تسجيل الدخول

تسجيل

کوبرنيكوس، وكبلر، وجاليليو

المؤلف:  ماسود شيشبان و هيجو بيريز روجاس و أنكا تورينو

المصدر:  مفاهيم أساسية في الفيزياء من الكون حتى الكواركات

الجزء والصفحة:  ص27

2026-02-11

559

في القرن الخامس عشر، تسبب عالم فلك بولندي هو نيقولاوس كوبرنيكوس Nicolas Copernicus (1473 - 1543) في أزمة لنظام بطليموس بتقديمه نظام مركزية الشمس. افترض كوبرنيكوس أن الشمس والأكثر دقة نقطة قريبة من الشمس) هي مركز مدار الأرض ومركز المجموعة الكوكبية. واعتبر أن الأرض (التي يدور حولها القمر)، بالإضافة إلى بقية الكواكب تدور حول هذه النقطة بالقرب من الشمس لترسم مدارات دائرية (الشكل 1) بالفعل كان قد أعاد اكتشاف النظام الذي اقترحه أرسطرخس في الأزمنة القديمة. أرجأ كوبرنيكوس نشر كتابه الذي يحتوي على التفاصيل حتى الأيام القليلة الأخيرة من حياته، ومن الواضح أن سبب ذلك كان عدم الرغبة في معارضة العلم الرسمي للكنيسة. وأتاح نظامه وصفا للحركة الكوكبية، والذي كان على الأقل بجودة ذلك القائم على كرات بطليموس. لكن عمله أثار سخط الكثير من معاصريه وحرمت الكنيسة الكاثوليكية كتابه في 1616، ورفضه مارتن لوثر أيضًا، لكونه يتعارض مع الإنجيل.
الخطوة التالية أقدم عليها جوهانس كبلر Johannes Kepler، الذي ولد في 1571 في ويل، في ألمانيا. وما أسرع ما برهن كبلر على أنه لديه موهبة فريدة في الرياضيات والفلك، وأصبح مدافعا متحمسًا عن نظام كوبرنيكوس. وفي يوم ما عام 1595، أتاه تبصر مفاجئ من اليونان القديمة كان من المعروف أن هناك خمسة من متعدد الأسطح المنتظم: رباعي الأسطح والمكعب، وثماني الأسطح، والمجسم ذو 12 سطحا، والمجسم ذي 20 سطحا - وهو ما يطلق عليه "المجسمات الأفلاطونية" للعصور القديمة وكل منها يمكن أن يُدرج في كرة. وبالمثل، كان هناك خمس فضاءات بين الكواكب المعروفة. وخمن كبلر أن الرقمين يرتبطان حتما بطريقة ما. ورسخت هذه الفكرة في عقله وبدأ العمل على إثبات صحتها.

الشكل 1
نظام العالم تبعًا لكوبرنيكوس كانت الشمس في مركز المجموعة الكوكبية، وحول نقطة قريبة جدًا منها تدور الأرض وبقية الكواكب، كلها تتخذ مدارات دائرية
واعتقد بوجود كرة خارجية تصاحب زحل، ومحددة في مكعب. بين المكعب ورباعي الأسطح تأتي كرة المشتري. وبين رباعي الأسطح والمجسم ذي 12 سطح كانت كرة الأرض. بين المجسم ذي 20 سطحًا وثماني الأسطح، كرة الزهرة. وأخيرا، في ثماني الأسطح تأتي كرة عطارد (الشكل 2) وبعد ذلك بقليل بدأ مقارنة نموذجه ببيانات الرصد وحيث إنه كان من المعروف في ذلك الزمن أن المسافات بين الكواكب والشمس ليست ثابتة، تخيل أن للكرات الكوكبية سمكا معينا، بحيث أن الجدار الداخلي يناظر أدنى مسافة والجدار الخارجي أقصى مسافة.

كان كبلر مقتنع بشكل بديهي بأن المدارات الكوكبية يجب أن تناسب نموذجه. لذلك عندما بدأ في إجراء الحسابات وتأكد من وجود خطأ ما، أرجع الاختلافات إلى المصداقية الضعيفة لبيانات كوبرنيكوس. ومن ثم عاد إلى الرجل الوحيد الذي لديه بيانات أكثر دقة حول مواقع الكواكب عالم الفلك الدنماركي تيكو براهي-1546) Tycho Brahe– 1601)، الذي كان يعيش حينئذ في براغ، وكان قد كرس 35 عاما لإجراء قياسات دقيقة لمواقع الكواكب والنجوم.

الشكل2
نظام كبلر للكرات والأجسام الأفلاطونية المنتظمة المحوطة.
وفي محاولة للبرهنة على مصداقية نموذجه، أجرى أرصادًا بالغة الدقة لمواقع الكواكب بالنسبة لخلفية النجوم الثابتة. كان براهي مجربا وراصدًا من الطراز الأول. ولأكثر من 20 عاما جمع بيانات عن أرصاده، استخدمها كبلر في النهاية لاستنتاج قوانين الحركة الكوكبية.
كان كبلر يعتقد بصحة المدارات الدائرية، ولاختبار نموذجه استخدم أرصاد براهي حول مواقع المريخ. وجد اتفاقا مع الدائرة حتى نقطة معينة، لكن الأرصاد التالية لم تناسب هذا المنحنى. عندئذ تردد كبلر كان الاختلاف 8 دقائق في القوس ما هو الخطأ؟ هل يكون نموذجه؟ هل تكون الأرصاد التي أجراها براهي؟ وفي النهاية قبل النوعية المتميزة لقياسات براهي، وبعد عدة محاولات، استنتج أخيرا أن المدار كان إهليلجيّا. في هذه الفترة الفاصلة، كان في استطاعته صياغة ثلاثة قوانين للحركة الكوكبية:
1. كل الكواكب تدور على قطع ناقص حول الشمس، والتي تكون موجودة في إحدى البؤرتين.
2. يمسح متجه نصف القطر أو الخط المتخيل الذي يربط بين الكوكب والشمس مساحات متساوية في فترات زمنية متساوية. وبالتالي، عندما يكون الكوكب أقرب إلى الشمس (في نقطة تسمى الحضيض الشمسي perihelion)، فإنه يتحرك أسرع مما لو كان عند الطرف الأقصى الآخر على المدار، وهو ما يسمى الأوج aphelion (الشكل 3).
مربعات أزمنة الدوران للكواكب حول الشمس تتناسب مع مكعبات نصف المحور الأكبر في القطع الناقص للمدار الإهليلجي.
كان جاليليو جاليلي Galileo Galile (1564-1642) معاصرا لكبلر وصديقا أيضًا. في سن 26، أصبح أستاذ الرياضيات في بيزا، حيث استمر حتى 1592. وتسبب عدم اتفاقه مع أفكار أرسطو، خاصة القول بأن الجسم الثقيل يسقط أسرع من الخفيف، في بعض من الاضطهاد الشخصي، وانتقل إلى جامعة بادو كأستاذ للرياضيات.

شكل3
نظام تيكو براهي. الأرض في مركز الكون، لكن الكواكب الأخرى تدور حول الشمس، التي بدورها تدور حول الأرض.

الشكل4
يمسح متجه نصف القطر أو الخط المتخيل الذي يربط بين الكوكب والشمس مساحات متساوية في فترات زمنية متساوية. وعندما يكون الكوكب أقرب إلى الشمس في نقطة الحضيض الشمسي فإنه يتحرك أسرع مما لو كان عند الطرف الأقصى الآخر على المدار، عند الأوج.
في ذلك الوقت كانت شهرته كأستاذ قد انتشرت في كل أوروبا. في 1608 اخترع هانز ليبرشي Hans Lippershey صانع العدسات الهولندي، تلسكوب أولي، نتيجة رصد بالصدفة لأحد التلاميذ. وعلم جاليليو بهذا الاختراع في 1609 ، وفي 1610 كان قد صنع تلسكوبا بالفعل. كان للنوع الأول عامل تكبير 3، لكنه قام بتحسينه في نهاية الأمر إلى عامل 30 وسمح له ذلك بإنجاز الكثير من الاكتشافات الأساسية. ولاحظ أن عدد النجوم الثابتة أكثر بكثير مما يمكن رؤيته بالعين المجردة، ووجد أيضا أن. الكواكب تظهر كأقراص مضيئة.
في حالة الزهرة، اكتشف جاليليو أوجه مثل أوجه القمر. ووجد أربعة أقمار تدور حول المشترى. وقدمت أرصاد جاليليو بالتلسكوب دعما مؤكدا لنظام كوبرنيكوس. واشتهر أيضًا بتجاربه خول الأجسام الساقطة وأبحاثه حول حركة البندول.
أحدث عمل جاليليو رد فعل سلبي، لأنه سبب أزمة لنظام بطليموس. وترك ذلك بديلين فقط لتفسير أوجه الزهرة، إما بنظام براهي بمركزية الأرض أو بنظام كوبرنيكوس كان الأخير بالتأكيد ضد العقيدة الكنسية. خلقت الكنيسة السكولاستية، وهي مزيج من الدين وفلسفة أرسطو، التي دعت إلى دعم الإيمان بعناصر من التفكير العقلي المنطقي.
لكن كان للكنيسة أيضًا أداة قمع على هيئة محكمة تفتيش مقدسة، تشكلت لمعاقبة أية جريمة ضد الإيمان. عندما كان جاليليو في سن 36، في 1600، كان قد تم حرق جيوردانو برونو Giordano Bruno الراهب الدومينيكاني والعالم البارز، على خازوق. كان قد ارتكب الجرائم التي لا تغتفر بإعلانه قبول أفكار كوبرنيكوس حول الحركة الكوكبية، وتمسكه بوجهات نظر ضد الإيمان الكاثوليكي.

الشكل 5
نيقولاوس كوبرنيكوس. ظهر نموذجه في كتاب "حول حركات الكرات السماوية "، الذي نشر بفضل جهود مساعده ريتكاس Rhetcus. واعتبرت الكنيسة هذا الكتاب هرطقة، وتم منع نشره لأنه ضد نظام بطليموس وتطبيقاته اللاهوتية.
عندما أنجز جاليليو أول اكتشافاته الفلكية، كان مصير برونو لا يزال طازجا في عقله، وأصبح عندئذ أكثر فأكثر اقتناعًا بحقيقة نظام كوبرنيكوس، حتى رغم تناقضه مع العلم الرسمي، القائم على نظام بطليموس. لذلك لم يكن من المدهش رد فعل عالم الفلك من فلورنتين فرانسيسكو سيزي Francesco Sizzi ، عندما علم باكتشاف أقمار المشتري: فالأقمار غير مرئية بالعين المجردة، ولهذا السبب لا يمكنها التأثير على الأرض. ومن ثم فهي دون فائدة، لذلك فهي غير موجودة.

شکل 6
جوهانس كبلر الذي أُطلق عليه "مشرع القبة الزرقاء" لقوانينه حول الحركة الكوكبية والتي استدل عليها نتيجة عمل طويل وصبور، مستخدما بيانات بالغة الدقة جمعها تيكو براهي.
من جانب، فإن اكتشافات جاليليو وضعته في مكانة مهيبة عالية بين الكثير من معاصريه، ولكن من جانب آخر، فإنه كان يجتذب عددًا متزايدًا من الخصوم. وأيقظ الدعم الذي قدمته اكتشافاته لنظرية كوبرنيكوس وهجومه على فلسفة أرسطو الغضب لدى أعدائه. وفي 1616 ، ربما تحت التهديد بالسجن والتعذيب، أمرته الكنيسة "بالتخلي التام عن رأيه بأن الشمس هي مركز العالم والأجرام الثابتة [.....] وألا يتمسك به منذ اليوم، ولا بتعليمه أو الدفاع عنه بأية طريقة". رضخ جاليليو أمام الأحكام القضائية وسُمح له بالعودة إلى بيزا كانت الكنيسة تخشى من إضعاف مكانتها بقبول حقائق تعارض عقيدتها المسيحية - الأرسطية - البطليموسية الراسخة.

الشكل 7
تيكو براهي. رغم خطأ نظامه حول الحركة الكوكبية، فإن أرضاده بالغة الدقة حول مواقع الكواكب ساعدت كبلر في صياغة قوانينه.
في عام 1623، أصبح أحد أصدقائه، وهو الكاردينال مافو باربريني Maffeo Barberini، البابا أوربان الثامن، وتلقى جاليليو ضمانات أسقفية الإرادة السامية. وباعتباره أن مرسوم 1616 لم يعد قابلاً للتنفيذ، كتب كتابه "محاورة حول النظامين البطليوسي والكوبرنيكي". لكنه واجه عددًا متزايدا غير مسبوق من الأعداء، وحتى البابا أصبح مقتنعًا بأن جاليليو قد خدعه. طلب جاليليو للمحاكمة بتهمة الهرطقة أمام محكمة التفتيش في عمر 67. وأُرغم على التراجع تحت القسم عن معتقداته حول نظام كوبرنيكوس.
وبعد ذلك، تم اختلاق أسطورة عن أن جاليليو، بعد تراجعه، أعلن في صوت منخفض كلمات ورغم ذلك فإنها تدور"، مشيرًا إلى دوران الأرض حول الشمس. هذا ما كان، رغم أي محكمة وأية عقيدة لم يكن من الممكن إنكار هذه الحقيقة الفيزيائية، الحقيقة الموضوعية عن حركة الأرض. ورغم ذلك، من المثير للاهتمام أن جاليليو لم قط أبدا المدارات الإهليلجية التي اكتشفها كبلر، وكان يؤمن فقط بالمدارات الدائرية.

الشكل8
جاليليو جاليلي. اكتشف من أشياء كثيرة، أربعة أقمار للمشتري وأطوار الزهرة باستخدام تلسكوب من تصميمه قام بتحسينه. وقدم القوانين الأساسية للأجسام الساقطة. أثارت أعماله موقف خصومة مع السلطات الكنسية، وأرغم على حضور محاكمة وإنكار معتقداته. حوا ول نظام كوبرنيكوس.
من بين الإنجازات الأكثر أهمية لجاليليو، يجب أن نشير إلى قوانينه عن الأجسام الساقطة، التي يمكن استعادتها في عبارتين:
1- كل الأجسام تسقط في الفراغ بنفس التسارع. أي، لو تركنا صفحة من ورق وكرة من رصاص، وقطعة من خشب تسقط في وقت واحد في الفضاء، فإنها ستسقط بنفس التسارع،
2- كل الأجسام تسقط في الفراغ بحركة متسارعة منتظمة. وهذا يعني أن تسارعها ثابت، أي تزداد سرعتها بالتناسب مع الزمن المنقضي من لحظة بداية سقوط الأجسام.
ولقد اكتمل العمل الذي بدأ مع كوبرنيكوس، وكبلر وجاليليو على يد نيوتن. ولد في 1642، وهو العام الذي توفى فيه جاليليو، وعاش حتى 1727.