Революцията на Коперник

Николай Коперник е математик и астроном по времето на Ренесанса. Живял е в Кралска Прусия, част от територията на Кралство Полша. Той слага начало на научната революция през Ренесанса с установяването и налагането на хелиоцентричната система. Чрез нея той измества центъра на Вселената от Земата към Слънцето. Откритието е публикувано за пръв път през 1543 г, в годината на неговата смърт, в най-известния му труд „De revolutionibus orbitum coelestium” („За въртенето на небесните сфери”).

Освен с изследванията си в областта на астрономията, Коперник се изявява като математик, икономист, дипломат, преводач, лекар и духовник. Неговата дейност повдига редица конфликти в ренесансовото общество и се превръща в знаков момент в историята на науката до днес.

Произход

Коперник е роден на 19 февруари 1473 г. в полския град Торн, днес Торун, в Полша. Баща му Миколай Коперник, роден в Краков, е заможен търговец на мед. От него Коперник наследява малкото си име. Фамилията Коперник пък според различни източници има различен произход. Според някои сведения произлиза от името на село Коперники, намиращо се в Херцогство Ниса на 10 километра северно от полско-чешката граница. Според други пък фамилията Коперник е обвързана с полската дума за копър (koperek) или с немската за мед (Kupfer).

Майка му Барбара Ветценроде е дъщеря на богат политик и търговец. Етнически той е наполовина немец по майчина линия, но се смята за поляк.

Николай Коперник е най-малкото от четири деца, като има две сестри и един брат. Брат му Андреас е член на католическия Августински монашески орден, а сестра му Барбара става бенедиктинска монахиня. Втората му сестра Катарина се омъжва за градския съветник Бартел Гертнер, от който има пет деца. След смъртта ѝ Коперник се грижи за тях като за свои.

Коперник никога не се жени и няма данни за негови собствени деца. В продължение на няколко години има отношения с прислужницата си Ана Шилинг, които се считат за скандални от редица духовници.

Образование

След смъртта на баща му, вуйчо му по майчина линия, Лукас Ветценроде, взима детето под крилото си и започва да се грижи за образованието му. Запазените биографични данни сочат, че той изпраща младия Коперник на училището „Св. Йоан” в Торун. След това момчето посещава Катедралното училище Влоцлавек по устието на река Весла отново в Торун. Там се подготвя за влизане в университета в Краков, днес известен като Ягелонски университет. През 1491 г. той, заедно с брат му Андреас са приети като студенти в университета и там той започва обучението си в катедрата по изкуствата. Тогава Коперник развива любовта си към математическите науки и придобива основни знания по астрономия. Запознава се с трудовете на Аристотел, които изиграват важна роля в теоретичните му изследвания.

През тези четири години Коперник започва своите теоретични обосновки относно астрономията чрез анализ на логическите противорчеия между теорията на Аристотел за хомоцентричните сфери и механизма на Птолемей за ексцентрицитети и епицикли.
По идея на своя чичо Лукас през 1495 г. Коперник напуска университета без да достигне до академична степен, за да му даде степен каноник във Вармия. Канонизирането му обаче било отказано заради разногласия от страна на католиците и Коперник бива изпратен да учи каноническо право в Италия. Освен право, той посещава лекции по астрономия и изучава най-новите теории в небесната механика от астронома Доменико Мария Новара. През 1499 г. получава магистърска степен, а през 1503 г. – докторска степен по канонично право.

Не проявява интерес към астрологията

След това следва медицина в Университета в Падуа като продължава да изучава астрономия. Част от медицинското образование бил и предметът астрология, тъй като тя се считала за неотложна част от медицината. До края на следването си обаче той така и не проявява интерес към този предмет, за разлика от редица други ренесансови астрономи.

През 1503 г. се връща в Краков и там прекарва седем години като професор в алма-матер. През това време той не прекратява астрономическите си изследвания.

Коперник знае латински, немски и полски език еднакво добре. Той говори също старогръцки и италиански и има стабилни познания по иврит. Тъй като латинският език е основен в европейската научна общност, по-голямата част от трудовете му са именно на латински.

Науката преди Коперник

Идеи за Слънцето като център на Вселената съществуват още от III век пр. Хр. По това време древните гърци смятат, че Слънцето и известните дотогава планети (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн) се въртят около Земята. Тогава древногръцкият астроном Аристарх Самоски предлага хелиоцентризмът като достоверен модел на Вселената, но идеята му не среща одобрение, тъй като не е доказана убедително, и в продължение на десетки векове Земята остава център на Вселената според научната общност. Заради тази си идея обаче Аристарх впоследствие бива наречен „Коперник на Древността”.

Геоцентричният модел бива усъвършенстван от египетския географ, астроном и астролог Клавдий Птолемей. Според него Земята е неподвижна и се намира в центъра на Вселената, а планетите обикалят около нея като описват малки кръгове (епицикли). Чрез тях той обяснява ретроградното движение на вътрешните планети. Така геоцентричният модел, определящ Земята като център на Вселената, се налага в продължение на десетки векове.

Следващата голяма стъпка се реализирала през Ренесанса в т. нар. период на Великите географски открития. В началото на XVI век околосветската обиколка на Магелан и Елкано осигурява неопровержимо доказателство, че Земята е с формата на кълбо.

В тази реалност Коперник след дълги наблюдения и изследвания поставя Слънцето в центъра на Вселената и поставя Земята встрани, редом с другите планети.

Революцията

Докато е в Италия, Коперник се запознава с геоцентричният модел на Птолемей. На този модел обаче не му липсвали слаби страни. Той усложнявал движението на небесните тела, налагайки употребата на различни формули за определяне движението на различните планети. Освен това наблюдателно Коперник установява, че движенията на планетите значително се различават от предсказанията на Птолемей. Чрез редица изчисления Коперник показва, че този проблем, както и останалите неточности в модела могат да се преодолеят чрез изместването на Слънцето в центъра.

През 1514 г. Коперник изпраща на свои познати трактатът, в който обяснява хелиоцентризма като идея. Текстът остава известен като Малкият коментар (Commentariolus) и бива публикуван едва през XIX в. Известният му труд „За въртенето на небесните сфери” излиза 30 години след това.

В тези си трудове Коперник оборва дотогава господстващия модел на геоцентризма, наложен от Клавдий Птолемей и поддържан от църквата. Чрез определяне на двете основни движения на Земята – около оста ѝ и около Слънцето, Коперник обяснява движенията на планетите, смяната на сезоните, явлението прецесия и определя разстоянията на планетите до Слънцето. Тези му хипотези нанасят силен удар върху католическите църковни догми и водят до бурни дебати в астрономичените среди относно естествознанието и цялата наука и водят до революционни промени във възприятието на околния свят. Това слага начало на научната революция от XVI-XVII в.

Хелиоцентризъм

Хелиоцентризмът представлява теория за строежа на Вселената, която поставя Слънцето като нейн център и поставя другите планети, включително Земята, в орбита около него. Идва от гръцкото „хелиос” (Слънце) и „кентрон” (център).

Коперник поставя въпроса за философските изводи от предложения от него модел, пояснени чрез геометрични схеми. Той използва набор от астрономични наблюдения, за да извлече параметрите на своя модел. Едно от основните постижения на Коперник в сферата на физиката и математиката е съставянето на таблици на синусите и секансите. Има съществени приноси и в развитието на равнинната и сферичната тригонометрия. Във вид на таблици той вписва данни, които позволяват да се изчисли миналата, настоящата и бъдещата позиция на всяка планета. Така той поставя свързващото звено между чисто философската страна на астрономията и математичната доказуемост.

Опростен модел

До този момент за определяне позициите на планетите се използва Птолемеевата система, поставяща Земята в центъра. Резултатите от изчисленията на Коперник до голяма степен, съвпадат с тези пресмятани от Птолемей, но обясняват по-опростено ретроградното движение на планетите, като Коперник твърди, че ние просто възприемаме движението на планетата като преместване „назад”, но всъщност такова не съществува. То е привидно за нас, точно както, когато изпреварваме автомобил, имаме усещането, че той се движи назад, а всъщност ние в този момент просто се движим по-бързо.

Идеите на Коперник били известни на астрономичната общност, било то и само като философия. Те противоречат на тогава господстващото разбиране на Библията, тъй като там съществува следният цитат: „Светът също следва да бъде стабилен, тоест да не се движи” („the world also shall be stable, that it be not moved”).

През 1533 г. немският психолог Йохан Видманщетер провежда серия от лекции в Рим относно Коперниковата теория. Една от лекциите бива чута от папа Клемент VII и няколко католически свещенника.

Въпреки конфликта на идеологии Коперник е поканен да публикува пълна версия на теорията си. По този повод Коперник публикува „За въртенето на небесните сфери” през 1543 г. Този труд той написва за около 25 години между 1506 г. и 1530г., но публикува едва през 1543 г. – в годината на смъртта му. Въпреки добрите му отношения с Църквата, той получава критики от редица духовници, че въпреки вярността на сметките, хипотезата не е правилна. Въпреки, че критици не липсват, може би заради полезността на изчисленията, трудът му не е обявен за еретичен в близките години.

Тихо Брахе и гео-хелиоцентризма

Неодобрението към Коперниковата система от редица църковни членове провокира други учени да се впуснат във философски и математически анализи относно формата и структурата на Вселената.

Тихо Брахе (1546 г. – 1601 г.) е известен датски астроном, който съумява да свърже църковната догма с идеята на Коперник, въпреки че първоначално застава против тях. Той създава т. нар. смесена или гео-хелиоцентрична система през XVI в. Предложената от него астрономическа система е практически еквивалентна на Коперниковата, като въпреки това поддържа геоцентричния принцип. Според него Земята е неподвижният център на Вселената, далечните звезди обикалят около нея със скорост правопропорционална на разстоянията до тях. Според Коперник такова въртене е илюзия, създадена от въртенето на Земята около оста ѝ. Това, че при движение на Земята около Слънцето, няма промяна в разположението на звездите, той обяснява с огромните разстояния до тях.

За външните планети (Сатурн, Юпитер, Марс), Брахе предполага, че са на значително разстояние, многократно надхвърлящо разстоянието между Земята и Слънцето, така че на практика не може да се конкретизира кое от двете тела е в центъра на техните орбити – Земята или Слънцето. Вътрешните планети (Венера и Меркурий) пък обикалят съвсем близо до Слънцето и промяната в разстоянията им до Земята е малка.

Коперниковият принцип

Коперниковият хелиоцентризъм дава тласък на много изследователи да разгледат неговите изводи в различни направления. Австрийският математик и космолог Херман Бонди дава наименованието „принцип на Коперник” на идеята, че Земята, както и Слънчевата система не са привилегировани и специални. Този извод произлиза именно от поставянето на Земята встрани от центъра на Слънчевата система, както и фактът, че тя не е стационарна.

Коперник смята за неоправдано да се смята, че Земята е изключителна. Той смята, че Земята не е уникална и във Вселената трябва да има много звездни системи с условия, подобни на тези в Слънчевата система. Поради това нищо не може да възпрепятства условията за земния сценарий и на други планети в различни кътчета на Вселената. Според него можем да твърдим, че законите на природата са универсални и действат еднакво навсякъде, и следователно статистически има вероятност да съществуват други земи и системи с идентични условия. Днес знаем, че съществуват планети около други звезди, наречени екзопланети, и чрез изследване знаем, че на много от тях съществува атмосфера, и вода и други условия, подобни на тези на Земята.

Принципът на Коперник в най-общ смисъл не може да бъде доказан, но той е приложим в много съвременни теории. Космологичните модели често се извеждат с позоваване на Космологичния принцип, който е малко по-общ от принципа на Коперник и съответно тестване на тези модели могат да се считат за тестове и на принципа на Коперник.

По стъпките на Коперник

В първоначалната теория на Коперник, всички планети обикалят в концентрични орбити около Слънцето, а съществуването на други звезди все още е прекалено смело твърдение. То бива допуснато по-късно от италианеца Джордано Бруно, но заради тази си дързост е изгорен на клада. Този модел впоследствие е усъвършенстван от Йохан Кеплер, който доказва, че планетите обикалят не по окръжности, а по елипси, и Слънцето се намира в единия от двата фокуса на тези елипси. Исак Нютон пък извежда законите на Кеплер емпирично като следствие от закона за всеобщото привличане.

Галилео Галилей пък прилага телескопични наблюдения към модела, които за пореден път доказват хелиоцентризма. Отново чрез наблюдения Уилиям Хершел и Фридрих Бесел пък доказват, че въпреки, че Слънцето е в центъра на Слънчевата система, изобщо не е център на Вселената.

С развитието на косломогията става ясно, не само, че съществуват други звезди, но и други галактики освен Млечния път.

Нова революция

В момента сме на прага на нова астрономическа революция, която не отстъпва по значимост на идеите на Коперник, Галилей и Исак Нютон. Днес, благодарение на технологичния напредък, можем да изпращаме мисии до други небесни тела. Това значи че все повече се отдалечаваме от хипотезите и се доближаваме до изследване на небето „от първа ръка” и то във всички дължини на вълните – от видимите данни, до „невидимите” – радиовълни, гама лъчи и т.н.

С напредъка на нашите знания става ясно как точната предсказуемост на космоса е почти невъзможна, а реалността е по-динамична, отколкото сме си представяли. От черните дупки до квазарите и от свръхновите до космическите мъглявини, пред нас стои океан от неизследвани кътчета на необятния космос.