Kopernik a zasada względności ruchu

Po prostu spostrzeżenie, że ruch danego ciała jest niezauważalny dla obserwatora stanowiącego z nim jedną całość lub, co na jedno wychodzi, poruszającego się tak samo, pozostaje w zgodzie zarówno z wiarą w istnienie ruchu absolutnego, jak i z postawą relatywistyczną. Niemożność ta odnosi się bowiem do ruchu względem każdego dowolnie wybranego punktu, niezależnie od tego, że pewne punkty czy układy odniesienia mogą być przez kogoś uznane za wyróżnione, za jedynie odpowiednie przy rozpatrywaniu ruchu jakiegoś ciała. Z powodu tej właśnie nieobecności filozoficznych kryteriów podziału ruchu trudno się zgodzić z opinią, że mamy tu do czynienia z zasadą względności, nawet jeśliby miała się odnosić tylko do ruchów jednostajnych. Zarówno w swej pełnej, jak i ograniczonej postaci zasada ta sprzeciwiając się w takim, czy innym zakresie traktowaniu różnicy między ruchem a spoczynkiem jako absolutnej - zajmuje przecież pewne stanowisko wobec tych filozoficznych założeń.

W twierdzeniu o niedostrzegalności ruchu w jednym układzie można natomiast odnaleźć względność w innym znaczeniu, mianowicie w pierwszym z wymienionych na początku niniejszego artykułu. Jednakże względność tak rozumiana dla problemu poglądów Kopernika na naturę ruchu nie ma żadnego znaczenia. Jak już bowiem podkreślaliśmy, jest ona całkowicie niezależna od wszelkich filozoficznych rozstrzygnięć na temat rzeczywistego charakteru zjawisk ruchu, a z różnic zachodzących między tymi właśnie rozstrzygnięciami wynikają przecież różnice konkurujących ze sobą koncepcji kinematycznych.

Fizyczne i filozoficzne poglądy Kopernika na ruch są zatem całkowicie sprzeczne z kinematyczną zasadą względności. Wbrew pozorom zasady tej nie odnajdujemy w jego dziele nawet w zakresie ograniczonym do ruchów jednostajnych. Przeniesienie układu odniesienia z Ziemi na Słońce mogło się dokonać i dokonało się bez rewizji generalnych założeń kinematyki antycznej. Co więcej, niezupełnie konsekwentna ich realizacja w systemie Ptolemeusza stała się dla Kopernika jedną z racji uzasadniających potrzebę stworzenia nowego systemu, który od tamtego byłby lepszy m.in. dzięki większej wierności podstawowym aksjomatom ruchu ciał niebieskich. ^{[ 22 ]} Zapewne opierająca się na tych „absolutystycznych" założeniach i aksjomatach głęboka wiara, że model heliocentryczny jest jedynym prawdziwym z możliwych, stanowiła jeden z istotnych bodźców do wytrwania w wieloletnich trudach badawczych. podjętego zadania. Czyż zresztą przewrotom w poglądach wiara w punkty odniesienia i wartości absolutne, absolutnie słuszne albo niesłuszne nie sprzyja bardziej niż relatywizm, akceptujący różne punkty widzenia? Niż nastawienie ze swej natury swej demokratyczniejsze i tolerancyjniejsze, a przez to jako podłoże dla radykalnych zmian mniej odpowiedni?

Relatywizm w kinematyce, podobnie zresztą jak i w innych dziedzinach, zrodził się stosunkowo późno i z wielkim trudem torował sobie drogę do umysłów ludzkich. Pozostawał w sprzeczności z intuicyjnym antropomorficznym sposobem widzenia świata, z potrzebą dostrzegania w nim jednoznacznego porządku i hierarchii. Trzeba było dopiero rewolucji naukowej XVII w., by koncepcja względności ruchu doczekała się pierwszych sformułowań, a jeszcze trzech niemal stuleci, by została przyjęta powszechnie przez świat nauki. ^{[ 23 ]}

Antyk, który stworzył podstawy kinematyki, terminologię dla różnych rodzajów ruchu, systemy naukowe i filozoficzne, w których pojęcie ruchu odgrywało ogromną rolę, względności ruchu w interesującym nas znaczeniu nie znał wcale. Filozofowie starożytni różnili się wprawdzie między sobą co do występowania ruchu w przyrodzie i niektórzy z nich jak Heraklit twierdzili, że wszystko jest w ruchu, a inni jak eleaci, że ruch nie istnieje, jednakże żaden z nich nie dopuszczał nawet myśli, że ruch i spoczynek mogą być traktowane inaczej niż pojęcia całkowicie ze sobą sprzeczne.

Średniowiecze zachowało tę samą zasadniczo postawę, ale przygotowało już grunt dla późniejszych radykalnych zmian. Jak wiadomo, wypracowało ono szereg nowych pojęć związanych z ruchem, stworzyło znaną teorię impetu, wyjaśniającą fakt poruszania się ciała po ustaniu kontaktu z poruszycielem. Jednakże przyszły przewrót w najogólniejszych poglądach na ruch przygotowało nie tyle przez te nowe pojęcia i teorie fizyczne, ile dzięki pewnym koncepcjom natury filozoficznej. Nie bez znaczenia było mianowicie wypowiadane przez niektórych myślicieli średniowiecznych przekonanie, że rozstrzygnięcie tego rodzaju trudnych problemów kinematyki jak identyfikacja prawdziwego ruchu i spoczynku przekracza możliwości przyrodzonego umysłu. Koncepcja ta, związana z imieniem Mikołaja Oresme’a i nazywana czasem koncepcją względności ruchu, przyczyniła się bez wątpienia do zakwestionowania w przyszłości sensowności samego rozróżnienia między ruchem absolutnym i względnym. ^{[ 24 ]} Tym jednak, co myśl średniowiecza do idei względności ruchu zbliżyło najbardziej, była filozofia, a konkretnie kosmologia Mikołaja z Kuzy. ^{[ 25 ]} Jego kosmos, inaczej niż w wyobrażeniach Arystotelesa i całej starożytności, był (jak Bóg, którego atrybuty odzwierciedlał) nieskończony i nieograniczony. Stanowił kulę, lecz o promieniu nieskończenie wielkim. Nie posiadał ani obwodu, ani środka, ani żadnego innego wyróżnionego punktu. Innymi słowy, wypełniał przestrzeń całkowicie jednorodną. Wszystkie jego części pozostawały w nieustannym, wiecznym ruchu. Spoczynek istniał w nim tylko jako ruch w nieskończenie małym odcinku czasu. Względność ruchu wynikała z tego obrazu wszechświata w sposób niejako logicznie konieczny. Można było wywieść z tej śmiałej wizji całą relatywistyczną kinematykę — system twierdzeń wyjaśniających i klasyfikujących różne rodzaje ruchów, twierdzeń siłą rzeczy odnoszących się także do odrzuconej kinematyki ruchu i spoczynku absolutnego. Twierdzenia te, w dziele Mikołaja z Kuzy niejako zawarte implicite, należało tylko sformułować, wyciągając szczegółowe wnioski z owych ogólnych założeń. Uczynił to jednak dopiero wiek XVII.

Tymczasem renesans rozwijał i modyfikował owe wizje i teorie, nie czyniąc wszakże w związku z nimi żadnych dalszych kroków w kierunku relatywizmu. Koncepcję niepoznawalności prawdziwych ruchów nieba przejęli między innymi uczeni protestanccy, postulując rezygnację z poszukiwania prawdziwego modelu świata i uznając wszystkie istniejące modele za jednakowo dalekie od prawdy, a użyteczne jedynie ze względu na pomoc, jaką stanowią przy przewidywaniu zjawisk niebieskich. Tak ujmował sprawę na przykład norymberski wydawca „De revolutionibus", znany teolog Andrzej Osjander, w korespondencji z Kopernikiem i w anonimowej przedmowie, którą wbrew jego intencjom poprzedził to dzieło. ^{[ 26 ]} Wizja wszechświata nakreślona przez Mikołaja z Kuzy odżyła natomiast w dziele Giordana Bruna. Obraz kosmosu bez granic, w którym wszystko jest w ruchu i w którym nie ma żadnego wyróżnionego punktu, prowokował niejako konkluzję o równoważności wszystkich układów odniesienia. Jednakże, jak wspomniano, takie wnioski z nieskończoności wszechświata zostały wyciągnięte o wiele później. W pismach Bruna jeszcze ich nie ma. Jest to tym ciekawsze, że do idei względności ruchu zbliżały Bruna również obserwacje z zakresu samej kinematyki. Mianowicie pewne wnioski istotne dla tej idei wynikały z referowanego przezeń spostrzeżenia, że wbrew twierdzeniom fizyki antycznej każdy przedmiot tworzący z drugim przedmiotem pewną ruchomą całość zachowuje ruch tej całości także wtedy, gdy zostanie od niej odłączony. Prawidłowość tę ilustrował Bruno m.in. przykładem ruchu kamienia, który osoba znajdująca się na płynącym statku zrzuca na jego pokład. Kamień spadając zachowa w poziomie ruch statku i spadnie w to samo miejsce pokładu, w które spadłby, gdyby statek pozostawał w spoczynku. ^{[ 27 ]} Te jednakowe skutki ruchu i spoczynku mogły prowadzić do pewnych konkluzji na temat względnego charakteru obu tych form zachowania się przedmiotów. ^{[ 28 ]} Ale i na te konkluzje w czasach Bruna było jeszcze za wcześnie.

Do pojęcia względności nie doszedł także twórca nowożytnej fizyki Galileo Galilei. Dość często wypowiadana opinia, że to on właśnie stworzył kinematyczną zasadę względności, niezupełnie odpowiada faktom. To prawda, że jeden z bohaterów jego „Dialogu o dwu najważniejszych układach świata", Salviati, wypowiada zdanie, które zdaje się zdradzać postawę relatywistyczną i niewątpliwie przypomina bardzo zasadę względności ruchu. Porównując koncepcję ruchu dobowego Słońca i całego nieba wokół Ziemi z koncepcją ruchu Ziemi wokół własnej osi, Salviati stwierdza mianowicie, że na jedno wychodzi, czy każemy poruszać się samej Ziemi, czy też całej reszcie świata, gdyż działanie tego ruchu nie polega na niczym innym, jak na wzajemnym stosunku zachodzącym między ciałami niebieskimi a Ziemią, a tylko ten stosunek ulega zmianom. ^{[ 29 ]} Wbrew pozorom, w wypowiedzi tej nie chodzi o względność ruchu, lecz tylko o to, że niezależnie od tego, czy ruch przypisze się Ziemi czy Słońcu i niebu, to skutki jego będą takie same, że będzie on przedstawiał się tak samo. ^{[ 30 ]} Że nie ma tu mowy o zrównaniu obu ruchów jako jednakowo prawdziwych, lecz że jest to jedynie udobitnienie poglądów samego Kopernika, świadczy rozpoczynający się już w następnym zdaniu dalszy wywód, w którym Salviati stara się wykazać, że ruch wielkiego wszechświata wokół maleńkiej Ziemi nie jest prawdopodobny. Relatywistycznych poglądów Galileusza na naturę ruchu nie dowodzą również owe dwa znane i często przytaczane przykłady z jego Dialogu, które od czasów Newtona są ilustracją prawa bezwładności. Woda w łodzi poruszającej się ruchem jednostajnym zachowuje się tak samo jak podczas spoczynku łodzi, a pozostaje jakby w tyle, gdy ta przyśpiesza bieg; ^{[ 31 ]} przedmiot upuszczany z wysokiego masztu statku spada pionowo w dół, w to samo miejsce pokładu, zarówno przy ruchu jednostajnym statku, jak przy jego spoczynku, a da się wyprzedzić statkowi i spadnie z tyłu tylko wówczas, gdy przyśpieszy on swój ruch. ^{[ 32 ]} Do tego samego zjawiska odnosimy również owo znanie stwierdzenie Galileusza, że ruch przedmiotu po idealnie gładkiej powierzchni kulistej o środku identycznym ze środkiem Ziemi trwałby wiecznie, tak samo — dodajmy — jak spoczynek. ^{[ 33 ]}

[ 23 ] Interesujący zarys problematyki względności — ze względnością ruchu włącznie - na tle głównych koncepcji fizycznych i kosmologicznych od starożytności po czasy obecne daje B.G. Kuzniecow, Otnositelnost, Moskwa, s. 155.

[ 24 ] Koncepcję tę przedstawia Oresme w znanym fragmencie swego dzieła Traité du Ciel et du Monde. Fragment ten zamieszcza P. Duhem, Un précurseur français de Copernic: Nicole Oresme (1377), Revue générale des sciences pures et appliquées, 20, 1090, s. 866-873. Oresme porównuje tam tezę o spoczynku Ziemi i ruchomości nieba z tezą o ruchomości Ziemi i spoczynku nieba. Nie twierdzi jednak, że obie tezy są jednakowo prawdziwe, lecz że jednakowo prawdopodobne, a to dlatego, że argumenty rozumowe nie są w stanie rozstrzygnąć, która z nich jest słuszna. Cały wywód służy Oresme’owi do wykazania, że podobnie bezsilny jest rozum przyrodzony w krytyce dogmatów kościelnych. Por. komentarz A. Birkenmajera do I księgi De revolutionibus [w:] M. Kopernik, wyd. cyt., s. 364-365.

[ 26 ] 2 listy A. Osjandra: do M. Kopernika z 20.rv.1541 i do J.J.Retyka z tegoż dnia. Wyd.: Spicilegium Copernicanum, wyd. F. Hipler, Braunsberg 1873, s. 204, przyp. 1; L. Prowe, wyd. cyt., t. I, cz. 2, s. 522, przyp.* i t. II, s. 139. Por. przedmowę Osjandra Ad lectorem de hypothesibus huius operis [w:] M. Kopernik, De revolutionibus, Norimbergae 1543. O stosunku Osjandra do teorii i systemów astronomicznych pisał m.in. R.S. Ingarden, Mikołaj Kopernik i zagadnienie obiektywności praw naukowych, Warszawa 1953.

[ 28 ] Widoczną w doświadczeniu z kamieniem upuszczanym na pokład statku obojętność zjawiska na ruch układu,w którym zjawisko to następuje, bywa nazywana fizyczną względnością ruchu; por. M.-A. Ton-nelat, wyd. cyt., s. 33. Dostrzeżenie tej prawidłowości ruchu ciał, choć miało znaczenie dla wykształcenia się kinematycznej zasady względności, zasady tej nie implikuje bezpośrednio.

[ 30 ] Na fakt ten, znany również astronomom starożytnym, Galileusz zwraca uwagę, starając się uprawdopodobnić tezę o ruchomości Ziemi, tamże, s. 476. Rozwijając swe rozumowanie podkreśla m.in. i to, że u wszystkich ciał niebieskich widocznych na firmamencie daje się zauważyć pewien ruch, przysługujący im na równi, skąd można wnosić, iż jest to tylko ruch pozorny, będący wynikiem i odbiciem prawdziwego ruchu Ziemi (s. 473). Na podstawie tych i tym podobnych miejsc z Dialogu mówi się czasem o sformułowaniu przez Galileusza zasady, iż niezależnie od tego, który z dwóch przemieszczających się względem siebie układów uzna się za ruchomy, opis zjawiska ruchu będzie ten sam; zasadę tę określa się mianem „względności kinematycznej"; por. M.-A. Tonnelat, wyd. cyt., s. 33; zob. tejże autorki La relativité avant Einstein, Organon, 2: nr 2 1965, s. 81. Nieporozumienie spowodowane podobieństwem nazwy stanowi zapewne jeden z powodów, dla których Galileuszowi przypisuje się również sformułowanie „kinematycznej zasady względności", zakładając jednakową prawdziwość obrazów ruchu zależnych od wybranego układu odniesienia; por. przyp. 26.