Читать книгу Natur, videnskab og metafysik - Carl Henrik Koch - Страница 7

Det 17. århundrede var vidne til, hvad der senere er blevet kaldt den naturvidenskabelige revolution. Op gennem middelalderen havde naturfilosoffer forsøgt at anvende matematikken som et redskab for naturerkendelsen, men uden held. Forsøget skete, på trods af at det verdensbillede, som man havde arvet fra antikken, og som stort set stammede fra den græske filosof Aristoteles (384-322 f.Kr.), udelukkede matematikkens anvendelse på fx et så enkelt fysisk fænomen som det fri fald. Aristoteles havde delt de fysiske legemer i to grupper. Dels er der dem, der er lette, og som hører til oven over jordoverfladen – det gælder fx ild – og dels er der dem, der er tunge, og som hører til på jordoverfladen – det gælder fx sten. Når en sten løftes fra jorden op i luften, bliver den stik imod sin natur en let ting, og når den slippes igen, bevæger den sig i en ret bane mod jorden for igen at blive, hvad den er, nemlig en tung ting. Faldbevægelsen er derfor en formålsrettet proces. Målet er, at tingen skal blive, hvad den i virkeligheden er. Men som formålsrettet kan faldbevægelsen ikke beskrives matematisk. Dertil kommer, at Aristoteles tænkte sig, at den varme ild, den tørre luft, den kolde jord og det fugtige vand var den fysiske verdens grundelementer. Derfor må alle forekomster i naturen beskrives ved hjælp af grundegenskaberne varme, tørhed, kulde og fugtighed, dvs. ved hjælp af kvaliteter, og ikke ved kvantiteter som fx størrelse og vægt, der kan beskrives matematisk. For oldtidens og middelalderens aristotelikere var en matematisk fysik en umulighed. At skabe en sådan fysik lykkedes først i det 17. århundrede.

Det 17. århundrede kaldes ofte for geniernes århundrede. Blandt de største inden for fysikken og astronomien var italieneren Galileo Galilei (1564-1642), tyskeren Johannes Kepler (1571-1630), franskmanden René Descartes (1596-1650) og – som den største af dem alle – englænderen Isaac Newton (1642-1727). Galilei brød med aristotelismen ved over for det traditionelle kvalitative verdensbillede at sætte et kvantitativt. De fysiske genstande kan og bør, mente Galilei, entydigt bestemmes ud fra de træk ved dem, hvortil der kan knyttes måletal. Det var ikke de aristoteliske grundkvaliteter, der var særegne for tingene, men derimod deres højde, længde, bredde, hastighed og vægt. Det lykkedes for Galilei at løse den opgave, som middelalderens fysikere var kommet til kort over for, nemlig matematisk at beskrive det fri fald og den tvungne kastebevægelse. Også Kepler brød med klassiske forestillinger. Som Galilei tilsluttede han sig fuldt og helt det astronomiske verdensbillede, som den polske astronom Nikolaus Copernicus (1473-1543) som den første siden oldtiden havde argumenteret for, nemlig at det er Solen og ikke Jorden, der befinder sig i Universets midte. Men Copernicus havde fastholdt, at Jordens og de øvrige planeters bevægelse omkring Solen måtte kunne opløses i cirkelbevægelser. Siden oldtiden havde man ment, at de himmelske legemer var fuldkomne legemer gjort af et særligt stof, og at de derfor måtte bevæge sig i fuldkomne baner, nemlig cirkelbaner.

På baggrund af det store observationsmateriale, som danskeren Tycho Brahe (1546-1601) havde indsamlet, lykkedes det imidlertid Kepler at vise, at planeterne ikke bevæger sig i cirkelbaner, men i ellipseformede baner omkring Solen, som er placeret i disse ellipsers ene brændpunkt. Til denne såkaldte første keplerske lov for planetbevægelser føjede Kepler to yderligere love. I hans anden lov fastslås det, at en planet bevæger sig i sin bane på en sådan måde, at linjen fra planeten til Solen gennemløber lige store arealer i lige store tidsrum, og den tredje lov siger, at kvadratet på planetens omløbstid er ligefrem proportional med den halve afstand mellem de to punkter på dens bane, som er fjernest fra hinanden, i tredje potens. Descartes gav en samlet matematiskfysisk beskrivelse af Universet som en kæmpemæssig maskine bestående af materielle partikler af forskellig størrelse, som er pakket så tæt, at der intet tomrum findes, og hvis indvirkning på hinanden er underkastet mekaniske stødlove, der kan udtrykkes i matematikkens sprog. Dette fysiske verdensbillede – senere kaldt den mekaniske naturopfattelse – vandt stor tilslutning i videnskabelige kredse.

Skønt de fundamentale mekaniske naturlove, som Descartes lagde til grund for sin matematiske fysik, både viste sig at være utilstrækkelige og for de flestes vedkommende fejlagtige, hvilket blandt andre Newton påviste, så var selve forsøget på at udforme en fysik, der omfatter både forhold nær jordoverfladen, fx faldbevægelsen, og himmellegemernes bevægelser, skelsættende. Allerede Kepler havde drømt om en fysik, der formåede dette. Siden Aristoteles havde man opdelt Universet i to dele, én under Månen og én over Månen. Under Månen var tingenes naturlige bevægelse retlinet, over Månen bevægede planeterne sig i fuldkomne cirkelformede baner. Under Månen var det muligt at give årsagsforklaringer på de iagttagede bevægelser, over Månen måtte man nøjes med at udforme en bevægelseslære, en kinematik, der – som det ofte blev sagt – skulle “redde” fænomenerne, dvs. skulle vise, at planeternes tilsyneladende uregelmæssige bevægelser – ordet “planet” kommer af det græske ord for at vandre – kunne opløses i rene cirkelbevægelser. Det var imidlertid ikke lykkedes Descartes at sammensmelte den jordiske fysik med den himmelske kinematik. Det lykkedes først for Newton, som påviste, at det var den samme kraft, der fik et legeme nær jordoverfladen til at falde, som holdt Månen i dens bane, nemlig en almen massetiltrækningskraft. Newton kunne også påvise, at størrelsen af den kraft, hvormed to legemer tiltrak hinanden, er omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem og ligefrem proportional med produktet af deres masser, og at en kraft af denne karakter vil medføre, at et relativt let legeme bevæger sig omkring et relativt tungt legeme i en ellipseformet bane. Hermed var det lykkedes Newton at udlede korrigerede versioner af de tre keplerske love, idet han kunne vise, at lovene i de keplerske formuleringer kun gælder tilnærmelsesvist, idet planetbanerne ikke blot er bestemt af Solens tiltrækningskraft, men også af planeternes gensidige tiltrækning.