המהפכה הקופרניקאית

ערך זה עוסק במהפכה בתחום האסטרונומיה. אם התכוונתם למהפכה שהתרחשה בכלל תחומי המדע באותה תקופה, ראו המהפכה המדעית.

מערכת השמש על פי המודל ההליוצנטרי ועל פי המודל הגאוצנטרי

המהפכה הקופרניקאית הייתה מהפכה באופן המחשבה באסטרונומיה בראשית העת החדשה. הרעיון המרכזי של מהפכה זו היה שכדור הארץ סובב סביב השמש ולא להפך.

מהפכה החלה למעשה עם פרסום ספרו של ניקולאוס קופרניקוס "על תנועת גרמי השמים" בשנת 1543. עיקרה של מהפכה זו הוא השינוי בתפיסת תנועת גרמי השמיים מתפיסה גאוצנטרית, גישה שלפיה כדור הארץ נמצא במרכזו של היקום, לתפיסה הליוצנטרית, לפיה כדור הארץ מקיף את השמש, שהיא מרכז מערכת השמש. עד פרסום ספרו של קופרניקוס הגישה הרווחת באסטרונומיה המערבית הייתה זו שהתבססה בימי יוון העתיקה.

המהפכה הקופרניקאית היוותה חלק עיקרי במהפכה המדעית, וגרמה למהפכות גם בתחומים רבים אחרים. היא חוללה טלטלה תרבותית עצומה באירופה, והובילה, יחד עם גורמים נוספים, לערעור כוחה של הכנסייה.

רקע

העמדה הרווחת ביוון העתיקה

ראו גם – מודל גאוצנטרי

מרבית המודלים של היקום ביוון העתיקה, הציגו את כדור הארץ במרכזו. הדבר תאם למרבית המיתולוגיות והאמונות שרווחו באותה תקופה. (מיתוס הינדי קבע שהעולם ניצב על גבו של צב ענק, הדת היהודית קובעת שהכוכבים נועדו להאיר את כדור הארץ, וכו').

פילוסופים רבים, כגון אפלטון, שהציג את העולם ככישור ענקי, ואנכסימנדרוס, שהציג אותו כעמוד ענקי, הציגו מודלים גאוצנטריים אחרים, אולם המודל שהשפיע בצורה המקיפה ביותר על האסטרונומיה היה המודל של אריסטו.

מודל זה, שהתבסס על כתביו של הרקלידס מפונטוס, הציג את העולם כמערכת של גלגלים שמרכזם בכדור הארץ. הגלגלים נושאים עליהם את כוכבי הלכת השונים, שמקיפים את כדור הארץ אחת ליממה. כל הגלגלים מונעים על ידי ה"מניע הראשוני", הנע ללא הפסקה.

פילוסופיית הטבע של אריסטו

במאה הרביעית לפני הספירה פיתח אריסטו את תיאורית הפיזיקה שלו, שהייתה דומיננטית במהלך כאלף השנים הבאות. אריסטו טען כי לכל חפץ ולכל יצור חי קיימת מהות, והיא המאחדת את כל הקיים בעולם, לדוגמה, לכל הכיסאות יש מהות כיסאית, ולכל הסוסים יש מהות סוסית. עוד טוען אריסטו כי חמשת היסודות מהם מורכב העולם ניתנים למיון לפי קטגוריות: יבש, רטוב, קל, וכבד. כל יסוד מורכב משתי תכונות, לדוגמה המים הם רטובים וכבדים. היסוד החמישי המרכיב את העולם הוא אתר, והוא נמצא רק מחוץ לעולמנו. בתאוריה האריסטוטלית יש חלוקה לעולם על ירחי ותת ירחי. לפי גישה זו העולם התת-ירחי מורכב מארבעת היסודות הראשונים, בעוד העולם העל ירחי מורכב אך ורק מאתר.

חלק מהותי נוסף בתאוריה הוא החלוקה לשני סוגי תנועות - תנועה טבעית ותנועה מלאכותית. התנועה הטבעית היא זו שכל גוף שואף למלא מתוקף הרכבו, למשל, אש שואפת מטבעה לעלות למעלה, בעוד הסלע שואף ליפול מטה. תנועה מלאכותית היא כל תנועה המונעת מהעצם לנוע באופן טבעי, לדוגמה אחיזת אבן באוויר. הבחנה נוספת בין העולם העל ירחי לתת ירחי הייתה בתחום זה, ולפיו בעולם העל ירחי קיימת אף ורק תנועה טבעית ומושלמת של כל הגופים במעגלים בקצב קבוע. מתוקף קיומה של תנועה כזו נדרש מישהו שיתחיל את התנועה- וזהו "המניע הראשוני" שעליו מדבר אריסטו כישות שהחלה את התנועה כולה.

אבחנה נוספת בין העולם העל ירחי לתת ירחי היא בתחום הסדר, אריסטו טען כי בעולם העל ירחי שולטת חוקיות מתמטית מושלמת וקבועה, בעוד שבעולם התת-ירחי שולט לכל היותר סדר מקורב. בתחום תנועת הכוכבים טוען אריסטו כי הכוכבים, העשויים אתר, מצויים על מעגלי קריסטל במבנה שנקרא "כודרים מקוננים" ובמרכזם של כל המעגלים נמצא כדור הארץ.

מודלים הליוצנטרים ביוון העתיקה

ראו גם – המודל ההליוצנטרי#תאוריות מוקדמות

לא כל המודלים ביוון העתיקה תאמו את הגישה הרווחת. מספר פילוסופים ואסטרונומים הציגו מודלים הליוצנטריים אלפי שנים לפני קופרניקוס.

הפילוסוף פילולאוס, חבר האסכולה הפיתגוראית מהמאה הרביעית לפנה"ס, הציג מודל על פיו השמש כדור הארץ ושאר כוכבי הלכת מקיפים גוף אדיר שנקרא "האש המרכזית". על פיו, איננו רואים את האש המרכזית כי סיבוב כדור הארץ גורם לכך שהיא תמיד מוסתרת מפנינו. קפלר טען מאות שנים לאחר מכן ש"האש המרכזית" היה למעשה כינוי אחר לשמש עצמה, ושפילולאוס הסווה את עמדתו בכוונה. ‏

מאה שנה לאחר מכן, הציג האסטרונום אריסטרכוס מסמוס מודל הליוצנטרי של ממש, על פיו כדור הארץ מקיף את השמש. המודל לא זכה להכרה, והמודל של אריסטו הועדף על פניו. בין התומכים הבודדים למודל ההליוצנטרי בעת העתיקה ניתן למנות את סלאוקוס מסלאוקיה, פילוסוף יווני שהביע תמיכה במודל. ‏

האסטרונומיה התלמאית

במאה השנייה לספירה פורסמה התאוריה של תלמי על תנועת גרמי השמיים. התאוריה מבוססת על כתבי אריסטו ואפלטון בספרייה הגדולה של אלכסנדריה, שנבנתה על ידי אלכסנדר מוקדון בשנת 330 לפנה"ס בערך. גישתו של תלמי מאמצת את הגישה האריסטוטלית בליווי שינוי מהותי שאפשר דיוק רב יותר בהתאמה לתצפיות: המעבר מרעיון הגלגלים לגישה לפיה כל הכוכבים שסובבים את כדור הארץ נעים על טבעות חלולות.

תלמי קבע בספרו "אלמג'סט" חמש הנחות יסוד בעזרתן ניתן להסביר את תנועת כל גרמי השמיים:

1. היקום הוא כדור מושלם ומסתובב
2. הארץ הוא כדור מושלם
3. הארץ נמצאת במרכז היקום
4. ניתן להתייחס לארץ כאל נקודה עקב גודלו של היקום
5. הארץ נייחת לחלוטין

אימוץ התאוריה האריסטוטלית והתלמאית על ידי הכנסייה

במאה השנייה לספירה פורסמה התאוריה של תלמי על תנועת גרמי השמיים. התאוריה מבוססת על כתבי אריסטו ואפלטון בספרייה הגדולה של אלכסנדריה, שנבנתה על ידי אלכסנדר מוקדון בשנת 330 לפנה"ס בערך. גישתו של תלמי מאמצת את הגישה האריסטוטלית בליווי שינוי מהותי שאפשר דיוק רב יותר בהתאמה לתצפיות: המעבר מרעיון הגלגלים לגישה לפיה כל הכוכבים שסובבים את כדור הארץ נעים על טבעות חלולות. תלמי קבע בספרו "אלמג'סט" חמש הנחות יסוד בעזרתן ניתן להסביר את תנועת כל גרמי השמיים:

1. היקום הוא כדור מושלם ומסתובב
2. הארץ הוא כדור מושלם
3. הארץ נמצאת במרכז היקום
4. ניתן להתייחס לארץ כאל נקודה עקב גודלו של היקום
5. הארץ נייחת לחלוטין

במאה ה-13 ניסה תומאס אקווינס ליישב את התאוריה התלמאית עם כתבי הקודש. על בסיס ההנחה בדבר "המניע הראשוני" מהתאוריה האריסטוטלית, הוא טען כי "המניע הראשוני" הוא למעשה אלוהים, וכי מעבר לכל המעגלים שסובבים את כדור הארץ מצויים גן העדן והגיהנום. יישוב התאוריה אפשר לכנסייה לקבל את התאוריה התלמאית ולאמץ אותה בתור העמדה הרשמית ביחס לגרמי השמיים. אימוץ זה על ידי הכנסייה כדוגמה כנסייתית מנע כל שינויים בתאוריה, ומנע מבעיות שצצו בעקבות חוסר התאמה לתצפיות להיפתר, שכן לא ניתן היה לשנות דוגמה כנסייתית מבלי שהדבר ישליך לרעה על הכנסייה עצמה, והכנסייה ניסתה למנוע מצב שבו תצטייר כטועה בכל מחיר.

גם הרמב"ם, במסגרת קבלה כללית של הפיזיקה של אריסטו, קיבל את המודל שהציג אריסטו. ‏

המהפכה הקופרניקאית

ניקולאוס קופרניקוס

ניקולאוס קופרניקוס פרסם בשנת 1543 את ספרו "על תנועת גרמי השמיים". קופרניקוס היה מאמין אדוק ולכן לא פרסם את ספרו בחייו, שכן ספרו יוצא למעשה נגד הדוגמה הכנסייתית, וניתן להניח שהוא חשש הן מההשלכות האישיות של פרסום כזה, והם מהזעזוע שהדבר יגרום לכנסייה.

ספרו התפרסם לאחר מותו והוקדש לאפיפיור פאולוס השלישי. בהקדמתו פונה קופרניקוס לאפיפיור ולמעשה מתנצל על פרסום התאוריה באומרו כי

	אולי תהא מעלת קדושתך תמהה פחות על שהעזתי להוציא לאור את עמל לילותי, שהרי ביגיעה גדולה עלתה לי מלאכת בירורם, עד שלא יראתי להעלות על הכתב את הגיונותי בדבר תנועת כדוה"א

ברור מפתיחה זו כי מבין קופרניקוס כי מעשיו ישליכו על הכנסייה ודורשים הסבר. הוא מבקש מהאפיפיור מחילה ומנסה להסביר שהדבר בלתי נמנע.

קופרניקוס בוחר לומר לאפיפיור שלא הוא עצמו שיוצר בעיה עם תנועת גרמי השמיים- הבעיה קיימת כבר בקרב המתמטיקאים שאינם מצליחים להתמודד איתה.

	על כן איני אומר להעלים ממעלת קדושתך ששום דבר לא לא הביאני לידי מחשבה לשנות את חישובן של תנועות כדורי העולם אל זאת שהמתמטיקאים עצמם אינם תמימי דיעות בחקירות אלו

קופרניקוס מסביר מה הניע אותו להחליט לחקור מחדש את התאוריה המקובלת וגם מהסברו זה ניתן לראות עד כמה הוא רואה במעשה שליחות אלוהית, ולא יציאה כנגד הכנסייה:

	לפיכך נטלתי על עצמי כל אותה יגיעה לעבור על ספריהם של כל הפילוסופים, עד כמה שהם בהישג ידי, כדי לבדוק האם אין מי שסבור שתנועותיהם של גלגלי העולם שונות ממה ששיערו אלו המלמדים עניינים מתמאטיים בביה"ס

קופרניקוס מציין את היקיטאס (פיתגוראי בן המאה הרביעית לפנה"ס) כאדם הראשון שהציע תאוריה לפיה השמש עומדת במרכז היקום.

ההקדמה לספר נכתבה על ידי אוסיאנדר, שהיה כומר בן זמנו של קופרניקוס. במשך שנים לא התפרסמה העובדה שלא קופרניקוס עצמו הוא זה שכתב את ההקדמה. אוסיאנדר מנסה למצוא מן פשרה שתאפשר לכנסייה לקבל את התאוריה הקופרניקאית ולא תפסול אותה על הסף:

	ואין הכרח כלל, שהשערות אלו יהיו אמיתיות, או אפילו קרובות לאמת, אלא זה בלבד מספיק שהן מראות שהחשבון מתאים לתצפיות

כלומר, הניסיון לסתור תאוריה שהייתה מקובלת שנים כה רבות דורש לזנוח את ההיגיון המוכר ולהתסמך על כלי אמפירי כמו חישובים מתמטיים שיוכיחו מעל כל ספק כי על אף שהחושים אינם מסוגלים לתפוס זאת, האמת היא אחרת ממה שחשבו.

	נניח להן, אם כן, להשערות חדשות להתפרסם בצד הישנות, שאין אלו קרובות לאמת מאלו בשום פנים, ובייחוד מאחר שהן מופלאות וגם קלות, ומביאות איתן אוצר עצום של הסתכלות מלומדת מאוד

הספר נשלח לאפיפיור פאולוס השלישי והוחרם על ידי הכנסייה. אך במהלך מאה השנים שחלפו זכה לתהודת מה בעולם האסטרונומי.

יוהאן קפלר

קפלר פיתח את תורתו של קופרניקוס וביסס אותה בצורה מתמטית.

תרשים המסלולים של השמש, כדור הארץ ומאדים על פי המודל ההליוצנטרי ועל פי המודל הגאוצנטרי. שימו לב ל"תנועה לאחור" של מאדים על פי המודל הגאוצנטרי, שהוסברה לראשונה על ידי קפלר.

יוהאן קפלר הדני פרסם את ספרו "אסטרונומיה נובה" בשנת 1609. עבודתו של קפלר מבוססת על תצפיות שערך טיכו ברהה. קפלר הצטרף לברהה ב-1600, ותפס את מקומו ב-1601. בשנת 1572 גילה ברהה בתצפיותיו כוכב שביט חדש, וכוכב שבת חדש (שהתגלה לימים כסופר נובה). גילויים אלו היו משמעותיים שכן פירושו שבעולם העל ירחי כן מתקיימים שינויים. תצפיותיו של ברהה שאפו לדיוק רב מאוד של 8 מעלות ועליהן התבסס קפלר בעבודתו.

קפלר ניסוח בספרו שלושה חוקים, המכונים חוקי קפלר:

1. כוכבי הלכת נעים באליפסה (אם מחברים את שני המרחקים משני המוקדים לאותה נקודה במעטפת, הם יהיו שווים בכל מקום), כאשר השמש עומדת באחד המוקדים.
2. כוכב לכת עובר שטחים דומים בזמנים דומים. כאשר הוא קרוב יותר לשמש הוא מהיר יותר.
3. ישנו יחס קבוע בין זמן המחזור לרדיוס הממוצע שלו: זמן המחזור ברביעית פרופורציונלי לרדיוס הממוצע בשלישית.

את החוק הראשון גיבש קפלר בעת שחקר את תנועת מאדים. בתקופתו הטרידה את החוקרים "התנועה לאחור" של מאדים (retrograde-ראו בתמונה משמאל), ולא נמצא פתרון מניח את הדעת לתנועה זו באמצעות גישת הטבעות. לאחר 11 שנים של מחקר וייאוש, ניסה קפלר לייחס למאדים תנועה אליפטית ולא מעגלית, והדבר תאם באופן מוחלט לתצפיות.

החוק השני של קפלר נגזר מתנועת כדור הארץ סביב השמש ומניח שככל שכוכב רחוק יותר מהשמש כך כוחה המגנטי (זה הכוח שאליו ייחס קפלר את התופעה) פועל עליו פחות והוא מאט את מהירותו, וככל שהוא קרוב יותר, כך הוא נע מהר יותר.

במחקרו של קפלר, בניגוד לזה הקופרניקאי אנו מגלים גם הסברים מיסטיים לתאוריות שלו, כך למשל:

	והכדור עצמו, הואיל והוא מייצג מידה מיוחדת במינה, אין לייחסו אלא למספר שלוש. ואילו לא נתן אלוהים את דעתו בבריאתו אלא על העקום בלבד, הרי חוץ מן השמש שבמרכז, שהוא צלם האב, ומגלגל כוכבי השבת, או המים שברקיע לפי תורת משה, שהם צלם הבן, או מאוויר השמים שהוא מלא הכל, או רקיע השמים שהוא צלם רוח הקודש, אני אומר חוץ מאלו לא היה קיים כלום בבניינו של העולם

ניתן לזהות בגישתו של קפלר מספר מאפיינים: ראשית, ניכר שהוא מייחס חשיבות מיסטית למספרים וסדר. חשיבות אפריורית וברורה מאליה שעליה מתבססים כל הדברים. שנית, ניכר שגם קפלר היה מאמין אדוק, ולא ביצע את מחקרו ככופר או כדי לסתור את דעת הכנסייה, אלא כמשרת את אלוהים בהביאו לכדי דיוק רב יותר את הידע על העולם שנברא.

חשיבות מחקרו של קפלר ניכרת במספר היבטים: ראשית, שבירת המעגלים והמעגלים המשניים וההנחה כי העולם אינו מתבסס על "הצורה המושלמת" כי אם על אליפסות. שנית, העמקת הגישה שלפיה דיוק מתמטי ותצפיות חשובים יותר מההגיון המקובל, וזאת באמצעות ניסוח חוקים מתמטיים לתנועת הכוכבים והוכחה שהם מתאימים בדיוק רב לתצפיות ולתחזיות. נוסף על כך, עצם ההנחה שכוכבים עוברים שטחים שווים בזמנים שווים סותרת את הגישה המקובלת בדבר תנועה בעולם העל ירחי, שהיא טבעית ומושלמת. מסקנה זו מנפצת למעשה את ההפרדה בין העולם העל ירחי לעולם התת-ירחי.

גלילאו גליליי

גלילאו גליליי נחשב לאחד המדענים החשובים בכל הזמנים.

ערך מורחב – גלילאו גליליי

גלילאו גליליי פעל בתקופתו של קפלר, כמאה שנים לאחר תקופתו של קופרניקוס. האמצעי העיקרי שבו השתמש גלילאו במחקריו היה הטלסקופ, שהיה אמצעי חדשני לתקופתו. הוא שכלל את המצאתו של ליפרשי מטלסקופ בעל הגדלה של פי 10 לטלסקופ בעל הגדלה של פי 30.

בשנת 1610 הוא פרסם את ספרו "השליח הכוכבי" (Siderius Nuncius) ובו הוא סוקר את תגליותיו באמצעות הטלסקופ:

• הגילוי בדבר כוכבי הלכת והשבת- גלילאו מצא כוכבים רבים שלא היו ידועים, שכן לא יכלו להיות נצפים באמצעות עין בלתי מזוינת, מה שחיזק את ההנחה כי היקום גדול הרבה יותר שמחשבו בתקופתו. נוסף על כך גילה גלילאו כי כוכבי השבת לא משנים את גודלם, לעומת כוכבי הלכת, ומכך הסיק כי מרחקם של כוכבי השבת גדול הרבה יותר מזה של כוכבי הלכת
• גילוי כתמי שמש- גילוי שממנו נגזרה מסקנתו של גלילאו כי השמש נעה סביב צירה. מתנגדיו טענו מדובר למעשה בירחים של השמש, אך טענה זו נסתרה על ידי גליגלאו באמצעים מתמטיים שהוכיחו שאם אכן מדובר בירחים, הם אמורים להטיל צל שונה מהצל שנצפה על פני השמש.
• גילוי המכתשים על הירח- שהוכיח למעשה כי העולם העל ירחי אינו מושלם כפי שחשבו.
• גילוי ארבעת ירחי צדק- שהוכיח כי כדור הארץ אינו כה ייחודי בכך שיש לו ירחים, ולמעשה מוכיח שקיימת תנועה סביב כוכבים אחרים מלבד סביב השמש (או סביב כדור הארץ כפי שטענה התאוריה התלמאית).
• גילוי המופעים של נגה- הכוכב נגה נצפה בימים שונים בצורות שונות. הדבר נוצר מחמת שלעיתים הצד של נוגה הנצפה מכדור הארץ מואר במלואו, ולעיתים רק בחלקו (כמו מופעי הירח). התאוריה התלמאית מספקת הסבר חלקי בלבד לתופעה ומניחה שיהיו שני מופעים של נגה, אך לפי תצפיותיו של גלילאו מדובר בהרבה יותר מופעים שניתנים להסבר רק באמצעות מערכת הליוצנטרית. ניכרת כאן חשיבות הגילוי המדעי, הטלסקופ, שאפשר להגיע לרמת דיוק גבוהה יותר בתצפיות, ולגזור ממנה מסקנות מרחיקות לכת.

גישתו של גלילאו כלפי הכנסייה, ולמעשה כלפי גילויו בכלל הייתה גישה פרקטית מאוד: למשל, כאשר גילה את ארבעת ירחי צדק קרא להם מיד בשם "כוכבי המדיצ'י", על שם משפחת הפטרונים שלו, מה שהפך את הגילוי לבלתי ניתן לסתירה. גישתו כלפי כתבי הקודש הייתה כי יש לתת להם פירוש אלגורי ולא לפרש את הכתב כפשוטו, וכאשר נקלע לעימות עם מי מאנשי הכנסייה בדבר גילויו תמיד הקפיד לא לצאת בגלוי כנגד הכנסייה או להצדיק את התאוריה הקופרניקאית בפה מלא. לספרו צירף הסברים גרפיים רבים כך שיפנה גם להדיוטות ולא רק לחוקרים יודעי דבר המבינים את ההסברים המתמטיים והגאומטריים ופרסמו באיטלקית כך שיפנה לכלל העם האיטלקי ולא רק לאליטה דוברת הלטינית.

בשנת 1632 הוא מפרסם את ספרו "דיאלוג על שתי מערכות עולם" ובו מתנהל דיון בין נציג הכנסייה, אזרח פשוט, וגלילאו עצמו. ספרו זה מקעקע למעשה את כל עמדות הכנסייה ומתפרסם כשגלילאו בן 70. זהו הצעד הבוטה ביותר שידוע שעשה גלילאו כנגד הכנסייה ובעקבותיו נשפט ונידון למעצר בית.

גליליי מת בשנת 1642, אולם משנתו ועמדותיו לא נעלמו, והגותו שינתה את פני האסטרונומיה והמדע מקצה אל קצה.

השפעות המהפכה הקופרניקאית

ראו גם – המודל ההליוצנטרי#השלכות תרבותיות של פיתוח המודל ההליוצנטרי

המהפכה הקופרניקאית חוללה טלטלה ברחבי אירופה, והובילה, לצד גורמים אחרים, לשינוי תפיסתי נרחב. כוחה של הכנסייה התערער, ונפתח הפתח לתקופה חדשה- העת החדשה.

המהפכה הקופרניקאית נחשבת לחלק מרכזי מאוד במהפכה המדעית, ומקובל לקבוע את שנת 1543 (שנת פירסום ספרו של קופרניקוס-על תנועת גרמי השמים) כנקודת הפתיחה של המהפכה.

שימוש מושאל במושג בתחום הפילוסופיה

ראו גם – עמנואל קאנט

במאה ה-18, הפילוסוף עמנואל קאנט הביא את שינויו של קופרניקוס בתחום האסטרונומיה כאנלוגיה לשינוייו בתחום האפיסטמולוגיה ‏ לאחר מכן, פילוסופים רבים הגדירו את עמדתו של קאנט כ"המהפכה הקופרניקאית של קנאט" או "המהפכה הקופרניקאית השנייה".

כיום המונח "מהפכה קופרניקאית" משמש באופן כללי כדי לתאר נקודת מבט חדשה לחלוטין, או שינוי גדול בתפיסה כלשהי.

ראו גם

• מודל הליוצנטרי
• מודל גאוצנטרי
• ניקולאוס קופרניקוס
• המהפכה המדעית
• יוהאן קפלר
• גלילאו גליליי
• אסטרונומיה
• הפיזיקה של אריסטו
• טלסקופ
• שלוש מהפכות קופרניקניות