V článku Galileo Galilei – Vynálezy a astronomické objevy jsem Galileiho představil jako geniálního technika a astronomického pozorovatele. Teď je na čase pojednat problémy, a to jak vědecké, tak konflikt s inkvizicí. Galileiho nejpodstatnější počin k rozvoji novověké vědy, totiž jeho nový koncept fyziky, ale nechám na příště.
Galilei jako horlivý zastánce Koperníka
Mikuláše Koperníka (1473-1543) právem ctíme jako zakladatele novodobého heliocentrismu, ale z většího odstupu je problém složitější. Koperník vlastně vrátil astronomii tam, kde byla v helénistické době, než skeptici a stoici odmítli pythagorejský heliocentrismus. Měli k tomu dobré důvody, totiž nesoulad s pozorováním. Dnes víme, že stačilo nahradit kruhy elipsami a rovnoměrný pohyb 2. Keplerovým zákonem. Vývoj astronomie šel ovšem dlouho jinudy, protože Ptolemaiův model dobře vyhovoval pozorováním. Přesto byl Koperníkův počin zásadní, jako návrat před špatnou odbočku. Dalším problémem byla neujasněnost povahy oněch kruhových „sfér“ a povahy kosmických těles. Jenže Koperníkův heliocentrický model se většině nelíbil. Nejprve za to mohl biblický fundamentalismus, autorita Aristotela a zvyk na popularizaci odvarů z Ptolemaiovy učebnice. Koperník měl štěstí, že ještě doznívaly středověké poměry, takže nevzal špatný konec. Jeho dílo bylo církví zakázané až od roku 1616 do 19. století. Zato jeho nadšený popularizátor Girodano Bruno (1548-1600) byl upálen, i když za něco jiného, za trochu panteistickou verzi hermetismu, která byla heliocentrismem pouze zčásti inspirovaná. Upalování je drsnou módou nastupujícího novověku, nejvíc v letech 1550 až 1650.
Galilei měl smůlu na dobu a nejspíš i na svou povahu. Zakoukal se do Koperníkova modelu nedlouho předtím, než jej církev oficiálně zavrhla. Dokonce v době, kdy byl vážně ohrožen modelem, který zavedl Tycho Brahe (1546-1601) a podpořil jej přesným měřením poloh planet. Řada astronomů přijala jeho kombinovaný model, podle něhož Měsíc a Slunce obíhají kolem Země, zatímco všechny (ostatní) planety kolem Slunce. A ještě jinou cestou šel Johannes Kepler (1571-1630), který se obešel bez jakýchkoli epicyklů.
Galileo Galilei (1564–1642) byl zručný mechanik, taky prováděl řadu nečekaně přesných fyzikálních experimentů, ale v astronomii byl spíše vynikající a objevný pozorovatel než teoretik. Dokázal vidět téměř nemožné a většinou to i správně interpretovat, teoretický důmysl mu nechyběl. Jeho pozorování fází Venuše falzifikovalo Ptolemaiův model, ale většinu astronomů utvrdilo v příklonu k modelu Tychona Braheho. V pohybu „Medicejských hvězd“, tedy Jupiterových měsíců, Galilei správně viděl analogii sluneční soustavy. Přesto svou povahou nebyl odtažitý teoretik, zato náruživý propagátor novinek, často i vlastní šikovnosti. Z tohoto hlediska měl na dobu naopak štěstí: dostupnost dalekohledu, zázemí v rozvíjející se jemné mechanice, přátelství ve vědeckých, šlechtických a církevních kruzích. Jeho blízký přítel Maffeo Barberini se roku 1623 dokonce stal papežem (Urban VIII.) a dovolil mu tiše pracovat s Koperníkovým modelem.
Problémy s Galileim
To by ovšem nebyl Galilei, kdyby cokoli dělal jinak než s maximální publicitou! Krom přesných popisů astronomických pozorování psal popularizační díla, a to velice poutavě a barvitě, mnohdy nevybíravě vůči osobám a často ještě s nadsázkou. Tak jako si dokázal získávat přátelství významných mužů z politiky, církve i vědy, tak je dokázal i zahazovat. Příslovečný „boj za pravdu“ při tom občas dostával na frak spory o to, kdo dál dočůrá, nebo zvláštnostmi Galileiho povahy. Už převratné dílo Hvězdný posel (Sidereus Nuncius) z roku 1610 můžeme číst jako nadšené sdělení nových objevů spojené s velice vtipnou popularizaci astronomie; ale také jako ustavení nového diskurzu, který má zprostředkovat nejen vědecké novinky, nýbrž i samozřejmost pozice jeho autora. Lícem tohoto nového diskurzu je svěží zpravodajství a nastolení očividnosti nové vědy, rubem časté nadsázky a zjednodušení, občas působící dojmem nové ideologie, včetně později už nenaplněných slibů. Galilei často sliboval, že doloží pohyb Země, ale to se mu bohužel nepodařilo. (Ve prospěch rotace Země se sice později správně se dovolával slapových jevů, ale vykládal je chybně.)
Symptomatická je i Keplerova odpověď Rozprava s hvězdným poslem (Dissertatio cum Nuncio Sidereo), psaná v podstatně sušším a spekulativnějším stylu. Zato Galileiho Dialogy o dvou největších systémech světa (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo) roku 1632 značně přilily olej do ohně už tím, že v nich docela zesměšnil svého přítele papeže.
Právě popularizační aspekt Galileiho úsilí budil v církevním kruzích největší obavy, málem jako z nového a cizorodého náboženství. Navíc věděli, že si dělá šoufky z Aristotela, a někteří asi také tušili, že za tím stojí skrývané epikurejství. To mohl skončit jako Giordano Bruno. Primárně ne kvůli astronomii, ta by byla jen porušením zákazu a jedním z prostředků šíření hereze (kacířstva, bludu), nýbrž pro věci v očích církve nesrovnatelně horší.
Problémy s elipsou
Galilei přilnul ke Koperníkovu modelu do té míry, že nerad viděl i zásadní aspekty Keplerova díla. Keplera si velice vážil a hodně stál o jeho názor na své spisy, přesto nebyly vztahy obou mužů vždy urovnané a problémy přicházely spíš z Galileiho strany. Byly to hodně rozdílné povahy. Kepler (1571-1630) byl ryzí teoretik, vlastně vědec velice tradičního stylu, i když zrovna prováděl vědeckou revoluci. Galilei ho nejspíš podezříval z pythagorejské inherence do vědy, což by mohlo být oprávněné vůči dílu Kosmografické mystérium (Mysterium Cosmographicum) z roku 1596, na které Kepler kupodivu nedal dopustit, přestože z našeho pohledu působí jako pythagorejsky formalistní slepá ulička, z níž ho prý vyvedl Tycho Brahe. Překvapivé ovšem je, že Galilei neakceptoval právě nejdůležitější Keplerův krok směrem k novému astronomickému systému, tedy elipsu, jak ji známe i v dnešní formulaci 1. Keplerova zákona. Pohyb planet kolem Slunce po eliptické dráze nebyl pro Galileiho přijatelný. Na zachování kruhů trval do té míry, že kvůli němu byl ochotný připustit i nějaký dodatečný „malý epicykl“. Nemusela to být jen umanutá zahleděnost do Koperníkova odkazu. Copak jste někdy viděli, že by se v pozemské přírodě něco pohybovalo po elipse? A ještě k tomu kolem jejího ohniska a ne středu?
Galilei velice stál o to, aby obecné zásady pozemské fyziky a „nebeské“ fyziky, tedy astronomie, byly stejné. Aristotelés tvrdil, že matematicky popsatelná fyzika se může týkat jenom nebeských sfér. Tedy geometricky popisovaná fyzika, protože jiné matematice Aristotelés moc nedůvěřoval. Pozemské pohyby jsou v jeho očích příliš chaotické. Pozemská fyzika je podle Aristotela určena vlastnostmi živlů, zatímco nebeská se díky specifickému živlu chová formálně racionálně. U pythagorejců to bylo podobné. Svět byl tedy rozpolcen na pozemský a nebeský, ani ne tak z důvodů nějaké zbožnosti vůči nebi, ale z důvodů metodických. Fyzika jednotného světa je spolu s popisem volného pádu tím, co Galileiho činí tak výrazným předchůdcem Newtona i celé novodobé vědy. Galilei nejspíš nechtěl připustit nějaký speciální nebeský pohyb, který z pozemské oblasti neznáme. A nebyl sám.
Opravdu se točí?
Galilei se na rozdíl od Keplera občas pouštěl i do teologických sporů, což se mu asi stalo osudným. Nejspíš byl upřímný křesťan, který však touhu po misii přenesl i na Koperníkův model, takže chtěl, aby se stal pilířem celkového pohledu na svět, ne pouze astronomickou specialitou. Tím pádem občas tvrdil víc, než mohl dokázat. Hlavním problémem byl pohyb Země. Roční pohyb připouštěl už kardinál Kusánský (1401-1464) a byl nutnou součástí Koperníkova i Keplerova modelu, ve kterých Země navíc rotovala. Když to však chtěl Galilei doložit, tak narazil. V případě ročního pohybu Země na neměřitelnost paralaxy hvězd tehdejšími prostředky, ale nedařilo se mu to ani s rotací, nedokázal představit žádný pádný argument. Sice se správně dovolával přílivu a odlivu, ale jeho výklad slapových sil byl špatný. Neuspěl ani s výkladem pokusu s kolmým pádem, ke správnému popisu Coriolisovy síly bylo ještě daleko. Ve všech představených modelech stačí pozorování ročního pohybu Země, protože bez její rotace se už pak nic vyložit nedá. Opačně to ve výše popsaných modelech platí taky, ale je myslitelná výjimka (rotující Země v modelu odvozeném z Tychonova). Řečeno dnešní mluvou: Galilei to sice celkem dobře trefil, ale pro recenzovanou publikaci mu experimentální nebo pozorovací argument chyběl. Prvním ostrým dokladem pohybu Země, a to ročního, bude až objev aberace světla hvězd (James Bradley, 1725).
Galilei, Epikúros a teologové
Skutečnost, že Galilei nenásleduje Aristotela v astronomii, mohla vadit skutečně jen ojedinělým fandům této absurdity. Pár takových se vždy našlo, podobně i houfec biblických fundamentalistů. Tradicionalistická menšina dala spíš na Ptolemaia, což není Aristotelův model, ale koresponduje s řadou důležitých rysů Aristotelovy filosofie. Většina důvěřovala modelu Tychona Braheho. V pozadí ovšem strašilo podezření v té době přímo šílené: Není Galilei epikúrejec? Samozřejmě, že je, jenom se to v té době nemohlo veřejně říkat ani náhodou. Za to byla zcela jednoznačně ohnivá hranice!
Epikúrova nauka byla v křesťanském prostředí málokdy vítaná a byla častovaná mnoha pomluvami. Skutečným důvodem je nejspíš absence teleologie. Na rozdíl od Sókrata a jeho následovníků (Platón, Aristotelés…) totiž nepracuje s představou, že by svět byl řízen nějakým globálním účelem, dokonce připisuje roli i náhodě. Paradoxem je, že zrovna fyzika nepatří k nejsilnějším stránkám Epikúrovy filosofie (slušně řečeno), jenže z celé atomistické tradice zůstala v povědomí latiníků jako jediná obecně známá verze řeckého atomismu. Dokonce byla jedinou spojnicí mezi rozumným filosofickým přírodozpytem dávné iónské tradice, (např. Thaléta, Anaximandra, Anaximena, Anaxagory) a pozdější vzdělaností až skoro do 19. století. Tedy tradice, která svět nerozštěpovala na pozemský a nebeský, a většinou ani nepracovala s nějakými živly
V očích církve by epikurejství samo o sobě zavdalo příčinu k lecčemu, ale ne k upálení. K tomu musela přistoupit ještě další zápletka. Tou bylo ustanovení dogmatu o eucharistii na koncilu v Tridentu roku 1551. Toto dogma vykládá eucharistii podle Tomáše Akvinského jako změnu podstaty beze změny akcidentů. Do té doby si to křesťanští aristotelici klidně mohli takhle vykládat (jen občas jim církev Aristotela zakazovala, takže i Tomáš Akvinský musel měnit učiliště), ale teď je doba nová a vše musí být jednotné. Všem katolíkům bylo tedy nařízeno, že pod trestem věčného zavržení musí vyznávat taky Aristotelovy metafyzické termíny, a navíc zvláštní ne zrovna aristotelský trik s nimi, totiž transsubstanciaci. (O vzniku dogmat v tomto smyslu slova a pastorační praxi viz Vývoj křesťanských nauk a institucí od 1. do 4. století.)
Epikúrejec těžko může vyznávat, že při eucharistii dochází k transsubstanciaci, změně podstaty, protože o žádných podstatách neví, leda že by jimi myslel atomy. Za zpochybnění dogmatu byl ovšem trest naprosto jasný: upálení. Inkvizice je zvláštní případ vyhledávání zbloudilých ovcí.
Proces
Galileo uspěl v řadě disputací o dílčích objevech, například o reálnosti jevů pozorovaných dalekohledem, neboť totéž přes všechny nevraživosti tvrdili i jezuité. Roku 1616 však v Římě dostal zákaz „schvalovat a hájit“ teze Koperníkova spisu O obězích nebeských sfér. V Římě se nediskutovalo, nýbrž rozhodovalo. Pak mu ovšem Maffeo Barberini coby Urban VIII. dovolil zákaz lecjak obcházet, pokud nebude Koperníkův systém zjevně zastávat. Ale roku 1633, tedy rok poté, co se souhlasem církevní cenzury publikoval Dialogy o dvou největších systémech světa, byl povolán před Svaté oficium, tedy Kongregaci římské a obecné inkvizice. (Ta byla ryze novověkým opatřením z poloviny 16. století, jejím dědicem po dvou reformách je od roku 1965 Kongregace pro nauku víry.) Nutno dodat, že Dialogy opravdu jen formálně předstírají nestrannost autora. Jsou napsané velice vtipně, zastánce geocentrické nauky je vylíčen jako naivní prosťáček, v němž leckdo spatřoval papeže osobně.
Formálně bylo hlavním bodem žaloby porušení zákazu z roku 1616 „schvalovat a hájit“ teze Koperníkova spisu O obězích nebeských sfér. Soud prý nejprve zamítnul Galileiho žádost o odročení procesu ze zdravotních důvodů, které byly docela vážné, protože ve svých 69 letech trpěl kýlou. Dostal předvolání do Říma, jinak tam měl být „dopraven v řetězech“. Za těchto okolností se Galilei k soudu dostavil. Neuspěl ani s odkazem na dřívější dopis učeného kardinála Roberta Bellarmina, který mu zakazoval pouze schvalování a hájení dotyčné hypotézy, nikoli její referování pro účely obecného poučení. Kolem této listiny se objevily formální problémy, prý není jasné, zda nepořádkem inkvizičního archivu nebo podfukem v řadách inkvizice. Proces se táhnul, Galilei byl občas traktován se značnými poctami, jindy s ním naopak zacházeli jako se zločincem. Možná si dávali záležet, aby měl stále co ztratit.
Klíčová byla nabídka doznání viny, prý v podobě „pochybil jsem při psaní této knihy, kvůli svým marnivým ambicím, nepochopení a nepozornosti“. To bylo sice ponižující, ale vzhledem k oprávněné pověsti inkvizice málem úsměvné. Cílem církevní vrchnosti však bylo Galileiho ponížit ještě víc, nejspíš pro jistotu, aby se jeho vzpurnost neopakovala, nebo prostě jen tak. Součástí oficiálního inkvizičního rituálu bylo i „představení nástrojů práva útrpného obviněnému“, zatím ne mučení. Výsledkem bylo naprosté vědecké i osobní ponížení Galileiho, který se zřekl všeho a odpřisáhnul vše, co musel. Formálně byl odsouzen k doživotnímu žaláři, ale ve skutečnosti k docela fešáckému domácímu vězení. Soudcům tentokrát šlo „jen“ o úplné ponížení, ne o likvidaci nebo nadbytečné fyzické útrapy. Tohle měla být jiná demonstrace moci než pomocí hranice. Nebyla určena lidu. Dosavadní Galileiho dílo bylo zakázáno, ale bádání v jiných oborech se věnovat směl. (Na přírodovědce zapůsobil proces výchovným dojmem a raději se orientovali na užitečnější bádání stran vylepšování dělostřelectva, ba i šlechta získala větší respekt k pravé nauce, dokonce i k milosrdnosti církevní autority.) Prostě šílené, ale lepší než konec Giordana Bruna, a ještě získal léta času na další práci. Naštěstí nepřišla vůbec řeč na transsubstanciaci.
Prozatímní závěrečná poučení
Legenda o Galileiho zvolání „A přece se točí!“ je evidentně nepravdivá, i když nejspíš vznikla už v jeho době. Z druhé strany není pravdivá ani pomluva, že přišel o zrak následkem pozorování Slunce. Galilei nebyl hlupák ani nešika, navíc postupně slepnul až v posledních letech života.
Díla Koperníka, Galieliho a Keplera byla z indexu zakázaných knih stažena už roku 1835, od té doby je můžou všichni číst a šířit bez obav z věčných i časných trestů. Brunovo na indexu zůstalo až do jeho zrušení v letech 1966 až 1983. Roku 1992 byl Galileo Galilei církví oficiálně rehabilitován, po třináctileté práci zvláštní komise. Karol Vojtyla se jako papež Jan Pavel II. jménem katolické církve dokonce veřejně omluvil, ale s dědici „Svatého oficia“ nikdo o mnoho víc nezmohl. (Pořád lepší než sama ta trapná rehabilitace, kterou se lecjaké spolky snaží dodatečně vyvinit z toho, že problém je na jejich straně.)
Zbývá ovšem pojednat Galileiho fyziku a celkové pojetí vědy, v mých očích nejpodstatnější odkaz. Za něj ho nepotahovala církev, ale kupodivu mnozí z filosofů 20. století. Také ne právem útrpným, jen hrozbou ztráty vědecké a osobní cti. Občas došlo i na docela vlivné pokusy, jak zbavit cti přírodní vědy.
Literatura
Galileo Galiei: Hvězdný posel. Johannes Kepler: Rozprava s hvězdným poslem. Překlad a komentář Alena Hadravová a Petr Hadrava. Příbram: Pistorius & Olšanská, 2016.
Galileo Galilei na české Wikipedii a na anglické Wikipedii.
Diskuze:
Reformácia, 30 ročná vojna
Rio Malaschitz,2020-05-16 17:29:46
Celú situáciu musíme vnímať v čase v ktorom sa odohrávala. V celej Európe sa riešili podstatné náboženské otázky, ktoré vyvrcholili v 30 ročnej vojne. Spory medzi protestantmi a katolíkmi boli rôzneho charakteru. V tom čase bola katolická cirkev často napádaná za svoj benevoletný prístup - protestanti boli ďaleko fanatickejší. V cirkvi sa tak začali presadzovať konzervatívnejšie prúdy a začali zasahovať aj do oblastí ktoré sa predtým neriešili.
Re: Reformácia, 30 ročná vojna
Zdeněk Kratochvíl,2020-05-23 11:52:46
Bohužel je to tak, jak píšete. Jen je škoda, že se katolická církev onooho závodu v intelektuálních i fyzických drsasťárnách vůbec účastnila, dokonce v něm velice "obstála". Pro zbytky humanistů už v nově vytvořených táborech moc místa nezbylo. Místo jimi vysněné "republiky učenců" nastoupily novověké totalitní režimy 17. až 20. století.
Fyzikalne je to osemetne
Radoslav Porizek,2020-05-16 00:13:11
Tvrdenie, ze Zem sa toci okolo Slnka sa prezentuje ako triumf vedy. Pritom spor o tom, "co sa okolo coho toci", je vlastne nepochopenie konceptu vztaznych sustav v mechanike.
;)
Ano, samozrejme: pri zvoleni Heliocentrickej sustavy sa vypocty pohybu planet rapidne zjednodusia. Ale stale sa Slnko moze tocit okolo Zeme vo vztaznej sustave Zeme a aj v tejto sustave vieme polohy planet vypoctami predpovedat.
Re: Fyzikalne je to osemetne
Zdeněk Kratochvíl,2020-05-16 00:29:52
Jedna věc je volba vztažné soustavy, třeba při pohybu po městě používám trapně pragocentrickou a při hledání Merkura azimutální (obzorníkovou); ale netvrdím, že Praha je středem světa, ani že můj obzor je privilegovaný.
Jiná věc je, co kolem čeho opravdu obíhá, můžete si to zkusit třeba kolem stromu. Na střízlovo nemívám dojem, že strom běhá kolem mě.
Vypočítat polohy planet geocentricky je možné jenom tak, že se to napřed vypočte heliocentricky a pak přepočítá třeba do azimutálních souřadnic pro to či ono místo na Zemi, třeba pro obzorníkové mapky.
Heliocentrismus opravdu je triumfem vědy, při pochopení konceptu vztažných soustav o to více. Jde o významný krok k opuštění jedné privilegované soustavy, totiž té geocentrické.
Samozřejmě, že nikdo netvrdí, že Slunce je středem světa. Navíc je to komplikovanější, obíháme kolem společného těžiště sluneční soustavy, které je kousek mimo Slunce (Jupiter je docela těžký). A relativisticky se to ještě zkomplikuje, ale privilegovanost geocentrické soustavy nijak nevyvstane. Bohužel je leckde plno rádoby relativistických řečí, které se pokoušejí oživovat geocentrismus.
V brzké době o tom chystám článek (nejpozději za 2 týdny), takže bych další diskuzi odročil raději tam.
Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Radoslav Porizek,2020-05-16 02:44:35
Otazka "co kolem čeho opravdu obíhá" je na tom podobne ako otazka, ci je elektron vlna alebo castica - nie je fyzikalne relevatna.
Pripad zo stromom je pekna ukazka toho, ako nas nasa intuicia ohladom relativnosti vztaznej sustavy dokaze klamat, ked cely zivot zijeme v jednej vyznacnej vztaznej sustave - Zem.
Astrologia dokazala uspesne vypoctami predpovedat pohyb planet bez heliocentrickej sustavy - je to velmi komplikovane, ale ide to.
Asi som zvolil nestatne nadpis prispevku. Mne nejde o spochybnovanie heliocentrizmu, len pride paradoxne, ze sa obhahuje zjednodusenym heslom, ktore nie je uplne fyzikalne v poriadku.
Re: Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Zdeněk Kratochvíl,2020-05-16 09:45:48
Na rozdíl od problémů povahy částic je tohle ve většině reálných případů jednoznačně řešitelné tím, jak vypadá rozdělení hmoty. Země je mnohem těžší než já, proto dává dobrý smysl říkat, že chodím po zemi a ne naopak. Podobně je ve sluneční soustavě většina hmoty ve Slunci, i když těžiště je mimo ně. Ve starých formulacích je samozřejmě řada zjednodušení, nicméně zrovna Galilei si dobře všimnul, jak Jupiterovy měsíce obíhají kolem Jupitera.
I ty staré (renesanční) heliocentrické formulace jsou fyzikálně v pořádku v tom smyslu, že se na ně z pohledu pokročitejších teorií (Newton, Einstein) dá uplatnit princip korespondence, tedy že jsou méně přesným řešením, nikoli pohádkou na úplně jiných principech.
Pokrok je v tom, že je opuštěna představa privilegované soustavy. Minimálně od Keplera a Newtona dál navíc i v tom, že tělesa mimo Zemi považujeme za řádná tělesa.
Re: Fyzikalne je to osemetne
Pavel Brož,2020-05-16 00:34:38
Samozřejmě že otázka je, která soustava je blíže k soustavě inerciální. Striktně vzato jí není ani geocentrická, ani heliocentrická soustava, a dokonce ani soustava spjatá s těžištěm naší sluneční soustavy není inerciální. Přesto lze snadno ukázat, že heliocentrická soustava má k té inerciální soustavě nesrovnatelně blíže, než soustava geocentrická.
Ale to už bychom se pohybovali u Newtona, zatímco v době Galileiho ještě o nějakých inerciálních kontra neinerciálních soustavách neměli ponětí. I oni už ale znali aspoň základní fakta o relativitě pohybu, a ačkoliv je ještě neuměli systematicky utřídit, věděli, že popis světa pozorovaný z kolotoče není rovnocenný popisu z pozice mimo něj. K popisu světa můžete použít naprosto jakoukoliv soustavu, třeba i soustavu spjatou s kapsou skákajícího klokana. To ale neznamená, že klokaní mládě v té kapse nepozná, kdy jeho matka stojí a kdy skáče. A to je ten nejdůležitější rozdíl, který ty zhruba inerciální a hodně neinerciální soustavy rozlišuje, a který se ve výsledku promítá i do toho, nakolik je v té které soustavě jednoduchý popis okolního světa.
Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Pavel Brož,2020-05-16 00:35:34
Koukám, že mě pan Kratochvíl v odpovědi předběhl :-)
Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Radoslav Porizek,2020-05-16 03:27:17
Ano, otazka, ktora sustava je viac inercialna, je uz fyzikalne relevatna otazka, zatial co "co kolem čeho opravdu obíhá" je zjednodusenie, podla mna nepresne.
Ako konkretne sa da snadno ukazat, ze heliocentricka sustava je nesrovnatelne viac inercialna (bez toho, aby sme sa pozreli von)? Ak sa pohneme od Newtona k Eisteinovi, tak inercialna je kazda sustava padajuca volnym padom v homogennom gravitacnom poli. Gravitacne pole od okolitych hviezd je sice homogenejsie, ako to od Slnka na Zemi, ale to uz sme podla mna niekde inde, nez sme chceli byt.
Myslim, ze nam ostala len jednoduchost popisu okolneho sveta, z cim samozrejme plne suhlasim: heliocentricku sustavu povazujeme spravnejsiu, pretoze nou dokazeme popisat pohyb planet brutalne jednoduchsim sposobom. A pre istotu este raz pre istotu zopakujem, ze triumf heliocentrizmu ani v najmensom nespochybnujem, islo mi skor o zamyslenie sa nad pouzivanymi frazami, ktore ju interpretuju.
Re: Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Zdeněk Kratochvíl,2020-05-16 09:52:37
Ano, je to nepřesné, ale jen takovým způsobem, jako všechny naše výpovědi o reálných jevech (tedy o složitějších případech než 2 hmotné body). Zásadní je, že skutečnost poměřujeme pozorováním. Teorie je "jen" formální výpověď o skutečnosti, takže je na ní vždy co zlepšovat. Bylo však třeba nastoupit tuto cestu, a na tom se Galilei významně podílel.
Re: Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Pavel Brož,2020-05-16 23:50:47
Pane Pořízku, inerciální soustava je soustava, ve které platí první Newtonův zákon globálně. Soustava volně padající v gravitačním poli se nazývá lokální inerciální soustava, a ačkoliv by se podle názvu mohlo zdát, že jde o speciální případ inerciální soustavy, není tomu tak, ve skutečnosti jde o speciální případ neinerciální soustavy, ve které první Newtonův zákon platí aspoň lokálně (existují totiž i neinerciální soustavy, ve které první Newtonův zákon neplatí ani lokálně, tudíž lokální inerciální soustavy vydělují v kategorii všech neinerciálních soustav jednu specifickou podkategorii). Jediný hypotetický případ, kdy by soustava volně padající v gravitačním poli byla inerciální (tudíž nikoliv jen lokálně inerciální, což jak víme znamená neinerciální soustavu), by byl Vámi referovaný případ, kdy by padala v globálním homogenním gravitačním poli, tedy gravitačním poli, které by mělo v každém svém bodě identickou intenzitu všude v celém prostoru, od nekonečna k nekonečnu – takový případ je ale fyzikálně nerealistický, tudíž ho nemusíme uvažovat. Ve všech fyzikálně realistických případech je soustava volně padající v gravitačním poli soustavou neinerciální, byť jde o podkategorii lokálně inerciálních soustav.
Lokálně inerciální soustava se od soustavy inerciální pozná právě podle toho, že se podíváte co nejdále od jejího počátku. Díky tomu můžete porovnávat nakolik se ta soustava odchyluje od soustavy inerciální. V případě geocentrické versus heliocentrické soustavy velikost těchto odchylek můžete měřit např. velikostí hvězdných paralax, velikostí aberace světla, roční periodicitou Dopplerovského posuvu spekter hvězd či frekvence pulsarů, atd. - samozřejmě ale uznávám, že nic z toho nebylo možné v době Galileiho.
Nicméně když jsem porovnal svou odpověď Vám s odpovědí pana Kratochvíla (psali jsme je nezávisle ve stejnou dobu), tak jsem si uvědomil, z jakých různých úhlů pohledu lze na stejný problém nahlížet. Zhruba řečeno, moje odpověď byla odpověď z pohledu teoretického fyzika, zatímco odpověď pana Kratochvíla byla odpověď z pohledu astronoma. To, čím se tyto odpovědi liší, je vlastně posun paradigmatu, trochu to zde rozvedu.
Za doby Galileiho neexistoval žádný koncept sil působících na nebeská tělesa, jako je Měsíc, Slunce a planety. V pohledu tehdejšího poznání se tato tělesa pohybovala po odvěkých význačných drahách, které bylo možno rekonstruovat na základě důmyslného systému epicyklů, který svou propracovaností umožňoval docilovat neuvěřitelně dobré shody experimentálních dat (astronomických pozorování pozic nebeských těles) s teorií, která byla postavena na geocentrickém systému (event. později modifikovaném, jak popsal pan Kratochvíl, do jakéhosi hybridu geocentrického a heliocentrického systému). Nebylo zde nic jako gravitační síla působící mezi tělesy, ani pohybové Newtonovy zákony. Z tohoto pohledu bylo opravdu neuvěřitelně obdivuhodné, že s takovým málem se podařilo už Koperníkovi nahlédnout podstatu struktury sluneční soustavy, ačkoliv za tu cenu, že ve svém primitivním modelu postaveném na kruhových drahách nikdy nemohl dosáhnout tak úžasné přesnosti předpovědi poloh těles, jaké mohl poskytnout starší geocentrický model postavený na epicyklech.
Přesto všechno Koperníkova vize znamenala obrovský průlom, právě protože poskytla kvalitativně správný rámec pro pohled na sluneční soustavu jako celek. Geocentrický systém postavený na epicyklech např. v principu umožňoval, aby planety byly libovolně daleko od Země – jediné, co totiž řešil, byl výpočet projekcí drah nebeských těles na nebeskou sféru, kteréžto projekce mohl počítat právě pomocí těch důmyslných epicyklů. Tyto projekce by ale zůstaly stejné i kdyby se vzdálenost každé z planet od Země nafoukla libovolně velkým faktorem nezávislým na ostatních planetách, pokud by se zároveň upravila její rychlost. Oproti tomu heliocentrický systém by se rozbil, pokud bychom v něm na sobě nezávisle měnili vzdálenosti planet od Slunce, což nejsnadněji nahlédneme tak, pokud by se planety blíže ke Slunci než Země najednou staly vzdálenějšími od Slunce než Země – tak např, Merkur bychom pak mohli pozorovat i o půlnoci, což ve skutečnosti nelze. Další věcí, která by přestala fungovat, jsou např. fáze Venuše, což byl další z Galileiho hřebíčků do rakve geocentrického systému. Ano, sice zpětně můžeme říct, že geocentrický systém lze použít stejně dobře jako heliocentrický. Jenže jde i o tu jednoznačnost mezi systémy. Můžete mít spoustu geocentrických systémů s různými vzdálenostmi planet od Země a přitom se stejnými projekcemi na nebeskou sféru, tedy navzájem od sebe experimentálně nerozlišitelných – těmto různým, ale experimentálně nerozlišitelným geocentrickým systémům ale odpovídají experimentálně rozlišitelné heliocentrické systémy, které by se především vyznačovaly tím, že trajektoriemi by v nich nebyly elipsy, ale mnohem složitější křivky, které by se také musely popisovat pomocí komplikované soustavy epicyklů. Naopak, pokud začnete s heliocentrickým systémem ve kterém se planety pohybují po jednoduchých elipsách a který je v souladu s pozorováním, můžete jej přepsat do právě jednoho geocentrického systému, nikoliv do celé třídy vzájemně experimentálně nerozlišitelných geocentrických systémů. Takže argument, že heliocentrický systém „pouze zjednodušil popis“ pohybu nebeských těles, úplně míjí tu podstatu, že právě heliocentrický systém na rozdíl od geocentrického uměl dát do souvislosti pozorované projekce trajektorií nebeských těles s celkovou strukturou sluneční soustavy včetně vzdáleností planet od Slunce, a že také ukázal, že složité epicykly z pohledu Země lze vysvětlit pohybem po jednoduchých elipsách kolem Slunce. Toto „pouhé zjednodušení“ je ve skutečnosti tedy naprosto zásadní, protože přepisem z libovolného z experimentálně nerozlišitelných geocentrických systémů do systému heliocentrického pohyb po jednoduchých elipsách nezískáte – to, že to vůbec jde, je ve skutečnosti zcela zásadní.
Takže vidíme, že přechod od paradigmatu geocentrické soustavy k paradigmatu heliocentrické soustavy byl zásadní, protože v kontextu tehdejší úrovně znalostí znamenal naprostý průlom do náhledu na strukturu sluneční soustavy, a na rozdíl od geocentrického systému poskytoval falzifikovatelné představy – heliocentrický model obsahoval falzifikovatelné relativní vzdálenosti od Slunce, zatímco geocentrický postavený na epicyklech v principu vzdálenosti planet od Země falzifikovat neuměl. Proto klobouk dolů před Koperníkem, který svůj model dokázal nahlédnout jako v principu správnější i přes jeho počáteční veliké nedokonalosti. Koperník a jeho následovníci projevili podobný druh vhledu, jaký mnohem později projevili při formulaci fyzikálních zákonů Newton, Maxwell, Einstein, Planck, Schrodinger, Heisenberg a další. Vzpomeňme např. na počáteční nedokonalosti tzv. „staré“ kvantové teorie, nebo Bohrova modelu atomu – i v tomto případě byl rozhodující zbrusu nový geniální vhled do problematiky, byť zpočátku zatížený dosti zásadními nesoulady mezi teoreticky předpovídanými daty a těmi měřenými experimentálně.
Když už jsem nakousl otázku změny paradigmatu mezi pohyby nebeských těles coby odvěky danými význačnými trajektoriemi kontra coby trajektoriemi danými výslednicí gravitačních sil za spolupoužití Newtonových pohybových zákonů, tak k tomu dodám ještě drobný dodatek. Pro Newtona samotného bylo bezesporu velice překvapující, když zjistil, že i pohyb nebeských těles lze popsat jeho pohybovými zákony, pokud se k nim přidá ještě jeho gravitační zákon – mimochodem, Newtonův gravitační zákon by se také klidně mohl nazývat čtvrtým Newtonovým zákonem, protože je univerzální stejně jako jeho tři pohybové zákony (protože gravitační síla je na rozdíl od jiných sil univerzální). Z Newtonových pohybových zákonů plus jeho gravitačního zákona plynou právě i Keplerovy zákony určující pohyby nebeských těles. Tím se Newtonovi vlastně podařilo celou nebeskou mechaniku, do té doby vědu zcela nezávislou na fyzice, podřídit jako speciální obor fyziky. Tato změna zařazení nebeské mechaniky byla ale ve skutečnosti zanedbatelná ve srovnání se všeobecností aplikace Newtonových zákonů, které se daly aplikovat nejen na pevná tělesa, ale i na kapaliny a plyny, od pohybu kyvadel až po zvuk coby kmitání hmoty, od pružnosti a pevnosti těles až po kapilární jevy a povrchové napětí kapalin. Newtonovy zákony znamenaly proměnu celého světa z místa, kde se odehrává nespočetně mnoho jevů majících každý své vlastní nezávislé zákonitosti, na důmyslný deterministický stroj, ve kterém se každý i ten sebenicotnější děj podřizuje těmtýž několika málo univerzálním zákonům, a který ke svému fungování vlastně potřebuje jenom nastavit počáteční podmínky. Z tohoto pohledu znamenala Newtonova mechanika také velice důležitý posun ve vnímání boha z pozice všemocného supervizora do role pouhého počátečního hybatele - přinejmenším fyzici, bez ohledu na intenzitu jejich osobní víry, přesně tento náhled přijímali jako nevyhnutelný důsledek Newtonových zákonů.
Ale aby to bylo ještě zajímavější, je nutné zmínit, že paradigma pohybu nebeských těles po zadaných drahách se opět vrátilo s příchodem Einsteinovy obecné teorie relativity. Tato teorie opět odstranila nutnost gravitačních sil, a místo toho zavedla pohyb po geodetikách v zakřiveném prostoročasu, tedy vlastně opět vrátila význačné dráhy, i když nyní závislé na tom, jak je prostoročas zakřiven. Stejně tak, jako lze nebeské trajektorie a také Keplerovy zákony spočítat z Newtonových pohybových zákonů plus jeho zákona gravitačního, lze totéž spočítat v obecné teorii relativity – bez použití jakýchkoliv sil - z geodetik Schwarzschildova prostoročasu, tedy křivého prostoročasu křiveného centrální hmotou, jako je např. hmota Slunce (vliv hmotností planet se zde zanedbává). Ba dokonce ještě přesněji, z Einsteinovy obecné teorie relativity plynou i jevy, které Newtonova teorie vysvětlit neumí, jako je anomální stáčení perihelia a mnohé další. U oběžných drah např. binárních pulsarů nebo hvězd obíhajících černé díry už Newtonova teorie selhává úplně, tam už je použití obecné teorie relativity nezbytností.
Vidíme tedy, že paradigma význačných drah, které bylo odstraněno Newtonovou fyzikou, se opět vrátilo s příchodem Einsteinovy obecné teorie relativity. Je to pěkná ukázka toho, že fyzikální paradigmata nejsou nic více než jen divadelní kulisy, které se mohou (někdy až po staletích) změnit, přičemž se hraje stále tentýž divadelní kus. Na druhou stranu by byla chyba považovat tuto změnu paradigmatu za srovnatelnou se změnou, kterou vyvolal Newton – přece jen je obecná teorie relativity pouze teorií gravitace, a jakmile do ní zakomponujeme i negravitační síly, nezbývá nám než do ní přidat i Newtonovy síly, byť v obecně-relativistickém hávu.
Re: Re: Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Radoslav Porizek,2020-05-18 20:38:01
Dakujem za vycerpavajuci prispevok.
Odpovedam az teraz, ked som si ho precital, hoci uz hned pri prvom zbeznom pohlade mi bolo jasne, ze som sa s tou inercialnostou sustav sekol a Zem je menej inercialna nez Slnko - aj ked to pri hrani biliardu nezbadame.
Suhlasim zo vsetkym, co ste napisali, mam k tomu akurat dve poznamky:
1. Newton nezmenil vnimanie sveta len vo fyzike. Diferencialnym principom sa rata prakticky vsetko v chemii, biologii, alebo hoci aj sirenie sucasnej pandemie.
2. Neviem, ci ma zmysel az tak striktne rozlisovat medzi "zadanymi drahami" a Newtonovymi zakonmi. Hmlisto si spominam, ze Newtonove zakony su matematicke ekvivaletne urcitym "zadanym krivkam" poloh a rychlosti s minimalnym ucinkom (Lagranngova mechanika). Lisi sa to az tak principialne od geodetik, ktore su tiez krivky s minimalnou dlzkou v zakrivenom casopriestore?
Navyse som pocul, ze dokonca aj Newtonova mechanika sa da naformulovat cez pohyb v zakrivenom casopriestore (samozrejme s odlisnym zakrivenim).
Takze si nie som isty, ci je rozdiel medzi "zadanymi drahami" a diferencialnym zadanim az taky principialny.
Re: Re: Re: Re: Re: Fyzikalne je to osemetne
Pavel Brož,2020-05-18 22:03:14
Dobrý den, co se týče těch Vašich dvou poznámek, tak se k nim dají udělat ještě další poznámky:
ad 1. Ano, samozřejmě objev infinitezimálního počtu byl zcela zásadní, Newtonovy zákony - konkrétně jeho druhý pohybový zákon - by vůbec nebyly aplikovatelné. Nicméně určitě víte o sporu mezi Newtonem a Leibnizem ohledně prvenství jeho objevu? Leibniz přitom naivně adresoval svou stížnost anglické vědecké královské společnosti, netuše, že Newton je její předseda a z této pozice mu jménem celé společnosti napíše posměšnou zamítavou odpověď. Leibniz byl přitom nesrovnatelně lepší matematik, než Newton, položil základy celé řady matematických pojmů (např. matice a determinanty) i celých suboborů, jako jsou matematická logika či topologie.
ad 2. Ano, existuje možnost přepsat určitou hodně širokou kategorii fyzikálních jevů do ekvivalentního popisu, pracujícího místo se silami s extrémálami, kdy se hledají trajektorie, pro které nastává lokální extrém akce (tento princip se často referuje jako princip nejmenší akce). Nicméně tento přepis byl objeven až dlouho po Newtonovi. Navíc jej nelze aplikovat ve všech případech (i když v případě nebeské mechaniky ano), existují totiž procesy, pro které žádná akce, jejíž extremalizací byste dostal výslednou trajektorii, neexistuje - nejčastěji se jedná o disipativní procesy, tedy o procesy, ve kterých vystupují síly, které tzv. nejsou konzervativní, tj. kdy po návratu do téhož bodu nedostáváte stejnou energii, ale patří tam třeba také Navier-Stokesovy rovnice. Proto je původní Newtonův popis pomocí sil mnohem univerzálnější, než matematicky elegantnější popis pomocí extrémál akce. Tak jako tak, Newton přišel se svými zákony, které byly postaveny na silách a jejich působení na pohyb tělesa, on nepřišel s žádnými akcemi, s těmi přišli až matematicky mnohem více erudovaní fyzici dlouhá léta po něm. Navíc Newtonův popis je mnohem intuitivnější při hledání vysvětlení mnoha jevů, kde by Vám pojem akce nijak nepomohl - tak např. při hledání původu tepla v mikroskopickém pohybu molekul, anebo odvozování kapilárních jevů, odhalování původu zvuku, atd. atd..
Poděkování
Pavel Brož,2020-05-15 20:44:56
Děkuji za velice pěkný článek! Připomněl mi mj. velice krásnou encyklopedii Vesmír, kterou jsem četl ještě jako kluk a na níž se podílela celá řada autorů. Mj. v ní byly i kapitoly týkající se historického vývoje poznání o stavbě naší sluneční soustavy i širšího vesmíru, mj. také právě o přínosech Koperníka, Galileiho, Tycho Brahe, Keplera i dalších. Tu knihu už jsem před mnohými lety pustil do koloběhu (dělám to po letech s většinou svých knih, podle mě je lepší, když kniha, která se už nevydává, může zaujmout ještě jiné čtenáře), a tento krásný článek mi ji připomněl. Děkuji a těším se na pokračování!
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
