Od Starożytności do Kopernika i Keplera

Treści multimedialne - kodowanie,
przetwarzanie, prezentacja
Odtwarzanie treści multimedialnych
Andrzej Majkowski
informatyka +
1
OD STAROŻYTNOŚCI DO
KOPERNIKA I KEPLERA
Urszula Kondraciuk, Grzegorz Witkowski
informatyka +
2
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
W czasach Talesa przyjmowano, że Ziemia
jest półkulą podtrzymywaną na dwóch
słupach, a Słońce i Księżyc poruszają się
ponad nią.
informatyka +
3
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Pitagorajczycy uważali, że Ziemia jest kulą
niczym nie podpartą, umieszczona w środku
wszechświata, otaczają ją sfery, po których
poruszają się kolejno ciała niebieskie:
Księżyc, Merkury, Wenus, Mars, Jowisz,
Saturn oraz gwiazdy stałe. Sfery te obracają
się ruchem jednostajnym wokół Ziemi.
informatyka +
4
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Starożytni Grecy uważali, że Ziemia
jest taką samą planetą jak wszystkie
inne i porusza się wraz z innymi ciałami
włącznie ze Słońcem wokół centralnego
ognia.
informatyka +
5
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Mikołaj Kopernik (ur. 19 lutego 1473 w Toruniu,
zm. 24 maja 1543 we Fromborku)
Polski astronom, autor dzieła De revolutionibus orbium coelestium (O
obrotach sfer niebieskich) przedstawiającego szczegółowo i w naukowo
użytecznej formie heliocentryczną wizję Wszechświata. Wprawdzie
koncepcja heliocentryzmu pojawiła się już w starożytnej Grecji (jej twórcą
był Arystarch z Samos), to jednak dopiero dzieło Kopernika dokonało
przełomu i wywołało jedną z najważniejszych rewolucji naukowych od
czasów starożytnych, nazywaną przewrotem kopernikańskim.
Od 1497 roku sprawował funkcję kanonika warmińskiego, od
1503 scholastyka wrocławskiego, a od 1511 kanclerza kapituły warmińskiej.
Był renesansowym polihistorem, zajmował się między innymi astronomią,
matematyką, prawem, ekonomią, strategią wojskową, astrologią, był także
lekarzem oraz tłumaczem.
informatyka +
6
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Portret Mikołaja Kopernika
Cyfrowa rekonstrukcja twarzy
Kopernika na podstawie znalezionej
czaszki
informatyka +
7
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Osiągnięcia:
•
•
•
•
•
•
•
W roku 1510 przeniósł się do Fromborka i sporządził mapę Warmii.
W kwietniu 1512 uczestniczył w wyborze nowego biskupa warmińskiego Fabiana
Luzjańskiego.
Wraz z kapitułą warmińską podpisał 7 grudnia 1512 tzw. układ w Piotrkowie,
który gwarantował kapitule prawo wyboru biskupa.
Na apel Soboru Laterańskiego w 1513 roku opracował i wysyłał
do Rzymu własny projekt reformy kalendarza.
W 1516 został wybrany przez kapitułę warmińską administratorem dóbr
wspólnych kapitulnych, z siedzibą w Olsztynie. Stąd w latach 1516–1521
zarządzał folwarkami kapituły w komornictwach olsztyńskim i melzackim.
W styczniu 1520 został wydelegowany przez kapitułę do negocjacji z wielkim
mistrzem zakonu krzyżackiego Albrechtem Hohenzollernem w sprawie zwrotu
zagarniętego przez Krzyżaków Braniewa. W dowód uznania kapituła przyznała
Kopernikowi tytuł komisarza Warmii.
W 1537 został zatwierdzony przez króla jako jeden z czterech kandydatów na
biskupa warmińskiego.
informatyka +
8
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Teoria heliocentryczna
•
•
•
Teoria budowy Układu Słonecznego, według której w wersji historycznej
Słońce znajduje się w środku Wszechświata, zaś w jego współczesnym wydaniu
w centrum Układu Słonecznego jest Słońce, a wszystkie planety, łącznie z Ziemią,
je obiegają. W 1616 r. został oficjalnie potępiony przez Kościół jako zagrożenie
dla wiary.
Mikołaj Kopernik w I rozdziale De Revolutionibus Orbium Coelestium dokonał
przeglądu wszystkich znanych wówczas teorii na temat ruchów planet, także teorii
Arystarcha z Samos i poparł tę teorię nowymi obliczeniami uzyskanymi dzięki
obserwacji i zastosowaniu bardziej rozwiniętej matematyki.
Przewrót kopernikański w swojej istocie nie był nowym odkryciem, jak się
powszechnie uważa, a jedynie nowym uzasadnieniem twierdzeń znanych od
osiemnastu stuleci. Przewrót dokonany przez Mikołaja Kopernika polegał na
odwadze myślenia i przeciwstawienia się autorytetom i panującym fałszywym
poglądom. Kopernik zainicjował powstanie nowożytnej nauki, która zdobyła
świadomość, iż w nauce nie ma niepodważalnych twierdzeń – dogmatów, a każde
poznanie powinno być weryfikowane.
informatyka +
9
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Johannes Kepler (ur. 27 grudnia 1571 w Weil der
Stadt, zm. 15 listopada 1630 w Ratyzbonie)
Niemiecki matematyk, astronom i astrolog, jedna z czołowych postaci rewolucji
naukowej w XVII wieku. Najbardziej znany jest z nazwanych jego nazwiskiem praw
ruchu planet, skodyfikowanych przez późniejszych astronomów na podstawie jego
prac Astronomia nova, Harmonices Mundi i Epitome astronomiae Copernicanae.
Prawa te stały się jedną z podstaw teorii grawitacji Izaaka Newtona.
W czasach Keplera nie istniało wyraźne rozróżnienie pomiędzy astronomią i
astrologią, natomiast astronomia jako jedna ze sztuk wyzwolonych, była wyraźnie
oddzielona od fizyki, zaliczanej do filozofii przyrody. Kepler w swoich pracach używał
argumentów religijnych, wychodząc z założenia, że Bóg stworzył świat zgodnie z
inteligentnym planem, który można poznać za pomocą rozumu.
informatyka +
10
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
informatyka +
11
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Dzieła i odkrycia
informatyka +
12
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Mysterium Cosmographicum
Pierwsza ważna praca astronomiczna Keplera, Mysterium
Cosmographicum, była publiczną obroną systemu
kopernikańskiego. Kepler twierdził, że doznał objawienia 19
lipca 1595 roku, demonstrując uczniom okresowe
koniunkcje Saturna i Jowisza. Zorientował się, że każdy
wielokąt foremny wyznacza precyzyjny stosunek średnic
okręgu opisanego do wpisanego, co może być podstawą
geometrii wszechświata. Po nieudanych próbach
dopasowania wielokątów do danych obserwacyjnych
(nawet po dodaniu dodatkowych planet), Kepler spróbował
użyć wielościanów foremnych. Zauważył, że umieszczając
sferę wewnątrz wielościanu i opisując na nim kolejną sferę,
uzyskuje się ścisłą zależność pomiędzy promieniami tych
sfer. Ustawiając wielościany we właściwej kolejności:
ośmiościan, dwudziestościan, dwunastościan, czworościan
i sześcian, uzyskuje się sześć sfer o promieniach
odpowiadających (z dokładnością do ówczesnych
pomiarów) promieniom orbit sześciu znanych planet:
informatyka
+
Merkurego, Wenus, Ziemi, Marsa,
Jowisza i Saturna.
Model
Układu Słonecznego
13
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Astronomiae Pars Optica
Kontynuując analizę obserwacji Marsa i powoli zbierając
dane do skompletowania katalogu gwiazd, Kepler
jednocześnie wrócił do swoich badań praw optyki. W
zaćmieniach zarówno Słońca jak i Księżyca występowały
niewyjaśnione zjawiska, takie jak nienaturalnej wielkości
cienie, czerwony kolor zacienionego Księżyca i
nieoczekiwana świecąca otoczka przy całkowitym
zaćmieniu Słońca. Przez większość 1603 roku Kepler
zajmował się tymi zagadnieniami, spisując swoje teorie w
nowym manuskrypcie, Astronomiae Pars Optica,
zaprezentowanym cesarzowi 1 stycznia 1604 roku.
Zawierał on obserwację, że intensywność światła maleje
jak kwadrat odległości od źródła, opisywał prawa odbicia
dla płaskich i zakrzywionych luster oraz zasadę działania
camera obscura.
informatyka +
Struktura oczu –
Astronomiae
Pars Optica
14
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Supernowa w 1604 roku
W październiku 1604 roku, nowa jasna gwiazda (SN
1604) pojawiła się na niebie. Pierwszym, który ją
zaobserwował był asystent Keplera, Jan Brunowski.
Kepler początkowo nie wierzył w plotki o jej pojawieniu
się, a gdy zobaczył ją sam, rozpoczął jej systematyczne
obserwacje. Rok 1603 był początkiem występującej raz
na około 800 lat serii koniunkcji. Dwie poprzednie serie
astrologowie wiązali z narodzinami Chrystusa (ok. 1600
lat wcześniej) i dojściem do władzy Karola Wielkiego
(ok. 800 lat wcześniej), dlatego spodziewano się
wielkich wydarzeń w cesarstwie. W tym kontekście
Kepler przedstawił wynik swoich obserwacji nowej
gwiazdy, sceptycznie podchodząc do krążących wtedy
astrologicznych interpretacji. Zauważył jej malejącą
jasność, spekulował o jej pochodzeniu i na podstawie
braku paralaksy argumentował, że musi się znajdować
na sferze gwiazd stałych. Tym samym podważył
doktrynę o niezmienności niebios. Spekulował też, że
+
Gwiazda Betlejemska mogła byćinformatyka
podobnym zjawiskiem.
Pozostałości po
Supernowej Keplera
15
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Szeroki obszar badań, który zaowocował wydaniem
Astronomia nova, zawierającej dwa pierwsze Prawa
Keplera, rozpoczął się od uważnej analizy
obserwacji Marsa. Kepler wielokrotnie wyliczał orbity
Marsa używając pojęcia ekwantu (wyeliminowanego
w teorii Kopernika), uzyskując ostatecznie model
odbiegający od obserwacji Tychona średnio o dwie
minuty kątowe (maksymalnie o osiem). Nie był
jednak zadowolony ze skomplikowanych i wciąż
niedokładnych rezultatów. Nie mogąc uzyskać
lepszego modelu tradycyjnymi metodami, spróbował
wprowadzić do niego wydłużone orbity w miejsce
kołowych.
informatyka +
Gwiazdozbiór Wężownika
z zaznaczoną przez
Keplera nową gwiazdą
16
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Epitome astronomia Copernicanae
Od ukończenia Astronomia nova, Kepler planował stworzenie
podręcznika astronomii. Plany te zrealizował w Linzu w postaci
trzytomowego dzieła Epitome astronomia Copernicanae. Pierwszy tom
(księgi I-III) został wydany w 1617 roku, drugi (księga IV) w 1620 roku, a
trzeci (księgi V-VII)
w 1621. Pomimo tytułu, sugerującego tylko
heliocentryczną teorię, podręcznik ten opisywał Keplerowski model z
elipsami. Stał się on najbardziej wpływową z publikacji Keplera. Zawierał
wszystkie trzy prawa Keplera i próby wytłumaczenia ruchów ciał
niebieskich przy pomocy fizyki. Dzieło to zostało umieszczone przez
Kościół katolicki na Indeksie ksiąg zakazanych.
informatyka +
17
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Harmonices Mundi
W 1619 roku Kepler opublikował Harmonices Mundi
(Harmonia Światów). W dziele tym usiłował wyjaśnić
proporcje w świecie (w szczególności w astronomicznych
obiektach) w kategoriach muzycznych, odwołując się do
Pitagorejskiej muzyki sfer. Kepler był przekonany, że
geometryczne obiekty były dla Stwórcy modelem dla całego
świata.
Praca zaczynała się od rozważań o wielokątach i bryłach
foremnych, oraz o figurach nazwanych potem wielościanami
Keplera. Te rozważania były potem przeniesione na
dziedziny muzyki, meteorologii i astrologii. Harmonia
pojawiała się w relacjach między duszami ciał niebieskich i
duszami ludzi. Wśród wielu takich zależności, Kepler
sformułował tutaj trzecie ze swoich praw: kwadrat okresu
obiegu wokół Słońca jest proporcjonalny do sześcianu
odległości od Słońca. Szersze konsekwencje tego prawa
zostały odkryte dopiero kilkadziesiąt lat później.
harmonia brył foremnych
w Harmonices Mundi
informatyka +
18
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Ciekawostki
 Karol Marks zapytany przez własne dzieci, kogo najbardziej ceni,
odpowiedział: Spartakusa i Keplera.
 Na początku 1945 roku niedobitki wojsk niemieckich schroniły się w
Weil der Stadt. Wojska alianckie, które podeszły pod miasto w
pierwszej chwili postanowiły skierować na miasto ogień artylerii, ale
dowodzący natarciem oficer francuski zrezygnował z tego zamiaru.
Motywował to tym, że zniszczeniu uległby rodzinny gród Keplera.
informatyka +
19
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Sir Isaac Newton (ur. 25 grudnia 1642?/4 stycznia
1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth, zm. 20
marca 1726?/31 marca 1727 w Kensington)
Angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik.
W swoim słynnym dziele Philosophiae naturalis principia mathematica (1687 r.)
przedstawił prawo powszechnego ciążenia, a także prawa ruchu leżące u podstaw
mechaniki klasycznej. Niezależnie od Gottfrieda Leibniza przyczynił się do rozwoju
rachunku różniczkowego i całkowego.
Jako pierwszy wykazał, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi, jak i ruchem
ciał niebieskich. Jego dociekania doprowadziły do rewolucji naukowej i
powszechnego przyjęcia teorii heliocentryzmu. Podał matematyczne uzasadnienie
dla praw Keplera i rozszerzył je udowadniając, że orbity (w większości - komet) są
nie tylko eliptyczne, ale mogą być też hiperboliczne i paraboliczne. Głosił, że światło
ma naturę korpuskularną, czyli że składa się z cząstek, którym towarzyszą fale
decydujące o ruchu rozchodzenia się światła[1]. Był pierwszym, który zdał sobie
sprawę, że widmo barw obserwowane podczas padania białego światła na pryzmat
jest cechą padającego światła, a nie pryzmatu, jak głosił 400 lat wcześniej Roger
Bacon.
informatyka +
20
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
informatyka +
21
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Fizyka
W 1679 Newton powrócił do swojej pracy nad grawitacją i jej wpływem na orbity
planet, odwołując się do praw Keplera. Swoje wyniki opublikował w De motu
corporum (1684). Obejmowała ona początki praw ruchu, które zostały szerzej
omówione w Principiach.
Philosophiae naturalis principia mathematica (Matematyczne podstawy filozofii
naturalnej, bardziej znane dzisiaj jako Principia), zostały opublikowane w 1687
dzięki zachęcie i finansowemu wsparciu Edmunda Halleya. W dziele tym Newton
ogłosił trzy uniwersalne zasady dynamiki, które przetrwały niezmienione aż do
czasów Alberta Einsteina. Użył łacińskiego słowa gravitas (ciężar) do nazwania
siły, którą obecnie znamy pod nazwą grawitacji i zdefiniował prawo powszechnego
ciążenia. W tej samej pracy przedstawił pierwsze analityczne wyprowadzenie,
oparte na prawie Boyle’a, wzoru na prędkość dźwięku w powietrzu.
Był zwolennikiem teorii atomistycznej oraz skończoności prędkości światła, gdy
idee te nie były jeszcze powszechnie akceptowane przez świat nauki.
informatyka +
22
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Optyka
Od 1670 do 1672 wykładał optykę. W tym czasie badał
załamanie (refrakcję) światła, pokazując, że pryzmat może
rozszczepić białe światło w widmo barw, a potem soczewka i
drugi pryzmat powodują uzyskanie białego światła ponownie
z kolorowego widma. Na tej podstawie wywnioskował, że
każdy refraktor (teleskop soczewkowy) będzie posiadał wadę
polegającą
na
rozszczepieniu
światła
(aberracja
chromatyczna), aby uniknąć tego problemu zaprojektował
własny typ teleskopu wykorzystujący zwierciadło zamiast
soczewki znany później jako teleskop Newtona (teleskop
zwierciadlany). Później, kiedy dostępne stały się szkła o
różnych własnościach dyspersyjnych problem ten rozwiązano
stosując soczewki achromatyczne. W 1671 Royal Society
poprosiło o demonstrację jego teleskopu zwierciadlanego.
Zainteresowanie to zachęciło Newtona do opublikowania
notatek pt. On Colour, które później rozwinął w większe
dzieło pt. Opticks. Kiedy Robert Hooke skrytykował niektóre z
pomysłów Newtona, ten obraził się do tego stopnia, że
wycofał się z publicznej debaty. Z powodu paranoi Newtona,
informatyka
+
tych dwóch ludzi pozostało wrogami
aż do śmierci Hooke’a.
Replika teleskopu
Newtona
23
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Osiągnięcia
•
•
•
•
Newton był członkiem Parlamentu w latach 1689-1690 i w 1701, ale
jego jedyne udokumentowane wystąpienie dotyczyło zażalenia na
zimne powietrze w sali i żądaniu zamknięcia okna.
W 1701 Newton anonimowo opublikował prawo termodynamiki,
znane obecnie jako prawo ostygania w Philosophical Transactions
of the Royal Society.
W 1703 Newton został Prezesem Royal Society i zagranicznym
członkiem Francuskiej Akademii Nauk.
W 1705 roku Newton uzyskał tytuł szlachecki z rąk królowej Anny.
Był od tej pory tytułowany Sir Isaac.
informatyka +
24
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Poglądy religijne
Biblia, a nie nauka, była największą pasją Newtona. Poświęcał więcej
czasu Pismu Świętemu niż nauce. Napisał: „Jestem przekonany, że Biblia
jest Słowem Bożym, napisanym przez tych, których On inspirował.
Studiuję ją codziennie” oraz: „Żadna inna nauka nie jest tak potwierdzona,
jak nauka Biblii”. Na podstawie Biblii obliczył datę końca świata na rok
2060.
Newton był potajemnie unitarianinem, tzn. nie wierzył w Trójcę Świętą.
Napisał na ten temat wiele prac, jednak wszystkie zostały opublikowane
dopiero po jego śmierci.
Znany był z maksym Nie wiem, kim wydaję się dla świata, dla siebie
jestem małym chłopcem bawiącym się na plaży, podczas gdy ocean
prawdy leży niezbadany przede mną oraz Hypotheses non fingo (hipotez
nie tworzę, interpretowane jako: nie snuję domysłów).
informatyka +
25
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Dzieła Newtona
•
•
•
•
•
•
•
Method of Fluxions (1671)
De motu corporum in gyrum (1684)
Philosophiae naturalis principia mathematica (1687)
Opticks (1704)
Arithmetica Universalis (1707, redaktor i wydawca:
William Whiston)
An Historical Account of Two Notable Corruptions of
Scripture (1754)
Opublikowane pośmiertnie w 1728: Short Chronicle,
The System of the World, Optical Lectures, Universal
Arithmetic, The Chronology of Ancient Kingdoms,
Amended i De mundi systemate.
informatyka +
26
Od Starożytności do Kopernika i Keplera
Dziedzictwo Newtona
Prawa ruchu i powszechnego ciążenia dostarczyły podstaw do
przewidywania sytuacji w szerokim obszarze działań zarówno nauki, jak
i inżynierii, zwłaszcza do przewidywań ruchu ciał niebieskich. Jego
wkład w analizę matematyczną stał się podstawą do tworzenia teorii
naukowych. Wreszcie, połączył ze sobą wiele odrębnych faktów z
zakresu fizyki, które były odkryte wcześniej, w jeden wspólny zbiór
praw. Z tych powodów jest uważany za największego i najbardziej
błyskotliwego naukowca i jedną z najbardziej wpływowych osób w całej
historii.
W prezentacji wykorzystano fotografie i materiały z zasobów pl.wikipedia org
informatyka +
27