פילולאוס (המאה ה-5 לפנה"ס) היה מהראשונים שהעלו את אפשרות תנועתו של כדור הארץ, כנראה בהשפעת התאוריות שהציג פיתגורס בדבר הגלובוס העגול.
מאוחר יותר פיתח אריסטרכוס מסאמוס (המאה ה-3 לפנה"ס) כמה תאוריות של הרקלידס פונטיקוס (שכבר דיבר על סיבוב של כדור הארץ סביב צירו) והציע את התאוריה הרצינית הראשונה המוכרת לנו של מערכת שמש הליוצנטרית. אריסטרכוס לא יכול היה להביא אף ראיה לדבריו, והוא עמד בפני שלוש בעיות בולטות:
היום ידוע לנו שהמכשול הראשון מוסבר בקיומו של כוח הכובד, בעוד שהשני נובע ממרחקם העצום של כוכבי השבת הסמוכים ביותר, הגורם לכך שרק בטלסקופ ניתן לצפות בשינויי המקום הנובעים מתנועת כדור-הארץ סביב השמש. אולם, באותו זמן היו אלה התנגדויות מכריעות, והמודל ההליוצנטרי נדחה מפני המודל של אריסטו. חיבורו של אריסטרכוס לא שרד, והמודל שלו נשכח מלב. בין העדויות המצויות בידינו לקיומו של חיבור זה קיימת האשמתו של פלוטרכוס, כותב אחר בן זמנו של אריסטרכוס, את אריסטרכוס בחוסר אדיקות כיוון ש"הניע את הארץ".
קופרניקוס ציטט את אריסטרכוס ופילולאוס בגרסה הראשונה של ספרו, וכתב: "פילולאוס האמין בתנועת הארץ, ויש אף שאומרים כי גם אריסטרכוס מסמוס היה בדעה זו". מסיבות עלומות, מחק קופרניקוס פסקה זו לפני שפרסם את ספרו.
החיבור של האסטרונום המוסלמי בן המאה ה-14, אבן אל-שאטיר, כולל תצפיות וחישובים הדומים לאלה של קופרניקוס, ויש שהציעו כי קופרניקוס הושפע ממנו.
התאוריה הקופרניקאית.
התאוריה של קופרניקוס פורסמה בספר "על תנועתם של הספרות השמימיות" (De revolutionibus orbium coelestium) בשנת מותו, 1543, אף שהוא פיתח אותה כמה עשורים מוקדם יותר.
ספר זה מציין את ראשית המעבר מיקום גאוצנטרי (ואנתרופוצנטרי), שהארץ במרכזו. קופרניקוס טען כי הארץ היא אחת מכמה כוכבי לכת, שמסתובבים סביב שמש שאינה נעה, וכי היא משלימה את ההקפה פעם בשנה, יחד עם סיבוב סביב צירה פעם ביום. הוא הגיע לסדר הנכון של כוכבי הלכת, ואף הצביע על שינוי איטי במקום הציר של כדור הארץ כגורם לתופעה הידועה כנקיפה, וכן הסביר כי העונות נגרמות משום שהציר אינו ניצב למישור הסיבוב של כדור הארץ, אלא נטוי בזווית. הוא אף הוסיף למערכת החישובים תנועה נוספת של כדור הארץ, השומרת על כך שהציר שלה יהיה מכוון כל הזמן לאותה הנקודה (צפון-דרום). בזמנו של גלילאו הובהר, כי אין כאן תנועה נוספת, וכי אם הארץ לא הייתה נשארת באותה נקודה – אז היה צורך בתנועה כזו.
קופרניקוס טען כי כל המסלולים במערכת השמש הם מעגליים, דבר שאינו נכון, שכן הם אליפטיים, ולפיכך המודל שלו היה לא מדויק ולא ניתן לחזות באמצעותו אירועים אסטרונומיים בצורה טובה יותר מאשר בשימוש במודל של תלמי, שהיה מקובל אז. הוא גם חשב שמערכת השמש קטנה בהרבה ממה שהיא באמת, כמו רוב האסטרונומים בתקופתו.
ובכל זאת, למודל שלו הייתה השפעה מכרעת על מדענים רבים כמו גלילאו, טיכו ברהה ויוהאנס קפלר, שאימצו אותו ושיפרו אותו (הדבר אמור בעיקר כלפי קפלר).
רק התצפיות של גלילאו על כוכב הלכת נוגה בעזרת הטלסקופ החדש שהמציא היו הראיות הממשיות הראשונות לתאוריה של קופרניקוס.
את המערכת הקופרניקאית אפשר לסכם בשבע נקודות, כפי שקופרניקוס עצמו עשה בסיכום שנמצא ופורסם רק ב-1878:
הטלסקופ של גלילאו.
ככל הנראה, היה אחד מממציאי הטלסקופ הולנדי בשם הנס ליפרסהיי, מלטש עדשות במקצועו, שגילה באקראי את יכולתן של עדשות להגדיל כאשר צפה במגדל בעירו. ב-1608 בנה ליפרסהי את הטלסקופ הראשון שתועד בהיסטוריה. שמע ההמצאה הגיע לגלילאו שהצליח לבנות טלסקופ משלו בעל כושר הגדלה של פי 32. הוא אף הצליח לאחר מכן לשכללו, כשהוא משמש בסיס לטלסקופים ענקיים בעתיד.
גלילאו השתמש בהמצאתו באופן מיידי לצורכי תצפית בגרמי השמיים. בשנת 1610 הוא גילה את ארבעת ירחיו הגדולים של צדק, ובכך הוכיח באופן ברור שתנועה שאינה סביב כדור-הארץ היא בגדר האפשר. גילוי ההרים והגאיות על-פני הירח וגילוי כתמי השמש, ערערו לחלוטין את הדוֹגמה של השמים שאינם משתנים.
גילוי זה נתן חיזוק משמעותי לתורתו של קופרניקוס ואישש את מה שגלילאו שיער אפריורי, שלשמש יש כוכבי לכת, שכדור-הארץ הוא אחד מהם, ולכוכבי הלכת ירחים כמו ירחו של כדור-הארץ, והשמש משמשת להם מרכז במערכת שהיא הגוף הדומיננטי בו.
בספרו "מכתבים על כתמי השמש" (1613) הצהיר גלילאו כי המודל ההליוצנטרי הוא היחיד התואם את הנתונים. ב-1632 כתב גלילאו את "דיאלוג על שתי השיטות הגדולות של העולם" (השיטה התלמאית והשיטה הקופרניקאית). במסווה של דיאלוג אובייקטיבי בין שלושה דוברים, ששניים מהם מייצגים את שתי השיטות והשלישי הוא מאזין נייטרלי, שם גלילאו לחוכא ואיטלולא את השקפת הכנסייה על מיקומה של הארץ במרכז היקום. הספר, שנכתב באיטלקית ולכן היה נגיש לכל שכבות העם, הוכנס כמעט מיד לאינדקס הספרים האסורים (ממנו הוצא רק ב-1822). אולם, מאסרו ומשפטו של גלילאו לא יכולים היו לבלום את התפשטות הנתונים שהציג, ועד אמצע המאה ה-17 כבר הייתה ההשקפה הגאוצנטרית נחלת העבר.
ניוטון - מבסס התאוריה ההליוצנטרית.
ניוטון ביסס את התאוריה הקופרניקנית מבחינה מדעית. אמנם גלילאו גליליי קידם את השיטה ההליוצנטרית בזכות תצפיותיו האסטרונומיות, אך עדיין לא ידעו הקופרניקנים לתרץ את הטיעונים הנגדיים של תומכי השיטה הגאוצנטרית. לדוגמה, איך ניתן היה להסביר שאבן הנזרקת באוויר כלפי מעלה נופלת באותו מקום, מבלי להתחשב בסיבובו של כדור הארץ. האיש שהצליח להעמיד פיזיקה חדשה שתתאים לקוסמולוגיה ההליוצנטרית, הוא ניוטון. בשנת 1687, כמעט מאה וחמישים שנה לאחר פרסום הספר של קופרניקוס, פרסם ניוטון את ספרו הנודע, ה"פרינקיפיה", או בשמו המלא "היסודות המתמטיים של פילוסופיית הטבע", שבו השלים את המהפכה הקופרניקנית. בספר זה הציג ניוטון את תורתו הפיזיקלית על חוקי התנועה (הידועים בשמות החוק הראשון של ניוטון, החוק השני של ניוטון והחוק השלישי של ניוטון) ועל חוק המשיכה האוניברסלי.
מכאן ואילך שלטה בעולם המדע ההשקפה הניוטונית, עד כדי כך שהיו אומרים שכשהאל ברא את העולם הוא קודם כל נמלך בניוטון. רק בתחילת המאה ה־20 התחוללה מהפכה מדעית-פילוסופית חדשה, כשאלברט איינשטיין הציג את תורת היחסות שלו.
השלכות תרבותיות של פיתוח המודל ההליוצנטרי.
הפולמוס הדתי.
ערעור מרכזיותה של האדמה היה מבחינת הכנסייה ערעור על ההגמוניה שלה ופיחות במעמדה, לכן אולץ גלילאו לחזור בו מ"כפירתו" כלומר חזרה מתפיסת קופרניקוס בה דגל ובעצם תגליותיו נתן לה חיזוק ואישוש.
המשפט המפורסם "ואף על פי כן נוע תנוע" (במקור "EPPUR SI MUOVE") נקשר בשמו של גלילאו כתגובה לפסק דינו בעת שנשפט מול הכנסייה, אולם לא סביר להניח שמשפט זה אכן נאמר בפני הכנסייה שבכוחם היה לדונו לחיים או למוות.
בהזדמנות זו יש גם לזכור שקופרניקוס לא העז להעלות את רעיונותיו החדשניים בימי חייו. קופרניקוס שהיה איש הממסד הדתי, כומר במקורו, לא העז לפרסם את ספרו "על הסיבובים" בו הוא מפרט את תורתו בימי חייו אלא ממש סמוך למותו בשוכבו על ערש דווי, וגלילאו לא היה מוכן "למות על תורתו" או "על קידוש" אמונתו, וחזר בו, לפחות למראית עין, מהשקפותיו. אם כי מסופר שלאחר מכן התבטא "ואף על פי כן נוע תנוע", כאומר, האמת למעשה כי הארץ היא הסובבת את השמש, ולא קבועה במקומה והשמש סובבת אותה (בניגוד למותו ההרואי של ג'ורדנו ברונו גלילאו מת בשיבה טובה במיטתו בשנת 1642).
מדע ופילוסופיה.
ההפרדה בין חומר לרוח.
הפולמוס הדתי עם הכנסייה נבע מערעור שהציב המודל ההליוצנטרי על התפיסה האריסטוטלית ששלטה בעולם המדעי וקודמה על ידי הכנסייה. בעת העתיקה ובימי הבינים ההפרדה בין מדע ופילוסופיה הייתה מועטה ביותר. גם גישתו של אריסטו הייתה, במובן הזה, הוליסטית.
ניתן לציין כמה נקודות בהן ערער המודל המדעי החדש על תפיסתו הפילוסופית של אריסטו.
ראשית, היחסים בין הארץ לגרמי השמיים היוו ייצוג של היחסים בין חומר לרוח. העובדה שכדור הארץ לא זז, על פי הגישה הישנה, ייצגה את החומר, שאין לו רצון. הוא נמשך למטה, אל המצב הסטטי. הוא רק מתבלה כל הזמן. האדם מורכב מחומר ורוח. החומר שבו מושך אותו למטה, אל כדור הארץ, אל חוסר היכולת לשנות. הרוח שבו מושכת אותו כלפי מעלה, אל התנועה הרצונית, המכוונת. גרמי השמיים הם אידיאל רוחני. הם נעים, ותנועתם המעגלית מעידה על כך שתנועתם היא מטרה בפני עצמה. באופן מסוים, גרמי השמים נמשלו לאל, שקיומו אינו לצורך מטרה מסוימת אלא לצורך עצמו. ערעור על הגישה של "למעלה" ו"למטה" מוחלטים משותפים לכוכבים ולכדור הארץ, יחסיים למרכז כדור הארץ, הוא ערעור על האמונה בקיום חומר בזוי מול רוח נעלה.
טלאולוגיה.
הגישה המדעית החדשה הכניסה מוטיבים של מקריות וחוסר תכלית. בעוד שניתן לנמק, אידאולוגית, את מרכזיותו של כדור הארץ, את מרכזיותה של השמש קשה יותר לנמק. (קופרניקוס בעצמו הציג את שיטתו כשיטה מדעית בלבד, שאין לה קשר לפילוסופיה. זה היה תקדים בהפרדתו של המדע מן הדת.) בתפיסתו של אריסטו, כפי שאומצה על ידי הכנסייה, העולם בנוי בצורה טלאולוגית, כלומר- לכל תכלית, והדברים הנעלים ביותר הם תכלית עצמם. כשם שהייתה תכלית לזרע של פרח כך גם הייתה תכלית לאדם. ברגע שהמרכז הוא השמש וכדור הארץ מקיף אותה "סתם", גם תכליתם של דברים אחרים, כמו בני אדם, מוטלת בספק, כמו גם קיומו של האל כתכלית לעצמו. מכאן ברורה התנגדותה של הכנסייה למודל ההליוצנטרי.
הערעור על תפיסת החושים.