積誤差によって明らかになったように、古代の天文学的計算技術には誤りがあることが判明した。 プトレマイオスが地理学者としていかに間違っていたかが明らかになった。 ルターやカルヴァンの宗教改革に伴う政治的騒動に比べれば、天文学の革新など取るに足らない出来事のように思われた。 こうしたことが、思想の自由度を高め、コペルニクスの革新を可能にする知的環境を整えたのです。 この時代の有力な学問運動であった人文主義は、反アリストテレスを教条とし、その批判によって科学者がアリストテレスのルーツから脱却することを促した。 また、純粋数学に対する美的センスを持つ人文主義者の新プラトン主義的な考え方は、プトレマイオスが等式を使って導入した惑星の非一様な運動を嫌うコペルニクスにその雰囲気を植え付けた。

第5章 コペルニクスの革新

周知のように、第5章で詳しく述べるコペルニクスの革新は2段階から成っている。 まず、恒星球の中心にある地球は、依然としてその軸の周りに日周（24時間）回転していると仮定する。 これによって、太陽や星々の見かけ上の日周回転が説明される。 地球が動くというステップを踏めば、次のステップである地球が太陽の周りを公転することは、概念的に容易である。 クーンは、これらの2つのステップ（図は黄道の項を参照）は、太陽の見かけ上の日周運動や年周運動を理解する上で、あまり重要ではないと説明している。 しかし、第二のステップ、地動説を天動説に置き換えることは、惑星の運動を理解する上で大きな影響を及ぼします。 特に、惑星の逆行運動は、よりエレガントに説明されるようになり、したがって、はるかに理解しやすい現象になったのである。 興味深いことに、コペルニクスは、地球が太陽の周りを回っていると仮定したアリスタルコス（紀元前310-230年頃）のモデルを知っていたことを指摘している。 (コペルニクスが第三の運動を導入したことは、親しみを込めて述べておかなければならない。 コペルニクスは、地軸の向きが年周の間に変化すると仮定していたが、実際には地軸は不変の黄道に対して一定の角度をなしていたのである。 そのため、コペルニクスは地軸に空間における一定の方向を与えるために、円錐年輪運動を余分に導入する必要がありました。 彼は依然として、星の球に囲まれた有限の宇宙を理論の基礎とし、また惑星の運動は真円で構成されなければならず、運動は一様であると信じていたのである。 彼は、（非一様な運動を誘発する）等式を排除したことを、数学的天文学への最も重要な貢献のひとつと考えた。 プトレマイオスへの固執から、クーンは『革命家』は革命家ではなく、むしろ革命を起こすためのテキストであると述べる。 コペルニクスの目的は、世界に新しい宇宙論を与えることではなく、彼がプトレマイオス天文学に感じた技術的欠陥を解決することであった。

ケプラーの研究（1610年頃）から、惑星の軌道は円ではなく楕円であることが知られており、したがってコペルニクスの円軌道に基づく単純なモデルが質的に正しいだけであることは驚くにはあたらない。 定量的な結果を得るために、コペルニクスはプトレマイオスよりも少ない数ではあるが、エピシクルを導入せざるを得なかったのである。 それでも、コペルニクスの惑星位置の予測はプトレマイオスと同程度の精度であり、それ以上ではなかった

第6章: コペルニクス的天文学の同化

プロの天文学者は、最初に天動説を受け入れました。 彼らの中には、それを計算モデルとして受け入れ、その実態については黙っている者もいました。 例えば、エラスムス・ラインホルト（1511-1553）は、1551年にコペルニクスの方法で計算された全く新しい天文表（プロイセン公爵の名をとったプルテニク表）を発行しています。 しかし、ラインホルトは地球の運動を支持することを表明しなかった。 ゲオルク・ヨアヒム・レティクス（1514-1576）は『デ・レボリューションズ』が出版される以前の1540年に、このシステムを擁護する論文を発表している。 ミヒャエル・マエストリン（1550-1631）も、地球が太陽の周りを回っていることに同意していた。

しかし、宗教指導者たちは、彼らが知っている限り、この新しいモデルが聖書と明らかに矛盾していると考え、反対したのです。 カトリック教会がコペルニクスの学説を本格的に知るようになったのは、ガリレオ・ガリレイが1610年以降にイタリアで宣伝し始め、1616年にインデックス（カトリック教会の禁書目録）に掲載されてからのことである。 一般の人々にとっては、地球が動いていないことは自明のことであり、コペルニクスから1世紀近く、地球が動いた結果が破滅的なものにならないことを納得させるのは非常に難しいことでした。

史上最高の肉眼天文学者であるティコ・ブラーエ（1546-1601）はコペルニクスに従わず、回転する恒星球の中心に地球があり、惑星が太陽の周りを回っているという独自のハイブリッド（「ティコ的」）システムを開発しました。 天動説と同じように、太陽と月は地球の周りを回っていた。 ブラーエの後輩であるヨハネス・ケプラー（1571〜1630）は、師であるマエストリンからコペルニクス派の教育を受け、生涯このままであった。 ケプラーは天動説を根本から見直した。 彼はすべてのエピセクルを捨て、地球と他の惑星が静止した太陽の周りを楕円の軌道で回るようにした。 この新しい理論とブラーエの優れた観測結果に基づいて作られた「ルドルフ表」（1627年）は、それまで使われていたどの天文表よりも優れたものであった。 ケプラーは、クーンが言うように、惑星の問題を解決したのである。

歴史上最も有名なコペルニクスは、間違いなくガリレオ・ガリレイ（1564-1642）であろう。 彼は、望遠鏡を利用した最初の天文学者である。 しかし、彼の仕事は、天動説の勝利がはっきり見えてから行われた掃討作戦が中心であった。 ガリレオは、月面に谷や山があることを観察し、木星に衛星があることを見出した。 この二つの事実は、コペルニクス説の正当性を証明するものではなかったが、天がこれまで信じられてきたような壮大なものではなく、宇宙の亜流域に似ていることを示すものとして、心理的に大きなインパクトを与えたのである。 ガリレイはまた、太陽黒点を発見し、大空には肉眼で見るよりもっと多くの星があることを知った。 コペルニクスの説を決定的にしたのは、ガリレオが発見した金星の満ち欠けであった。 望遠鏡で見ると、金星はある時は新月のように「新しい」状態になり、ある時は満月のように「満ち」ていることがわかる。 これは、金星が地球の軌道の中で太陽を一周している場合にのみ起こりうることで、コペルニクスが予測したことの一つですが、ガリレオによって説得力を持って証明されたのです。

クーンは、17世紀後半、カトリック教会の抵抗にもかかわらず、すべてのプロの天文学者が天動説の信奉者となったことを述べています。 しかし、一般市民がこの新しい世界観に改宗するのは、18世紀に入ってからのことでした。 しかし、1873年になると、アメリカの教師大学の元学長が、コペルニクスやニュートン、その他多くの著名な天文学者が聖書の宇宙論から逸脱していると非難する著作を発表しました。

第7章 新しい宇宙

新しい世界観が広く受け入れられる前に、次のような疑問に対する答えが必要でした。 なぜ重い物体が回転している地球の表面に向かって落ちてくるのか？ 星はどこまで遠くにあるのか？ アリストテレスの球体がなくなった今、惑星を動かすものは何なのか？ 惑星を軌道に乗せているのはなぜか？ これらの疑問の多くは、アイザック・ニュートンの『プリンキピア』（1687年）に答えがある。この本は、惑星と星が質量に比例した強さで引き合う無限の宇宙を描いている。 そのため、惑星天文学の歴史は、ケプラーやガリレオからニュートンに直接つながるものがほとんどである。 しかし、クーンは原子論やデカルトの渦巻き説を経由して回り道をしている。

クーンは第7章の冒頭で、恒星球が惑星球（アリストテレスの宇宙論の「天」）の原動力としての役割を失うと、無限の無限宇宙への概念はそれほど大きくはないことをもっともらしく説明している。 クーンは、1576年の時点で、イギリスのコペルニクスのトーマス・ディッジズが、『デ・レヴォリューショニブス』の簡単な言い換えに、無限宇宙という考えを持ち込んだと述べている。

クーンは、コペルニクスと原子論が一見全く無関係の教義に見えることを指摘した上で、原子論者がその屍を動かすために無限の空隙を必要としたと説明しています。 コペルニクスが無限の宇宙を意味することを前提とすれば、この2つの教義は一見無関係とは言えない。 17世紀前半に最も影響力のあった自然哲学者デカルトは、すべての力は粒子の衝突によって伝えられると考えた。 彼は、慣性運動の法則を初めて明確に示した。つまり、運動中の微粒子は、他の粒子と衝突しない限り、直線上を同じ速度で移動し続ける。 デカルトは、衝突によって屍体が広大な循環（「渦」）を形成し、その渦が惑星を太陽の周りに運ぶと考えた。 デカルトは、2000年前にアリストテレスが導入した天界と地上の法則の二項対立を自然哲学から明確に排除したのである。

1666年、ロバート・フックはデカルトの影響を強く受けながら、慣性と天地法則の等価性に基づく惑星運動の理論を打ち立てた。 しかし、惑星の軌道は太陽の周りを回っていることが分かっているので、太陽と惑星の間には引力が働いているはずである、と彼は書いている。 この力の強さは、太陽と惑星の距離が離れると弱くなると考えていたが、そこからケプラー楕円を生成する方法は知らなかった。 その仕事はニュートンに任された。 ニュートンは同じ頃、動かない物体に距離に反比例する力で引き寄せられると、点状粒子が楕円を描くことを証明した。 重い物体は、楕円の2つの焦点のうちの1つにある。 しかし、地球は点粒子ではない。 1685年、ニュートンは、地球のすべての胴体が地球の中心にあるかのように扱えることを証明した。 そして、ケプラーの法則は、惑星や星を構成する基本的な粒子の間に生来備わっている引力であると説明されたのである。 6094>

注

1. ただし、「パラダイム」は序文（9頁）と222頁に登場するが、いずれも従来の意味である。
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はCaelestiumと綴りますが、こちらの方がラテン語の綴りとしては一般的なようですね。
4. Swerdlow loc. cit.は、新プラトン主義的人文主義がコペルニクスの動機に関連していたことに反対している。 A History of the Science with Theology in Christendom, Appleton, New York, (1896). O. Gingerich (2004), loc. cit.は、この点についてホワイトの著作が完全に信頼できるとは限らない理由を述べている。
5. クーンは、この本が4年後に認められたが、正誤表のリストが追加されていたことには触れていない。 訂正はすべて、計算上の利便性とは対照的に、モデルの現実性に関わるものでした。

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