Galileo Galilei. Gentofte HF, Joachim Mortensen 2.p

Transkript

1 Galileo Galilei Gentofte HF, 2005 Joachim Mortensen 2.p 15. februar 2009

2 Forord Denne tekst er skrevet i begyndelsen af 2005, da jeg gik på Gentofte HF. Den er lavet som den anden opgave af to større skriftlige opgaver, der skulle laves på første år og fik karakteren 11 af min historielærer. Jeg fandt opgaven frem igen i forbindelse med det internationale astronomiår Det er mit ydmyge håb, at den, udover at have en vis nostalgisk værdi for mig selv, måske også vil kunne bruges af andre interesserede i en kort, let-læselig introduktion til Galileo Galileis liv og levned, samt at kildehenvisningerne vil inspirere til yderligere læsning, ikke bare om Galilei, men også om den naturvidenskabelige revolution generelt, herunder udviklingen og udvidelsen af vores idé om omfanget af det univers, vi er en del af. Joachim Mortensen 15. februar

3 Indhold Forord 1 1 Indledning 2 2 Ungdommens forbilleder og opgøret med de skolastiske autoriteter 2 3 Om eksperimenterne og afkræftelsen af den aristoteliske fysik 3 4 Astronomiske opdagelser og opgøret med det gamle verdensbillede 4 5 Konfrontation med kirken 5 6 Konklusion 6 1 Indledning Det verdensbillede, som vi i dag deler med det meste af Jordens befolkning, har været længe undervejs for at blive accepteret som det rigtige. At vi i dag har et samfund, hvor videnskabens betydning for vores opfattelse af naturens mekanismer fra de mindste bestanddele i en atomkerne til de yderste grænser i universet, i vores søgen efter sandheden, skyldes den nytænkning den videnskabelige metode undergik fra Copernicus ( ) til Newton ( ). Copernicus var den første, der for alvor startede den naturvidenskabelige revolution ved at fremsætte sin hypotese, om at Jorden ikke befandt sig i centrum af universet, men i stedet fløj gennem universet omkring Solen. Newton satte et foreløbigt punktum for nye opdagelser inden for den interplanetariske mekanik. 1 Det nye i videnskabsmænd og filosoffers måde at gribe verden an på bestod i at afprøve tænkte principper af, for at se om de havde hold i den fysiske verden, og, hvis ikke de gjorde det, at rette i deres opfattelse af verden ind efter deres betragtninger. Midt i mellem Copernicus, der først for alvor fik startet den revolutionære bølge, og Newton, der så at sige markerede afslutningen på denne bølge, står Galileo Galilei. Blandt hans samtidige, heriblandt Kepler og Francis Bacon, der også talte for den nye metode, var han den, der på flottest vis demonstrerede for verden, hvor langt man kan komme ved hjælp af denne metode. Derfor handler denne opgave om ham. Jeg vil i de følgende kapitler gøre rede for hvem Galilei var, hvad han interesserede sig for, og hvad hans holdninger til datidens videnskab var. Hvilken verdensopfattelse havde han, og hvad ledte ham til denne opfattelse? Hvilken metode brugte han i sin forskning? Hvilke fremskridt medførte brugen af denne metode? Hvilke begivenheder gjorde, at han blev involveret i en strid med kirken om hvilket verdensbillede, der var det rigtige? Hvilket udfald fik denne strid? Hvilken arv til eftertiden efterlod Galilei sig? Hvordan blev hans teorier omkring bevægelseslæren videreudviklede? Hvor vigtig er hans metode for videnskaben i dag? Opgaven er opbygget så den følger Galilei fra fødsel til død. Udover konklusionen til sidst er den opdelt i tre hovedafsnit, der fokuserer på henholdsvis tiden, hvor han gjorde sine opdagelser inden for bevægelseslæren, hans astronomiske karriere og til sidst hans konfrontation med kirken. 2 Ungdommens forbilleder og opgøret med de skolastiske autoriteter Galileo Galilei blev født den 15. februar 1564 i Pisa som den ældste af omkring 6 børn. Hans far Vincenzio Galilei var selv matematiker og musiker og havde tidligere udgivet nogle værker om musik. Galilei var ikke særlig gammel, da familien flyttede til Firenze, hvor Galilei her blev sendt på klosterskole hos en lokal jesuiterorden. Da han var 17 år vendte han tilbage til Pisa, hvor han studerede medicin på universitetet i 4 år. Men snart begyndte han at interessere sig mere for matematikken, og i 1585 forlod han universitetet uden en eksamen og boede herefter nogle år i Firenze, hvor han studerede matematik og mekanik. Galilei begyndte allerede i sin ungdom, at stille kritiske spørgsmål til den videnskab, som på det tidspunkt var præget af den skolastiske tankegang. Med udgangspunkt i det verdensbillede, som Aristoteles havde udtænkt, og som det af kirken blev påbudt at docere som den sande teori om universets fysiske sammenhæng, blev videnskabelige spørgsmål besvaret ud fra tænkte teorier, som dog ikke blev afprøvet, 1 Det var først med Einsteins udgivelse af sin relativitetsteorier, at Newtons love måtte vige noget af pladsen, som de eneste brugbare teorier i beskrivelsen af vores verdensopfattelse. Galileo Galilei *2

4 for at se om de havde hold i virkeligheden. Der blev altså ikke givet nogle beviser, der kunne bekræfte, at det Aristoteles havde beskrevet var rigtigt. Dette var ikke tilfredsstillende for Galilei, og han fandt derfor sin inspiration andre steder, end i denne traditionsbundne og fastlåste videnskabsdyrkelse. Han hengav sig blandt andet til et værk af den hellenistiske videnskabsmand Arkimedes (287 fvt fvt.), hvis idé om, at bruge matematiske og geometriske principper til at løse fysiske problemer faldt i god jord hos Galilei. 3 Om eksperimenterne og afkræftelsen af den aristoteliske fysik I 1589 i en alder af 25 år blev han tilbudt en stilling som underviser i matematik på universitetet i Pisa. Her gjorde han åbenlyst nar ad de skolastiske professorer, som kun argumenterede for verdens sammenhæng med, at den var fremsat af Aristoteles. Derfor fik han ikke fornyet sin kontrakt, da den udløb. 2 I 1592 fik han stilling som professor i matematik på universitetet i Padua, en stilling han besad frem til I Padua hørte til republikken Venedig, og her var det videnskabelige miljø friere og mere stimulerende. Denne periode blev også en af de mest betydningsfulde i hans liv, da det var her, at han lavede sine eksperimenter med legemers bevægelse, på grundlag af hvilke han udformede sine principper omkring bevægelseslæren. Hans løn steg betydeligt i samme periode, men da han efter sin fars død i 1591 var blevet familiens eneste forsørger, levede han altid i konstant pengenød, mens han var i Padua. Galileis projekter frem til 1609 bestod at forsøge at finde ud af en måde, hvorpå man kunne beskrive legemers bevægelse ved hjælp af matematiske og geometriske principper. En af de ting, han kunne se, var et problem i den aristoliske fysik, var dennes teori om, at hvis man lader to legemer med forskellig vægt falde til Jorden, så vil det tungeste legeme ramme Jorden først. At denne teori indeholdt et paradoks, viste Galilei med et simpelt, men elegant, tankeeksperiment. Han sagde, at hvis man lader en kanonkugle falde til Jorden, så vil det tage en bestemt tid for den at ramme Jorden. Hvis man så lader den dele midt over, må der deraf følge, at de to halvdele vil falde langsommere til Jorden, fordi de hver især vejer mindre end den oprindelige kugle. Men hvis man nu binder dem sammen med en tynd snor, så de nu hænger sammen som ét legeme igen, vil de så stadig falde men en hastighed som en hel kanonkugle, eller ville stadig falde som om de stadig var opdelt i to? Eller vist på en anden måde. Hvis et tungt legeme bindes sammen med et lettere, vil det lette legeme så bremse faldet af det tunge, eller vil de nu falde hurtigere til Jorden, da de tilsammen vejer mere, end det tunge legeme alene? Hertil er der siden hen blevet knyttet en myte, nemlig at Galilei offentligt skulle have demonstreret eller afprøvet sin hypotese, at Aristoteles lære, om at et tungt legeme falder hurtigere til Jorden end et let, var forkert, ved at lade to kugler af forskellig vægt falde ned fra det skæve tårn i Pisa. Det er der dog ingen samtidige skriftlige kilder, der vidner noget om, 3 og en vigtig grund til, at han ikke skulle have valgt at udføre en sådan demonstration, er at luftmodstanden alligevel ville have ladet den tunge kugle ramme Jorden først. 4 Galilei kunne altså påvise, at der var nogle logiske fejl i den aristoteliske fysik, selv om de umiddelbart gav mening. Det var altså ikke nok, bare at tænke sig til hvordan verden hænger sammen, og for Galilei, der var klar over, at sanserne kunne bedrage ham og lede ham til forkerte antagelser, blev en af hans vigtigste målsætninger, at måle alt, hvad der er måleligt, og gøre det måleligt, som ikke er det. 5 Galilei observerede første gang pendulbevægelser mens han var i Pisa og kom til den korrekte antagelse, at et penduls svingningstid ikke afhænger af vægten af det legeme, som svinges, eller af udsvingets størrelse, men af snorens længde. Og da svingningerne er en form for frit fald, og dette ikke afhænger af vægten på det svingende legeme, så var det alene udtryk for, at Aristoteles havde taget fejl. Loven om pendulbevægelsers isokronisme fandt han dog først frem til omkring En anden myte, som handler om hans første observationer, der motiverede ham til, at undersøge pendulbevægelser fortæller, at de skulle have fundet sted under en gudstjeneste i Pisas domkirke. Den eneste gang, Galilei nævner dette, er dog i en ikke helt entydig bemærkning i sit værk om bevægelseslæren fra 1638: Tusinde gange har jeg iagttaget svingninger, især i kirker, hvor lysekroner, ophængt i lange snore, utilsigtet var blevet sat i bevægelse. 7 2 Mælkevejens Krønike, s Astro-turisme, s Mælkevejens Krønike, s Idéhistorie, s Store videnskabsmænd, s Astro-turisme, s. 63 citat fra Galileis værk Dialog om to nye videnskaber. Galileo Galilei *3

5 Det næste store skridt inden for bevægelseslæren kom, da Galilei begyndte at foretage eksperimenter med genstande i frit fald. Da det ikke var muligt på hans tid, at nå at registrere bevægelsen for et legeme i frit fald, måtte han finde en måde, at bremse dette fald op på. Han lod i stedet kugler trille ned ad skråplaner og målte deres acceleration ned ad skråplanerne. Herefter kunne han så ved hjælp af simpel trigonometri beregne, hvor stor accelerationen ville være på kuglen, hvis den var i frit fald. Han gentog forsøgene med stadig glattere kugler og gjorde skråplanerne jævnere, hvilket øgede kuglernes hastighed ned ad planet. Heraf kunne han udlede, at hvis der ingen friktion er til at bremse faldet, dvs. i et vakuum, så vil alle legemer uanset vægt eller form falde lige hurtigt. I 1604 fremsætter Galilei sin faldlov, der siger, at hastigheden ved frit fald vokser proportionalt med kvadratet på tiden. 8 Galileis metode var altså som følger. Gennem et antal iagttagelser udledte han en hypotese, i det dette tilfælde en matematisk lovmæssighed. Denne lovmæssighed fører så nogle specifikke konsekvenser med sig, og ved gentagne gange at foretage eksperimenter, hvori han undersøgte om konsekvenserne holdt stik, kunne han så be- eller afkræfte sin hypotese. Hans talent viser sig både i sin teoretiske kunnen og i sin evne til ved eksperimenter at frembringe præcise observationer, der fungerer som belæg for hans teorier. Og samtidig viste han, at det på denne måde var muligt, at bygge videre på tidligere iagttagelser og ud fra disse nå frem til nye konklusioner omkring verdens fysiske sammenhæng. 4 Astronomiske opdagelser og opgøret med det gamle verdensbillede I maj 1609 hørte han om opfindelsen af kikkerten og efter at have hørt om konstruktionen byggede han sin første kikkert i juni Det nærliggende potentiale, som denne nye opfindelse indeholdt, var at man nu kunne navigere bedre på havet, men også det fordelagtige, at man fra land kunne se eventuelle trusler fra havet flere timer før de kunne ses med det blotte øje og derved kunne stille et modangreb på benene hurtigere. Dette potentiale udnyttede Galilei ved at fremvise disse egenskaber for myndighederne i Venedig. Dermed opnåede han at få sin løn hævet til det dobbelte og sin kontrakt forlænget til livstid. 9 Hen imod slutningen af 1609 havde Galilei fået konstrueret en kikkert, der kunne forstørre 20 gange, og med denne kikkert begyndte han frem til begyndelsen af 1610 at observere himlen, hvor han blandt andet opdagede, at Månen på ingen måde er iklædt en jævn og glat overflade, men tværtimod er grov og ujævn, at der overalt findes kæmpemæssige fremspring, store fordybninger og kløfter, ganske som på Jordens overflade. 10 Han observerede desuden flere andre ting, hvis natur ikke stemte overens med det geocentriske verdensbillede. Allerede i marts 1610 udgav han sit værk Siderius Nuncius 11, hvis modtager var beregnet på et internationalt publikum og derfor ikke var skrevet på italiensk, men på latin. Heri gjorde han rede for sine observationer månederne før, og selvom han ikke direkte gav udtryk for sin copernicanske overbevisning, så var det klart, at observationerne ikke kunne passes ind i det gamle verdensbillede. At Månens overflade ikke var glat og perfekt kuglerund, men tværtimod havde flere ligheder med Jorden, var én indikation på, at Aristoteles tog fejl i sin antagelse om himmellegemernes uforanderlighed. Men Galilei havde også lagt mærke til, at mængden af stjerner langt oversteg, hvad han var i stand til at kunne observere. Ved at se på mælkevejen, kunne han konstatere at dens tågede udseende skyldes, at den består af adskillelige tusinde enkelt-stjerner, som var arrangeret i hobe. Han lagde også mærke til at man kan fornemme en dybde i baggrunden, hvilket betød, at stjernerne ikke befandt sig i samme afstand fra Jorden og var påsat universets baggrund. Der var ingen baggrund at fornemme. At stjernerne befinder sig markant længere væk, end det gamle verdensbillede antog, kunne også ses gennem teleskopet, da det kun var vandrestjernerne, der blev mærkbart større heri. 12 Galileis mest afgørende observation, var af de fire nye måner, som kredsede omkring Jupiter. For nu har vi ikke blot én planet, som kredser omkring en anden, mens de begge gennemvandrer den store bane omkring Solen; men vore sanser viser os fire stjerner, som vandrer omkring Jupiter, ligesom Månen vandrer omkring Jorden, Copernicus teori om, at Månen bevægede sig rundt om Jorden, samtidig med at denne bevægede sig om Solen var altså ikke umulig. 8 Store videnskabsmænd, s Mælkevejens Krønike, s Budskab om stjernerne, s Titlen har en tvetydighed, da den enten kan betyde Budskab fra stjernerne eller Budbringer fra stjernerne. I den danske oversættelse har den fået navnet Budskab Om Stjernerne (se litteraturlisten). 12 Budskab om stjernerne, s Budskab om stjernerne, s. 45. Galileo Galilei *4

6 Efter udgivelsen af sit værk fortsatte han med sine observationer og kunne senere i 1610 konstatere, at Solen havde pletter og derfor heller ikke var et uforanderligt himmellegeme. Han så hvorledes Venus havde faser ligesom Månen, hvilket måtte betyde, at den måtte bevæge sig omkring Solen, og at det lys, den udsender, ikke stammer fra Venus egen selvlysende kvintessens, men fra Solen selv Konfrontation med kirken Siderius Nuncius gjorde ham straks til en af de mest kendte videnskabsmænd i Europa. I værket kaldte han månerne omkring Jupiter for de mediciiske stjerner, hvilket var en dedikation til den nyligt udnævnte toscanske storhertug Cosimo II de Medici og hvilket samtidig medvirkede til at promovere ham selv overfor hertugen, der året efter udnævnte ham til matematiker og filosof ved hoffet og desuden gav ham en livslang stilling som professor på universitetet i Pisa, uden at han behøvede at bo eller undervise på stedet. 15 De nye astronomiske opdagelser gjorde Galilei endnu mere overbevist om det copernicanske verdensbilledes sandhed. Hans berømmelse steg ganske gradvist og i begyndelsen var hans største modstandere at finde hos de skolastiske professorer, hvis position som autoriteter indenfor videnskaben smuldrede i kølvandet af Galileis observationer. De nægtede enten at se igennem teleskopets okular eller påstod, at de intet så, når de kiggede mod Jupiters måner. 16 Men på trods af denne skepsis, som især kom fra de italienske videnskabsmænd, havde Galilei opbakning fra den tyske astronom Johannes Kepler ( ) og jesuitten Christopher Clavius ( ). Clavius holdt dog fast i, at Galilei stadig manglede det afgørende på det copernicanske verdensbillede. Også Pave Paul 5. roste Galilei for sine fremskridt med teleskopet skrev Galilei så nogle breve om forholdet mellem religion og videnskab. Han var selv katolik, men så intet problem i samtidig at have en anderledes verdensopfattelse, end den gængse, især ikke fordi han overbevist af sine egne iagttagelser indså, at der var flere ting, der antydede, at Jordens placering i universet ikke passede. I brevene skrev han, at bibelen og naturen var som to forskellige bøger, der skulle læses på hver sin måde. Bibelens beskrivelser af Jorden og Solen skulle snarere opfattes som allegoriske og ikke som udtryk for den måde, verden hang sammen på fysisk. Disse synspunkter vakte en del røre hos kirkens folk, især den modreformatoriske jesuiterorden, som ikke kunne godtage en anderledes tolkning af biblen, end den, som pavedømmet prædikede. 18 Galilei mente dog, at der var nok belæg for det copernicanske verdensbillede til, at man kunne sætte det i stedet for det gamle verdensbillede, 19 men dette øgede skaren af modstandere, der følte ikke kunne acceptere, at deres håb om paradis blev mindsket. 20 I foråret 1615 blev Galilei indkaldt til møde med Kardinal Robert Bellarmini, der var Magister for Kontroversielle Spørgsmål. Han var selv jesuit, men støttede Galilei i sin sag. Han opfordrede dog Galilei til at holde igen med sine synspunkter, så længe han ikke havde noget direkte bevis for sin sag. Galilei vedblev dog indædt sin kamp mod aristolikerne, som han gjorde nar ad, hver gang han havde mulighed for det. Det fik så paven til, at lade inkvisitionen undersøge Copernicus værk om himmellegemerne, og i 1616 blev den copernicanske lære gjort kættersk, og hans værk kom på inkvisitionens liste over forbudte bøger. 21 I 1623 blev Galileis ven Mafeo Barberini indsat som pave Urban 8., og Galilei kom flere gange til audiens hos sin gamle støtte. Han fik af paven lov til at skrive et bog om det copernicanske verdenssystem, men kun hvis han medtog synspunkterne fra det gamle verdensbillede og viste, at sidstnævnte var det korrekte verdensbillede. I de følgende år udarbejde Galilei sit værk, hvis titel forkortet lyder Dialog om de to vigtigste verdenssystemer, det ptolemæiske og det copernicanske, og som udkom i Det er opbygget som en dialog mellem tre venner, Salviati, Sagredo og Simplicio, der over fire dage diskuterer de to verdenssystemer. Salviati holder alle de copernicanske synspunkter, Sagredo er neutrale og stiller spørgsmålene til de to verdensbilleder, Simplicio repræsenterer kirkens synspunkter. I løbet af samtalerne bliver det klart, at Simplicio ikke kan hamle op med Salviatis argumenter for det copernicanske verdensbillede før til allersidst, så bogen slutter med, at kirken har vundet diskussionen. Det var imidlertid så tydeligt for enhver, 14 Budskab om stjernerne, s Astro-turisme, s Mælkevejens Krønike, s Videnskabens kæmper, s Astro-turisme, s Mælkevejens Krønike, s Store videnskabsmænd, s Mælkevejens Krønike, s. 85. Galileo Galilei *5

7 der læste værket, at se, at det reelt var Salviati, der havde vundet diskussionen, og i vrede herover lod paven lod værket undersøge af inkvisitionen, der i 1633 kaldte Galilei til Rom for at blive stillet for retten. Forhørsprocessen blev ført i flere måneder, men handlede ikke om den copernicanske lære, da det forudsattes, at den var forkert, men i stedet om Galileis manglende respekt for det påbud, han havde fået i 1616 af Kardinal Bellarmini. Han var imidlertid død på dette tidspunkt og kunne derfor ikke forsvare Galilei, så Galileis eneste mulighed var, at afsværge sin tro på det copernicanske verdensbillede og få lempet sin straf. Dommen blev afsagt den 22. juni 1633 og lød i første omgang på livsvarigt fængsel, men blev kort tid efter ændret til husarrest på livstid. 22 Sin sidste tid fortsatte han sine observationer indtil han i 1637 var blevet blind. Han fik med hjælp fra sine assistenter samlet materialet omkring bevægelseslæren sammen til sin sidste bog Dialog om to nye videnskaber, der måtte smugles ud af landet for at omgå det trykkeforbud, som var blevet pålagt ham. Det blev udgivet i 1638 i Holland. Galilei døde den 8. januar 1642 i sin villa i Arcetri ved Firenze. 23 Det var altså ikke helt uden problemer for Galilei, at få resten af verden overbevist om, at det gamle verdenssystem på flere punkter haltede. Han befandt sig for tæt på kirken til, at han, ligesom Copernicus i 1500-tallet havde gjort det, kunne formidle sine synspunkter i ro og mag. Men det er til gengæld tydeligt at se, hvor effektfuldt hans angreb mod kirkens sandhedsmonopol var i den måde han formidlede sit bevismateriale. Alle og enhver, der på det tidspunkt havde en kikkert, har kunnet rette den mod himlen og bekræfte, at han havde ret og at kirken tog fejl. Galileis enkeltmandskorstog mod den gamle verdensopfattelse havde altså tilsyneladende fejlet, da han fik sin dom, men rundt om i Europa sejrede hans idéer. Samme år, som Galilei døde blev Sir Isaac Newton ( ) født, som skulle blive den retmæssige arvtager af Galileis love inden for bevægelseslæren, og sammen med den nye eksperimentelle metode skulle han komme frem til den mekaniske forståelse for verden, som vi kender i dag. Den metode, som Galilei anvendte i sin søgen efter matematiske beskrivelser af de fysiske processer, er siden hen gået hen og blevet en forudsætning for, at videnskaben og vores samfund, som i høj grad er influeret af det videnskabelige fremskridt, kan fortsætte med at udvikles. 6 Konklusion Galileo Galilei var en særpræget mand med et stort intellekt, og det er hans videnskabelige metode, der bliver grundlæggende i hele hans videnskabelige arbejde. Hans anvendelse af den viser sig både i hans arbejde med bevægelseslæren og i hans systematiske observation og fremlæggelse af sine astronomiske resultater. Metoden bliver desuden grundlaget for videnskabens fremskridt siden hen, og gør det stadig i vores dagligdag, hvor den er blevet en naturlig forudsætning for, at nye teorier kan godtages og eventuelt erstatte de gamle. Hans omstridte kamp mod autoriteter, som fylder det meste af hans liv, fører ham til en kamp mod tidens mastodont inden for ensrettet tankegang. Og hans noget arrogante måde, at fremføre sine synspunkter på og gøre nar ad sine modstandere, giver ham så mange magtfulde modstandere, at han må en tur omkring pavedømmets hellige officium, hvor han til sidst kues og mod sin vilje må afsværge sin tro på det, som han af alle sine samtidige var den største fortaler for. Alt i alt viser hans liv sig, at være mindst lige så interessant, som de myter, der siden hen er gjort om ham og har ophøjet ham til et symbol på den frie tankes undertrykkelse. Galileo Galilei var en ægte sandhedssøger, og dermed også en ægte filosof. Litteraturliste Andersen, Anders Kristian Krogager m. f.: Videnskabens kæmper, Det Historiske Hus og Aschehoug Dansk Forlag A/S, 1. udgave. 1. oplag, 2004 Ferris, Timothy: Mælkevejens Krønike, Nordisk Forlag A/S, Gadman, Peter: Astro-turisme, Pantheon, 1. udg., 1. opl., Galilei, Galileo: Budskab om stjernerne (latin: Siderius Nuncius), Tycho Brahe Planetarium & Omnimaxteater, København, Meadows, Jack: Store videnskabsmænd, Politikens Forlag A/S, Stybe, Svend Erik: Idéhistorie, Munksgaard, 4. udg., 9. opl., Astro-turisme, side Astro-turisme, side Galileo Galilei *6