Galileo Galilej: Otac moderne nauke

Na današnji dan, 13. februara 1633,  Rimokatolička inkvizicija uhapsila je u Rimu italijanskog astronoma Galilea Galileja zato što je dokazivao prednost Kopernikovog heliocentričnog sistema nad ptolomejskim geocentričnim sistemom. Sud inkvizicije ga je, pod prijetnjom smrću, potom prisilio da to učenje proglasi zabludom.umro je italijanski fizičar, astronom i matematičar Galileo Galilej, osnivač mehanike kao nauke, posebno dinamike i kinematike.

Zalažući se za heliocentrični sistem Nikole Kopernika i dokazujući da je geocentrični ptolomejski sistem zabluda, sukobio se sa Rimokatoličkom crkvom. Sud inkvizicije ga je prisilio da se odrekne teze da se Zemlja okreće oko Sunca, ali kažu da je poslije presude rekao: „Ipak se okreće!“. Zabrana objavljivanja njegovih djela ukinuta je tek 1757. Hidrostatsku vagu je pronašao 1585, a 1589. je formulisao zakone slobodnog pada tijela pod dejstvom sile teže i kretanja po kosoj ravni. Uveo je pojmove ubrzanja i inercije. Astronomski durbin je konstruisao 1609, otkrio je Orionovu maglinu, neravnine na Mjesecu, četiri najsjajnija Jupiterova satelita /Io, Evropa, Ganimed i Kalisto/, Venerine faze, pjege na Suncu i konstatovao da je Mliječni put ogroman skup zvijezda.

Piše: Vojislav Gledić

Jedan od najvećih umova svih vremena, slavni italijanski fizičar, matematičar i filozof Galileo Galilej (Piza, 1564 – Arčertri, blizu Firence, 1642) sa velikom odlučnošću i oštroumnošću je branio Kopernikovo učenje i dalje svestrano razvijao nauku. Osim toga, ovaj veliki istraživač je utemeljio mehaniku kao najvažniju prirodnu nauku, a dao je i ogroman doprinos mnogim drugim oblastima. On je, zapravo, najtipičniji predstavnik novog naučnog mišljenja koje je nastalo u kasnoj (visokoj) renesansi.

Može se reći, bez ikakvog pretjerivanja, da je Galilej prvi naučnik u današnjem smislu riječi. Bio je istovremeno izvanredan eksperimentator i genijalni teoretičar koji je znao da na najbolji način uopšti i matematički obradi mnoga izvanredno značajna istraživanja. Ipak, ono po čemu ga danas najviše pamtimo jeste astronomija i po ulozi koju je imao u njenom razvoju. Svakako, Galileo je najpoznatiji astronom u istoriji ove nauke, a to mjesto je zauzeo velikom borbom za istinu u kojoj su kao ulog bili život i zdravlje.

Poslije školovanja u Firenci i Pizi (studirao je medicinu, ali je nikada nije završio), Galilej je postao profesor matematike i filozofije prirode najprije u Pizi, a potom u Padovi (koja je tada pripadala Mletačkoj republici) i konačno u Firenci. Još od 1590. godine (kada je objavio svoj prvi naučni rad), Galilej je odlučno krenuo sopstvenim putem na kojem je stvarao nove naučne oblasti, koje su predstavljale temelj svim prirodnim naukama koje su se kasnije razvile i usavršile.
U Padovi se Galilej uglavnom bavio raznovrsnim problemima tehničke prirode. Kao mladom i učenom čovjeku bilo mu je povjereno da obavi niz praktičnih poslova, posebno na vojnom polju, pa je tako imao priliku da upotpuni svoje prethodno stečeno znanje. Ujedno, time mu se pružila prilika i da razvije svoj izvanredni talenat prema matematici i fizici (naukama koje se nalaze u osnovi svih tehničkih disciplina). U to vrijeme je konstruisao proporcionalni šestar, pronašao i usavršio napravu (mašinu) za podizanje vode (čime se u antičko vrijeme bavio slavni Arhimed) i posebno razradio mnoge efikasne metode za navodnjavanje poljoprivrednih područja. Sistem kanala i rukavaca kojeg je tada izgradio omogućio je povezivanje rječnih tokova sa sušnim predjelima.

Prije toga je, još kao student, proučavao oscilovanja klatna i otkrio njegovu izohronost (kada su oscilacije male, onda je vrijeme njihovog oscilovanja konstantno), pri čemu je koristio otkucaje svoga srca za mjerenje proteklog vremena (kasnije je konstruisao sat sa klatnom, što je predstavljalo jedan od najznačajnijih doprinosa mehanike praktičnim životnim potrebama).

Astronomski durbin

Najveću slavu među svojim savremenicima Galilej je stekao zahvaljujući originalnoj konstrukciji i, posebno, primjeni astronomskog durbina za posmatranje nebeskih tijela. Inače, prvi model svoga durbina je napravio 1609. godine. Kada je u ljeto te godine čuo da je u Holandiji pronađen dogled pomoću kojeg se mogu posmatrati udaljeni predmeti, Galilej je napravio takav instrument pri čemu je iskoristio posebnu cijev na čijem se prednjem kraju nalazilo ispupčeno (konveksno), a na zadnjem (bližem oku) – izdubljeno (konkavno) sočivo. Potom je usavršavao svoj durbin, pravio sve jače i kvalitetnije instrumente. Kasnije je uspio da postigne uveličavanje od oko 38 puta što je, za ono vrijeme, predstavljalo veliki doprinos razvoju astronomske optike.
Zbog značaja konstrukcije prvog durbina, ovdje je korisno dati kratku istoriju njegovog nastanka. Većina istoričara nauke se slaže da zasluge za početak razvoja durbina pripadaju holandskom prodavcu sočiva Hansu Liperšeju. Međutim, u isto vrijeme te 1608. godine paralelno sa njim je još jedan čojvek Džejkob Metijus, takođe radio na razvoju prvog dalekozora.
Istorija kaže da je Hans Liperšej dozvoljavao djeci da se igraju sočivima iz njegove radnje pa su uspjela da naprave kobinaciju kojom su mogli posmatrati udaljeni objekti,pri čemu su izgledali mnogo biže nego što su se nalazili u stvarnosti. Djeca su to, navodno, pokazala Liperšeju, koji je zadivljeno posmatrao ono što je ugledao. Odmah je shvatio kolika bi korist bila od instrumenta kojim bi se predmeti posmatrali uvećani i konstruisao je svoj prvi durbin koji je davao uvećanje od 3x. Za taj pronalazak je odmah podnio zahtjev za patent.
Ovdje se, međutim, treba vratiti na naprijed pomenutog Džejkoma Metijusa koji je ubrzo poslije Hansa podnio zahtjev za patent, i to za potpuno isti pronalazak – durbin. Naravno, tvrdio je da je durbin pronašao potpuno nezavisno od Hansa Liperšeja. Zbog navedenog vremenskog preklapanja dvojice pronalazača, obojica su kasnije ravnopravno dobili prioritet za otkriće durbina, ali niko od njih nije dobio posebno pravo na patent jer je bilo nemoguće utvrditi da li je bilo preuzimanja tuđe ideje.
Tokom boravka u Veneciji 1609. godine Galileo Galilej je čuo od jednog svog prijatelja (inače, ranijeg svog učenika) o izumu durbina i ta vijest ga je odmah podstaknula da se prihvati konstrukciji sopstvenog durbina. Prva svoja posmatranja nebeskih pojava i kosmičkih tijela veliki italijanski nučnik je obavio sa kupole crkve svetog Marka u Veneciji. Pred Galilejevim očima se otvorio novi, dotle potpuno nepoznati zvjezdani svijet. Rezultate svojih posmatranja, obavljenih tokom 1609-1610. godine, objavio je u svojoj knjizi ,,Nuntius sidereus“ (Zvjezdani glasnik, 1610).
Na Mjesecu je Galilej vidio konfiguraciju koja je svjedočila da se radi o nebeskom tijelu sličnom Zemlji. Na našem kosmičkom susjedu je bilo mnogo brda i dolina, postojale su ogromne ravne površine, a pojedine izbočine su imale kružni oblik sa uzvišenjem u sredini (to su poznati Mjesečevi krateri). Najvećim tamnim površinama je dao imena mora i okeana, a ogromne planinske lence je nazvao imenima koja su sačuvala svoje značenje do danas. Uspio je da odredi visinu pojedinih Mjesečevih planinskih vrhova (iz dužine sjenke koju su bacali pod djelovanjem Sunčeve kose svjetlosti).

Venera, planeta koja pokazuje mijene

Pokazalo se da je Mliječni put, široki nejednako rašireni bjeličasti pojas koji se proteže preko čitavog neba (od horizonta do horizonta, prelazeći preko zenita), zapravo skup veoma slabih zvijezda. Te zvijezde se, inače, ne vide golim okom nego se njihov ukupni sjaj sliva u iskrzano bjeličastu traku koju samo durbin može da “razloži” na ogromno mnoštvo slabih svjetiljki. Oko Jupitera je, dalje, Galilej otkrio postojanje četiri satelita. Tako je Jupitar postao centar novog sistema, sličnog Suncu, što je tog slavnog italijanskog naučnika još više uvjerilo u ispravnog Kopernikovog učenja.
Posmatrajući Veneru, Galilej je ustanovio da ta planeta pokazuje mijene, i to upravo onako kako to sljeduje iz njenog obrtanja oko Sunca po putanji koje se nalazi unutar Zemjine orbite (kako je to Kopernik pokazao). Slično se ponaša i Merkur. Na Suncu je otkrio postojanje pjega (posmatranje Sunca je uzrkovalo teško Galilejevo oštećenje vida), pomoću kojih je ustanovio njegovo obrtanje. Pored zvijezda vidljivih golim okom, Galilej je ustanovio da postoji i mnogo zvijezda koje se isključivo mogu posmatrati pomoću durbina. Zapravo, takvih je mnogo više od onih koje su ljudi vjekovima poznavali. Zapazio je da je Saturn planeta koja ima neobičan izgled, što je, u stvari, bio odraz činjenice da Galilej svojim slabim durbinom nije mogao da uoči Saturnov prsten (što je tek kasnije ustanovio znameniti Hajgens). Galilejeva posmatranja, koja su postala slavna i izazvala divljenje njegovih savremenika, toliko su postala neobična i značajna da su ga učeni ljudi upoređivali sa otkrivačem Amerike: “Kolumbo je otkrio novi svijet, a Galilej – novu vasionu”, govorili su njegovi savremenici.
Galilejeva astronomska otkrića, njegova izvanredna oštroumnost da ih pravilno objasni, izazvala su različitu reakciju njegovih savremenika. Napredni naučni krugovi su slavili Galileja, prihvatali i branili njegovo učenje, da bi ga toskanski vojvoda (vladalac Firence) Kozimo IV Mediči pozvao da dođe u Firencu i preuzme katedru na tamošnjem univerzitetu, kao “filozof i prvi mtematičar”. Potrebno je ovdje posebno istaći da je naziv filozof, posebno filozof prirode, bio uobičajeni naziv za naučnika koji se bavio prirodnim naukama, specijalno mehanikom, optikom i fizikom. Filozofija prirode (latinski: Philosophia Naturalis) je, zapravo, bila prirodna nauka prije nego što su je utemeljili i razvili upravo naučici kao što su Galilej, Kepler, Hajgens i Njutn. Taj naziv je poticao još iz antičkog vremena, kako je kasnije glasio na latinskom, koji su pod tim podrazumjevali kontemplativni pristup čulnom (posebno vidljivom) svijetu. U Srednjem vijeku se taj naziv odomaćio za prirodne nauke, potom ga prihvataju učeni ljudi renesanse, kao i njihovi nastavljači (o čemu svjedoči i naslov glavnog Njutnovog naučnog djela, o kome će kasnije biti više riječi).
S druge strane, Galilejevi neobični rezultati na polju posmatranja nebeskih tijela izazvali su otpor, nedoumicu a kasnije i neprijateljstvo u zvaničnim crkvenim krugovima.

Najprije je, 1616. godine, crkva zvanično zabranila Kopernikovo učenje, a potom je Galilej izveden pred inkviziciju. No prije toga su crkveni krugovi, kao i istaknuti sholastičari, smatrali Galilejev durbin sa “đavolski instrument, koji vara posmatračevo oko”. Dalje, jedan od “najučenijih” sholastičara toga doba, kada je saznao da se pomoću Galilejevog durbina na Suncu mogu vidjeti pjege, ovako je prokometarisao to neobično otkriće: “Pročitao sam više puta cijelog svog Aristotela, pa vas uvjeravam da tamo ničeg sličnog ne nađoh. Hajde, sine moj, primirite se, budite sigurni da su nedostaci vaših stakala ili očiju ono što držite za pjege na Suncu”. Ovakvo “očinsko” ponašanje je bilo samo u početku, da bi Galilej kasnije surovo bio priveden sudu inkvizicije u Rimu, gdje je 22. juna 1633. godine bio osuđen da doživotni kućni zatvor. Ipak, predanje kaže da je, kada mu je saopštena presuda, poluglasno rekao: Eppur si muove (Ipak se kreće).
Treba ovdje posebno ukazati i na epohalan Galilejev rad na polju mehanike, posebno kinematike. Ovaj genijalni naučnik je, zapravo, udario temelje toj novoj nauci time što je počeo da obavlja ekperimentalna istraživanja i da ih matematički obrađuje.

Krivi toranj u Pizi

Zanimljivo je da je Galilej jedno vrijeme svoje oglede vršio tako što je topovska đulad a potom i kugle napravljene od raznog materijala puštao sa krivog tornja u Pizi i mjerio vrijeme njihovog padanja. Ustanovio je da brzina i ubrzanje tijela koja su padala pod uticajem Zemljine teže nije zavislila od njihove mase (težine). Naime, sva su ona dobijala isto ubrzanje, a razlika je dolazila isključivo zbog otpora vazduha. S druge strane, Galilej je slične oglede vršio koristeći kose ravni, pri čemu je mjerio vrijeme prelaženja puteva različite dužine uz promjeni nagibnog ugla.
Svoja naučna otkrića i posebno svoje shvatanje svijeta i suštine materijalne stvarnosti Galilej je iznio u nizu izvanrednih radova koje nije objavio na latinskom (tada zvaničnom ,,učenom” jeziku, već na svom maternjem, italijanskom), a zatim ih i usmeno propagirao preko katedre. Na njegova predavanja su dolazili ljudi iz mnogih evopskih zemalja i tako se upoznavali sa živom, neposrednom naukom, koja je stvarana pred njihovim očima i izlagana riječima jednog odlučnog, izvanredno obrazovanog i pronicljivog čovjeka. Galilej je iznosio duh nove nauke koja se stvarala za buduće vjekove. Najvažnija Galilejeva štampana djala su Il Saggiatore (Ogledna vaga ili Istraživač), polemičko djelo o kometama, izdato 1623, u kome iznosi niz veoma značajnih misli o raznim aktuelnim pitanjima. Posebno su značajna njegova djela ,,Dijalozi o dvama najvažnijim sistemima svijeta, Ptolomejevom i Kopernikovom’’ (1632) i ,,Razgovori i matematički dokazi koji se tiču dviju novih grana nauke’’ (1638). Ovo posljednje djelo je Galilej morao objaviti u Holandiji (takođe na italijanskom jeziku), u Lajdenu. U njemu se on javlja kao ,,otac matematičke fizike”, jer tu počinje da zasniva dvije nove oblasti: nauku o otpornosti materijala i dinamiku.
Galilejev zakon padanja tijela je prikazivao put u savisnosti od vremena, pri čemu je put proporcionalan kvadratu vremena padanja. Pogrešno je bilo Aristotelovo učenje prema kome vazduh ,,potpomaže” kretanje; naprotiv, kako je to Galilej ustanovio, vazduh predstavlja otpor kretanju, on ima negativan uticaj na pomjeranje tijela. Proučavajući kretanje artiljersijskih projektila, Galilej je izvršio približni proračun kretanja tijela pod uticajem sile Zemljine teže. Uveo je pojam momenta kao mjeru količine kretanja; ona se kvantitativno izražava kao proizvod mase i brzine datog tijela. Prvi je uočio značaj inercije koja se javlja ne samo kao težnja tijela da ostane u stanju mirovanja, već i da zadrži stečenu (pravolinijsku i ravnomjernu) brzinu. Zapazio je, najzad, i značaj održavanja mehančke energije. Čitav taj veliki Galilejev naučni doprinos je bio od ogromnog značaja za budući razvoj mehanike, posebno njegov početak primjene matematike na obradi eksperimentalnih podataka, koji je, pored Keplerovog rada, dobio najpotpuniji izraz u genijalnom Njutnovom uopštavanju i sintezi.