Fortællingen om

universet

2

Indhold

Videnskabelige paradigmer og anomalier 3

Det Geocentriske Verdensbillede 4

Det todelte univers 5

Nicolaus Kopernikus (1473-1543) Solen er centrum 7

Tycho Brahe (1546-1601)Nova Stella – bruddet med den uforanderlige himmel 8

Kometen og forkastelsen af krystalsfærerne 10

Det Tychoniske Verdensbillede 11

Galileo Galilei (1564-1630)Da himlen kom nærmere 12

Kikkertens heliocentriske beviser 14

Johannes Kepler (1571-1630)Det lovmæssige univers 16

Isaac Newton (1642-1727)Etablering af det heliocentriske paradigme 16

Principia 18

Principias perspektiver 19

Konklusion 20

Siden tidernes morgen har mennesketværet fascineret af himmelrum met.Myter om stjerner, Solen og Månen

er en del af skabelsesberetninger i de flestereligioner fra jøde dom og kristendom til is-lam, såvel som i den græske og den nordi-ske mytologi. I store kulturer verden overhar astronomien gennem tiden spillet en af-gørende rolle i forhold til tidsregning ogfastsættelse af årets højtider. Nogle kultu-rer har dyrket himmellegemerne som gu-der, andre har troet, at de fortalte om men-neskets liv og skæbne. I et historisk per-spektiv bliver beskrivelser af universet etspejl på, hvordan mennesket til forskelligetider har opfattet deres tilværelse og ver-dens sammenhæng.

Fortællingen om universet har undergåeten revolutionerende forandring i de sidsteårhundreder af menneskehedens histo rie.Der er langt fra skabelsesberetningen i DetGamle Te sta mente til teorien om, at uni-verset opstod ved et big bang for milliarderaf år siden. For at forstå det spring, der ersket i menneskets viden om universet i lø-bet af de sidste 400 år, må vi forstå, hvadder skete i renæssancens naturvidenskabe-lige revolution i 1500- og 1600-tallet. Hvisvi skal forstå den videnska belige revolu-tion, må vi undersøge, hvordan videnska-ben udvikler sig, og hvordan videnskabeli-ge nybrud opstår.

Videnskabelige paradigmer og anomalier

Videnskabshistorikeren Thomas S. Kuhn(1922-1996) har i sit værk fra 1962, TheStructure of Scientific Revolutions (på danskVidenskabens revolutioner, 1973), undersøgtspørgsmålet om videnskabens natur. Hvader det, der sker, når en videnskabelig teorigår fra at blive anset som en sandhed til atblive be tvivlet, forkastet og erstattet af enny videnskabelig teori? For at beskrive den-ne proces arbejder Kuhn med to centrale

begreber: paradigme og anomali. Et para-digme betegner den over ordnede teoretiskeramme, der altid vil findes for videnskabs-folks og almindelige menneskers forståelseaf verden. Det er en ram me, man ikke kantænke uden for, og er en grænse for men ne-skets erkendelse. Hvis en videnskabsmand idag sagde, at Månen var centrum for plane-ternes baner, ville ingen tage ham alvorligt.Det videnskabelige paradigme, vi befinderos inden for, har en ufattelig mængde empi-riske beviser og teorier, der siger, at Solener centrum for planeternes baner. Viden-skabs folk og almindelige mennesker er over- bevist om, at det er sandt, og den overbevis- ning skal der meget til at rykke. Men hvor-dan forklarer man så et videnskabeligt brudsom renæssancens naturvidenskabelige re-

3

Armillarsfære. Mekanisk model af universet med Jordensom centrum. Josias Habrecht 1572.Nationalmuseet. Foto: John Lee.

volution, hvor én opfattelse af universet bleverstattet med en helt anden?

Ifølge Kuhn vil der inden for ethvert para-digme over tid opstå anomalier. Anomalierer noget, der ikke passer; en videnskabeligopdagelse, der ikke kan forklares af paradig-met. I takt med at der kommer flere og flereanomalier, vil paradigmets forklaringskraftblive mindre, simpelthen fordi der er formeget, den ikke kan forklare. Når der er op-stået for mange anomalier, kan paradigmetikke længere bruges, og det mister sin be-tydning som videnskabelig erkendelsesram- me. Det vil blive forkastet, og et nyt viden-skabeligt paradigme med nye forklarings-modeller vil opstå. Den naturvidenskabeli-ge revolution og overgangen fra det geo-centriske til det heliocentriske verdens bille-de er en god historisk illustration af enovergang fra et paradigme til et andet. Derer i det følgende lagt særlig vægt på astro-nomerne Tycho Brahe, Galileo Galilei ogIsaac Newton.

Det GeocentriskeVerdensbillede

Alle kulturer har haft mere eller mindreudviklede forestillinger om universets op-bygning. I vores del af verden opstod detførste samlede verdensbillede i det antikkeGrækenland og blev formuleret af filosoffenog naturvidenskabsmanden Aristoteles(384-322 f.Kr.).

Han søgte at give en sammenhængende vi-denskabelig forklaring på, hvordan univer-set var indrettet. Det vil sige, at han opstil-lede et verdensbillede, hvor guder og myti-ske væsener ikke spillede nogen rolle, uni-verset skulle forstås ud fra love og princip-per i naturen. Aristoteles gjorde sig til tals-mand for et geocentrisk univers (geo bety-der jord på græsk); det var altså et universcentreret om Jorden. Ifølge Aristoteles varden massive jordklode med dens bjerge ogklipper alt for tung til at bevæge sig og hvi-lede ubevægelig i universets centrum. Rundt

Himmelgudinden Urania vejer verdensbillederne imod hinan-den. Tycho Brahes vejer tunge-re end Koper nikus’ heliocentri-ske verdensbillede. På Jorden ligger Det Geo centriske Verdens billede forkastet. Fra Almagestum novum (1651)af Giovanni Riccioli. Det Kgl. Bibliotek.

4

om den kredsede alle himmellegemerne, menikke i et åbent himmelrum. Jorden og densatmosfærer var lukket inde i ni uigen nem-trængelige krystalkugleskaller.

Dette lille, afgrænsede univers var altsåbyg get op ligesom et løg med Jorden sommidte. Hver af disse krystalsfærer, somkugleskallerne blev kaldt, bar ét af himmel-legemerne på dets bane rundt om Jorden.Den første og mindste krystalsfære barMånen, herefter fulgte sfærerne med Mer- kur, Venus, Solen, Mars, Jupiter og Saturn.I Det Geocentriske Verdensbillede reg nede manaltså Solen og Månen til at høre med blandtplaneterne. Stjernerne sad på den ottendesfære, der blev kaldt firmamentet. Den nien-de sfære blev tilføjet som det element, deroverførte bevægelse til de andre og fik demtil at dreje rundt. Aristoteles fastslog, atkrystalsfærerne bevægede sig i evige, per-fekte cirkelbevægelser omkring Jorden. Påden måde forklarede han, hvad der var år-sagen til Solens, Månens og planeternesbane igennem verdensrummet.

Det todelte univers

Aristoteles’ fysik opdelte universet i to re-gioner over og under Månen. Der gjaldt for-skellige love for hvert af områderne. UnderMånen var Jorden og dens atmosfære stedetfor forandringer. Når Aristoteles betragte-de verden og naturen, kunne han se, hvor-dan dyr, mennesker og planeter opstod, for-andrede sig og gik til grunde. Hvis man der- imod rettede blikket imod himmelrummetfra Månesfæren og længere ud, fremhævedefilosoffen, at man ingen forandringer villese: Intet nyt opstod, og intet gik til grunde.Ifølge Aristoteles havde det været sådan,lige så længe mennesker havde iagttagetplaneter og stjerner. Universet over Månenvar altså perfekt og uforanderligt, kende-tegnet af planeternes evige omdrejninger.Alt nyt, der opstod på himlen, måtte befin-de sig under Månen og dens sfære.

Buste af den græskefilosof Aristoteles. Det Kgl. Bibliotek.

5

Atlas, der bærer stjerne himlen på sineskuldre.Nationalmuseet. Foto: John Lee.

Aristoteles beskrev i sin kosmologi, hvorle-des Det Geocentriske Verdensbillede var op-bygget, og hvilke love der gjaldt. Men hanhavde ikke givet astronomiske beskrivelsertil nærmere fastlæggelse af himmellegemer-nes positioner. Denne astronomiske overbyg-ning kom først et par århundreder senere,da matematikeren og astronomen ClaudiusPtole mæus (90-168 e.Kr.) udformede sit storeværk Almagest. Heri samlede han al tilgæn-gelig astronomisk viden om det geocentri-ske un ivers, som kunne bruges af astrono-mer i deres arbejde, og som rejsende kunnenavigere efter.

Værket skulle sammen med Aristoteles’ fysikkomme til at dan ne platformen for Det Geo-centriske Verdensbilledes absolutte dominansde næste 1500 år. For de to grækeres geo-centriske verdensbillede smeltede i den euro-pæiske middelalder sammen med kristendom- mens opfattelse af Guds skaberværk. Blotmed den tilføjelse at Guds bolig og den krist-ne him mel med alle de frelste blev placeretover de evige og uforanderlige krystalsfærer,langt fra Jordens foranderlighed og forfald.

6

Det GeocentriskeVerdensbillede medJorden i midten. Bagkrystalsfærerne varGuds himmel, hvorhan tronede blandt defrelste. Fra HartmannSchedels Liber chronicarum, 1493. Det Kgl. Bibliotek.

Nikolaus Kopernikus(1473-1543) Solen er centrum

Det Geocentriske Verdensbillede stod uantastetindtil 1543. I det år blev et lille værk trykt ifå eksemplarer, forfattet af en vis Koperni-kus; det skulle komme til at vende verdenpå hovedet. Nikolaus Kopenikus blev født iden polske by Torun som søn af en rig stor- købmand og embedsmand. Han studeredeteologi, jura, matematik og astronomi påuni versiteterne i Krakow, Bologna og Pado-va.

I værket Om him melsfærernes kredsbevæ-gelser, der udkom i hans dødsår 1543, lance-rede Kopernikus den banebrydende tanke,at det var Solen, der var universets centrum,og ikke Jorden. Jorden var blot en planetblandt andre planeter, der kredser om Solen.

I værket gav Kopernikus en samlet ma-tematisk udformning af Det HeliocentriskeVerdensbillede, der tvang astronomer til attage idéen om jordklodens bevægelse somen planet alvorligt. Hans hovedargumentvar, at Det Heliocentriske Verdensbillede leve-rede en mere enkel astronomisk udreg-ningsmodel til at forstå planeternes bevæ-gelser, end det geocentriske gjorde. Derskulle dog gå et halvt århundrede, før folkfor alvor fik øjnene op for hans idéer.

Portræt af Kopernikus. Det Kgl. Bibliotek.

7

Kopernikus’ helio -centriske verdens -billede. Fra Om himmel -sfærernes kreds -bevægelser, 1543, afNikolaus Kopernikus. Det Kgl. Bibliotek.

Tycho Brahe (1546-1601)Nova Stella – bruddet med den uforanderlige himmel

Den 11. november 1572 om aftenen var dendanske astronom Tycho Brahe på vej overgårdspladsen på herregården Herre vad iSkåne, da noget greb hans opmærksomhedpå den klare stjernehimmel.

Han undredes og fik fat i en tjener, dergav ham ret. I stjernebilledet Cassiopeiabrændte en nye stjerne. Tycho Brahe skrevsenere i værket Nova Stella om den nye stjer-ne, at det var et under, hvis lige ikke var setsiden verdens skabelse.

For i de 18 måneder, stjernen brændtepå himlen, kunne han observere, at den ikkebevægede sig i forhold til stjernerne i nær-heden. Hvis Nova Stella havde været imel-lem Må nen og Jorden, ville den have ændretposition i forhold til disse stjerner, men detgjorde den ikke. Hans konklusion om NovaStella kom til at give genlyd blandt Euro paslærde: Nova Stella måtte befinde sig langtude i universet blandt stjernerne. Men detvar jo en umulighed ifølge det herskendeparadigme, Det Geocentriske Ver densbillede.Filosoffen Aristoteles havde fast slået, athimlen var uforanderlig, evig og perfekt, og

Portræt af Tycho Brahe. Det Kgl. Bibliotek.

8

Den nye stjerne, NovaStella, befandt sig istjernebilledetCassiopeia, her op -tegnet af Tycho Brahe. Fra De Nova Stella,1573. Det Kgl. Bibliotek.

stedet for forandring var Jorden og dens at-mosfære under Månen, for over Månen op-stod intet nyt. Nova Stella burde ikke kun-ne finde sted. Vi ved i dag, at det himmelfæ-nomen, han observerede, var en supernova:En stjerne, hvis kernekraft er brugt op, såden bryder sammen under udsendelse afenorme lysmængder. Tycho Brahe havdemed sin observation etableret en videnska-belig kendsgerning, en anomali, der ikke

9

Et af de tilbageværende Kronborgtapeter. På gobelinen står Frede-rik 2. i front med sinældste søn, prins Chri-stian (4). Bag ved kon-gen til venstre står Tycho Brahe med ryg-gen til Øre sund. Nationalmuseet. Foto: John Lee.

passede ind i den herskende opfattelse afuniverset. Han havde påvist, at der kunneopstå nyt i Aristoteles’ uforanderlige him-mel. Værket om den nye stjerne blev læstover hele Europa, og Tycho Brahe blev in-ternationalt berømt. Frederik 2., konge afDanmark, indså hvilken glans det ville ka-ste over kongeriget at give en astronom somTycho Brahe ordentlige arbejdsforhold.Kongen forærede ham øen Hven i Øresundog betalte opførelsen af slottet Uraniborg,der var indrettet som et stort observatorium.Fra Hven skulle Tycho Brahe komme til atslå flere skår i Det Geocentriske Verdens billede.

Kometen og forkastelsen af krystalsfærerne

Den 13. november 1577, næsten præcis femår efter Nova Stella, slog en komet hul i uni-versets uigennemtrængelige krystalsfærer.Tycho Brahe sad og fiskede i en af de dam-me, han havde indrettet ved Uraniborg påHven, da han fik øje på en klar stjerne overSjælland.

I takt med at mørket faldt på, voksedeen lyshale frem efter stjernen – og TychoBrahe havde set en komet for første gang. IDet Geocentriske Verdensbillede var der en teo-ri om kometerne, der passede med paradig-mets opdeling af universet over og underMånens sfærer. Aristoteles forklarede, atkometer var dampe fra Jorden, der steg opigennem luften og brændte op under Månenssfærer. Det var lyset fra afbrændingen, mankunne se fra Jorden. På den måde kunne

10

Slottet Uraniborg, somTycho Brahe byggedefor Frederik 2.s regning på øen Hven.Svalegangene om-kring slottets tårneblev brugt til at obser -vere himlen fra. Fra Tycho BrahesAstronomia instaura-tæ mechanica, 1598. Det Kgl. Bibliotek.Foto: KarstenBundgaard.

man forklare kometernes opståen, bevægel-se og forsvinden uden at krænke himlensuforanderlighed. Tycho Brahe var ikke enig.Med hjælp fra sine assistenter observeredehan kometen og konkluderede, at den be-vægede sig over Månen i planeten Venus’sfære. Nova Stella og kometen var beggeanomalier i Det Geocentriske Verdensbillede,og de viste, at Aristoteles’ opdeling af uni-verset ikke kunne passe, da der skete foran-dringer over Månen. Det tydede på, at detmåtte være de samme love, der gjaldt i heleuniverset. I de næste ti år observerede TychoBrahe en række kometer fra Hven og reg-nede på deres baner. Han kom frem til, atkometerne bevægede sig frit igennem uni-verset over Månen. På denne baggrund af-viste Brahe teorien om, at universet bestodaf uigennemtrængelige krystalsfærer, derbar planeterne, for kometerne bevægede siguden hindring på tværs af, hvor sfærerneskulle være. Han offentliggjorde disse op-

dagelser, der i lighed med Nova Stella varfænomener, som Det Geocentriske Verdens bil-lede ikke kunne give forklaringer på. Detvar anomalier, som rystede verdensbilledeti sin grundvold. Men opdagelserne rejste etcentralt spørgsmål. Hvis det ikke var kry-stalsfærer, der bar planeterne, Solen ogMånen igennem universet, hvad var så år-sag til himmellegemernes bevægelse?

Det Tychoniske Verdensbillede

På Uraniborg kastede Tycho Brahe sig ud iet omfattende astronomisk arbejde. Overårene registrerede han positioner for 777stjerner i et katalog – en sådan systematiskoptegnelse af stjernehimlen var ikke blevetforetaget før. Stjernernes positioner var et

11

Tycho Brahes verdens billede medde to centre. Fra Tycho Brahes De mundi aetheri recentioribus phaenomenis, 1588. Det Kgl. Bibliotek.

vigtigt astronomisk arbejdsredskab, da manbrugte stjernerne til at sigte efter, når pla-neternes baner skulle kortlægges. Jo flerestjerner man havde registreret, jo merepræ cist kunne man beskrive planeternesbevægelser. Stjerne kataloget skulle årtiersenere blive afgørende for, at Tycho Braheselev, astronomen Johannes Kepler, kunneudregne sine matematiske love om plane-ternes ellipseformede baner omkring Solen.

Mens Tycho Brahe fra Hven observere-de nattehimlen, videreudviklede og forfine-de han sine observationsinstrumenter for atblive mere nøjagtig i sine målinger. I taktmed at arbejdet skred frem, og Tycho Bra-he blev stadig dygtigere, fandt han afgøren-de fejl i både Ptolemæus’ geocentriskeastronomi og Kopernikus’ heliocentriske.Hans ambitioner voksede, og målet blev atskabe en helt ny teori om universets indret-ning ud fra hans nye observationsdata. I1588 offentliggjorde han sit TychoniskeVerdens billede med Jorden som universetscentrum, med Solen og Månen kredsendeomkring sig. Det nye var, at Solen var cen-trum for planeternes baner, mens den selvbevægede sig rundt om Jorden. Det Tycho-niske Verdens billede havde altså to centre. Pådenne måde mente astronomen, at han hav-de beskrevet universet mere præcist endPtolemæus og Kopernikus.

Tycho Brahes afvisning af Det HeliocentriskeVerdensbillede grundede i uenighed om uni-versets størrelse, gudsforståelse og bibel-læsning. Brahe antog, at hvis Jorden bevæ-gede sig rundt om Solen på et år, så villeman kunne måle, at stjernernes positionerændrede sig efter, hvor Jorden befandt sig isin bane. En sådan vinkelforskydning, kal-det en årlig parallakse, var ikke mulig atkonstatere. Dette kunne tolkes på to måder:Enten stod Jorden stille i universets cen-trum, eller også bevægede den sig om So-len. Hvis den bevægede sig om Solen, villeden manglende parallakse betyde, at afstan-den ud til stjernerne var enorm, og at detvar derfor, man ikke kunne måle stjerner-nes ændrede position.

Astronomen nægtede at tro, at der fraden yderste planet Saturn til stjernerneskulle være et umådeligt tomrum. Et så-

dant tomrum var ifølge Tycho Brahe absurd,fordi det var udtryk for uorden i universetsindretning. Dette passede ikke med hans fo-restilling om, at Gud i umådelig visdomhavde indrettet sit skaberværk i en perfektgeometrisk orden. Gud havde ingen grundtil at skabe et gigantisk, uharmonisk uni-vers med et nyttesløst tomrum mellem pla-neter ne og stjernerne. I forhold til Jordensbevægelser var Tycho Brahe overbevistom, at den var alt for tung til at bevæge sig.Hans overbevisning om, at dette var rigtigt,fandt han bekræftet i Bibelen, der flere ste-der beskrev Jorden som universets urokke-lige centrum.

Galileo Galilei (1564-1630)Da himlen kom nærmere

I 1600-tallets begyndelse var der tre kon-kurrerende opfattelser af universets indret-ning: Det Geocentriske, Det Tychoniske og DetHeliocentriske Verdensbillede. De havde hverfor sig stærke argumenter for, at de hverisær repræsenterede sandheden om univer-sets indretning, men der manglede afgøren- de beviser for de forskellige opfattelser. In-

12

Portræt af Galileo Galilei. Det Kgl. Bibliotek.Foto: Karsten Bundgaard

tet var afklaret, før en ny opfindelse i Hol-land med ét ændrede vilkårene for renæs-sancens astronomiske stridigheder. Telesko-pet havde meldt sin ankomst på scenen. Idet nordlige Italien havde en professor imatematik ved universitet i Padova, GalileoGalilei, hørt om dette instrument, der kun-ne få fjerne ting til at synes nære. Profes so-ren var dygtig med sine fingre og en tek-nisk begavelse, og han fremstillede på egenhånd et instrument i 1609 og forbedrededets styrke. I efterårsmørket rettede hansom den første i Europa kikkerten imodstjernehimlen. Indtil det øjeblik havdeastronomien og al refleksion om universetværet baseret på iagttagelser med det blot-te øje. Tycho Brahe havde perfektioneretsådanne observationer, men han døde få årfør kikkertens opfindelse. Kikkerten, detterør med en sleben glas linse i hver ende, æn-drede fundamentalt den information, dervar tilgængelig for astronomerne.

På stjernehimlen gjorde Galilei i løbet af fåmåneder flere revolutionerende opdagelserend nogen astronom før ham. In strumentetleverede de første empiriske indikatorer på,at Det Heliocentriske Verdensbillede var sandt.Ifølge Det Geocentriske Verdensbillede varMå nen en del af det uforanderlige og evige

uni vers, uberørt af forandringer. Derforkunne Gali lei til sin store overraskelse kon-statere, at Månen ligesom Jorden havde en

13

Galileo Galilei viserkikkerten frem for Ve-nedigs senat. Maleri af Luigi Saba- telli (1772-1850). Museo di Fisica eStoria Naturale, Firenze.

Galileis tegninger afMånen, som han såden igennem kikker-tens glaslinser. Fra Budskab omStjernerne, 1610, af Galileo Galilei. Det Kgl. Bibliotek. Foto: KarstenBundgaard.

arret overflade med bjerge og dale. Det varaltså ikke det perfekte, glatte himmellege-me, som man hidtil havde troet.

På baggrund af Det Geocentriske Verdens bille-de forklarede Aristoteles, at det tågede bånd,som Mælkevejen tegner på nat tehimlen,var et fænomen ligesom kometer. Det vardampe fra Jorden, der langsomt brændte opunder Månens krystalsfære. Men kikkertenløste mysteriet om Mælkevejens natur, forigennem glaslinserne opløste Mæl kevejenståger sig i utallige stjerner. Galilei kunneiagttage, at planeterne viste sig som afgræn-sede skiver i kikkerten, mens stjernerne for- blev funklende lyspletter. Denne iagttagel-se kombineret med, at han i kikkerten kun-ne se mængder af stjerner, som ellers ikkevar synlige, bestyrkede hans tanke om, atstjernerne lå uendeligt langt væk, spredt iet gigantisk univers. Dette gik direkte imodTycho Brahes tanker om et lille, harmoniskunivers og geocentrikernes teori om, atstjernerne sad fast på den ottende krystal-kugleskal som knappenålshoveder på entennisbold.

Kikkertens heliocentriske beviser

Mens Galileis astronomiske opdagelsernedbrød det geocentriske paradigme, vardet samtidig iagttagelser, der var med til atopbygge teorien om Det Heliocentriske Ver-densbillede. I begyndelsen af 1610 i januarsvintermørke opdagede videnskabsmandentre, snart fire mystiske stjerner ved Jupiter.De lå på lige linje ud fra planetens ækvator.Galilei observerede dem over tid og kunnese, at de skiftede position, og nogle af demforsvandt for at komme til syne på den an-den side af Jupiter. Konklusionen var uhørt:Jupiter havde fire måner.

En væsentlig indvending imod Det Helio-centriske Verdens billede var, at Jorden ikkekunne kredse om Solen, for hvis den gjordedet, ville den jo flyve fra Månen i verdens-

rummet. Månen viste sig på nattehimlenhver nat, ergo stod Jorden stille i univer-sets centrum, lød ræsonnementet. Det varfør Isaac New tons påvisning af, hvordanden universelle tyngdekraft holder Månen ifast kreds løb om Jorden, mens denne kred-ser om Solen. Efter at Tycho Brahe havdeafvist eksistensen af krystal sfærer, havdeman ikke nogle stærke forklaringer på, hvadder holdt himmellegemerne på plads i deresbaner. Med udgangspunkt i opdagelsen afJupiters måner påpegede Galilei, at en pla-net godt kunne være i kredsløb om Solenuden at tabe sine måner. Hermed under-stregede han også det heliocentriske syns-punkt om, at Jorden blot var en planet, derpå lige fod med universets andre planeterkredsede om Solen.

14

En side fra Budskabom stjernerne (1610)med Galileis observa-tioner af Jupiters firemåner. Det Kgl. Bibliotek.Foto: KarstenBundgaard.

Et par år senere fangede planeten VenusGalileis opmærksomhed, idet den skiftedeform. Videnskabsmanden iagttog, hvorle-des Venus tiltog og aftog i faser ligesomJordens måne. Den eneste måde at forklaredet på var, ifølge Galilei, at den kredsedeom Solen, hvorved forskellige dele af denblev belyst, alt efter hvor den befandt sig påsin bane. Venus’ faser var et stærkt argu-ment for Det Heliocentriske Verdensbilledeimod Det Geocentriske, der med Jorden som

centrum ikke kunne forklare planetens fa-ser. Det Tychoniske Verdensbillede med de tocentre kunne derimod godt forklare faserneog stadig have Jorden i centrum. Men Gali-lei undgik at diskutere verdensbilledet, somhan afviste som vrøvl. Grunden til detteskal nok findes i, at han ikke umiddelbartkunne afvise Tychos Brahes system, dervar underbygget af pålidelige observations-data.

15

Det HeliocentriskeVerdensbillede, hvorGalilei har indtegnetJupiters fire måner.Fra Dialoger om de toverdenssystemer,1632, af GalileoGalilei. Det Kgl. Bibliotek.Foto: KarstenBundgaard.

Johannes Kepler (1571-1630)Det lovmæssige univers Argumenterne for, at Solen var universetscentrum, voksede i første halvdel af 1600-tallet. For mens Galilei gjorde konkreteastronomiske opdagelser, arbejdede mate-matikeren og astronomen Johannes Keplerpå en matematisk beskrivelse af planeternesbaner omkring Solen.

I modsætning til sin læremester TychoBrahe var Kepler tilhæn ger af Kopernikus’heliocentriske verdensbillede. Da Brahedøde i 1601, overtog Kepler hans stjerneka-talog og begyndte at regne på planeternesbaner. Efter års forskning opstillede hantre matematiske love for planeternes bevæ-gelser, der bestemte planeternes fart gen-nem universet og deres omløbstid omkringSolen. Han påviste også, at deres baner om-kring Solen havde form som ellipser og ikkeperfekte cirkler, som Det Geocentriske og DetTychoniske verdensbillede hævdede. JohannesKepler formulerede som den første medpræ cise matematiske udregninger egentligenaturlove i moderne forstand. Således bevi-ste han, at der herskede matematisk påvise-lige lovmæssigheder for det heliocentriskeunivers.

Isaac Newton (1642-1727)Etablering af det heliocentriske paradigme

Johannes Kepler og Galileo Galilei mangle-de til trods for deres forskning og iagttagel-ser stadig at svare på afgørende spørgsmål:Hvordan hænger det heliocentriske universsammen? Hvad var årsag til planeternesbevægelser gennem universet, nu hvor derikke længere var krystalsfærer? I 1642,

16

Portræt af JohannesKepler. Det Kgl. Bibliotek.

Portræt af Isaac Newton. Det Kgl. Bibliotek.Foto: Karsten Bundgaard.

samme år som Galilei døde i en høj alder,blev Isaac Newton født i den midtengelskelandsby Woolsthorpe. Han skulle med tidenblive grundlægger af den moder ne fysik oggive svarene på de ubesvarede spørgsmål.

Med ham sluttede renæssancens naturvi-den skabelige revolution, og det heliocentri-ske univers defineret af den newtonske fysikblev i et par århundreder det herskende pa-radigme for forskeres arbejde og alminde -lige menneskers opfattelse af verdensrum-met.

Da Isaac Newton i 1661 som 19-årig blevindskrevet på Trinity College i Cambridge,stod Det Heliocentriske Verdens billede efter-hånden stærkt.

Kopernikus’, Galileis og Keplers astrono-miske værker var tilgængelige for de flesteog kunne købes for penge, og deres tankervar ved at vinde indpas. En af Europas fø-rende filosoffer, franskmanden René Des -cartes, havde endda besvaret spørgsmåletom, hvad der forårsagede planeternes be-vægelser omkring Solen: De blev skubbet

rundt. Descartes mente, at hele universetbestod af små hårde usynlige kugler, somhan kaldte atomer. Alle bevægelser i uni-verset var forårsaget af, at disse tætpakkedeatomer stødte sammen og skubbede til hin-anden, hvorved bevægelsen forplantede sigigennem dem. Planeterne bevægede sig, for-di de blev skubbet gennem universet i enhvirvelstrøm af sammenstødende kuglermed Solen som centrum. Descartes sammen- lignede atomhvirvlerne med de vandhvirv-ler, der opstår i en spand vand, når man rø-rer hurtigt i den. Atomhvirvelteorien blevmeget populær i sidste halvdel af 1600-tal-let; det var et videnskabeligt verdensbille-de, man kunne forstå uden matematiske for-udsætninger.

Isaac Newton brød sig ikke om den teori.Han troede ikke på, at planeternes rotationom Solen var et produkt af, at de blev skub-bet mekanisk frem af sammenstødende ato-mer – der måtte være stærkere, mere aktivekræfter på spil.

Midt i Newtons studietid brød pestenud i London og spredte sig mod Cambrid-

17

Trinity College, hvorIsaac Newton studere-de, forskede og under-viste.Fra Cantabrigia illustrata af DavidLoggan (1635-92). Det Kgl. Bibliotek.Foto: KarstenBundgaard.

ge. Universitetet lukkede, studenter og læ-rere søgte væk. Der gik to år, før det åbne-de igen, og tiden brugte Newton på at driverundt og tænke på sin families gård i Wools-thorpe. Det var ikke nytteløse tanker. Herlagde han grunden til sine videnskabeligeopdagelser inden for matematik, fysik,astro nomi og optik, da han var i begyndel-sen af tyverne. Opdagelser, der skulle gøreham til Europas førende videnskabsmand.Fra denne periode, da han var hjemme,stammer historien om, at han skulle havefået et æble i hovedet, mens han sad underet æbletræ. På Newtons tid var videnskabs-mænd enige om, at der eksisterede en tyng-dekraft ved Jordens overflade; spørgsmåletvar, hvor langt den strakte. Det faldendeæble gav Newton den idé, at tyngdekraften,der fik det til at falde, ikke var begrænsettil en bestemt afstand fra Jorden, menstrakte sig ud til Månen. Newton ræsonne-rede, at når Månen bevægede sig med højfart gennem rummet, burde centrifugalkraf-ten sende den i en lige linje ud i universet.Men da Månen blev i sin bane om Jorden, vardet, fordi, den var underkastet en modsatrettetkraft af samme styrke, nemlig Jordens tyng-dekraft.

Principia

Newton publicerede ikke disse tidlige re-fleksioner – der skulle gå mange år, førhans teori var moden til offentliggørelse.En henvendelse fra astronomen EdmundHalley (1656-1742) fik Newton tilbage påsporet. Halley skrev til Newton i 1684, dahan havde opdaget, at Solen tiltrak plane-terne med en kraft, der aftog med kvadratetpå planeternes afstand til Solen. Spørgsmå-let gik på, hvilken bane en planet ville føl-ge, hvis den var påvirket af en sådan kraft.Newton havde allerede regnet på det: Sva-ret var en ellipse, den form, som planeter-nes baner havde ifølge Keplers love. New-ton funderede: Måske var denne kraft fraSolen, der trak planeterne, lig den kraft,der fik æblet til at falde fra træet? Måskevar tyngdekraften gældende i hele univer-

set? I 1687 udgav han sit hovedværk Phi-losophia naturalis principia matematica (’Na-turvidenskabens matematiske principper’),siden kendt som Principia.

Dette værk blev grundlaget for den klassiskefysik og et af videnskabshistoriens mest ind-flydelsesrige skrifter.

18

Descartes’ kosmologi med et univers, der be-

stod af usynlige atomer, der skubbede planeterne rundt. Fra Filosofiske principper af René Descartes. Det Kgl. Bibliotek. Foto: Karsten Bundgaard.

I værket opstiller Newton de tre berøm-te mekaniske bevægelseslove. Lovene be-skriver sammenhængen mellem le ge mersbevægelse og de kræfter, de påvirkes af.

Den første lov om inerti: ”Et legeme for-bliver i sin tilstand af hvile eller jævn, retlinjetbevægelse, med mindre det tvinges til at ændredenne tilstand.”

Den anden lov, kraftloven: ”Kraft er ligmed masse gange acceleration (F=ma).”

Den tredje lov om aktion og reaktion:”Til enhver aktion svarer altid en lige så storog modsatrettet reaktion.”

Ud fra disse love kunne Newton slutte sigtil tyngdekraftens virkning mellem to lege-mer og opstille loven for universel tyngde-kraft. Denne siger, at alle genstande meden masse tiltrækker hinanden med en kraft.Hvor stor denne kraft er, afhænger af de togenstandes masse og deres afstand, og detgælder for alle legemer i universet. Hervedvar han kommet frem til en dynamisk, ak-tivt virkende kraft, der manglede i Descar-tes’ teori om sammenstødende atomer, derskub bede rundt på planeterne. Newtonkunne forklare, hvorledes det var tyngde-kraften fra Solens gigantiske masse, derholder sammen på det planetariske system.

Principias perspektiver

Ud fra sine love kunne Newton give ensamlet forklaring på en mængde forskelligefænomener: Hvordan Månen kunne kredseom Jorden, mens den cirkulerede omkringSolen, kometernes baner, tidevandets sti-gen og falden, jordaksens vippen og Solensforstyrrelse af månebanen. Mens tilhæn-gerne af Det Geocentriske Verdensbillede men-te, at planeterne blev ført af krystalsfærer,var Newtons univers langt mere komplice-ret med langt flere faktorer, der spiller indpå hinanden. Det var et harmonisk system,i hvilket alle legemerne regulerede hinan-den i højere eller mindre grad. Jupiters må-ner påvirkede både hinanden og deres værts-planet, som holdt dem fanget i sit tyngde-

felt, og som på sin side var grebet af Solensammen med sin samling af planeter – ogalle planeterne trak i hinanden og en lillesmule i Solens vældige masse.

Værket fuldendte paradigmeskiftet til DetHeliocentriske Ver dens billede ved at samleuniverset over og under Månen, to verde-ner, der hidtil havde været adskilt. Det varde samme love, der gjaldt overalt i univer-set, den samme kraft, der fik æb let til at fal-de fra træet og Saturn til at blive i sin baneomkring Solen. Newton kunne dog ikke for-klare tyngdekraften, han kun ne kun påviseden matematisk, men ikke give fænomenetnogen fysisk begrundelse for genstandesgensidige tiltrækning over afstande, hvilketfilosoffer og videnskabsfolk i hans samtidfandt utilfredsstillende. Men selv i dag er viikke kommet tyngdekraftens natur nærme-re; vi kan konstatere, at den er der, menikke forklare den.

19

Forsiden af IsaacNewtons Principiafra 1687.Det Kgl. Bibliotek. Foto: KarstenBundgaard.

Konklusion

Den naturvidenskabelige revolution toghalvandet hundrede år, fra Det Heliocentri-ske Verdensbillede var en tese i en lille uanse-lig bog udgivet af Nikolaus Kopernikus i1543, indtil det fremstod som et fuldstæn-digt verdenssystem i Isaac Newtons Princi-pia fra 1687. Det var et radikalt brud medden måde, man hidtil havde forstået og for-klaret universet på, både blandt almindeligemennesker og videnskabsfolk. Revolutionsynes derfor en meget god betegnelse. Fordet var en proces, der var så omsiggriben-de, at det er svært for et moderne menne-sker at leve sig ind i, hvordan man opfatte-de verden og universet før dette brud.

Thomas Kuhns begreber om paradigme oganomalier er en god ramme til at forstå vi-denskabelig udvikling og nybrud. Det geo-centriske paradigme beskriver én hersken-de opfattelse af universet med Jorden hvi-lende i universets midte, lukket inde i evige,uigennemtrængelige krystalsfærer medforskellige love over og under Månesfæren,indtil dette paradigme erstattes af et nyt,Det Heliocentriske Verdensbillede, med Solensom centrum for planeternes ellipseforme-de baner i et åbent, grænseløst univers, derholdes sammen af den universelle tyngde-kraft. Overgangen fra det ene paradigme tildet andet er en bevægelse, der kan beskri-ves trin for trin med de anomalier der op-stod i Det Geocentriske Verdensbillede. Detstartede med Kopernikus’ lancering af teo-

20

Det HeliocentriskeVerdensbillede medellipseformede planet-baner. Fra Atlas coelestis seuhermonia macro -cosmica, 1660, afAndreas Cellarius. The Bridgeman ArtLibrary.

rien om Det Heliocentriske Verdensbillede.Kort tid efter kom Tycho Brahes observa-tioner i 1570’erne af Nova Stella og kome-ten, der viste, at universet ikke var uforan-derligt, og at der ikke kunne være krystals-færer. Udviklingen tog fart med GalileoGalileis kikkertopdagelser i 1610’erne, dergav empirisk belæg for Det HeliocentriskeVerdensbillede, mens Kepler i samme periodekunne påvise tre matematiske love for pla-neternes ellipseformede baner omkring So-len. Den blev afrundet af Isaac Newton, dermed formuleringen af teorien om den uni-verselle tyngdekraft gav det heliocentriskeunivers en fuldstændig fysisk forklaring.De opdagelser, der som anomalier var medtil at nedbryde Det Geocentriske Verdensbille-de, fungerede således samtidig som bygge-sten for Det Heliocentriske Verdensbillede. Tiltrods for at der var tre forskellige konkur-rerende verdensbilleder i begyndelsen af1600-tallet, var det altså Det HeliocentriskeVer dens billede, der etablerede sig som det pa-radigme, menigmand og videnskabsfolk be-tragtede og fortolkede universet ud fra. Detvar det, der gav de mest dækkende forkla-ringer på renæssancens astronomiske opda-gelser.

Det Tychoniske Verdens billede forblev etplanetsystem, og det udviklede sig aldrigtil at blive et paradigme. Det var ikke fuld-stændigt nok til at fungere som overordnetramme for videnskabelig erkendelse af uni-verset, som det ge ocentriske system havdeværet, og som det heliocentriske systemblev. I modsætning til bå de Det Geocentriskeog Det Heliocentriske Verdensbillede kunneTycho Brahe for eksempel ikke give nogentilfredsstillende teori om årsagen til plane-ternes bevægelser.

Det Heliocentriske Verdensbillede sejredeog stod uantastet et par århundreder, menmed tiden opstod der anomalier, som ikkekunne forklares. Et nyt radikalt brud op-stod i begyndelsen af 1900-tallet med etparadigmeskifte anført af fysikerne AlbertEinstein og Niels Bohr med udgangspunkti kvantemekanikken og relativitetsteorien. Men det er en helt anden historie.

21

To sider af et konsolurfra 1642. Pladerne viser astronomerneKopernikus og TychoBrahe, der peger påhvert sit verdensbille-de. Nationalmuseet. Foto: John Lee.

www.natmus.dk www.skoletjenesten.dk

© Copyright: Skoletjenesten og Nationalmuseet 2010

Redaktør (ans.): Vibeke Mader, Skoletjenesten

Tekst: cand.mag. Peter W. Frederiksen

Billedredaktion: cand.mag. Peter W. Frederiksen

Layout: Kristin Wiborg/Skoletjenesten