René Descartes i jego sny (10/11 listopada 1619)

Powtarzam wpis z lipca 2016, bo dość aktualny, a także dlatego, że napiszę wkrótce o tym, jak Descartes odkrył, skąd się bierze zjawisko tęczy.

Ludzie, a także i całe społeczeństwa robią sobie czasem wakacje od rozumu i popełniają błędy, mimo iż wiedzą, że postępują źle i nierozsądnie. Przedkładają jednak chwilowe upojenie bliskością innych, podobnie czujących, nad ustawiczny wysiłek chłodnego namysłu. Nie pomagają wówczas żadne argumenty ani statystyki. Na ekspertów patrzy się jak na błaznów bądź płatnych zdrajców. Ludzi mądrych uważa się za głupców albo sklerotyków. Największe głupstwa, a nawet szaleństwa prowadzące do zbrodni, zaczynały się wśród powszechnego entuzjazmu. Pod koniec czerwca 1914 roku serbski nacjonalista zastrzelił arcyksięcia Franciszka Ferdynanda i jego żonę Zofię. Uchroniło to być może Puszczę Białowieską przed wytrzebieniem zwierzyny (arcyksiążę był fanatykiem myślistwa), lecz incydent ten uruchomił międzynarodowe domino: wszyscy wszystkim zaczęli stawiać jakieś ultymatywne żądania i wypowiadać wojnę. Latem 1914 roku w całej Europie żegnano na dworcach kolejowych radosnych młodzieńców udających się na krótką – tak się wszystkim zdawało – męską przygodę wojenną. Jesienią roku 1918 wracało ich o siedemnaście milionów mniej i nikt się już nie cieszył: ani zwycięzcy, ani pokonani. W roku 1933 entuzjazm milionów Niemców zagłuszył wszelkie wątpliwości i skrupuły, jakie powinien wzbudzić sposób rządzenia nazistów, jak i sama osoba ich paranoicznego Führera. Cierpieli zresztą „jedynie” Żydzi, komuniści, homoseksualiści i liberałowie – nie było się więc czym przejmować. Dumny naród niemiecki mógł wreszcie wziąć odwet na pogardzanej Europie. Nastrój udzielał się zresztą wszystkim, nawet w biednej, słabej i pełnej analfabetów Polsce wykrzykiwano, że nie oddamy ani guzika – i też bijano Żydów, bo byli bezbronni.
Być może znowu wchodzimy w okres „historii spuszczonej z łańcucha” i tańca na wulkanie. Ostatecznie okresy spokoju i choćby względnego dostatku nigdy nie były dniem powszednim historii, częstsze były plagi, wojny, choroby, zamieszki i głód. Niektórzy próbowali wśród powszechnego zamętu robić coś pożytecznego. Na przełomie roku 1916 i 1917 przebywający na froncie wschodnim astronom Karl Schwarzschild napisał dwie niezmiernie ważne prace na temat Einsteinowskiej teorii grawitacji. Rozwiązanie Schwarzschilda dotyczyło pola grawitacyjnego sferycznej masy, np. gwiazdy. Ani Einstein, ani Schwarzschild, który kilka miesięcy później umarł, nie rozumieli wówczas, jak wielkie znaczenie ma owo rozwiązanie – opisuje ono bowiem czarną dziurę, jeden z najosobliwszych obiektów w przyrodzie. Młody lekarz Tadeusz Żeleński, zajmował się w roku 1917 przekładaniem Kartezjusza na polski, starając się zaszczepić rodakom coś z francuskiej klarowności myślenia i prostej elegancji stylu.

Nie zapomnę tego wrażenia… Było to rok temu, w lecie, z początkiem czwartego roku wojny. Siedziałem w mojej izdebce dyżurnego lekarza wojskowej stacji opatrunkowej, i korzystając z chwilowej bezczynności, pracowałem nad pierwszymi rozdziałami tej książki. Tuż prawie pod oknami ochoczo rżnęła orkiestra, odprowadzając kilka marszkompanii, jadących, w ślicznych nowych butach, na „włoski front”. Na fali trywialnej melodii, myśl Descartes’a pędziła wartko, skocznie, radośnie, tak iż ledwo piórem mogłem jej nadążyć. Doznawałem szczególnego uczucia. Nigdy nie mam zbyt mocnego przeświadczenia o rzeczywistości zewnętrznego świata – w tej chwili miałem go mniej niż kiedykolwiek…

Rozprawa o metodzie ukazała się wraz z końcem wojny, pod opaską: „Tylko dla dorosłych”. Był to żarcik tłumacza, który chciał w ten sposób dotrzeć do niefilozoficznych czytelników. Rozmyślania swe Kartezjusz rozpoczął w roku 1619, podczas zupełnie innej wojny. Także i tamta wojna rozpoczęła się od zdarzenia dość małej wagi: oto z zamku na Hradczanach w Pradze rozeźleni protestanci wyrzucili przez okno dwóch przedstawicieli cesarza, którzy nie chcieli się zgodzić na budowanie kościołów, mimo że formalnie zagwarantowana była swoboda wyznania. Nieszczęśni wysłannicy przeżyli upadek z wysokości kilkunastu metrów – wedle katolików stało się to dzięki aniołom, które działając w czasie rzeczywistym, złagodziły skutki grawitacji, natomiast nieokrzesani protestanci przypisywali ten efekt kupie gnijących odpadków, nagromadzonych pod oknami wielkiej sali jadalnej zamku. Wojna nie zakończyła się żadnym miękkim lądowaniem, toczyła się przez trzydzieści lat, pustosząc znaczną część środkowej Europy. W zasadzie było to starcie dwóch głównych odmian chrześcijaństwa walczących o to, która z nich bliższa jest nauce Jezusa Chrystusa: czy katolicy przechowujący tradycję, w której niezmienność święcie wierzyli, czy protestanci, starający się samodzielnie zgłębiać tekst Pisma św. i odrzucający takie magiczne atrybuty religii, jak święte obrazy, relikwie, czy kult świętych. Kiedy obie strony wierzą niezachwianie we własne racje, tylko wyczerpanie zasobów może położyć kres konfliktowi.
O początkach swoich rozmyślań pisał Kartezjusz następująco:

Byłem wówczas w Niemczech, dokąd powołały mnie wojny, które ciągną się tam jeszcze. Kiedy wracałem z koronacji cesarza [Ferdynanda II we Frankfurcie we wrześniu 1619 r.] do armii, początek zimy zatrzymał mnie na kwaterze, gdzie, nie znajdując żadnego towarzystwa, które by mi odpowiadało, i nie mając zresztą, na szczęście, trosk ani namiętności, które by mnie mąciły, siedziałem przez cały dzień zamknięty sam w ciepłej izbie, za jedyną rozrywkę zabawiając się z własnymi myślami. Jedną z pierwszych myśli było spostrzeżenie, że często dzieła złożone z rozmaitych części i wykonane ręką rozmaitych mistrzów mniej są doskonałe niż te, nad którymi pracował tylko jeden człowiek. Tak widzimy, że budowle, które jeden architekt podjął i wykonał, są zazwyczaj piękniejsze i lepiej rozmieszczone niż te, które wielu ludzi starało się skleić, posługując się starymi murami zbudowanymi w innych celach. (przeł. T. Żeleński-Boy)

Kartezjuszowi marzyła się więc nauka będąca dziełem jednego autora, jak poemat albo dzieło historyczne. Po części wynikało to chyba z jego temperamentu, trochę może ze swoistej wielkopańskiej wyniosłości w sferze intelektu – nie dopuszczał bowiem myśli, by ktokolwiek inny mógł dokonać czegoś ważnego w obszarze, który jego samego zajmował. Dlatego np. lekceważył dokonania Galileusza na polu mechaniki ani nie uważał za stosowne wspomnieć o tym, co zawdzięczał Willebrordowi Snellowi (prawo załamania światła) albo Isaakowi Beeckmanowi. Francis Bacon wyobrażał sobie naukę jako wielkie biuro patentowe użytecznych wynalazków, Kartezjusz sądził, że liczą się wybitne jednostki i ich myśli, a więc raczej konstrukcja niż detale. Znalazł naśladowców, pycha filozofów tworzących systemy osłabnąć miała dopiero w XX wieku. Podział na naukę i humanistykę przebiega zresztą do dziś w tym samym miejscu: jeśli ważniejszy jest indywidualny styl autora niż to, co mówi, i jeśli może on wybierać z tradycji dowolne elementy, które samodzielnie interpretuje, to mamy do czynienia z humanistyką. W nauce rządzą znacznie surowsze reguły: musimy znać ściśle określony kanon uznanej wiedzy (zazwyczaj z drugiej ręki), liczą się natomiast bezosobowe dokonania, dowód matematyczny czy eksperyment geniusza powtórzyć może każdy wykształcony specjalista i stanowi to wręcz warunek, aby praca była akceptowalna. Zapewne dlatego w nauce tak zażarcie toczą się spory o priorytet: inne cechy indywidualne roztapiają się w podręcznikach i z czasem coraz trudniej odróżnić wkład konkretnych uczonych. Kartezjusz miał nadzieję połączyć oba rodzaje działalności i stworzyć gmach wiedzy, którego żaden sceptycyzm nie mógłby zburzyć. Prawda jest tylko jedna, zatem i jej odkrywca w zasadzie musi być jeden, inni skazani są na pisanie gloss i uzupełnień.
W listopadzie 1619 roku dwudziestotrzyletni uczony kwaterował w Neuburgu. Był żołnierzem zaciężnym księcia Bawarii, nie bardzo mu zależało na wygranej jednej albo drugiej strony, przedtem służył w Holandii. Czekano na cieplejszą porę roku, by na nowo podjąć działania zbrojne.
Na kwaterze unikał rozmów i pijatyk, którym oddawali się jego kompani, mało wychodził, całymi dniami rozmyślał nad nową podstawą wiedzy. Nie stworzył jej od razu, zapamiętał jednak i zapisał trzy sny, jakie miał w nocy z 10 na 11 listopada 1619 roku. Zarys racjonalnej filozofii objawił się więc w sposób zgoła nieracjonalny, uczony wierzył, że sny mogą być zsyłane przez Boga albo demony, to Stwórca w ostatecznym rachunku miał gwarantować, że wszystko to, co tu widzimy i przeżywamy nie jest tylko jakimś uporczywym sennym majakiem.
W pierwszym śnie pojawiły się jakieś zjawy tak straszne, że zmuszony był kroczyć mocno przechylony na lewą stronę, gdyż z prawej strony czuł niezmierną słabość. Zawstydzony sytuacją, młodzieniec spróbował się wyprostować, wtedy jednak zawiał potężny wiatr w formie wiru i okręcił go kilkakroć na lewej nodze. Na swej drodze spostrzegł kolegium (może La Flèche, gdzie się uczył?) i zapragnął się w nim schronić. Miał zamiar dotrzeć do kościoła, aby się pomodlić. Minął znajomą osobę, lecz jej nie pozdrowił; kiedy chciał naprawić ten lapsus, nie mógł się cofnąć, ponieważ znowu zaczął wiać silny wiatr w kierunku kościoła. Spotkał też innego znajomego, który przekazał mu dla pana N. zamorski owoc, przypominający melona. Wszyscy inni widziani we śnie poruszali się i zachowywali normalnie, jedynie on jeden doświadczał trudności w utrzymaniu równowagi. Niebawem się ocknął i spostrzegł, że leży na lewym boku. Sądząc, że sen może być dziełem złego demona, uczony obrócił się na prawy bok i jął się modlić, pamiętając, iż w oczach Boga winny jest wielu grzechów, które popełniał w skrytości, tak aby ludzie ich nie widzieli. Po mniej więcej dwóch godzinach rozmyślań nad dobrem i złem zasnął znowu. We śnie usłyszał wielki huk, który wziął za grzmot pioruna. Natychmiast obudził się ze strachu i dostrzegł mrowie drobnych iskierek ognia wypełniających pokój. Zdarzało mu się już wcześniej doświadczać takiego zjawiska, teraz jednak zdecydowany był zaobserwować jego przyczyny i zamykając oraz otwierając oczy, śledził swoje wrażenia. Filozoficzny namysł rozproszył lęk i uczony zasnął po raz trzeci. Tym razem nie było się czego bać. Znalazł na stole książkę, o której nie pamiętał, by ją wcześniej tam położył. Otworzył ją, stwierdzając zaś, że to słownik, ucieszył się, ponieważ książka mogła się przydać. W tej samej chwili odkrył też obok inną książkę, także dla niego nową, nie mając pojęcia, skąd się wzięła. Była to antologia Corpus poetarum, otwarła mu się na wierszu zawierającym słowa: Quod vitae sectabor iter? (Jaką drogę życia wybiorę?). W tej samej chwili spostrzegł nieznanego mu męża, który wręczył mu, zachwalając jako znakomity, wiersz zaczynający się od słów Est et Non (Tak i nie). Zaczęli rozmawiać o tym wierszu, w którym Kartezjusz rozpoznał jedną z idylli Auzoniusza. Po chwili książki i dziwny interlokutor rozpłynęli się, a uczony, wciąż się nie budząc, uznał, że śni; ów słownik oznacza wszelką wiedzę zgromadzoną w jednym miejscu, antologia poezji, Corpus poetarum zaś – filozofię oraz mądrość złączone w jedno.

Wierzył bowiem, że wcale nie należy się dziwić, iż poeci, nawet bawiąc się płochymi rzeczami, wypowiadają wiele zdań poważniejszych, bardziej sensownych i lepiej wyrażonych niż to, co mówią filozofowie. Przypisywał to boskiemu natchnieniu oraz sile wyobraźni, która wydobywa zarodki mądrości (zawarte w umyśle każdego człowieka niczym iskry w krzemieniu) z większą łatwością i błyskotliwiej, niż czyni to rozum filozofów.

Rozmyślał też (ciągle we śnie) nad słowami Quod vitae sectabor iter? Po czym zbudził się, nie przestając się zastanawiać nad symboliką swoich snów. Sen trzeci, przechodzący w jawę, zapowiadać miał życie filozofa, który przezwycięży pokusy płynące z różnych stron. Nazajutrz filozof modlił się gorąco do Boga, by zechciał mu odsłonić swoją wolę, oświecić go i prowadzić w poszukiwaniu prawdy. Potem zwrócił się do Matki Bożej, polecając jej tę sprawę, najważniejszą w swym życiu, złożył też ślub, że przy okazji podróży do Italii, którą planował w najbliższym czasie, odbędzie pielgrzymkę do Loreto. Później zobowiązał się nawet, że od Wenecji odbędzie tę pielgrzymkę pieszo. Religijno-filozoficzny entuzjazm po kilku dniach opadł. Ostatecznie filozof nie wybrał się tej zimy do Italii.
Nie znaczy to bynajmniej, że kiedy później ochłonął, przestał wierzyć w natchnienie płynące z owych snów. Epizod ten odegrał, jak się zdaje, ważną rolę w duchowym rozwoju Kartezjusza, choć trudno treść owych snów powiązać z jakimiś uchwytnymi etapami jego poglądów. Najprawdopodobniej rzecz dotyczy pewnych głębszych skojarzeń, poetyckiej strony filozofii, dopiero później umiał ją wyrazić w terminach jasnych, jak sądził, dla każdego człowieka obdarzonego rozsądkiem.

Wziąwszy pod rozwagę, iż zasady tych nauk winny być wszystkie zaczerpnięte z filozofii, w której nie znajdowałem jeszcze pewnych podstaw, pomyślałem, iż trzeba mi przede wszystkim starać się ustalić takowe, i że – wobec tego, iż jest to rzecz najważniejsza w świecie i w której najbardziej należało się obawiać pośpiechu i uprzedzenia – nie powinienem podejmować dzieła tego wprzódy, aż osiągnę wiek o wiele dojrzalszy niż dwadzieścia trzy lat, które wówczas liczyłem, i aż zużyję wiele czasu na przygotowanie się do tych zadań, tak wykorzeniając z umysłu wszystkie błędne mniemania, jakie przyjąłem weń przed tym czasem, jak też gromadząc rozmaite doświadczenia, aby zbierać materię dla moich rozumowań i ćwicząc się ciągle w metodzie, jaką obrałem, aby umocnić się w niej coraz więcej. (przeł. T. Żeleński-Boy)

Jeśli wierzyć wspomnieniom filozofa, rozpoczął on wtedy swego rodzaju eksperyment poznawczy, traktując życie i jego przypadki jako spektakl odbywający się na jego oczach i dostarczający materiału do przyszłej pracy filozoficznej. Ustalił sobie na okres przejściowy pewne reguły postępowania, ponieważ nie można zanegować wszystkiego jednocześnie. Sceptyczny po to, aby się ze sceptycyzmu raz na zawsze wydobyć, traktował te lata wędrówki jak prolog.

Upewniwszy się w ten sposób co do tych zasad i odłożywszy je na stronę wraz z prawdami wiary, które zawsze były na pierwszym miejscu w moich wierzeniach, osądziłem, iż, co do reszty mniemań, mogę swobodnie przystąpić do ich uprzątnięcia. Otóż, spodziewałem się lepiej z tym uporać, obcując z ludźmi, niż pozostając dłużej zamknięty w komorze, gdzie począłem wszystkie te myśli: zima tedy jeszcze niezupełnie dobiegła końca, a ja już puściłem się w drogę. I przez całe następne dziewięć lat czyniłem nie co innego, jak tylko tłukłem się tu i tam po świecie, starając się być raczej widzem niż aktorem we wszystkich komediach, jakie się na nim odgrywa. Rozważając w każdym przedmiocie szczególnie to, co mogłoby go uczynić podejrzanym i dać nam sposobność do omyłki, wykorzeniałem równocześnie z mego umysłu wszystkie błędy, jakie mogły się weń wprzódy wśliznąć. Nie iżbym w tym naśladował sceptyków, którzy wątpią, aby wątpić, i lubują się zawsze w niezdecydowaniu; przeciwnie, cały mój zamiar dążył tylko ku temu, aby się upewnić. Odrzucałem ruchomą ziemię i piasek, aby natrafić na skałę lub glinę. Udawało mi się to, jak sądzę, dość dobrze, ile że, starając się odkryć fałszywość lub niepewność twierdzeń, jakie rozpatrywałem, nie za pomocą słabych przypuszczeń, ale za pomocą jasnych i pewnych rozumowań, nie spotykałem wśród nich tak wątpliwego, z którego bym nie wyciągnął jakiejś dość pewnej konkluzji, choćby tej właśnie, iż nie zawiera ono nic pewnego. I jako burząc stare domostwo, zachowuje się zazwyczaj gruz, aby się nim posłużyć ku zbudowaniu nowego, tak niwecząc wszystkie mniemania, które osądziłem jako źle ugruntowane, czyniłem rozmaite spostrzeżenia i nabywałem mnogich doświadczeń, które posłużyły mi później ku zbudowaniu pewniejszych. Co więcej, ćwiczyłem się wciąż w metodzie, jaką sobie przepisałem; poza tym bowiem, iż starałem się na ogół prowadzić wszystkie moje myśli wedle reguł, zachowywałem sobie, od czasu do czasu, kilka godzin, które obracałem osobliwie na ćwiczenie się w trudnościach matematycznych lub nawet także w niektórych innych, które mogłem niejako upodobnić do matematycznych, odłączając je od zasad wszystkich nauk, które mi się nie zdawały dość pewne, jako ujrzycie, iż uczyniłem w wielu wyłożonych w tymże tomie. I tak, nie żyjąc na pozór w inny sposób niż ci, którzy, nie mając innego zadania, jak tylko pędzić życie lube a niewinne, starają się oddzielić przyjemności od błędów, i którzy, aby się cieszyć swoim wczasem nie nudząc się, zażywają wszystkich godziwych rozrywek, nie zaniedbywałem statecznego posuwania się w moim zamiarze i zapuszczania się w poznanie prawdy, być może więcej, niż gdybym był tylko czytał książki lub obcował z uczonymi. (przeł. T. Żeleński-Boy)

Niewiele wiemy o tych fascynujących Wanderjahre filozofa. Rok po nocy snów uczestniczył w oblężeniu i zdobyciu Pragi. Nie jest jasne, jaki był jego osobisty udział w walkach, ważnych dla losów Czech, wtedy to bowiem, w bitwie na Białej Górze, czescy protestanci ponieśli sromotną klęskę, która przesądziła o rządach Habsburgów na kilka wieków. Przywódcy powstania przeciw cesarzowi zostali ścięci, a ich głowy zatknięte na moście przez wiele lat stanowiły przestrogę dla potencjalnych buntowników. Palatyn reński, Fryderyk V, „zimowy król” Czech, uciekł, zabierając jedynie trochę klejnotów. Parę lat wcześniej na uroczystościach jego zaślubin z Anną Stuart odegrano Burzę Williama Shakespeare’a. Pochłonięty mocarstwowymi rojeniami młodzik, nie zwrócił zapewne żadnej uwagi na słowa Prospera:

Aktorzy moi, jak ci powiedziałem,
Były to duchy; na moje rozkazy
Na wiatr się lekki wszystkie rozpłynęły.
Jak bezpodstawna widzeń tych budowa,
Jasne pałace i wieże w chmur wieńcu,
Święte kościoły, wielka ziemi kula,
Tak wszystko kiedyś na nic się rozpłynie,
Jednego pyłku na ślad nie zostawi,
Jak moich duchów powietrzne zjawisko.
Sen i my z jednych złożeni pierwiastków;
Żywot nasz krótki w sen jest owinięty. —

Kepler w Rzymie

Wyobrażam sobie, że Ziemia się kręci, lecz nie dla racji, jakie przedstawiał Kopernik, ale z tych to względów: ogień piekielny, jak uczy Pismo Święte, jest zamknięty we wnętrzu Ziemi, a potępieni, pragnąc uciec przed żarem płomienia, wspinają się aż pod strop, obracając przy tym Ziemię; tak samo pies zamknięty w kole obraca je, drepcząc.

Cyrano de Bergerac (przeł. J. Rogoziński)

Campanella w swojej Apologii przedstawia nieco naciąganą listę zwolenników idei ruchu Ziemi. Występuje na niej żyjący w XV wieku kardynał Mikołaj z Kuzy, którego taka możliwość bynajmniej nie gorszyła, choć trudno go uznać za prekursora Kopernika w sensie ściśle naukowym. Pojawia się też „Nolańczyk i inni, których imion nie możemy wymienić z powodu ich herezji. Nie zostali jednak potępieni z tej przyczyny”.ⁱ Nolańczyk to oczywiście Giordano Bruno; przypominanie, że był zwolennikiem ruchu Ziemi nie było dyplomatyczne. Można jednak sądzić, że nie tylko Campanella, ale i Bellarmin, a także inni hierarchowie, słysząc o Koperniku, myśleli o Brunie, i nie miało większego znaczenia, jaki rodzaj kopernikanizmu wyznawał Bruno ani to, że nie był on w sensie technicznym astronomem. Większość nazwisk na liście Campanelli stanowią uczeni protestanccy. Niektórzy, np. Erasmus Reinhold, stosowali tylko kopernikańską technikę obliczeniową, inni, tacy jak Michael Mästlin i jego uczeń Kepler, byli autentycznymi zwolennikami nowej astronomii.

Mogłoby się wydawać, że szczególnie gorące dyskusje wywoła kopernikanizm wśród protestantów, przyzwyczajonych do samodzielnej lektury Pisma, podczas gdy wśród katolików znajomość Biblii ograniczona była do kleru i bardzo wąskiej garstki ludzi wykształconych. Tak się jednak nie stało, potępienia kopernikanizmu przez teologów protestanckich były najwyżej incydentami bez większych konsekwencji. Luter nie interesował się tym problemem wcale, Jan Kalwin uznał, że skoro Pismo nie zgadza się z Ptolemeuszem, to tym samym nie przeczy Kopernikowi, i powoływanie się w dyskusjach astronomicznych na święty tekst jest nieuprawnione. Pismo Święte było przystosowane do czytelników i nie miało na celu nauczania astronomii czy innych nauk szczegółowych.ⁱⁱ Doktryna Kalwina wywarła wielki wpływ na świat protestancki i ułatwiła także przyjęcie kopernikanizmu.

Najwybitniejszym astronomem epoki był bez wątpienia Johannes Kepler, odkrywca praw rządzących ruchem planet. Kepler był żarliwym luteraninem, więc problem sprzeczności kopernikanizmu z Pismem Świętym stanął przed nim w sposób naturalny. Swe stanowisko przedstawił w długiej przedmowie do Astronomia nova, znanej zapewne Galileuszowi. W słowach Psalmu 19: „raduje się jak olbrzym ruszający do biegu”, Kepler widział jedynie sformułowanie poetyckie, dostosowane do sposobu, w jaki zjawiska przedstawiają się naszym oczom. Widzimy, że Słońce się porusza, nie znaczy to jednak, że naprawdę porusza się Słońce, a nie Ziemia. Kepler omawia także cud Jozuego. Słowa wodza Izraelitów: „Stań, słońce, nad Gibeonem! I ty, księżycu, nad doliną Ajjalonu!” (Joz 10,12), wskazują wyraźnie, względem jakiego układu odniesienia zatrzymać się miały oba ciała niebieskie. Chodziło o to, aby się nie poruszały, oświetlając scenę bitwy: dla Jozuego cały dzień stały one pośrodku nieba, a dla ludzi znajdujących się po drugiej stronie globu tak samo długo znajdowały się pod ziemią. Zatem nawet zwolennik tradycyjnej kosmologii musi przyznać, że sformułowanie Jozuego wcale nie jest do końca oczywiste, ukryte są w nim pewne założenia: to samo usytuowanie Słońca względem Ziemi oznacza dzień dla jednych, noc dla drugich. „Jozue miał tylko to jedno życzenie, aby góry nie zasłaniały mu słońca, i wyraził je słowami zgodnymi z tym, co widać; bo czymś nienaturalnym byłoby w owej chwili rozmyślać o astronomii i złudzeniach wzroku. Gdyż jeśliby ktoś zwrócił mu uwagę, że Słońce nie porusza się naprawdę względem doliny Ajjalonu, lecz jedynie tak się wydaje, to czyż nie zakrzyknąłby Jozue, że pragnie jedynie, aby dzień się wydłużył, wszystko jedno w jaki sposób? Tak samo by postąpił, gdyby ktoś z nim wtedy wszczął spór na temat spoczynku Słońca i ruchu Ziemi. Ze słów Jozuego Bóg z łatwością zrozumiał, jakie jest jego życzenie, i spełnił je, wstrzymując ruch Ziemi, tak aby Jozuemu zdawało się, że stanęło Słońce”.

Kepler, choć sam nie miał żadnych wątpliwości co do kopernikanizmu, uważał go za doktrynę trudną, przeznaczoną dla uczonych: „Przeto zaklinam mego czytelnika, aby nie zapominając o bożych dobrodziejstwach zesłanych ludziom (…), po powrocie ze świątyni wstąpił do szkoły astronomii. (…) Kto jednak jest zbyt niepojętny, aby móc zrozumieć naukę astronomii, albo zbyt trwożliwy, by bez zgorszenia dla swojej pobożności uwierzyć Kopernikowi, temu radzę, aby opuścił szkołę astronomii, zostawił w spokoju nauki filozoficzne i poświęcił się własnym sprawom”.ⁱⁱⁱ Dla umysłów pośrednich proponował Kepler system Tychona, zaczynający właśnie zdobywać sobie popularność wśród jezuitów, gdyż nie zrywał tak gwałtownie z tradycją i bliższy był arystotelesowsko-tomistycznej filozofii, która była oficjalną doktryną Towarzystwa Jezusowego.

W roku 1617 Kepler otrzymał za pośrednictwem jednego ze swych korespondentów rozprawkę Ingolego De situ et quiete Terrae contra Copernici systema disputatio. Zareagował na nią w maju następnego roku tekstem Responsio ad Ingoli Disputationem („Odpowiedź na dysputę Ingolego”), który z kolei doczekał się w październiku odpowiedzi Ingolego. Cała ta polemika nie została opublikowana, krążyła jednak w odpisach wśród zainteresowanych. Z dużym opóźnieniem, bo dopiero w roku 1624, włączył się do niej Galileusz, pisząc Lettera a Francesco Ingoli („List do Francesca Ingolego”).

Ingoli wkrótce po napisaniu swej pierwszej rozprawki i ogłoszeniu dekretu Kongregacji Indeksu w sprawie Kopernika został mianowany konsultorem tej kongregacji. Mogło to wynikać stąd, że jego patronowi, kardynałowi Caetaniemu, powierzono zadanie przygotowania poprawek do dzieła Kopernika, niewątpliwie jednak nominacja taka była ważnym dowodem zaufania wobec Ingolego. On też miał ostatecznie zająć się poprawkami do Kopernika. Był więc w tych latach jedną z bardziej widocznych postaci po stronie kościelnej, osobą, która prywatnie wygłaszała poglądy zgodne z decyzjami Kościoła hierarchicznego. We wszystkich tych wypadkach astronomowie jezuiccy milczeli, zachowując posłuszeństwo, zaiste perinde ac cadaver – „na podobieństwo trupa” – i nawet pytani o zdanie, nie próbowali wpłynąć na stanowisko Kościoła.

Gdyby nie szczególne usytuowanie jej autora, rozprawka Ingolego nie byłaby może ciekawa, zawiera bowiem jedynie to, czego można by się spodziewać po inteligentnym dyletancie: znane z literatury naukowej argumenty antykopernikańskie oraz pewną liczbę nieporozumień. Dziełko rozważa trzy rodzaje argumentów: matematyczne, fizyczne i teologiczne. Już pierwszy argument obniża oczekiwania czytelnika co do reszty: „Gdyby Słońce było w środku świata, to miałoby większą paralaksę niż Księżyc, ale ponieważ następnik jest fałszywy, więc fałszywy musi być i poprzednik”. Ingoli nie rozumiał, że wielkość paralaksy wiąże się jedynie z odległością ciała od Ziemi i błąd ten, jak się zdaje, bez skutku starali się mu wyperswadować dwaj najwybitniejsi żyjący uczeni. Bardziej interesujące były argumenty teologiczne. Z Księgi Rodzaju dowiadujemy się, że Stwórca stworzył na firmamencie ciała niebieskie. A „firmament” i jego hebrajski odpowiednik znaczą tyle co rozciągłość czy przestwór, a więc obwód, a nie środek. Zatem największe ciało niebieskie – Słońce – nie może być w środku świata. Innym argumentem niech będzie fakt, że piekło – miejsce przebywania demonów i potępionych – musi być jak najdalej od nieba, a więc w środku Ziemi. Stąd mamy zstępowanie do piekła i wstępowanie do nieba. Tyle na temat położeń Słońca i Ziemi. Jeśli chodzi o ruch, wystarczy przytoczyć cud Jozuego (a jakże! – widzimy, dlaczego możliwe wyjaśnienie tego właśnie cudu podał Galileusz), a ponadto w hymnie kościelnym Telluris ingens Conditor mamy słowa: „Ziemię stworzyłeś nieruchomą”.^iv Warto zauważyć, że dwa z czterech argumentów odnosiły się nie do Pisma, lecz do wiary wywodzącej się z tradycji: usytuowanie piekła oraz hymn kościelny. Jakkolwiek osobliwie by wyglądały takie argumenty z folkloru, Ingoli i jego mocodawcy nie żartowali. Zapewne chodziło o podkreślenie różnicy między Kościołem rzymskim a zrywającymi z tradycją „heretykami” (którzy odwdzięczali się „papistom” zarzutami o kultywowanie zabobonów). Z przytoczenia cudu Jozuego można chyba wywnioskować, że o. Caccini nie strzelał na ślepo podczas swego kazania i miał w Rzymie poparcie. Ingoli udzielił też z góry odpowiedzi na argument, iż cud Jozuego mógłby być opisany w Piśmie językiem dostosowanym do ludzkiego pojmowania: wszyscy Ojcowie Kościoła objaśniają ten ustęp w taki sposób, że Ziemia jest nieruchoma, a Słońce się porusza. Sobór trydencki postanowił, iż nie wolno odchodzić od interpretacji Ojców; wprawdzie dotyczyło to kwestii wiary i moralności, ale nie da się zaprzeczyć, że zmiana interpretacji nie spodobałaby się Ojcom Kościoła. W ostatecznym rozrachunku o tym, co jest zgodne z tradycją, decydował Rzym, a co znajduje posłuch w Rzymie, Ingoli wiedział bardzo dobrze. Powołanie się na Ojców Kościoła wskazywało na katolicką proweniencję tej wykładni – dla protestantów pogląd Ojców Kościoła nie był wiążący.

Zauważmy też, że nie ma tu miejsca na subtelności: nie tylko interpretacja Pisma, ale cała wiedza ludzka nie może wykraczać poza to, co dostępne było intelektualnie Ojcom Kościoła w pierwszych wiekach nowej ery. Biblijny obraz świata miał być alfą i omegą wszelkiego poznania. Trudno o bardziej antynaukowe stanowisko.

Johannes Kepler nie słyszał o dekrecie Kongregacji Indeksu, dochodziły do niego tylko niejednoznaczne informacje. Nie wiedział też, kim jest Ingoli i jaką rolę odgrywa w Rzymie. Jako zdeklarowany zwolennik Kopernika gotów był jednak dyskutować na ten temat z każdym. Był astronomem katolickiego cesarza, ale przez całe ćwierćwiecze mógł swobodnie przyznawać się do kopernikańskich poglądów i nie spotkały go z tego tytułu żadne szykany, jeśli nie liczyć niechęci teologów luterańskich w Tybindze. W roku 1618 Kepler wydał trzy pierwsze księgi dzieła Epitome astronomiae copernicanae („Skrót astronomii kopernikańskiej”), które było streszczeniem jego dojrzałych poglądów na astronomię. W tych początkowych księgach omawiał podstawy astronomii: sferę niebieską, pory roku, wschody i zachody ciał niebieskich. Czynił to jednak od początku z punktu widzenia kopernikańskiego. Przedstawiał bliżej ruch dobowy Ziemi i jego fizyczne konsekwencje. Znalazł się też tam rysunek przedstawiający kopernikańskie wyjaśnienie pór roku na Ziemi. Najważniejsze osiągnięcia naukowe Keplera zawarte były w dalszych księgach Epitome, przygotowywanych wówczas do druku, ale również ta część wstępna miała zdecydowanie kopernikański charakter.

Polemizując z Ingolim, Kepler odpowiadał na zarzuty, które nieraz już słyszał, choćby od samego Tychona Brahego, swego poprzednika na stanowisku cesarskiego astronoma. Dlatego też w wielu sprawach odsyłał Ingolego do tekstu Epitome. Na płaszczyźnie czysto naukowej nie było mowy o ich równorzędnej dyskusji, która zresztą i tak nie mogła sprawy rozstrzygnąć. Kepler jako astronom starał się zrozumieć, jak funkcjonuje kosmos, wychodząc z obserwacji i doskonale rozumiejąc, czego trzeba, aby te obserwacje opisać. Ingoli, z wykształcenia doktor obojga praw, pozostawał na płaszczyźnie filozoficznej czy raczej popularnonaukowej i mógł swobodnie krytykować różne założenia i koncepcje, nic go to bowiem nie kosztowało: wszystko pozostawało abstrakcyjnym ćwiczeniem retorycznym w stylu dysput na średniowiecznych uniwersytetach. Przyznanie komuś racji zależało wyłącznie od uznania jego argumentów, co w ostatecznym rozrachunku sprowadzało się do wiary w takie lub inne założenia metafizyczne.

Kopernikanizm w naturalny sposób prowadził do ujednolicenia opisu różnych części wszechświata, dzięki czemu można było np. ziemską mechanikę zastosować do zjawisk kosmicznych. W Epitome Kepler następująco pisze o wirowaniu Ziemi wokół osi:

„Jeśli chłopcy mogą wprawić w obrót bączka w którąkolwiek stronę, tym bardziej równomiernym i ustalonym ruchem, im mocniejszy ruch mu nadadzą, tak że bączek, raz puszczony w ruch, mocą swego impetu wykonuje wiele obrotów, aż powstrzymany przez nierówności podłogi i opór powietrza, a także pokonany własnym ciężarem, stopniowo zwalniając, upada, to czemu Bóg nie mógłby Ziemi na początku nadać takiego ruchu, jakby z zewnątrz, że nawet dzisiaj, po wielu kolejnych obrotach, wiruje z takim samym wigorem, choć było ich już dwieście tysięcy, gdyż wirowaniu temu nie przeszkadzają wystające nierówności ani gęstość eteru, ani też jej waga, czyli wewnętrzna ciężkość; ile ma bowiem bezwładności ze swej materii, tym większą skłonność do przyjęcia impetu i kontynuowania obrotów”.^v Kepler, podobnie zresztą jak Galileusz, zwrócił uwagę, że Ziemia zachowuje stałą orientację osi obrotu w przestrzeni – i że odpowiada to sytuacji wirującego mechanicznego bąka. W odpowiedzi Ingoli pisze, że „nie można wiedzieć a priori, czy Bóg nadał Ziemi ruch, inaczej niż z Pisma Świętego albo dzięki objawieniu, ale żaden z tych sposobów nie prowadzi do wniosku, że Bóg nadał ruch Ziemi, gdyż z Pisma Świętego dowiadujemy się o nieruchomości Ziemi”.^vi W ten sposób po raz kolejny Pismo Święte staje się granicą możliwej do pomyślenia nauki.

Kepler nie musiał liczyć się z władzami rzymskimi, mógł więc, w przeciwieństwie do Galileusza, przedstawić swoją odpowiedź na teologiczną argumentację Ingolego. Na argument o największym oddaleniu zbawionych od potępionych zauważa z rozbawieniem, że „gdybyśmy szukali dla zbawionych i potępionych miejsc obdarzonych takimi własnościami geometrycznymi, to łatwo byśmy przyznali miejsce środkowe zbawionym, gdyż środek jest pod strażą Jowisza, natomiast potępieni zostaliby wyrzuceni ze świata w zewnętrzne ciemności, gdzie zgrzytają zębami”. Całkiem już na serio stwierdzał, że teologowie nie powinni mieszać się do astronomii, podobnie jak astronomowie nie powinni wkraczać na obszary wiary i obyczaju, zarezerwowane dla teologii. Co do dosłownego rozumienia Pisma stwierdzał: „Ilekroć w jego wyjaśnianiu odchodzimy od sensu naocznego, natychmiast pojawiają się wielkie różnice między interpretatorami (…). Gdy tylko można, należy zachować sens dosłowny. Piękna zasada. Powiedz zatem – pytam – jaki sędzia ustala, czy można go zachować? Czyż nie wspólne doświadczenie ludzkie? Należy więc wysłuchać także i mniej potocznego doświadczenia astronomów i tam, gdzie oni powiedzą, że nie jest możliwe, aby dane stwierdzenia były zgodne z sensem naocznym i zarazem prawdziwe oraz zgodne co do joty z astronomią, tam interpretator Pisma powinien przestać się troszczyć o sens astronomiczny”.^vii

Niemiecki astronom był nie tylko gorącym zwolennikiem kopernikanizmu, ale także miłośnikiem spokojnej, rzeczowej argumentacji. Uważał, że dyskusje naukowe należy pozostawić uczonym. Ingerencji duchownych i teologów obawiał się tym bardziej, że widział na każdym kroku, jak ostre formy przybiera konflikt wyznaniowy: właśnie w roku 1618 rozpoczęła się wojna religijna, znana w historii jako wojna trzydziestoletnia. Zdając sobie sprawę, że nauka Kopernika nie jest łatwa do przyjęcia dla ogółu, nie upierał się, by nauczać jej powszechnie. Tam jednak, gdzie prowadzi się dyskusję naukową, nie wolno w niej używać argumentów religijnych, jeśli sam temat nie łączy się z kwestiami wiary i moralności.

Nie należy lekceważyć trudności, jakich doświadczali zwolennicy tradycyjnej kosmologii w zetknięciu z kopernikanizmem. Jednak średniowieczna filozofia nominalistów czy św. Tomasza także nigdy nie zawędrowały pod strzechy. Od pasterzy Kościoła, powszechnego choćby tylko z nazwy, można było wymagać, by nie angażowali się z taką energią w sprawy budowy astronomicznego kosmosu. Argumenty Ingolego dotyczące piekła wskazują wszakże na pewną trudność: tradycyjna kosmologia Arystotelesa, schrystianizowana w średniowieczu, przydzielała konkretne miejsce niebu i piekłu. Najbardziej sugestywny opis takiego wszechświata pozostawił Dante Alighieri w Boskiej Komedii. Średniowieczny kosmos był nie tylko geocentryczny, ale także diablocentryczny – w środku Ziemi znajdował się bowiem sam Lucyfer. Topografią dantejskiego piekła zajmował się młody Galileusz w rozprawie odczytanej przed Akademią florencką. To, co dla niego było może tylko szczególnym ćwiczeniem poetycko-matematycznym, dla wielu innych stanowiło element wiary religijnej.

Z filozoficznego punktu widzenia nie ma potrzeby przypisywania jakiejś lokalizacji przestrzennej duszom zmarłych, piekłu i niebu, jednak wyobraźnia ludzka szuka przestrzennych ram pojęciowych. Cała kultura kontrreformacji, barok z jego przerysowanymi gestami i przeładowanymi dekoracjami, przepych ceremonii w Rzymie, naśladowanych we wszystkich diecezjach katolickiej Europy, odwoływały się do wyobraźni wizualnej. Epoka uwielbiała teatralne przedstawienia, które aktualizowały w czasie i przestrzeni rozmaite wydarzenia z historii świętej. Sztuka katolicka obrała zupełnie inną orientację niż sztuka w protestanckiej części Europy, gdzie zwyciężyli ikonoklaści. Cudowne sceny z historii świętej malowane i rzeźbione przez artystów katolickich usiłowały zamienić dynamikę cudu na migawkowe ujęcie: wstępowanie do nieba wyglądało niemal jak telewizyjny reportaż na żywo. Cała ta kultura wizualizacji świętości zagrożona była kopernikanizmem. I to zapewne rodziło głęboką i być może nie zawsze jasno uświadamianą niechęć rzymskich prałatów do naruszania kosmicznego status quo. Ów problem, by tak rzec, religijnej wyobraźni przestrzennej na dłuższą metę okazał się poważny. Wielu chrześcijan tu właśnie upatrywało źródło uwiądu religijnego, jaki dotknął cywilizację europejską kilku ostatnich stuleci.^viii

Odpowiadając Keplerowi, Ingoli informuje nas przy okazji o tym, jaki klimat intelektualny panował wówczas w Rzymie. Prace nad poprawkami do Kopernika były już na ukończeniu i Ingoli uznał, że powinien wystąpić jako obrońca właściwej wersji chrześcijaństwa oraz jedynie słusznej filozofii. Nie tylko on jeden tak sądził, do napisania tej rozprawki namawiał go Ludovico Ridolfi, główny szambelan (maestro di camera) papieża Pawła V i jednocześnie radca cesarski. „Po pierwsze, mówiłeś – pisze Ingoli – nie przystoi w żaden sposób, aby prawda o miejscu Ziemi w środku świata i jej nieruchomości pozostawała bez obrony, zwłaszcza dziś, gdy jest ona – i to stanowi drugi punkt – ponad wszelką wątpliwość katolicka. Dodawałeś ponadto, że wiem, jak miłe będzie to moje studium kardynałom Świętej Kongregacji Indeksu, gdyż lepiej niż ktokolwiek wiem, co sądzą oni o poglądach Keplera na ten temat. Gdy zauważyłem, że księgi Kopernika, o których zdawałem tam relację, ledwie uniknęły wiecznego potępienia, odrzekłeś, iż gdyby nie uznano ich użyteczności dla ogółu w kwestii skorygowania i poprawienia ruchów niebieskich i gdyby nie możliwość ich ocalenia na drodze hipotez tak, aby nie były sprzeczne z bożym Pismem, musiałyby zostać całkowicie wyeliminowane z Kościoła bożego”.

Dziełko Ingolego miało także pełnić funkcję propagandową, ukazując reszcie Europy, że cenzura rzymska nie działa bez określonych zasad i w sposób arbitralny, lecz po dojrzałym namyśle i starannym rozważeniu racji. Autor miał też nadzieję, że „za pomocą powtarzania owa prześladowana prawda lepiej się ujawni i będzie mogła wejść w umysły ludzkie, tak aby fałszywe dogmaty Kopernika, które dzięki staraniom amatorów nowinek od niewielu lat zaczynają zajmować dusze śmiertelników, stopniowo popadły w zapomnienie i powróciły w mroki swej osobliwej niepewności”.^ix Tak wielki zamysł tłumaczył nawet zuchwałość, na jaką porwał się Ingoli, polemizując ze sławnym Keplerem, do czego zresztą sam się z całą skromnością przyznaje.

Utrwalanie poglądu o nieruchomości Ziemi i odparcie kopernikanizmu, najwyraźniej zgodne z polityką Kościoła, nie było skutkiem administracyjnej pomyłki czy nierozważną decyzją. Nie chodziło też o żadne filozoficzne czy metodologiczne subtelności: zgodnie z Pismem Świętym Ziemia jest nieruchoma i tej prawdy postanowiono bronić wbrew wszelkim możliwym, lepszym czy gorszym, argumentom naukowym. Jak zobaczymy w dalszym ciągu, stanowisko to nie było także ograniczone czasowo do jakiegoś jednego pontyfikatu czy jednego składu Kongregacji Świętego Oficjum i Kongregacji Indeksu.

Francesco Ingoli, oprócz napisania odpowiedzi na tekst Keplera, zajął się bliżej jego nowym dziełem, Epitome astronomiae copernicane, o którym obaj wspominali w polemice. „Książka jest bardzo ciekawa i piękna” – stwierdzał teatyn w cenzurze przedstawionej Kongregacji Indeksu. Zawiera jednakowoż dwa mylne poglądy: kopernikanizm i twierdzenie, że Słońce jest ożywione, co jest błędem popełnionym już kiedyś przez Orygenesa. W rezultacie na posiedzeniu Kongregacji 28 lutego 1619 roku, odbytym w pałacu kardynała Bellarmina w obecności kardynała Barberiniego (przyszłego papieża) i pięciu innych kardynałów, postanowiono objąć Epitome astronomiae copernicanae całkowitym zakazem, bez żadnej możliwości poprawek.^x

Kepler nie wiedział, z kim polemizuje ani że przyspiesza w ten sposób objęcie zakazem własnej książki. W pierwszej połowie roku 1619 dobiegał końca druk innego jego wielkiego dzieła, Harmonices mundi libri V („Harmonia świata w pięciu księgach”). Według cesarskiego matematyka układ planetarny Kopernika należało z jednej strony objaśniać za pomocą fizyki ruchu, i temu służyły odkryte przez niego wcześniej prawa, dziś zwane pierwszym i drugim prawem Keplera. Z drugiej strony należało także wyjaśnić, czym kierował się Stwórca, konstruując taki a nie inny układ planetarny: czemu orbity były tej właśnie wielkości, dlaczego np. orbita Marsa ma znaczne spłaszczenie, a orbita Wenus bardzo niewielkie itp. Wyjaśnień tego drugiego rodzaju szukał Kepler w geometrii i pitagorejskiej idei harmonii dźwięków. Orbity planet miały być w zawiły sposób zharmonizowane ze sobą i cesarski matematyk wierzył, że odkrył tę harmonię. W tej pitagorejsko-platońskiej linii poszukiwań naukowych przyszłość nie przyznała Keplerowi racji, ale przy okazji tych badań udało mu się odkryć jeszcze jedno prawo dotyczące planet: sześcian wielkości orbity jest proporcjonalny do kwadratu okresu obiegu. To prawo, w Harmonii świata ukryte pośród wielu rozważań, dziś nazywane trzecim prawem Keplera, uczony odkrył w tym samym miesiącu, w którym napisał swoją odpowiedź Ingolemu. Stanowi ono także stanowi mocny argument na rzecz kopernikańskiego wszechświata, tym bardziej że dotyczy wszelkich ciał krążących wokół wspólnego centrum i słuszne jest np. dla satelitów Jowisza – „gwiazd medycejskich” odkrytych i badanych przez Galileusza.

Harmonia świata była ulubionym tematem Keplera i zależało mu na tym, aby poświęcona jej książka mogła być sprzedawana także w Italii, gdzie już wcześniej trudno było kupić jego publikacje. Teraz, kiedy wprowadzono zakaz głoszenia kopernikanizmu, Kepler (nieświadomy jeszcze postanowień w sprawie Epitome) postanowił napisać swego rodzaju zapowiedź wydawniczą Harmonii świata, skierowaną do księgarzy w Italii. „Napisałem tę pracę jako Niemiec i wedle obyczaju i wolności niemieckiej. Im większa jest owa wolność, tym większą rodzi wiarę w szczerość tych, którzy uprawiają nauki. Jestem chrześcijaninem i synem Kościoła i uznaję naukę katolicką nie tylko samym sercem, ale także i głową, w takim stopniu, w jakim w mym obecnym wieku mogłem ją pojąć; składam tego dowody w niejednym miejscu książki. Tak więc to, co się w niej znajduje, nie niesie z sobą żadnego niebezpieczeństwa, może wytrzymać przyjętą w waszym kraju cenzurę i nie trzeba lękać się tego, co zawiera. Jedynie w nauce o ruchu Ziemi pojawia się trudność, gdyż z powodu nierozwagi tych, którzy nauki astronomiczne wykładali nie w swoim miejscu i niewłaściwą metodą, czytanie Kopernika, od lat niespełna osiemdziesięciu dozwolone (odkąd dzieło zadedykowane było papieżowi Pawłowi III), zostało zakazane aż do czasu wprowadzenia poprawek”.

Kepler, który jak sam pisze, od dwudziestu sześciu lat jest zwolennikiem Kopernika, wierzy, że książka o harmonii musi przekonać także i tych, którzy dotąd wątpili w prawdziwość heliocentryzmu. Proponuje, by księgarze rozpowszechniali jego dzieło jedynie wśród uczonych: „Wy, księgarze, postąpicie zgodnie z prawem i porządkiem, jeśli egzemplarzy [książki] ze względu na wyrok nie wystawicie publicznie na sprzedaż. Wiedzcie bowiem, iż jesteście dla filozofii i dla dobrych autorów jak notariusze, którzy dostarczają sędziom pisma obrończe. Sprzedawajcie więc książkę tylko najwybitniejszym teologom, najświatlejszym filozofom, najdoświadczeńszym matematykom, najgłębszym metafizykom, do których ja jako adwokat Kopernika nie mogę dotrzeć. Niech oni się zastanowią, czy mają do czynienia jedynie z wykwitem wybujałej fantazji, czy też raczej z czymś, co wywodzi się z samej natury i może być potwierdzone ewidentnymi dowodami. Niech się zastanowią, czy ta potężna chwała dzieł bożych ukazana powinna być wszystkim, czy też raczej zamknięta, a jej sława prześladowana cenzurą. Cokolwiek się zdarzy, czy Kopernik został, czy też dopiero zostanie przez nich poprawiony, niech zobaczą, czy astronomia Kopernika zarysowana w moich komentarzach o ruchach Marsa, rozwinięta w drugiej części Epitome astronomiae, która się właśnie drukuje, czy także owa harmoniczna konstrukcja ruchów niebieskich, przedstawiona w tej książce, może w ogóle istnieć, jeśli wyeliminuje się ruch Ziemi i zastąpi go ruchem Słońca. I za którą z dwóch hipotez należy iść: Kopernika czy Brahego (…) (gdyż starożytna [hipoteza] Ptolemeusza z pewnością jest fałszywa). Cokolwiek zostanie ustalone po wszystkich potrzebnych z natury rzeczy dowodach, z całą pewnością uznane zostanie za obowiązujące i święte przez wszystkich katolickich matematyków”.^xi

Ukazujące się właśnie dzieła Keplera rzeczywiście były jednym wielkim argumentem za kopernikanizmem. W dalszym ciągu cytowanego tekstu do księgarzy, wśród szczegółów piątej księgi Harmonii świata, znajduje się jako punkt dziewiąty dokładne sformułowanie III prawa Keplera. Oczywiście współcześni nie od razu się zorientowali, z jakim bogactwem mają do czynienia. Nie rozumiał tego nawet Galileusz, a więc – zdawałoby się – sojusznik w kopernikańskiej sprawie. Jednak odkrycia zostały już dokonane, ich dalsze zrozumienie było wyłącznie kwestią czasu.

O ile jednak Kepler mógł być spokojny swych racji w długiej perspektywie, o tyle wiadomość, że zakazano Epitome, przyjął ze wzburzeniem. Dowiedział się o tym latem 1619 roku, gdy jeden z jego korespondentów, medyk cesarski Johannes Remus Quietanus, doniósł, że z powodu zakazu Galileusz nie może zdobyć egzemplarza Epitome. Wiadomość wyglądała groźnie, Kepler zaczął się obawiać o losy swoich książek zarówno już wydrukowanych, jak i tych, które zamierzał wydać. Jeśli cenzura obejmie Austrię, nie znajdzie drukarza, a wydrukowane egzemplarze przepadną. Przez dwadzieścia sześć lat mógł spokojnie rozwijać badania, opierając się na teorii Kopernika, a teraz być może przyjdzie mu porzucić astronomię albo opuścić cesarstwo. Na szczęście dekrety rzymskie miały niewielką siłę sprawczą poza Italią i Kepler mógł dokończyć swoje prace. Nie jest jasne, czy zakazana została całość Epitome, ponieważ dalsze księgi wyszły na świat już po ogłoszeniu dekretu Kongregacji Indeksu. Chyba później stracono zapał do przyglądaniu się dorobkowi Keplera, żadna inna jego książka nie trafiła na indeks.

i Tommaso Campanella,Apologia pro Galileo,s. 9.

ii R. Hooykaas, Religia i powstanie nowożytnej nauki, przeł. S. Ławicki, Instytut Wydawniczy PAX, Warszawa 1975, s. 143 i n.

iii Johannes Kepler, Astronomia nova, Gesammelte Werke, t. III, s. 30, 33.

iv Francesco Ingoli, De situ et quiete Terrae contra Copernici systema disputatio, OG V, s. 411.

v Johannes Kepler, Epitome astronomiae copernicanae, Lib. I, Pars 5, w: Joannis Kepleri astronomi Opera omnia, t. 6, Francofurti et Erlangae 1866, s. 176.

vi Francesco Ingoli, Replicationes ad Kepleri impugnationes, w: M. Bucciantini, Contro Galileo: alle origini dell’affaire, Leo S. Olschki, Firenze 1995, s. 201.

vii Johannes Kepler, Responsio ad Ingoli disputationem de systemate, Gesammelte Werke, t. 20.1, s. 176, 179.

viii Por. Cz. Miłosz, Metafizyczna pauza, Wydawnictwo Znak, Kraków 1989, s. 61.

ix Francesco Ingoli, Replicationes ad Kepleri impugnationes, w: M. Bucciantini, Contro Galileo, s. 178.

x P.N. Mayaud, La condamnation des livres coperniciens, s. 59, 65-66.

xi Johannes Kepler, Admonito ad bibliopolas exteros, praesertim italos de Opere Harmonico, Opera omnia, t. V, Francofurti et Erlangae 1864, s. 8-9.

Najważniejsze wydarzenia w dziejach ludzkości

Zacznijmy od fraszki C.K. Norwida:

DOBRA WOLA

– Przepraszam państwo, lecz przyszła wiadomość,

Że się Uranus wstrząsa…

*

– Mniejsza o to

– Co tam po niebie gdzieś patrzysz Jegomość,

To astronomów rzecz, niech sobie plotą…

*

– Przepraszam państwo – ale panna Klara

Na pannę Różę powiedziała: „stara” –

I ten pod wachlarz bilecik schowała…

*

– Gdzie?! jaki?! dawaj!… to rzecz doskonała!

Norwid pisał tu o niezgodnościach ruchu Urana ze znanymi faktami. Okazało się, że niezgodności owe wywołane są przyciąganiem następnej planety, Neptuna. Jej położenie najpierw obliczono, a następnie znaleziono ją na niebie niemal dokładnie w tym miejscu, gdzie wskazywały obliczenia. Samo wydarzenie jest dobrą ilustracją różnicy między nauką nowożytną a innymi przykładami działalności „naukopodobnej” prowadzonej w najróżniejszych cywilizacjach.

Fraszka Norwida wskazuje też na zjawisko szersze niż salonowy brak zainteresowania nauką. Jesteśmy istotami społecznymi, czasem może nawet zanadto społecznymi: w tym sensie, że skłonni jesteśmy uważać świat międzyludzki za cały wszechświat, a nas samych za istoty stworzone nie mniej, ni więcej, tylko na podobieństwo Boga.

David Christian jest zawodowym historykiem. Zrobił jednak coś, na co nie poważyłaby się większość jego kolegów: prowadzi kurs historii wszechświata, od Wielkiego Wybuchu do dziś. Siłą rzeczy większa część materiału pochodzi z innych dziedzin niż historia: z kosmologii, geologii, biologii itd. Spojrzenie z tej perspektywy na dzieje ludzkości uważam za niezwykle ożywcze. Nigdy nie mogłem się nadziwić pasji, jaką większość historyków wkłada w badanie faktów drugo- albo nawet dziesięciorzędnych: jakaś potyczka pod Straconką (w zasadzie trochę większa bójka) albo śledzenie meandrów polityki jakiegoś nieistotnego władcy. Oczywiście rozumiem, czemu można się zajmować tego rodzaju tematem, podobnie jak rozumiem, czemu można się zajmować badaniem jednego gatunku chrząszczy (a jest ich blisko pół miliona). I wcale nie lekceważę „badaczy owadzich nogów”. Nie rozumiem jedynie, czemu nie widzę prób syntezy, innego spojrzenia, mniej uwikłanego w politykę, mity narodowe, mity religijne; mniej prowincjonalnego geograficznie, kulturowo i cywilizacyjnie.

Jakie więc były najważniejsze wydarzenia w dziejach ludzkości? Większość z nich zaszła w prehistorii albo historii bardzo zamierzchłej: wynalezienie rolnictwa, różnych technik pozwalających odziać się, lepić garnki i przede wszystkim tworzyć narzędzia. W dziejach intelektualnych decydujące znaczenie miało pismo i jego ulepszenie w postaci pisma alfabetycznego: dzięki temu ostatniemu nie tylko zawodowcy mogli umieć pisać – była to rewolucja podobna do rozpowszechnienia w latach osiemdziesiątych XX wieku komputerów osobistych, pozwalających każdemu korzystać z narzędzia przedtem zarezerwowanego dla personelu w białych kitlach (sam pamiętam sale z komputerami typu „Odra”, do których nie wolno było wchodzić, należało zostawić przed wejściem karty perforowane z programem i mieć nadzieję, że przejdzie on pomyślnie kompilację, a może nawet się policzy). Nie jest przypadkiem, że cywilizacja grecka rozkwitła w tym samym czasie, gdy rozpowszechniło się pismo alfabetyczne.

Grecy stworzyli też matematykę ujętą w sposób aksjomatyczny – do dziś jest to ideał przedstawiania wiedzy ścisłej. Geometria grecka i jej najważniejsze zastosowanie: opis ruchu planet stworzyły podstawy przyszłego rozwoju nauki, choć ciąg dalszy nastąpił dopiero po piętnastu wiekach i nie był oczywisty. Cywilizacja przeniosła się na północny zachód Europy. Średniowieczne chrześcijaństwo pokazało swą wielkość w gotyckich katedrach, jak też w tym, że potrafiło zasymilować grecką filozofię i naukę – był to zresztą jego szczytowy moment. Reformacja, która podzieliła chrześcijan, była w znacznym stopniu ujawnieniem się nowej wrażliwości i nowego podejścia do świata, czegoś bardziej fundamentalnego niż dogmaty wiary czy uznawanie bądź nieuznawanie papieża. Nowoczesna cywilizacja wywodzi się z chrześcijaństwa zreformowanego w Europie północnej i w Stanach Zjednoczonych. Katolicyzm definitywnie utracił kontakt z nowoczesnością w wieku XVII, w czasach Galileusza. I sądzę, że nigdy go nie odzyskał, choć w każdej epoce aż do dziś wielu było uczonych katolików i niemal każdy papież deklarował, iż ceni i popiera naukę.

Reformacja związana była od początku z wynalezieniem druku: zapewne nie rozszerzyłaby się tak szybko w innych warunkach. Druk i powszechna umiejętność pisania (głównie jednak w krajach protestanckich) były kolejnym progiem udostępniania wiedzy szerokim rzeszom. Jednak nie podział religijny był najważniejszy w wieku XVI i XVII. Nawet wojna trzydziestoletnia z dłuższej perspektywy jest epizodem bez znaczenia. To rewolucja naukowa przesądziła o znaczeniu tej epoki, a także o znaczeniu Europy w dziejach naszej planety. Jakąś nauką zajmowały się wszystkie cywilizacje, lecz to europejska znalazła skuteczny klucz do poznania przyrody. Najpełniej widać to w dziele Isaaca Newtona: modele matematyczne ściśle opisują rzeczywistość fizyczną. Połączenie matematyki i eksperymentu pozwala dowiedzieć się rzeczy, o których się filozofom nie śniło i które są sprawdzalne. Tym się różnimy od innych cywilizacji, że nasze samoloty latają, nie musimy sobie tego jedynie wyobrażać.

Rewolucja naukowa XVII wieku nie dotyczyła biologii. Wydawało się, że istoty żywe nie podlegają dokładnie tym samym prawom, co reszta materii. Świat biologiczny stał się ostatnim azylem zwolenników celowości. Przypomnijmy: już Arystoteles doszukiwał się w przyrodzie przyczyn celowych. Stopniowo celowość została wyeliminowana z astronomii i fizyki. Nie pytamy: w jakim celu Układ Słoneczny zawiera te a nie inne planety krążące po takich a nie innych orbitach. Wydawało się jednak, że oko ludzkie „zostało stworzone” do patrzenia, podobnie jak piękne, smukłe ciało geparda do szybkiego biegania. Charles Darwin i Alfred Russel Wallace pierwsi zauważyli, że przystosowanie do funkcji jest skutkiem doboru naturalnego, a nie celem. Oko naszych przodków (również czworonożnych, również pływających) doskonaliło się stopniowo, aż osiągnęło dzisiejszy stan (wcale zresztą nie idealny: można dobrać soczewki indywidualnie korygujące wzrok, które sprawiają, że widzimy szczegóły, o jakich dotąd nie mieliśmy pojęcia). Podobnie gepardy doskonaliły się w sztuce biegania, w miarę jak gazele doskonaliły się w sztuce uciekania. Ewolucja za pomocą sekwencji niezliczonych drobnych kroków stworzyła całą biosferę. Wielu ludziom wydaje się to nadal trudne do pojęcia i z uporem szukają luk w teorii ewolucji. Ci sami ludzie nie czują na ogół skrupułów, gdy dzięki nowoczesnej terapii zostają wyleczeni. Podobnie jak niektórzy postmoderniści, którzy twierdzą, że fizyka jest formą dominacji białego człowieka i nie jest więcej warta od mitów jakiegoś plemienia, a potem wsiadają w samolot, aby udać się na kolejną konferencję, gdzie będą o tym nauczać młodzież, żądną zdobycia, jeśli nie wiedzy, to przynajmniej stopni naukowych.

René Descartes (Kartezjusz), tęcza i uczeni jezuici (1637)

Dopóki jeszcze wolno, powtarzam swój dawny wpis na temat tęczy.

Pisze się często z uznaniem o uczonych jezuitach, zwłaszcza w XVII wieku, bo w następnym stuleciu zakon zaczął chylić się ku upadkowi i w końcu uległ kasacie papieskiej. Nauka stanowiła jakąś cząstkę szerokiej działalności pedagogicznej ojców i rzeczywiście, niektórzy z nich zasłużyli się różnymi odkryciami: np. plam słonecznych czy dyfrakcji światła. Dopóty, dopóki chodziło o badania czysto eksperymentalne albo obserwacyjne, ich osiągnięcia były niewątpliwe. Gorzej było z interpretacją wyników: ojcowie obowiązani byli trzymać się Arystotelesa, który był beznadziejnie przestarzały. W latach trzydziestych wieku XVII wieku doszedł jeszcze jeden kłopot: nie wolno im było głosić także kopernikanizmu. Skazanie Galileusza wpłynęło zastraszająco na wielu uczonych, również poza Italią. Taki zresztą był zamiar papieża Urbana VIII, który ubrdał sobie, że ruch Ziemi podważa prawdy wiary (w jakimś sensie miał zresztą rację: jedynie kosmologia geocentryczna wydaje się logiczna z religijnego punktu widzenia).
René Descartes, dawny uczeń jezuitów w La Flèche, wolał przezornie zamieszkać w Holandii. Wierzący katolik, spędził resztę życia na emigracji w krajach protestanckich. Nie opublikował też swego pierwszego dzieła Świat albo traktat o świetle, obawiając się, że jest zbyt kopernikańskie. Zadebiutował w druku dopiero w 1637 roku jako filozof, matematyk, a także fizyk. W tej ostatniej dziedzinie z jego śmiałych teorii, obejmujących właściwie cały wszechświat, ocalało ostatecznie jedynie wyjaśnienie zjawiska tęczy, podane w rozprawie Les météores.
Mimo zainteresowania tym zjawiskiem, ustalono niezbyt wiele. Jak pisał uczony jezuita, Jean Leurechon: „Jeśli mnie zapytacie o sposób wytwarzania, układ i formę tych kolorów [tęczy], to odpowiem, iż pochodzą one z odbicia oraz załamania światła, i to wszystko. Platon dobrze powiedział, że Iryda jest córą podziwu, a nie objaśnienia (…) wszyscy bowiem filozofowie i matematycy, którzy przez tak wiele lat zajmowali się poszukiwaniem i wyjaśnianiem ich przyczyn, a także spekulacjami, dowiedzieli się tylko, iż nic nie wiedzą i że dostępne są im jedynie pozory prawdy”. Ojciec Leurechon trochę przesadzał, ale czynił to w zbożnym i wychowawczym celu. Galileusz rozprawiający o ruchu Ziemi w Rzymie też wydawał się tamtejszym monsignorom nieledwie bezczelny: cóż on mógł wiedzieć o dekretach Stwórcy i urządzeniu wszechświata! Uczonym przystoi pokora.
Wiemy, że książkę Leurechona czytał Descartes i zapewne postanowił wykazać, że można jednak coś ustalić na temat świata i nie musimy w kółko powtarzać frazesów o własnej niewiedzy.
Powstawanie dwóch łuków tęczy przedstawia rysunek. Wewnętrzny łuk powstaje wskutek jednokrotnego odbicia światła wewnątrz kropli wody, zewnętrzny – wskutek dwukrotnego odbicia. W przypadku łuku wewnętrznego promień biegnie do oka obserwatora po drodze ABCDE, w przypadku łuku zewnętrznego biegnie po drodze FGHIKE.

Tęcza nie jest żadnym realnym obiektem, ale każdy z nas widzi niejako własną tęczę, która przemieszcza się wraz z obserwatorem, jeśli tylko w powietrzu znajdują się w odpowiednim miejscu krople wody. Łuk wewnętrzny tworzy kąt 42º z kierunkiem promieni słonecznych, łuk zewnętrzny – kąt 52º. Descartes wyjaśnił, skąd biorą się oba kąty. Trudność polegała na tym, że promienie wpadające do kropli pod różnymi kątami wychodzą z niej także pod różnymi kątami. Nie od razu widać, co wyróżnia te dwie wartości: 42º oraz 52º.

Kąt między promieniem Słońca a promieniem biegnącym po jednokrotnym odbiciu równy jest

Kąty oraz związane są prawem załamania. Descartes ułożył tabelkę liczbowych wartości kątów odchylenia dla promienia odbitego raz i dwa razy. My przedstawimy to za pomocą wykresu.

Wykres interaktywny

Wewnętrzny łuk tęczy odpowiada maksymalnemu kątowi około 42º. W okolicy maksimum wykres funkcji staje się płaski, a to oznacza, iż znaczna część promieni będzie biegła w zbliżonym kierunku. W rezultacie dotrze do nas najwięcej promieni z okolic 42º. Łuk tęczy powinien mieć zewnętrzną krawędź ostrzejszą, a wewnętrzną bardziej rozmytą. Dla zewnętrznego łuku tęczy (powstającego przez dwukrotne odbicie) będzie na odwrót: minimalny kąt równa się ok. 51º i należy się spodziewać, że z tego kierunku dobiegać będzie najwięcej promieni. Pomiędzy tymi dwoma łukami niebo powinno być ciemniejsze. Tak więc kąty obserwowane w zjawisku tęczy odpowiadają ekstremalnym odchyleniom promienia od kierunku początkowego.

W wyjaśnieniu Descartes’a pojawił się ilościowy aspekt zjawiska: jeśli natężenie światła z pewnego kierunku będzie zbyt małe, nie będziemy nic widzieć. Trochę promieni biegnie pod niemal każdym kątem, ale liczą się tylko te kierunki, w których biegnie dużo promieni. Tęcza nie ma wyraźnych granic zewnętrznych, gdybyśmy mogli rejestrować słabsze światło, oba pasy byłyby szersze. W czasach Descartes’a dzięki teleskopowi zrozumiano już, że nie zawsze widzimy światło dobiegające do naszych oczu: jego natężenie musi przekroczyć pewną progową wartość.

Zdjęcie: Laurie Kosonen

Wyjaśnienie tęczy podane przez Descartes’a było na tyle nowatorskie, że wielu uczonych nadal próbowało rozwiązać ten problem, nie dostrzegając, iż został już rozwiązany. To wcale nierzadka sytuacja, po teorii względności zaczęły się np. pojawiać prace, w których usiłowano inaczej rozwiązać problemy postawione przez Einsteina. Descartes przesłał swoją pracę o tęczy do ojca Étienne’a Noëla, jezuity, który uczył go niegdyś i z którym korespondował. Miał nadzieję, że jego rozprawa stanie się podręcznikiem używanym w kolegiach jezuickich. Stało się inaczej, nie doczekał się żadnej reakcji. Kilku innych uczonych zajmowało się później zagadnieniem tęczy tak, jakby nie istniała praca Descartes’a, m.in. teolog z Louvain, Libert Froidmont, który nie widział potrzeby uwzględnienia rozwiązania Descartes’a, gdy kilkakrotnie w późniejszym czasie wznawiał własną książkę na ten sam temat. Przyczyną niechęci Froidmonta i jezuitów mogło być to, co najmocniej przemawia do nas dzisiaj: poddanie zjawisk przyrody matematycznej konieczności. Bo jeśli światem rządzą matematyczne konieczności, to niepotrzebny staje się Stwórca. Descartes wcale tak zresztą nie myślał, ale inni zarzucali mu szerzenie bezbożnictwa naukowego. Isaac Newton, biblijny fundamentalista, z tego właśnie powodu zwalczał poglądy Descartes’a (jezuitów też zresztą nie cierpiał). Musiał w tym celu wymyślić własną wersję Boga-Ojca, który samorządnie i samowładnie realizuje swe matematyczne dekrety i obecny jest w każdym punkcie przestrzeni. Do Newtona należało wyjaśnienie kolorów tęczy: różne barwy mają rozmaity współczynnik załamania, toteż łuki różnych barw widzimy w nieco innych miejscach. Także Newton zastąpił numeryczną analizę Descartes’a twierdzeniem o ekstremum funkcji, matematyka była już znacznie bardziej zaawansowana.

Po czym poznaje się wielkiego uczonego: Galileusz i inni na temat spadku swobodnego (pierwsza połowa XVII wieku)

Prawdziwa wielkość w nauce jest równie rzadka jak w sztuce czy literaturze. Tylko nieliczni zmieniają nasz sposób widzenia świata w taki sposób, że nie da się tego cofnąć ani zapomnieć. Galileusz odkrył paraboliczny kształt krzywej balistycznej. Co więcej, potrafił zrozumieć, skąd się ten kształt bierze i umieścić tę kwestię w nowym systemie pojęć. Jak ważny był kontekst tego odkrycia, świadczyć mogą słowa Isaaca Newtona. W 1687 r.  w Matematycznych zasadach filozofii przyrody formułuje on „Aksjomaty, czyli prawa ruchu”:

Prawo I Każde ciało pozostaje w swym stanie spoczynku lub ruchu jednostajnego po linii prostej, dopóki siły przyłożone nie zmuszą go do zmiany tego stanu.
Prawo II Zmiana ruchu jest proporcjonalna do przyłożonej siły poruszającej i następuje w kierunku prostej, wzdłuż której siła ta jest przyłożona.

Są to oczywiście zasady dynamiki, których naucza się po dziś dzień (nie przytaczamy treści III prawa, ponieważ nie będzie nam tu potrzebne). Ciekawy jest komentarz angielskiego uczonego (urodzonego w roku śmierci Galileusza) do tych praw zamieszczony w dalszym ciągu tekstu:

Zasady, które przyjmuję, zaakceptowane są przez matematyków i potwierdzone przez wielorakie eksperymenty. Za pomocą dwóch pierwszych praw Galileusz stwierdził, że spadek ciał ciężkich zachodzi w proporcji do kwadratu czasu, a ruch ciał wystrzelonych przebiega po paraboli, jak potwierdza to eksperyment, jeśli uwzględnić fakt, że ruchy te są nieco opóźniane przez opór powietrza. Gdy ciało spada, stała siła grawitacji, działając jednakowo w poszczególnych jednakowych odcinkach czasu, nadaje ciału jednakowe wartości siły i generuje jednakowe prędkości; a w całym czasie nadaje całkowitą siłę i generuje całkowitą prędkość proporcjonalną do czasu. A odległości przebywane w odcinkach czasu są proporcjonalne do prędkości i czasów jednocześnie, tzn. są jak kwadraty czasów. (…) A kiedy ciało zostanie wystrzelone wzdłuż dowolnej linii prostej, jego ruch nadany w chwili początkowej składa się z ruchem wynikającym z grawitacji.

Ostatnie zdanie ilustruje rysunek: położenie wypadkowe ciała jest sumą wektorów , czyli prostoliniowego ruchu nadanego w chwili wystrzału, oraz spadku swobodnego . Zapisywanie ruchów za pomocą wzorów algebraicznych i pojęcie wektora są późniejsze niż Newton. Algebry zaczął używać w tym kontekście dopiero Leonhard Euler, a wektory to osiągnięcie późniego wieku XIX.

Newton nie był zbyt dobrze poinformowany historycznie, z książek Galileusza znał tylko Dialog o dwóch układach świata, w 1687 r. nie było wątpliwości, jak przebiega ruch kuli armatniej albo spadającego swobodnie ciała, jeśli pominąć opór powietrza. Newton zajmował się już innymi problemami, takimi jak wpływ oporu powietrza na tor wystrzelonego ciała albo ciłą ciężkości zmieniającą się od punktu do punktu. Z jego perspektywy dwa pierwsze prawa były właściwie oczywiste i jak widzimy wcale sobie do nich nie rościł pierwszeństwa, przypisując je, do pewnego stopnia błędnie, Galileuszowi.

Do jakiego miejsca dotarł rzeczywiście Galileusz? Otóż sądził, że bez oporu powietrza rzut jest złożeniem jednostajnego ruchu poziomego i pionowego spadku. Bez problemu opisywał rzut poziomy, przypadek rzutu ukośnego, taki jak na rysunku, opisali już inni. Spadek swobodny nie był dla niego skutkiem siły grawitacji, w ogóle u Galileusza nie znajdziemy dynamiki, lecz tylko kinematykę ruchów. Z jakiegoś powodu ruch poziomy jest jednostajny, o ile nic mu nie przeszkadza. Natomiast spadek swobodny przebiega w ten sposób, że prędkość chwilowa jest proporcjonalna do czasu. Widzimy, że Newton przypisał mu swoje własne prawa i swoje rozumienie sytuacji fizycznej. Z pewnością nieświadomie, ponieważ raczej nie był nadmiernie skłonny do dzielenia się chwałą z innymi, po prostu nie wiedział, jak wyglądała historia. Przypominał w tym dzisiejszych uczonych, którzy, zainteresowani rozwiązywaniem stojących przed nimi problemów, niezbyt interesują się meandrami historii.

Zasługą Galileusza było odrzucenie obowiązującej wówczas fizyki arystotelesowskiej. Spostrzegł on, że bez oporu powietrza ruchy ciał stają się prostsze. Musimy pamiętać, że dopiero po jego śmierci nauczono się wytwarzać próżnię, za życia Galileusza odkrycie praw ruchu (kinematycznych) oznaczało postawienie na głowie całej nauki, która przecież powinna zajmować się „prawdziwymi” ruchami i „prawdziwymi przyczynami” zjawisk. Zamiast tego Galileusz proponował teorię matematyczną, która stosuje się ściśle tylko do świata, jakiego nie ma. Była to, co się zowie, księżycowa teoria – na Księżycu zresztą byłoby ją najłatwiej testować, bo nie ma tam atmosfery. Teoria ta nic nie mówiła na temat przyczyn takich ruchów. Zresztą dynamika Newtona też wiele nie wyjaśniała: wprowadziła pojęcie siły, lecz siła była abstraktem matematycznym, który można wprawdzie badać ilościowo, ale nic o nim w gruncie rzeczy nie wiemy. Był to kolejny krok w budowaniu świata platońsko-pitagorejskiego, gdzie abstrakcyjna matematyka przydaje się w praktycznej pracy inżyniera, stąd wszystkie politechniki wymagają od studentów pewnej wiedzy matematycznej.

Galileusz nie był pewien, jakie jest najprostsze matematycznie prawo spadku swobodnego (sądził, że właśnie najprostsze prawo powinno obowiązywać w przyrodzie). Wahał się między prędkością proporcjonalną do czasu i prędkością proporcjonalną do drogi. Ostatecznie wybrał pierwszą ewentualność. Że nie był to wybór łatwy, świadczą jego wahania utrwalone w różnych tekstach, a także reakcja innych uczonych na prace Galileusza. Wielu z nich nie potrafiło się zgodzić na prędkość proporcjonalną do czasu. Jezuici, którzy z urzędu musieli demonstrować swą niechęć do heretyka nawet w sprawach dalekich od kopernikanizmu, optowali za różnymi dziwacznymi wersjami prawa swobodnego spadku. Drogi w kolejnych jednostkach czasu miały być np. w proporcjach 1:2:3:4… albo 1:2:4:8… Prędkość miała rosnąć proporcjonalnie do drogi albo skokowo w czasie. Niewiele lepiej wyglądało to wśród zwolenników, którzy także chętnie „poprawiali” Galileuszowe prawo spadku. Eksperymenty także nie wkazywały jednoznacznie, bo spadek swobodny zachodzi szybko, a nie potrafiono mierzyć czasów tak krótkich. Ponadto opór powietrza zniekształcał wyniki. Wielkość Galileusza jako uczonego przejawia się m.in. w tym, że umiał w warunkach niepewności eksperymentalnej i trudności pojęciowych wybrać właściwe rozwiązanie. Jest w tym lekkość i poczucie smaku, intuicja i długie przemyślenia. Galileusz jest wielkim uczonym także dlatego, że nie stworzył wszechogarniającego systemu, skoncentrował się na zagadnieniach, o których mógł coś powiedzieć, czasem spekulował, ale nie rościł sobie prawa do wiedzy absolutnej. Tylko ignoranci i Kościół katolicki znają wszystkie odpowiedzi. Galileusz ich nie znał. Nie wiedział np., czy wszechświat jest skończony, a jeśli tak, to gdzie leży jego środek. Wiedział, że nie jest nim Ziemia, już prędzej Słońce, ale też niekoniecznie. Jest pewna ironia w fakcie, że skazano go za głoszenie tez, które on sam uważał za nieprawdziwe. Nie chodziło jednak o to, kto ma rację, ale o to, kto ma władzę.

Teksty Galileusza i innych ówczesnych uczonych pokazują, jak wiele trudności pojęciowych musieli oni pokonać. Np. co to jest prędkość chwilowa (nie bardzo można ją zmierzyć). Galileusz posługiwał się następującym rysunkiem.

Linia AB oznacza czas. Linie poziome są prędkościami. AG i równoległe do niego odcinki odpowiadają ruchowi jednostajnemu. AIE to linia ograniczająca odcinki prędkości chwilowej rosnącej proporcjonalnie do czasu. Uczony dowodził, że suma jednakowych odcinków GA=FB jest taka sama, jak suma odcinków rosnących z czasem. Wobec czego można cały ruch przyspieszony zastąpić ruchem jednostajnym o prędkości równej połowie prędkości końcowej. Inaczej mówiąc prostokąt GABF jest równoważny trójkątowi AEB. Galileusz nie zrobił kroku, który nam wydaje się oczywisty, i nie utożsamił drogi przebywanej w obu ruchach z polem odpowiednich figur. Mówił o sumach odcinków. Iloczyn prędkości i czasu nie miał dla niego żadnego sensu, ponieważ chodzi o wielkości fundamentalnie różne. My przedstawilibyśmy to tak.

 

W drugiej połowie wieku XVII stało się jasne, że procedurę taką można uogólnić. Pole pod wykresem prędkości to droga i można ją zapisać jako całkę. Z kolei pochodna drogi po czasie daje prędkość chwilową. To podstawowa para operacji w rachunku różniczkowym i całkowym.

 

Gdyby prędkość była proporcjonalna do drogi, mielibyśmy do czynienia z wykładniczym wzrostem, jest to funkcja opisująca eksplozję (np. demograficzną albo jądrową)

Prędkość opisana jest taką samą funkcją (bo pochodna funkcji wykładniczej jest też funkcją wykładniczą).

Z obu tych wykresów widać, że funkcja taka niezbt nadaje się do opisania ruchu, który zaczyna się w określonej chwili bez żadnej prędkości początkowej, ponieważ nigdy nie jest równa zeru. Spadek od do dowolnego punktu musiałby trwać nieskończenie długo. Zatem prędkość w spadku nie może być proporcjonalna do drogi, bo przeczy to elementarnej wiedzy na temat spadku ciał. Oczywiście, można by spekulować, czy spadek nie może się od razu zaczynać z prędkością różną od zera. Rozwiązanie przyjęte przez Galileusza też było kontrowersyjne w oczach jego współczesnych: wymagało bowiem, aby ciało na początku poruszało się przez chwilę z dowolnie bliską zeru prędkością. Przywodziło to na myśl od razu paradoksy Zenona z Elei przeciwko ruchowi. Wiemy jednak, że spadające ciało się porusza, choć chwilę przedtem spoczywało. Eppur si muove.

Intuicja Galileusza pozwoliła mu też pozbyć się balastu niepotrzebnych pytań dodatkowych: o przyczyny spadku, o opór powietrza itd. Nauka rozwija się zawsze przez pracę nad konkretnymi zagadnieniami i trzeba umieć oddzielić to, czego nie da się w danym momencie rozstrzygnąć albo co nie ma znaczenia. Pouczająca jest tu reakcja Kartezjusza na dzieło Galileusza. Francuski filozof, młodszy o trzydzieści lat, z dużą pewnością siebie odrzucił rozwiązanie Galileusza. Zarzucił mu, że buduje bez podstaw, nie wiedząc nawet, skąd bierze się ciężar ciała (Kartezjusz był pewien, że to skutek popychania ciała przez niewidzialne cząstki materii subtelnej!). Jako dobry matematyk i do tego znacznie później urodzony stwierdził, że pod względem matematycznym praca florentyńczyka jest raczej słaba, jego dowody zaś niezbyt eleganckie. Zarzuty były do pewnego stopnia uzasadnione, ale to toskański uczony miał rację, o tyle, o ile można mieć w nauce rację: jego teoria zgodna była z eksperymentem i pozwalała pójść dalej.

Religia Einsteina i Spinoza

W związku z publicznym zainteresowaniem postacią Barucha Spinozy pragnę przypomnieć, że do wiary w Boga Spinozy przyznawał się wielokrotnie Albert Einstein. Uczony czytał Spinozę, zwiedził jego dom zamieniony na muzeum i wielokrotnie się wypowiadał na temat filozofa. Więcej o Spinozie pisałem tutaj. Przypominam wpis z roku 2012, choć nie sądzę, żeby w wiadomościach TVP pojawił się pasek o treści: „Einstein wierzył w Boga Spinozy”

Przez media przewinęła się ostatnio wiadomość o wystawieniu na aukcji listu Einsteina z 1954 roku, a więc napisanego niedługo przed śmiercią uczonego. List dotyczy religii i skierowany był do filozofa Erika Gutkinda. Może to objaw nasilenia wojny kultur (a może szukania dobrych lokat kapitału w niepewnych czasach), w każdym razie list został sprzedany za przeszło trzy miliony dolarów, podczas gdy w 2008 kosztował zaledwie 400 000 dolarów.

Einstein mówi w tym liście rzeczy, jakie wielokrotnie powtarzał w ciągu swego życia. „Słowo Bóg jest dla mnie jedynie wyrazem i wytworem ludzkiej słabości, a Biblia zbiorem dostojnych, lecz jednak mocno prymitywnych legend. Żadna, nawet najbardziej subtelna interpretacja nie może tego (moim zdaniem) zmienić. Te wysubtelnione  interpretacje są ze swej natury wielce różnorodne i nie mają prawie nic wspólnego z pierwotnym tekstem. Nieskażona religia żydowska jest dla mnie, tak samo jak wszystkie inne religie, wcieleniem prymitywnych przesądów. I naród żydowski, do którego chętnie należę i z którego mentalnością czuję się głęboko zrośnięty, nie ma w moich oczach żadnej szczególnej godności, odmiennej niż inne narody”.

Jeszcze w okresie międzywojennym Einstein został zaatakowany przez kardynała Bostonu Williama Henry’ego O’Connella: „Zwątpienie i mgliste spekulacje na temat czasu i przestrzeni prowadzą jedynie do stworzenia zasłony, poza którą skrywa się upiorne widmo ateizmu”. Także rabin Herbert S. Goldstein z Nowego Jorku poczuł się zaniepokojony i wysłał do Einsteina telegram: „Czy wierzy pan w Boga? Stop. Odpowiedź opłacona do 50 słów”. Odpowiedź uczonego, choć telegraficznie skrótowa, nie zadowoliła chyba rabina: „Wierzę w Boga Spinozy, który objawia się w regularnej harmonii wszystkiego, co istnieje, ale nie w Boga, który zajmuje się losami i uczynkami ludzkości”.

A jednak mimo wypowiedzi, które sprawiać musiały spory zawód rozmaitym przedstawicielom Boga na ziemi, Albert Einstein był głęboko religijny z natury. Kiedy mówił o Bogu, który nie rzuca kośćmi albo jest wyrafinowany, lecz nie złośliwy, mówił bardziej serio, niż mogło się zdawać. Bóg w jego ustach był czymś więcej niż tylko façon de parler. Uczonemu bliżej było do bogobojnego protestanta Keplera niż do obrazoburcy Galileusza. Wypowiadał się otwarcie, nie ukrywał poglądów, ale nie miał temperamentu bojownika, polemisty, dyskutanta, pragnącego odnieść zwycięstwo za wszelką cenę. Choćby za cenę prawdy. Wspominany przeze mnie Max Brod wydał w 1948 roku jeszcze jedną powieść historyczną o uczonych. Nosiła tytuł Galilei in Gefangenschaft („Galileusz uwięziony”) i zapewne nie była lepsza od książki o Tychonie Brahe. Autor przesłał ją Einsteinowi, a ten odpisał z podziękowaniem i uwagami po lekturze. „Wyobrażam go sobie inaczej. Nie należy wątpić w to, że walczył on namiętnie o prawdę – bardziej niż ktokolwiek inny. Ale trudno uwierzyć, aby człowiek dojrzały widział sens połączenia odnalezionej prawdy z płytkimi myślami tłumu, zaplątanego w groszowe interesy. (…) Bez szczególnej potrzeby udaje się on do Rzymu, by walczyć z klechami i innymi politykierami. Taki obraz nie odpowiada memu wyobrażeniu o niezależności wewnętrznej starego Galileusza. Nie mogę sobie wyobrazić, bym ja na przykład przedsięwziął coś w tym rodzaju, by bronić teorii względności. Pomyślałbym, że prawda jest znacznie silniejsza ode mnie i wydawałoby mi się śmieszną donkiszoterią bronić jej mieczem, osiodławszy Rosynanta”.

Intuicja Einsteina była częściowo trafna. Galileusz niewątpliwie bardziej od Einsteina gustował w polemikach (choć nie był chyba bardziej od Einsteina uparty, jeśli chodzi o pryncypia). Jednak Galileusz nie jeździł do Rzymu jedynie po to, by zaspokoić swoją potrzebę wielkości i chwały. Być może z początku wiodła go ambicja. Szybko jednak zrozumiał, że gra toczy się o elementarną swobodę dyskusji i ocalenie własnej skóry. Był szanowanym uczonym, który chciał ogłosić dzieło życia, wiedząc, że nie zostanie ono dobrze przyjęte przez władze kościelne. Dzieło nie dotyczyło religii, wydawało się więc, że jakiś kompromis będzie możliwy, aby obie strony mogły wyjść z twarzą.  Kościół zawsze deklarował poparcie dla nauk. Jednak układy z władzą absolutną obowiązują tylko jedną stronę. Galileusz zapewne musiał przegrać, ponieważ był zbyt mało cyniczny.

Albert Einstein miał zdecydowane poglądy w wielu sprawach, ale był też człowiekiem mądrym (to nie to samo, co być wybitnym uczonym: głupich, choć wybitnych był legion). Rozumiał, że nie każda dyskusja może zostać rozstrzygnięta, czy to w nauce, czy w życiu publicznym. Podejrzewam też, że rozumiał, jak niewiele w istocie dzieli ludzi, jeśli chcą się poważnie zastanowić nad swoimi poglądami i swoją wiarą, a nie podporządkować sobie innych. Większość tzw. debat publicznych nie ma niestety nic wspólnego z namysłem, bardzo zaś wiele z władzą i dominacją. Poszukiwanie prawdy jest czymś zgoła innym.

Johann Bernoulli i krzywa łańcuchowa (1690)

Matematycy XVII wieku lubili badać rozmaite osobliwe krzywe i uwielbiali chełpić się swoimi umiejętnościami. Krzywe stożkowe: elipsa, parabola i hiperbola, czyli krzywe opisywane równaniami drugiego stopnia, już im nie wystarczały. Isaac Newton przeprowadził klasyfikację wszystkich krzywych trzeciego stopnia, co jest znacznie trudniejsze niż dla drugiego stopnia. Chętnie też zajmowali się krzywymi powstającymi wskutek ruchu (jak cykloida) albo jako rozwiązanie pewnego problemu z mechaniki. Jedną z takich krzywych była linia łańcuchowa, czyli kształt, jak przyjmuje giętki i ciężki łańcuch zawieszony na dwóch końcach.
Jeszcze w XVI wieku młody Galileusz starał się poznać kształt krzywej łańcuchowej, sądząc, że jest to ta sama krzywa, jaką zakreśla rzucone ciało. Prowadził wraz z Guidobaldem del Monte eksperymenty, aby porównać obie krzywe. Krzywą balistyczną rysowali puszczając kulkę zamoczoną w atramencie po równi pochyłej, jak na obrazku.

Okazało się, że krzywa balistyczna przypomina parabolę, lecz krzywa łańcuchowa różni się od niej znacząco. Jak wiemy, Galileuszowi udało się znaleźć mechaniczne wyjaśnienie dla krzywej balistycznej. Jednak kształtu krzywej łańcuchowej nie potrafił opisać matematycznie.
W 1690 roku Jacob Bernoulli, matematyk z Lozanny, rzucił na łamach „Acta Eruditorum” – pierwszego niemieckiego czasopisma naukowego, założonego z inicjatywy Leibniza – wyzwanie do innych matematyków, by opisali kształt krzywej łańcuchowej. Jeszcze w tym samym roku zagadnienie to rozwiązali Gottfried Wilhelm Leibniz, a także młodszy brat Jacoba, dwudziestoczteroletni Johann, kształcący się na medyka. Kilka lat wcześniej Leibniz w tym samym czasopiśmie ogłosił zarysy rachunku różniczkowego i całkowego. Bracia Bernoulli pilnie przestudiowali tę technikę formułowania i rozwiązywania problemów, obaj też wkrótce przewyższyli Leibniza, zwłaszcza Johann, który stał się szybko jednym z mistrzów rachunku różniczkowego i całkowego. Ambitny Johann nie został medykiem (podobnie jak niegdyś Galileusz). Niedługo później zrobił furorę w matematycznych kręgach Paryża. Jego wykłady częściowo opublikował pod swoim nazwiskiem markiz de L’Hôpital (któremu Johann sprzedał wyniki), druga ich część opublikowana została dopiero pół wieku później w t.3 Opera omnia Johanna.
Po roku „Acta Eruditorum” opublikowały wyniki Leibniza, Huygensa i Johanna Bernoulliego, lecz bez dowodów. Ówcześni matematycy niechętnie ujawniali metody, woleli raczej drażnić konkurentów swymi umiejętnościami.
Praca Christiaana Huygensa była niezadowalająca, stary mistrz nie znał nowych technik. Rozpatrywał łańcuch zbudowany z odcinków i próbował wykonać przejście graniczne do krzywej ciągłej, gdy długość każdego odcinka dąży do zera. Leibniz podał rozwiązanie w najprostszy sposób jako konstrukcję średniej arytmetycznej z dwóch krzywych wykładniczych („curva logarithmica”). Kilka lat później Leibniz opisał szczegółowo swoje rozwiązanie w liście do Huygensa. Nie było ono zbyt eleganckie, lecz ukazywało siłę metody postępowania, dzięki której nawet mało inteligentne podejście do problemu dawało się skutecznie przeforsować. Sam Jacob nie zdołał rozwiązać problemu i niezbyt mu się podobało, że dokonał tego jego młodszy brat.

Johann Bernoulli wyraził swoje rozwiązanie w postaci pola pod pewną krzywą, czyli całki. Przeanalizował też szczegółowo cały problem i rozwiązał go w sposób zdecydowanie elegantszy. Podał szereg twierdzeń, które przedstawione są na kolejnych rysunkach.

Punktem wyjścia jest zasada następująca: (Fig. 131) siły działające w dwóch dowolnych punktach A i C po różnych stronach minimum mają kierunek styczny do krzywej (łańcuch jest giętki) i muszą dodane wektorowo zrównoważyć ciężar łańcucha pomiędzy A i C. Środek ciężkości odcinka AC łańcucha znajdzie się dokładnie nad punktem D. Jeśli (Fig. 133) utniemy jakiś kawałek łańcucha, np. powyżej F, pozostała część nie zmieni kształtu. W szczególności (Fig. 132 i 135) możemy wybrać jako jedną z sił styczną w minimum, pozwala to szczególnie prosto sformułować warunek, jaki musi spełniać nasza krzywa. Fig. 136 daje konstrukcję Leibniza, równoważną Fig. 137 konstrukcję Johanna.
Podstawowa własność krzywej łańcuchowej daje się odczytać ze współczesnej wersji Fig. 132.

Aby utrzymać w równowadze odcinek łańcucha o długości i ciężarze potrzebna jest równa temu ciężarowi składowa pionowa siły (fioletowa). Składowe poziome (czerwone) równoważą się nawzajem, co oznacza, że składowa pozioma jest niezależna od wysokości. Możemy więc zapisać dla naszej krzywej

Nachylenie stycznej proporcjonalne jest do odległości od minimum. Bez zmniejszenia ogólności możemy przyjąć, że stała proporcjonalności równa jest 1 – możemy to zawsze osiągnąć wybierając odpowiednio jednostkę długości. Reszta jest zastosowaniem cudownej metody Leibniza (*), która szybko prowadzi do wyniku:

Obecnie sumę taką jak w kształcie krzywej łańcuchowej zapisujemy jako cosinus hiperboliczny: algebra funkcji hiperbolicznych jest podobna do trygonometrycznych, z tą istotną różnicą, że jedynka trygonometryczna zastąpiona jest wyrażeniem i pochodna cosinusa hiperbolicznego jest równa sinusowi hiperbolicznemu (bez minusa).
Krzywa łańcuchowa różni się od paraboli tym bardziej, im dalej od minimum się znajdziemy.

(*) Oznaczmy pochodną szukanej funkcji przez . Różniczkując obie strony równania krzywej łańcuchowej, otrzymujemy

Stąd

Całkę możemy obliczyć korzystając z jedynki hiperbolicznej: . Podstawiając , mamy i po lewej stronie zostaje całka z 1:

Możemy wziąć sinh z obu stron, otrzymamy wówczas

Całkując ostatnią równość, otrzymujemy . Stałe całkowania powinny być równe 0, jeśli chcemy mieć wykres taki, jak na obrazkach powyżej.

Galileo Galilei odkrywa nowe planety (styczeń 1610 r.)

Miarą odkrycia – w nauce i poza nią – jest zawsze wielkość niespodzianki, jaką sprawiło.

I byłem jak astronom, gdy olśnionym okiem

Nową w swym gospodarstwie planetę dostrzeże;

Albo zuchwały Cortez, kiedy orlim wzrokiem

Dojrzał z dala Pacyfik, a jego rycerze

To na siebie patrzyli w zdumieniu głębokim,

To na widzialne z góry Darienu wybrzeże.

Obu tych porównań użył John Keats, chcąc opisać niezwykłe wrażenie, jakie zrobiła na nim lektura Homera w przekładzie Chapmana. Pisząc na początku XIX wieku, wiedział o odkryciu Urana, a także czterech planetoid, uczeni w piśmie spierają się aż do dziś o stosowność drugiego porównania, bowiem słynny awanturnik, Hernán Cortés, nie miał nic wspólnego z odkryciem Przesmyku Panamskiego. Nie pownniśmy jednak traktować poetów niczym Wikipedii.

Największym naukowym szokiem XVII stulecia było odkrycie nieba teleskopowego: rzeźby powierzchni Księżyca (wedle szkolarzy miała ona być gładka jak szlifowana przez jubilera kula), tysięcy gwiazdek niewidzialnych gołym okiem (po co właściwie Bóg je stworzył?), plam na Słońcu (przecież, uczynione z eteru, powinno być niezmienne i świetliste), a także czterech satelitów Jowisza. Odkrycia te uczyniły w niewiele miesięcy ze starzejącego się profesora uniwersytetu w Padwie, florentyńczyka Galileo Galilei, europejską sławę.

Zdumienie współczesnych było tym większe, że teleskop był pierwszym z serii naukowych instrumentów pozwalających dostrzec rzeczy dotąd ukryte i niewidzialne. Dziś dobrze wiemy, że pełno jest wokół nas rozmaitych rodzajów niewidzialnego promieniowania i że czułe przyrządy mogą rejestrować światło tak słabe, iż niewidoczne dla oka. Świat przedgalileuszowy był taki, jaki jawi się zmysłom: skoro śnieg jest biały, to znaczy, że przysługuje mu taka barwa. Dla nas jest to kwestia odbijania pewnych długości fal i pochłaniania innych. Przedmioty nie są same z siebie białe ani twarde, ani pachnące – wszystko to są reakcje naszych zmysłów na pewne sygnały ze świata zewnętrznego.

W 1609 roku Galileusz dowiedział się o przyrządzie zbudowanym z soczewek i przybliżającym obrazy dalekich przedmiotów. Pierwsze instrumenty tego rodzaju skonstruowali rzemieślnicy w Holandii i wkrótce różni przedsiębiorczy jegomoście krążyli po Europie, starając się sprzedać korzystnie owe wynalazki. Galileusz także potrafił szlifować soczewki, różnił się wszakże od rzemieślników systematycznością podejścia i rozległością horyzontów. Dzięki pierwszej szybko zaczął budować coraz lepsze przyrządy, powiększające dwadzieścia, a nawet trzydzieści razy. Dzięki drugiej znalazł naukowe zastosowanie nowego wynalazku, umiał go też lepiej sprzedać niż owi wędrowni przekupnie. To, że wynalazek nie był jego autorstwa, nie miało tu żadnego znaczenia.

Sprzedał go zresztą dwa razy. Pierwszy raz senatowi Wenecji (do której należał uniwersytet w Padwie). Republika żyjąca z handlu i piractwa była zainteresowana przyrządem z daleka pozwalającym ustalić, jaki okręt zbliża się do nas. Galileusz przeprowadził nawet dla dostojników pokaz działania swego przyrządu z dzwonnicy San Marco. Widzieli przez niego nie tylko Lizza Fusina i Chioggię, ale nawet wieżę i kopuły bazyliki Santa Giustina w Padwie, w Murano zaś – ludzi wchodzących i wychodzących z kościoła San Giacomo. Sukces ten zaowocował listem Galileusza do doży z prośbą o podwyżkę. Otrzymał podwyżkę pensji do 1000 dukatów rocznie i gwarancję dożywotniego zatrudnienia. Jak się zdaje, uczony nie był w pełni zadowolony, może dlatego że władze zastrzegły się, iż dalszych podwyżek już nie będzie. Galileusz zaczął myśleć o powrocie do Florencji i do tego przydały się odkrycia teleskopowe, a przede wszystkim odkrycie księżyców Jowisza. Uczony zaproponował bowiem nazwać je gwiazdami medycejskimi, od nazwiska rodu panującego w jego mieście. Cztery gwiazdy miały odpowiadać czterem braciom. Ewentualnie mogły być nazwane cosmici – od panującego Kosmy Medyceusza. Przyjęta została pierwsza propozycja, uczony otrzymał we Florencji także 1000 dukatów rocznie, ale że dukaty florenckie zawierały siedem lirów, a nie pięć, jak weneckie, była to podwyżka o 40%. Co więcej, uwolnić się miał na zawsze od nauczania. Ceną było przyjęcie roli dworzanina, kogoś w rodzaju szczególnie cenionego błazna.

Rękopis Galileusza znajdujący się w Ann Arbor. U góry znajduje się szkic listu do doży z sierpnia 1609 roku, na dole kartki mamy zapis pierwszych obserwacji księżyców Jowisza w styczniu (gennaio) 1610, a także (w prawym dolnym rogu) szkice układu księżyców z góry.

W liście pisanym 7 stycznia 1610 roku uczony informuje, że planety wyglądają jak małe tarczki, gwiazdy natomiast nie zmieniają swego wyglądu. Ponieważ Jowisz widoczny był już w grudniu, kiedy Galileusz obserwował zmieniający się z nocy na noc, wraz z przesuwaniem cienia, krajobraz Księżyca, więc przypuszcza się, że tej nocy przyrząd Galileusza sprawował się lepiej – on sam pisze, że aby uzyskać ostrzejszy obraz, trzeba obiektyw przysłonić. Soczewki ówczesne były marnej jakości, zresztą gdyby nawet ich powierzchnie były idealnie sferyczne, wady optyczne takie, jak aberracja sferyczna i chromatyczna, ograniczały jakość obrazów. Ograniczenie się do promieni przyosiowych poprawiało sytuację, kosztem wielkości pola widzenia i jasności obrazu.

W tym samym liście uczony odnotowuje pewną osobliwość w pobliżu Jowisza znajdowały się trzy gwiazdki ułożone w jednej linii.

* * O *

(tutaj i poniżej rysunki z książki Galileusza zestawione są ze współczesnymi obliczeniami położeń czterech księżyców wg Jovian Moons Applet)

Nazajutrz sytuacja się zmieniła:

O * * *
Galileusz wywnioskował, że Jowisz przesunął się na wschód (na rysunku na lewo) względem gwiazdek. Było to o tyle dziwne, że powinien w tym okresie poruszać się na zachód. Uczony zapisał nawet, że planeta porusza się w przeciwnym kierunku, „niż przyjmują kalkulatorzy”. Może zdał sobie sprawę, że wyjaśnienie takie raczej jest niemożliwe: widoczne ruchy planet były w ogólnych zarysach prawidłowo opisane przez takich „kalkulatorów”, jak Ptolemusz czy Kopernik, i raczej nie należało tu oczekiwać niespodzianek. Następny wieczór był pochmurny, 10 stycznia natomiast sytuacja przedstawiała się następująco:

* * O
Uczony uznał, że najbardziej na zachód wysunięta gwiazdka została zasłonięta przez tarczę Jowisza. Nazajutrz, 11 stycznia, nadal było widać dwie gwiazdki na wschód od Jowisza:

* * O
Były one teraz bardzo blisko siebie, a bliższa planety była znacznie słabsza od drugiej, podczas gdy w poprzednie wieczory wszystkie trzy miały mniej więcej taką samą jasność. „Wydaje się stąd, że wokół Jowisza są trzy inne gwiazdy błędne, niewidziane przez nikogo aż do tej pory” (gwiazdy błędne, czyli ruchome – było to określenie planet, które przesuwają się na tle gwiazd). Dwa dni później Galileusz zaobserwował cztery gwiazdki obok Jowisza:

* O * * *

Stało się jasne, że odkrył coś naprawdę nowego: cztery planety krążące wokół Jowisza niczym Jowisz i reszta planet wokół Słońca. Postanowił swoje obserwacje jak najprędzej ogłosić drukiem, zdając sobie sprawę, że
odkrycie satelitów przez innych obserwatorów jest tylko kwestią czasu.

Książka, Sidereus Nuncius („Nuncjusz gwiezdny”), ukazała się w marcu, przynosząc Galileuszowi sławę i posadę we Florencji. Oznaczało to także zerwanie z Wenecjanami urażonymi takim traktowaniem. Niektórzy sądzą, że Galileusz zaczął już wtedy myśleć o propagowaniu kopernikanizmu. W każdym razie miniatura Układu Słonecznego: Jowisz i jego księżyce była dla niego silnym argumentem psychologicznym za heliocentryzmem.

Odkrycia teleskopowe mogły zostać dokonane przez każdego, ale to Galileusz potrafił szybko zbudować odpowiednie przyrządy. Jeszcze ważniejsze okazało się jego przygotowanie mentalne: już dawno sądził, że nauka arystotelesowska  nie odpowiada rzeczywistości, teraz dzięki swemu przyrządowi miał nowe i niespodziewane argumenty przeciwko tradycyjnemu obrazowi świata. Potrafił je elokwentnie przedstawić i opisać, patrzenie nie jest prostą i jednoznaczną czynnością. Dostrzegamy zawsze tylko to, do czego jesteśmy jakoś wcześniej przygotowani. Księżyce Jowisza w tym samym praktycznie czasie zaobserwował Simon Marius (proponował je nazwać „Gwiazdami Brandenburskimi” – miał innych patronów). Prawdopodobnie jednak dopiero po książce Galileusza zrozumiał on, co właściwie zobaczył, a mianowicie: księżyce krążące wokół innej planety. Marius nie interpretował swych obserwacji w duchu heliocentrycznym, po prostu uzupełnił tradycyjny ptolemeuszowy obraz świata o cztery nowe obiekty. W tym ujęciu zamiast wybuchu rewolucji mielibyśmy mokry kapiszon.

Wstęp do sprawy Galileusza

Sprawa Galileusza była tyleż heroiczną, co bezskuteczną próbą zatrzymania czasu i naukowego postępu przez Kościół rzymski. Od czasu skazania Galileusza pojawił się wzór działania, powtarzający się aż do dziś: „nauki” Kościoła, interpretowane przez słabo zorientowanych w nauce teologów, utrzymywane jedynie siłą stojącej za nimi instytucji, wycofywały się stopniowo i chyłkiem z co bardziej oczywistych głupstw głoszonych jako prawdy objawione. Co nie znaczy, że działo się to szybko. Jak zauważył kiedyś Albert Camus: „Książki Kopernika i Galileusza były na indeksie do 1822 roku. Trzy wieki uporu to już kokieteria” (przeł. J. Guze).

Odkrycia dokonywane w XVII wieku w astronomii i fizyce prowadziły do obrazu świata coraz bardziej oddalonego od potocznych wyobrażeń, a więc także i od zdroworozsądkowej u swego korzenia filozofii Arystotelesa oraz od literalnego rozumienia tekstu Pisma Świętego. Teoria Kopernika była jednym z pierwszych przykładów, gdy nauka głosiła tezę sprzeczną z naszym bezpośrednim doświadczeniem. Zamęt poznawczy jeszcze bardziej pogłębiły teleskopowe odkrycia Galileusza na niebie. Już sam fakt, że istnieją obiekty niepostrzegalne gołym okiem, stanowił duży wstrząs dla współczesnych. Sam uczony pod wpływem tych odkryć zaczął coraz śmielej głosić kopernikanizm, uznając, że potrafi nie tylko udowodnić fałszywość fizyki arystotelesowskiej, ale także wykazać naukowo ruch Ziemi.

Galileusz zajął się teologią z konieczności, ponieważ został zadenuncjowany jako heretyk i stał się celem niewybrednych ataków ze strony dominikanów z Florencji. Najważniejszy z jego tekstów teologicznych, List do Wielkiej Księżny Krystyny (1615), pochodzi z okresu, gdy uczony wciąż jeszcze miał nadzieję, że Kościół katolicki nie opowie się oficjalnie przeciwko nauce kopernikańskiej. Wymagało to jednak odstąpienia od dosłownej interpretacji niektórych fragmentów Pisma Świętego. Galileusz przedstawił własną propozycję hermeneutyki Biblii, zwracając uwagę na fakt, że adresowana jest ona także do ludzi nieuczonych i posługuje się w tym celu językiem potocznym, nie można więc oczekiwać od tekstu Pisma objaśnień zjawisk przyrodniczych. Co więcej, przywołując tradycję dwóch ksiąg: księgi objawionej i księgi przyrody, stara się wykazać, że w razie pozornego konfliktu obu tych źródeł poznania, gdyby jakaś dobrze udowodniona prawda nauk przyrodniczych stała w sprzeczności z naszym zrozumieniem Pisma, należałoby zastanowić się nad zmianą interpretacji tekstu świętego. Podkreślić należy, że przynajmniej w ogólnych zarysach taki punkt widzenia nie był jakoś szczególnie oryginalny w XVII wieku. Przed Galileuszem zbliżone podejście hermeneutyczne głosił Johannes Kepler, później w podobnym duchu wypowiadali się niemal wszyscy przedstawiciele nowej nauki, nawet tacy fundamentaliści biblijni jak Isaac Newton. Jako przykład nowej interpretacji Biblii podaje Galileusz cud z Księgi Jozuego, gdy wedle tekstu Pisma Św. (Joz, 10, 13) słońce zatrzymało się na pewien czas. Otóż cud ten – zdaniem Galileusza – można zrozumieć naukowo, gdy przyjmiemy, że Słońce (znajdujące się pośrodku układu planetarnego) przestało obracać się wokół osi, co z kolei sprawiło, że także planety stanęły i cały kosmiczny zegar znieruchomiał, po czym znowu ruszył. Jak się wydaje, Galileusz zaczerpnął tu wiele ze wstępu do Astronomia nova (1609) Keplera, gdzie zaproponowany został taki właśnie mechanizm omawianego cudu (cudowne było zatrzymanie i ponowne uruchomienie Słońca, pozostałe zjawiska przebiegały w sposób naturalny).

Kościół katolicki wyjątkowo niechętnie patrzył na próby indywidualnej interpretacji Pisma, zwłaszcza podejmowane przez ludzi świeckich, nawet tak wybitnych jak Galileusz. Toteż różne zabiegi Galileusza, w tym jego kampania informacyjno-propagandowa prowadzona w Rzymie wśród najwyższego duchowieństwa, nie odniosły skutku. W roku 1616 nieruchomość Słońca uznano za sprzeczną z tekstem Pisma Św., a ruch Ziemi – za co najmniej błąd w wierze. Sam Galileusz został napomniany, by nie głosił poglądów kopernikańskich, choć dokładny sens tego napomnienia pozostaje wciąż niejasny – zachowały się na ten temat dwa nieco różne w treści dokumenty. Galileusz zrozumiał, że musi zamilknąć, choć poglądów kopernikańskich nie zmienił. Na razie uczonego nie spotkało nic złego. Do jego patronów w tym okresie należał m. in. kardynał Maffeo Barberini, który w 1620 r. napisał nawet na jego cześć wiersz pod tytułem Adulatio perniciosa („Zgubna pochwała”). Jak bardzo proroczy okazał się tytuł owego wiersza, miał się Galileusz przekonać, gdy Barberini został papieżem, przybierając imię Urbana VIII. Papież uważał się za intelektualistę i uczony uznał, że nadszedł sprzyjający czas na otwarte opowiedzenie się za ruchem Ziemi, ogłaszając w 1632 r. Dialog o dwu najważniejszych układach świata Ptolemeuszowym i Kopernikowym. Książka miała wprawdzie wszelkie możliwe zezwolenia władz kościelnych, lecz nie przypadła do gustu papieżowi. Rozpętała się burza, zakończona skazaniem Galileusza na dożywotni areszt domowy i całkowity zakaz publikacji. Musiał też publicznie podczas upokarzającej ceremonii wyrzec się swych poglądów.

Obraz z XIX wieku przedstawiający wyrzeczenie się poglądów przez Galileusza (Joseph-Nicolas Robert-Fleury). W rzeczywistości uczony wystąpił w worku pokutnym i musiał klęczeć, odczytując poniższy tekst:

Ja, Galileo, syn Vincenza Galilei z Florencji, w wieku lat moich 70, osobiście stanąwszy przed sądem, na klęczkach w obliczu waszym, najdostojniejsi i najwielebniejsi panowie kardynałowie, generalni inkwizytorzy w całej powszechności chrześcijańskiej przeciwko występkowi herezji, mając przed oczami moimi najświętszą Ewangelię, której dotykam własnymi rękami, przysięgam, że zawsze wierzyłem, obecnie wierzę i z pomocą bożą w przyszłości wierzyć będę w to wszystko, co utrzymuje, głosi i czego naucza św. Kościół katolicki i apostolski. Ponieważ jednak po tym, gdy to Święte Oficjum upomniało mnie i nakazało z mocą prawną, bym całkowicie porzucił fałszywe mniemanie, że Słońce jest środkiem świata i nie porusza się, a Ziemia nie jest środkiem świata i się porusza, i abym nie utrzymywał, nie bronił ani nie nauczał tej fałszywej doktryny, i po tym, gdy mi podano do wiadomości, że doktryna ta jest sprzeczna z Pismem Świętym, napisałem i ogłosiłem drukiem książkę, w której omawiam tę potępioną już doktrynę i na jej poparcie przytaczam bardzo przekonujące argumenty, nie dając żadnego rozwiązania – przeto uznany zostałem za mocno podejrzanego o herezję, a mianowicie, iż utrzymywałem i wierzyłem, że Słońce, nieruchome, jest środkiem świata (*), a Ziemia nie jest tym środkiem i się porusza.
Pragnę tedy z umysłów Waszych Eminencji i każdego prawego chrześcijanina usunąć to mocne podejrzenie, jakie słusznie wzbudziłem. (…) Przysięgam, że w przyszłości nigdy już nie będę głosił ani twierdził, słowem bądź pismem, niczego, co skłoniłoby do takiego podejrzenia. Jeślibym zaś poznał jakiegoś heretyka lub podejrzanego o herezję, doniosę o tym Świętemu Oficjum (…) Ja, Galileo Galilei, wyrzekam się, przysięgam, obiecuję i przyjmuję wszystko to, co wyżej przeczytałem, i na przypieczętowanie tego własnoręcznie podpisuję niniejszy dokument, który odczytałem słowo po słowie w Rzymie, w klasztorze Santa Maria sopra Minerva, dzisiaj, w dniu 22 czerwca 1633 roku.
Ja, Galileo Galilei, wyrzekłem się, jak wyżej, i własnoręcznie podpisuję.

Sprawa Galileusza jest oczywiście w jakiejś mierze konfliktem intelektualnym, starciem idei. Rozstrzygała się kwestia nowego podejścia do interpretacji Pisma Św. Kościół instytucjonalny nie miał jednak cienia wątpliwości, że filozofia nadal powinna być służką tradycyjnie rozumianej teologii. Galileusz i jego zwolennicy (często także duchowni) nie zostali wysłuchani – linia podziału biegła tu zresztą nie tyle między Kościołem a nauką, co raczej między zwolennikami nowych idei a ich przeciwnikami. Ostateczne decyzje zarówno w roku 1616, jak i w roku 1633 zapadły bez głębszego rozważenia tez Galileusza. W tym drugim przypadku sprawdzano tylko, czy można znaleźć w książce podstawy do oskarżenia jej autora. Bardzo możliwe, że jakąś rolę odegrał tu gniew Urbana VIII, który poczuł się urażony widząc własne słowa włożone w usta Simplicia – niezbyt rozgarniętego uczestnika Galileuszowego Dialogu. Cała sprawa Galileusza stała się głośnym przykładem użycia (czy też nadużycia) władzy doczesnej Kościoła katolickiego do cenzurowania treści teorii naukowej. Nie ma w tym kontekście znaczenia, czy Galileusz miał mocne dowody naukowe przemawiające za ruchem Ziemi – bardzo rzadko uczony może przedstawić takie dowody już w chwili publikacji swej teorii.

Przemiana światopoglądowa związana z rewolucją naukową była już wówczas w toku i żadne zakazy nie mogły tego odwrócić. Jednak tak ostry konflikt nie był nieuchronny. W tym konkretnym przypadku rolę odegrały zapewne cechy osobiste uczonego, który miał temperament zjadliwego polemisty, a także szersze uwarunkowania, jak osłabiona pozycja polityczna papieża i potrydencka mentalność oblężonej twierdzy.

Nie wszędzie dopasowanie prawd naukowych i prawd religijnych dokonywało się w sposób administracyjny, jak w Rzymie. W krajach protestanckich nie było żadnego odpowiednika sprawy Galileusza. W roku 1638 John Wilkins opublikował w Londynie książkę The Discovery of A World in the Moone, w której głosił kopernikanizm zbliżony do poglądów Galileusza. Wilkinsa nie tylko nie spotkały z powodu książki żadne represje, ale pod koniec życia został biskupem Kościoła anglikańskiego i jednym z założycieli Towarzystwa Królewskiego.

Konsekwencje sprawy Galileusza dla dalszego rozwoju nauki były stosunkowo niewielkie, m. in. dlatego, że niebawem znaczenie zyskały kraje północne, przede wszystkim Francja, Holandia i Anglia, gdzie cenzura kościelna miała wpływ niewielki albo żaden. Kartezjusz wolał jednak na wszelki wypadek mieszkać w Holandii i wstrzymał się z ogłoszeniem gotowego w roku 1633 Świata albo traktatu o świetle. Kartezjusz, podobnie jak Galileusz, był szczerym katolikiem i z wielu powodów nie chciał konfliktu ze swym kościołem.

Wstyd Kościoła pozostał do dziś. Jeszcze pod koniec XX wieku, kiedy podjęto na wniosek Jana Pawła II badania nad sprawą Galileusza, strona kościelna starała się zrzucić z siebie winę, przyznając jedynie, że uczony „wiele wycierpiał
(…) ze strony ludzi i instytucji Kościoła”, dodając zarazem jednym tchem, że to Galileusz błędnie rozumiał metodę naukową.

(*) Nb. Galileusz nie uważał, że Słońce jest środkiem świata, w ogóle nie wierzył, aby istniał jakiś środek świata, ale z pozycji klęcznej trudno było zaczynać na ten temat dyskusję.

Dialog o dwu najważniejszych układach świata: ptolemeuszowym i kopernikowym – Galileo Galilei (1/2)

Dialog o dwu najważniejszych układach świata: ptolemeuszowym i kopernikowym – Galileo Galilei (2/2)

Galileusz i Torricelli: krzywe balistyczne (pierwsza połowa XVII wieku)

Rewolucja naukowa XVII wieku ukazała nowe zastosowania matematyki: poznano kształt orbit planetarnych, a także krzywą balistyczną – tor wystrzelonego bądź rzuconego ciała. Jedną z osobliwości rozwoju nauki na planecie Ziemia jest fakt, że skomplikowany eliptyczny ruch planet został odkryty przez Johannesa Keplera, zanim jeszcze poznano prosty paraboliczny kształt krzywej balistycznej. Odkrycia te były zupełnie od siebie niezależne, dopiero Isaac Newton potrafił dostrzec, że w obu przypadkach mamy do czynienia z przejawami ciążenia powszechnego.
Galileusz bardziej niż ktokolwiek inny przyczynił się do zmiany sposobu podejścia do nauki o ruchu: miała ona stać się matematyczna i ugruntowana w eksperymencie. Miała też być zupełnie nowa, osiągnięcia dawnych filozofów traciły gwałtownie na znaczeniu.

Jak pisał Galileusz w jednej ze swych zjadliwych polemik z jezuitą, o. Grassim (występującym pod nom de plume Sarsi):

„[Sarsi] zadaje pełne irytacji pytania: za kim zatem należałoby pójść? Może za Ptolemeuszem (…)? A może za Kopernikiem, od którego trzeba się jednak trzymać z daleka, z powodu potępienia jego hipotez? (…) w podejściu Sarsiego daje się zauważyć silna wiara, że w filozofii zawsze trzeba się opierać na opiniach jakiegoś sławnego autora, tak jakby nasza inteligencja, jeśli nie weźmie sobie za męża cudzego rozumu, musiała na zawsze pozostać sterylna i bezpłodna. Albo może jest on zdania, że filozofia jest czymś na kształt księgi lub wytworu ludzkiej fantazji, jak Iliada albo Orland szalony, czyli dzieła, w którym najmniej się liczy, czy to, co jest napisane, jest prawdą. Panie Sarsi, nie tak się rzeczy mają! Filozofia zawarta jest w tej przeogromnej księdze, którą ciągle mamy otwartą przed oczami (nazywam tę księgę wszechświatem), jednakże nie można jej pojąć, jeśli wpierw nie pozna się języka, nie pozna się znaków, za których pomocą została napisana. A księga ta została napisana w języku matematyki, i jej literami są trójkąty, koła i inne figury geometryczne” (przeł. T. Sierotowicz).

Odkrycie parabolicznego kształtu krzywej balistycznej jest jednym ze sławnych osiągnięć Galileusza. Brzmi prosto, ale wyjaśnianie, czemu tak jest, czy rzeczywiście tak jest i w jakich warunkach, zajęło uczonemu wiele lat i nie całkiem się udało pod względem matematycznym. W zadowalającej i eleganckiej formie ujął to dopiero Evangelista Torricelli, rozwijając prace mistrza. Starość Galileusza upłynęła w areszcie domowym po wyroku inkwizycji. Nawet kiedy umarł, papież Urban VIII zakazał uroczystego pogrzebu i uczonego pochowano w miejscu nie oznaczonym żadnym nagrobkiem. Pierwszym pomnikiem Galileusza było popiersie wybudowane przez jego ucznia Vincenza Vivianiego na ścianie własnego domu pół wieku później. Krzywa balistyczna znalazła się wsród emblematycznych osiągnięć wielkiego Toskańczyka. Po następnych czterdziestu latach szczątki uczonego doczekały się nie tylko uroczystego pochówku, ale i zaczęły być traktowane jak relikwie (do dziś przechowywane tu i ówdzie), co było może nieuniknione w kraju tak bardzo katolickim, lecz nieźle by ubawiło samego Galileusza.

Punktem wyjścia były w poprzednim stuleciu rozważania takie, jak u Niccolò Fontany, zwanego Tartaglia (czyli „Jąkała”). Chwalił się on, że rozwiązał zagadnienie krzywej balistycznej. W jego pojęciu ruch pocisku czy innego wystrzelonego ciała składa się z trzech etapów: z początku jest to prostoliniowy ruch wymuszony, na końcu jest to także ruch prostoliniowy, lecz naturalny: spadanie pionowo w dół. Obie te fazy miały uzasadnienie w fizyce Arystotelesa. Zdroworozsądkowym dodatkiem było uznanie, że między tymi dwiema fazami jest jeszcze krzywoliniowe interludium, o którym teoria nie mówiła nic. Zupełnie gołosłownie Tartaglia twierdził, że zasięg strzału jest największy, gdy strzela się pod kątem 45° do poziomu. Istniały zatem aż dwie teorie tego, co się miało dziać podczas ruchu, w dodatku żadna z nich nie była ilościowa ani matematyczna. Arystoteles prowadził rozważania jakościowe, „filozoficzne”. Tymczasem artylerzyści rozumieli, że z teorią czy bez, pociski lecą wzdłuż określonej trajektorii.

Pierwszym patronem młodego Galileo Galilei z Florencji był Guidobaldo del Monte. Wspólnie przeprowadzili oni doświadczenia dotyczące kształtu krzywej balistycznej. Puszczali w tym celu ukośnie kulkę zanurzoną wcześniej w atramencie po nachylonej płaszczyźnie. Odkryli, że krzywa balistyczna jest symetryczna i podobna do paraboli lub hiperboli. Błędnie utożsamili jej kształt z krzywą łańcuchową – opisującą kształt ciężkiego łańcucha zamocowanego z obu końców. Galileusz do końca życia był przywiązany do tej obserwacji, choć w późniejszych doświadczeniach sprawdził, że obie krzywe są do siebie zbliżone tylko wtedy, gdy są dość płaskie. W drugiej połowie XVII wieku, stosując rachunek różniczkowy i całkowy, ustalono, że linia łańcuchowa to kombinacja funkcji wykładniczych (cosinus hiperboliczny), a więc nie ma wiele wspólnego z krzywą balistyczną.

Zrozumienie, skąd bierze się parabola jako krzywa balistyczna, wymagało czasu i eksperymentów. Galileusz zrozumiał, że ruch poziomy i ruch pionowy są od siebie niezależne (jeśli tylko opór ośrodka możemy pominąć). Pionowy spadek jest ruchem przyspieszonym, a więc odległość rośnie jak kwadrat czasu. Razem z jednostajnym ruchem poziomym daje to właśnie parabolę. Pierwszy opublikował te rozważania w roku 1632 Bonaventura Cavalieri, młody matematyk, który był przekonany, że Galileusz musiał je kiedyś wcześniej ogłosić. Starszy uczony zareagował furią, ale Cavalieri jakoś go ugłaskał i przekonał, że nie miał złych intencji. Dowód Cavalieriego, a także opublikowany później dowód Galileusza, odnosiły się do przypadku rzutu poziomego. Galileusz nie udowodnił, ściśle rzecz biorąc, że w rzucie ukośnym także powstaje parabola.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Powstawanie paraboli odcinki pionowe przebywane w równych czasach mają się jak 1:3:5:7 (czyli całkowite drogi mają się jak 1:4:9:16).  Rysunek z książki Cavalieriego, Lo Specchio ustorio („Zwierciadło zapalające”), 1632 r.

Jednak to Galileusza należy uznać za odkrywcę kształtu toru, on pierwszy bowiem zrozumiał w zasadzie wszystko, co było potrzebne do matematycznego opisu krzywej balistycznej. Przeprowadził też doświadczenia, w których mierzył zasięg rzutu poziomego kulek staczających się z równi pochyłej o różnych wysokościach. Uczony wiedział, że prędkość kulek u podnóża równi jest proporcjonalna do pierwiastka z wysokości. Zmierzył, że zasięg rzutu jest proporcjonalny do tej prędkości.

Dopiero Evangelista Torricelli domknął stronę matematyczną teorii i udowodnił, że także w ruchu ukośnym mamy do czynienia z parabolą.

Znalazł też prosty sposób przedstawienia maksymalnej wysokości oraz zasięgu rzutu w zależności od kąta. Jeśli AB jest maksymalną wysokością przy pionowym strzale, to należy skonstruować półokrąg, jak na rysunku. Dla dowolnego kąta wystrzału rysujemy linię AF: mamy wówczas maksymalną wysokość równą , odcinek jest równy jednej czwartej zasięgu. Widać od razu, że maksymalny zasięg uzyskamy dla kąta . Widać też, że przy kątach różnych od każdemu zasięgowi odpowiadają dwie wartości kąta: można więc osiągnąć tę odległość za pomocą dwóch parabol: jednej mniej, a drugiej bardziej stromej.

Ruch paraboliczny jest wypadkową jednostajnego ruchu prostoliniowego i swobodnego spadku w kierunku pionowym. Reszta jest ćwiczeniem geometrycznym.

Także Torricelli zbadał kształt krzywej bezpieczeństwa: oddzielającej punkty będące w zasięgu strzału od tych, które są poza zasięgiem (przy danej prędkości pocisku). Krzywa ta także jest parabolą o wysokości równej wysokości strzału pionowego, a połowa jej szerokości równa się maksymalnemu zasięgowi strzału.

Książka Torricellego ukazała się w 1644 roku (choć wyniki zostały uzyskane jeszcze za życia Galileusza i stary mistrz miał okazję się z nimi zapoznać). W 1687 roku Isaac Newton pokazał, że dowolny ruch orbitalny jest złożeniem ruchu prostoliniowego i spadku swobodnego. Musimy tylko wziąć pod uwagę, że wielkość grawitacji zmienia się od punktu do punktu, a więc opis tego rodzaju słuszny jest jedynie w bardzo krótkim przedziale czasu. Jest to spora komplikacja matematyczna, pozwala jednak opisać w sposób jednolity rozmaite ruchy we wszechświecie. Tor wypadkowy będzie parabolą jedynie lokalnie, jego kształt w przypadku planet jest jedną z krzywych stożkowych. Podobno Isaac Newton tylko raz wybuchnął śmiechem: kiedy ktoś go zapytał, jaki jest pożytek z matematyki. Lepiej niż jego współcześni rozumiemy teraz głębokie powody tego śmiechu.

Obliczenia. Jeśli wprowadzimy układ współrzędnych poziomej – i pionowej , to wektor  początkowej możemy zapisać jako , a przyspieszenie ziemskie . Równania ruchu mają więc postać:

Dla równanie toru można obliczyć, wyznaczając z pierwszego równania i wstawiając do drugiego:

Jest to równanie z funkcją kwadratową po prawej stronie – tor jest więc parabolą. Łatwo można wyznaczyć współrzędne wierzchołka paraboli (za pomocą szkolnych wzorów albo szukając maksimum funkcji). W oznaczeniach z rysunków otrzymamy

Ostatnie wyrażenie słuszne jest także dla , co wynika np. z ciągłości funkcji: gdy zbliżamy się do kąta wysokość maksymalna nie powina mieć skoku. Zatem maksymalna wysokość możliwa do osiągnięcia równa jest

Odcinki na rysunku Torricellego są z naszego współczesnego (trygonometrycznego) punktu widzenia równe:

Zasięg i maksymalna wysokość skalują się zatem jak odpowiednie funkcje trygonometryczne, oraz .