Przedkopernikańskie poglądy kosmologiczne

Najdawniejsze poglądy na budowę wszechświata wywodziły się z mitów genezyjskich i wiązały się z ubóstwieniem ciał niebieskich.

W starożytnych kulturach Egiptu i Mezopotamii koncepcje na temat konstrukcji świata, ukształtowane około XXX w. p.n.e., były w zasadzie rozłączne z osiągnięciami astronomicznymi.

Odejście od takiego sposobu postrzegania rzeczywistości nastąpiło w VI w. p.n.e. w starożytnej Grecji. Pojawiło się wówczas wiele spekulatywnych teorii kosmologicznych, próbujących wyjaśnić fizyczną naturę świata i ciał niebieskich. Autorami tych koncepcji, koncentrujących się na wskazaniu arche, materialnej przyczyny leżącej u podstaw obserwowanej  rzeczywistości, byli m.in. Tales z Miletu (ok. 625–ok. 547 p.n.e.), Anaksymander (ok. 610–ok. 545 p.n.e.) i Pitagoras (ok. 572–ok. 497 p.n.e.). Temu ostatniemu zawdzięczamy przypuszczalnie termin „kosmos”, oznaczający racjonalny porządek we wszechświecie.

Platonowi (ok. 427–374 p.n.e.) zaś przypisuje się sformułowanie programu, który utrwalił sferyczny model kosmosu. Miał on bowiem zażądać, by obserwowane zachowanie planet było opisywane tylko za pomocą ruchów kołowych i jednostajnych. Pierwszy spójne rozwiązanie tego problemu podał Eudoksos z Knidos (ok. 400–ok. 347 p.n.e.), konstruując model świata w postaci współśrodkowych sfer. W modelu tym każda planeta była unoszona przez jedną lub kilka sfer, wirujących ze stałą prędkością wokół Ziemi, która tkwiła w miejscu ich wspólnego środka. Sfery obracały się wokół osi mających różne bieguny i były ze sobą połączone, tak że ruch sfery zewnętrznej przenosił się na sferę wewnętrzną.

Rękopis z XIV w.

Model Eudoksosa przyjął ostatecznie Arystoteles (384–322 p.n.e.), jeszcze bardziej go rozbudowując: liczba sfer z pierwotnych 26 wzrosła do 55. Arystoteles usprawiedliwił taką konstrukcję kosmosu fizyką pięciu pierwiatków: w świecie podksiężycowym wszystko było zbudowane z ziemi, wody, powietrza i ognia, podlegając nieustannym procesom powstawania i ginięcia; natomiast obszar rozpoczynający się od sfery Księżyca i ciągnący się przez sfery pozostałych planet aż po sferę gwiazd tworzył piąty element, eter, którego własnością był wieczny ruch kołowy i jednostajny. Odtąd zracjonalizowany sferyczny kosmos z fizyką Arystotelesa stał się kosmologicznym paradygmetem, który został skutecznie odrzucony dopiero przez Kopernika, choć próby modyfikacji kosmologii Arystotelesa pojawiały się wcześniej.

Według Arystotelesa sferyczny kosmos zamknięty wirującą powłoką gwiazd był całym wszechświatem istniejącym wiecznie. Tymczasem zwolennicy Platona przyjmowali, że kosmos został stworzony, stoicy zaś uznawali obecność przestrzeni, w której kosmos pozostawał zawieszony. Dla atomistów obserwowany kosmos był przypadkowym (i przemijającym) układem atomów w nieskończonym wszechświecie, którego istotę stanowiła próżnia oraz wędrujące poprzez nią niezniszczalne i niepodzielne drobinki materii.

Najbardziej bodaj radykalne odejście od modelu kosmosu geocentrycznego z fizyką Arystotelesa zaproponował Arystarch z Samos (ok. 310–230 p.n.e.), stwierdzając, że obserwowane zjawiska astronomiczne można wytłumaczyć na gruncie systemu heliocentrycznego. Propozycja ta nie zyskała jednak uznania wśród filozofów przyrody. Doskonałym świadectwem tego, jak ją potraktowano, jest wzmianka w pochodzącym z I w. p.n.e. greckim podręczniku astronomii ogólnej Wprowadzenie do zjawisk autorstwa Geminosa. Pisał on: „I tak pewien człek mówi, że jeśli nawet w jakiś sposób porusza się Ziemia, a Słońce w pewnym sensie pozostaje w spoczynku, obserwowaną nieregularność [ruchu planet] względem Słońca można ocalić. Jednakże z pewnością nie do astronoma należy stwierdzenie, co z natury jest w spoczynku i jaki rodzaj [ciał] się porusza. Raczej wprowadzając hipotezy, że pewne ciała spoczywają w miejscu, inne zaś się poruszają, rozważa on na podstawie swoich hipotez zjawiska niebieskie, które nastąpią. Ale pierwsze zasady – że ruchy gwiazd są proste, jednostajne i uporządkowane – musi on wziąć od fizyka; na ich podstawie wykaże, iż taniec wszystkich [gwiazd] jest kolisty [...]”.

Najbardziej wyrafinowany sposób zespolenia geocentrycznej astronomii matematycznej z kosmosem arystotelesowskim opracował Klaudiusz Ptolemeusz z Aleksandrii (II w. n.e.). W swym astronomicznym dziele Almagest przedstawił on kompletny system  modeli geometrycznych, zbudowanych z kół – dużych deferentów i mniejszych epicykli – unoszących planety. Natomiast fizyczny obraz kosmosu wyłożył Ptolemeusz w Założeniach [teorii] planet. W opisanym tam modelu każda z planet poruszała się w sferycznej powłoce, na tyle grubej, by mieścił się w niej epicykl; przy czym dolna granica powłoki bardziej zewnętrznej planety była jednocześnie górną granicą powłoki planety bliższej Ziemi.

Za sprawą Ptolemeusza utrwalił się także na długo porządek planet w rosnącej odległości od Ziemi: Księżyc, Merkury, Wenus, Słońce, Mars, Jowisz i Saturn. Aby jednak ocalić dokładność przewidywań ruchów planet w swoim systemie, Ptolemeusz wprowadził pewne nowe rozwiązanie: środek epicyklu nie poruszał się po deferencie ze stałą prędkością względem jego środka, lecz względem ekwantu – punktu, który leżał po przeciwnej stronie środka deferentu w stosunku do Ziemi. Było to istotne odstępstwo od arystotelesowskiej teorii ruchu w świecie eterycznym.

Przekrój przez sferę planetarną wg modelu Ptolemeusza

W późnym antyku wiedza o wszechświecie uległa zubożeniu w porównaniu z osiągnięciami Ptolemeusza. W następnych wiekach niewiele prac napisanych na Zachodzie nawiązywało bezpośrednio do jego traktatów. Dzięki rzymskiemu pisarzowi Marcjanusowi Kapelli (ok. 365–440) zachowała się informacja o pomyśle Heraklejdesa z Pontu (IV w. p.n.e.), który przypuszczał, że Merkury i Wenus krążą wokół Słońca i dopiero z nim – dokoła Ziemi. Inny rzymski pisarz, Makrobiusz (IV/V w.), napisał komentarz do Snu Scypiona Cycerona, zawierający popularny wykład kosmologii sfer planetarnych.

Średniowieczni uczeni – z krajów islamu i łacińskiej Europy – zasymilowali astronomię Ptolemeusza, lecz jednocześnie podejmowali próby przywrócenia idealnej współśrodkowości ruchów ciał niebieskich. Wśród autorów najważniejszych prac uczonych islamu, które zawierały krytykę mechanizmu ekwantu w systemie Ptolemeusza i przedstawiały rozwiązania zastępcze, należy wymienić: Ibn al-Haytama (965–ok. 1040) z Kairu, Ibn Rusda (Awerroes; 1126–1198) z mauretańskiej Andaluzji, Al-Bitrugiego (Alpetragius, XII w.), również Andaluzyjczyka, Nasira ad-Din at-Tusiego (XII w.) z Maragi i Ibn as-Satira (XIV w.) z Damaszku.

Odrodzenie nauki o wszechświecie w średniowiecznej Europie Zachodniej wiązało się z przyswajaniem od XII w. arabskich przekładów autorów greckich (również Ptolemeusza) i oryginalnych dzieł uczonych islamu. Wśród łacińskich filozofów przyrody upowszechniły się w ten sposób wątpliwości co do związku matematycznych modeli z Almagestu z rzeczywistością. Z drugiej strony, astronomowie nie dysponowali teorią lepiej oddającą obserwowane ruchy planet niż modele z ekwantem. Ów dylemat uwidocznił się w całej jaskrawości po wydaniu około 1474 r. Nowych teorii planet Georga Peurbacha (1423–1461). Dzieło to zawierało nie tylko skrót astronomii Ptolemeusza i jego arabskich krytyków, lecz także szczegółowy opis kosmologicznych modeli astronoma z Aleksandrii w postaci materialnych sfer. Podręcznik Peurbacha był później wielokrotnie wznawiany aż po XVII w.

 

Literatura

1. Dobrzycki Jerzy, Astronomia przedkopernikowska, Toruń 1971.
2. Historia astronomii, pod red. Michaela Hoskina, Warszawa 2007.
3. North John, Historia astronomii i kosmologii, Katowice 1997.