המהפכה הקופרניקאית

המהפכה הקופרניקאית הייתה מהפכה באופן המחשבה באסטרונומיה בראשית העת החדשה. הרעיון המרכזי של מהפכה זו היה שכדור הארץ אינו נייח, אלא סובב סביב צירו וסביב השמש.

המהפכה 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, שלפיה כדור הארץ נמצא במרכזו של היקום ואותו מקיפים גרמי השמיים פעם ביום בערך, לתפיסה הליוצנטרית, לפיה כדור הארץ סובב סביב צירו במשך יממה וגם מקיף במהלך שנה את השמש, שנחה במרכז 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

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; היוונים טענו שאת העולם נושא בידיו הטיטאן אטלס, 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 תאוריית 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 אך 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.

הבחנה 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 הליוצנטריים ביוון העתיקה

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 ה-5 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 מסאמוס 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 "אלמגסט" חמש הנחות יסוד בעזרתן ניתן להסביר את תנועת כל גרמי השמיים:
 היקום הוא כדור מושלם ומסתובב 
 הארץ הוא כדור מושלם 
 הארץ נמצאת במרכז היקום 
 ניתן להתייחס לארץ כאל נקודה עקב גודלו של היקום 
 הארץ נייחת לחלוטין

אימוץ התאוריה האריסטוטלית והתלמאית על ידי הכנסייה

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 בכל מחיר מצב שבו תצטייר כטועה.

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, והן מהזעזוע שהדבר יגרום לכנסייה.

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

ברור מפתיחה זו כי קופרניקוס מבין 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.

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: 

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: 

אוסיאנדר מדגיש כי מדובר במודל תאורטי בלבד אשר משמש להסבר וניבוי של תנועות הכוכבים, אך אין צורך להניח כי אכן מדובר במציאות קיימת. כלומר, המודל הקופרניקאי מניח את השמש במרכז על מנת לקבל ניבויים מדויקים יותר, אבל זה לא אומר שהשמש אכן במרכז במציאות.

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

יוהאן קפלר

יוהאן קפלר הגרמני 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 פירושם ש 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:
 כוכבי הלכת נעים באליפסה (אם מחברים את שני המרחקים משני המוקדים לאותה נקודה במעטפת, הם יהיו שווים בכל מקום), כאשר השמש עומדת באחד המוקדים.
 כוכב לכת עובר שטחים דומים בזמנים דומים. כאשר הוא קרוב יותר לשמש הוא מהיר יותר.
 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:

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 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 הנס ליפרסהיי 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 משחשבו 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 גלילאו 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

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 פרסום ספרו של קופרניקוס-על תנועת גרמי השמים) כנקודת הפתיחה של המהפכה.

שימוש מושאל במושג בתחום הפילוסופיה

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 קאנט" או "המהפכה הקופרניקאית השנייה".

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

לקריאה נוספת 
  צבי מזא"ה, על הסיבובים של כדורי השמים, גלגוליה של המהפכה הקופרניקאית, הוצאת מאגנס, 2021

ראו גם
מודל הליוצנטרי
מודל גאוצנטרי
ניקולאוס קופרניקוס
המהפכה המדעית
יוהאן קפלר
גלילאו גליליי
אסטרונומיה
הפיזיקה של אריסטו
טלסקופ
שלוש מהפכות קופרניקניות
הרפורמציה הפרוטסטנטית

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

מהפכות
העת החדשה
היסטוריה של המדע
היסטוריה של האסטרונומיה

mwl:Reboluçon científica
sv:Naturvetenskapliga revolutionen