og katalogiseret.
I Keplers model blev planetbanerne for første gang beskrevet som ellipser. På denne måde kunne alle observationer forklares på en helt enkel måde. Kepler opstillede også tre ligninger, som i dag kendes som Keplers love. Disse ligninger beskriver, hvordan planeterne bevæger sig – se mere herom i Helge Kraghs bidrag ”Det nye verdensbillede” i denne bog.
Ligesom mange af sine samtidige var Kepler stærkt interesseret i mysticisme og ideen om det guddommelige i planeternes bevægelse. Han bemærkede matematiske forhold mellem planeternes bevægelse og nodeskalaer og udtænkte i 1619 et guddommeligt musikalsk system, Harmonices Mundi (Verdensharmonier), der beskrev solsystemets bevægelser som musikalske harmonier. Det var også i dette værk, at den sidste af hans tre love for planeternes bevægelser blev offentliggjort.
Selv efter Keplers succesfulde beskrivelse af planetbanerne som ellipser manglede der dog stadig en fundamental underliggende fysisk teori om, hvorfor planeterne bevæger sig, som de gør. Det var fra observationerne klart, at ellipsebanen måtte være den rigtige beskrivelse, men fra et videnskabeligt synspunkt burde der være en fysisk lovmæssighed, som kunne forklare det.
Galilei og Newton – udviklingen af tyngdeloven
Den italienske matematiker, fysiker og astronom Galileo Galilei (1564-1642) var nogenlunde jævnaldrende med Kepler, men hans arbejde var af et helt anderledes tilsnit. Hvor Kepler primært var interesseret i tanken om det guddommelige i planeternes bevægelse og matematisk teori, havde Galilei en langt mere jordnær tilgang til fysikken. Han var i bund og grund eksperimentalfysiker og konstruerede mange af de eksperimenter, der kom til at bane vejen for den senere udvikling af en dynamisk teori for verden.
På Galileis og Keplers tid havde den kopernikanske model stadig mange modstandere. Blandt de fremmeste var Tycho Brahe (1546-1601), som bestemt var tilhænger af det geocentriske verdensbillede. Tanken om, at Jorden skulle kunne bevæge sig gennem rummet, var filosofisk uacceptabel for mange.
Interessant nok var mange af Tycho Brahes observationer faktisk i modstrid med Aristoteles’ verdensbillede. Eksempelvis opdagede den danske astronom en ny stjerne i stjernebilledet Cassiopeia. Stjernen lyste klart i et stykke tid og forsvandt derefter, noget der var i klar modstrid med ideen om, at stjernernes sfære er uforanderlig. I dag ved vi, at den nye stjerne var en supernova, en stjerne, der eksploderer og i løbet af kort tid udsender ekstremt store mængder energi. Tycho Brahe brugte faktisk lang tid på at forsøge at teste Kopernikus’ model ved hjælp af observationer. Han vidste, at hvis Jorden bevæger sig i forhold til Solen, burde stjernernes position på himmelen ændre sig i løbet af året, den såkaldte parallakse-effekt. Desværre for Brahe er effekten for lille til at kunne observeres uden brug af større teleskoper, og han måtte derfor efter flere år konkludere, at der ikke var observationelt belæg for Kopernikus’ model. I stedet konstruerede han sin egen hybridmodel, hvor Solen kredser om Jorden, mens de fleste af de andre planeter kredser om Solen. Modellen havde den store fordel, at Jorden ligger stille i rummet. Dels var det i overensstemmelse med kirkens overbevisning, dels undgik man en række tilsyneladende ubehagelige forklaringsproblemer.
Ifølge Brahe (og andre) ville man for eksempel kunne observere Jordens bevægelse gennem legemers bevægelse. Han mente, at hvis man lod et objekt falde fra et tårn, ville objektet, hvis Jorden bevægede sig, ikke kunne falde i en ret linje på sin vej mod jorden – og da simple eksperimenter viser, at ting falder på næsten eksakt rette linjer, mente han dermed at have bevis for sin vurdering. De meget små afvigelser, som rent faktisk kommer fra Jordens rotation, var alt for små til, at man kunne måle dem på den tid.
Galilei var derfor nødt til at komme med en forklaring. At objekter falder i rette linjer, forklarede Galilei ved at indføre et princip, som også er helt grundlæggende i den moderne fysik. Hvis et eksperiment udføres i et laboratorium, der bevæger sig med konstant hastighed, vil man få helt samme resultat, som hvis eksperimentet er i hvile. Med andre ord findes der altså ikke noget foretrukket referencesystem i verden. Hvis Jorden bevæger sig gennem rummet med jævn hastighed, vil man altså aldrig kunne se effekter af denne bevægelse i eksperimenter, man foretager på Jorden.
Samtidig gjorde Galilei også en iagttagelse, som blev meget væsentlig for udviklingen af en matematisk teori for, hvordan kraft påvirker legemer og får dem til at bevæge sig. Han kunne iagttage, at to legemer med helt forskellig masse faldt med nøjagtig samme hastighed, når de blev sluppet fra stor højde. Dette var helt i modsætning til Aristoteles’ ide om bevægelse. Ifølge den aristoteliske model er ethvert legemes naturlige tilstand hvile. Et tungt legeme skulle falde hurtigere mod jorden end et let, fordi kraften, som trækker i det, er større. At kraften på et tungt legeme virkelig er større, er selvfølgelig indlysende, men på den anden side skal kraften flytte en tilsvarende større masse. Disse to effekter ophæver hinanden, og derfor falder alle legemer lige hurtigt. Når Aristoteles’ teori ikke var blevet modbevist før, skyldes det formentlig, at man kan observere, at et blylod for eksempel falder meget hurtigere end en fjer. Det skyldes bare ikke tyngdekraften, men luftmodstanden. Fjeren har en langt større luftmodstand end loddet og falder derfor langsommere. Hvis man udfører eksperimentet med to blylodder, hvor det ene er dobbelt så tungt som det andet, vil man finde, at de falder lige hurtigt. Det endelige visuelle bevis for, at Aristoteles’ teori var forkert, blev udført på Månen af den amerikanske astronaut David Scott. Han lod en fjer og et blylod falde samtidig fra samme højde, så man virkelig kunne se, at fjeren faldt med nøjagtig samme hastighed som loddet.
Disse iagttagelser af kraftens natur var som nævnt i modsætning til den gamle aristoteliske ide, og Galilei fik da også mange fjender af den grund. Måske hjalp det heller ikke, at han var notorisk arrogant og sarkastisk, når han nedgjorde andre. For eksempel skrev han Dialoger (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano, 1632) som noget, der skulle forestille en upartisk sammenligning af de ptolemæiske og kopernikanske verdensbilleder. Men personen, der fremlægger den ptolemæiske version, hedder helt tilfældigt Simplicio (som en smådum eller simple minded person), mens den person, der fremlægger Kopernikus’ version, hedder Salviati.
Da Galilei på et tidspunkt blev gjort opmærksom på opfindelsen af teleskopet af den hollandske linsemager Lippershey, vakte det øjeblikkelig hans interesse. Galilei konstruerede med det samme selv et teleskop og brugte det som den første til at observere himmelen. En af hans mest bemærkelsesværdige observationer var, at planeten Jupiter har fire store planeter, der kredser om den. Planeterne kan lige akkurat ikke ses med det blotte øje, men selv med en primitiv kikkert er det ikke noget problem. På en mørk nat vil man for eksempel kunne se Jupiters måner med en god prismekikkert. Observationen af månerne sandsynliggjorde efter Galileis mening yderligere det kopernikanske verdensbillede. Opdagelsen betød jo netop, at andre legemer end Jorden kunne have mindre legemer kredsende omkring sig. Derfor var der heller ikke længere nogen god grund til at tro, at de kendte planeter ikke skulle kunne kredse om Solen i stedet for Jorden. En anden meget interessant observation, Galilei kunne foretage med sit teleskop, var et studie af Mælkevejen. Med teleskop kunne han se, at i hvert fald en del af Mælkevejen bestod af stjerner, og at der derfor måtte være fantastisk mange flere stjerner, end man hidtil havde troet. Syvstjernen (Plejaderne) i stjernebilledet Tyren er blandt de ganske få eksempler på, at man kan se enkelte stjerner i en stjernehob med det blotte øje. Med det blotte øje kan man se under ti stjerner, mens der i virkeligheden er mindst tusind.
Galileis latterliggørelse af den ptolemæiske model for solsystemet bragte ham i konflikt med kirken. I begyndelsen blev han advaret høfligt om, at han ikke skulle fremture med sine ideer om Jordens bevægelse. Men da han fortsatte, blev det på et tidspunkt for meget for kirken, og den indledte en inkvisitionsproces imod ham i 1632. For at redde livet måtte Galilei afsværge ideen om den heliocentriske verden. Han tilbragte resten af livet i husarrest i Firenze, men det blev trods alt tilladt ham at modtage besøgende.
At
