رد تئوری زمین‌مرکزی

هیپارخوس یا اَبَرخَس، اولین فردی بود که در یونان باستان در جمعی از محقّقان هم‌دوره‌ی خود اعلام کرد که زمین مرکز عالم است و همه چیز به دور زمین می چرخد. بعد ها بطلمیوس تئوری زمین‌مرکزی بطلمیوسی که امروز می شناسیم را برپایه‌ی گفته های هیپارخوس به صورت تقریباً علمی بیان کرد.
این نظریه برای بیش از ۱۴۰۰ سال (از قرن دوم میلادی تا قرن شانزدهم) اساس جهان‌شناسی علمی، فلسفی و دینی در جهان یونانی، اسلامی و اروپایی بود.

پیشنهاد می شود پیش از مطالعه‌ی این مقاله، ابتدا مقاله‌ی “چرا زمین کروی است” را مطالعه کنید.

ساختار کیهان در نظریه‌ی زمین‌مرکزی بطلمیوس

1. زمین (مرکز عالم):
   زمین در مرکز جهان قرار دارد.
   زمین کروی است و در مکان خود ساکن و ثابت است.
   زمین متشکل از سنگین‌ترین عنصر (خاک) است و میل دارد در مرکز عالم قرار گیرد.
   هیچ نیرویی قادر نیست زمین را از مرکز بیرون بکشد.
   
2. افلاک (کُرات آسمانی):
   پیرامون زمین، مجموعه‌ای از کره‌های بلورین (افلاک) وجود دارد.
   هر فلک جسمی شفاف، صُلب و کاملاً کروی است.
   بر روی هر فلک، یک جرم آسمانی (مثل ماه، خورشید یا سیاره‌) قرار گرفته و روی آن می‌چرخد.
   
3. ترتیب افلاک:

4. حرکت‌ها:
فلک حامل: همان دایره ای که سیاره بر محیط آن حرکت می کند.
فلک تدویر: دایره ای روی فلک حامل که سیاره درون آن نیز می‌چرخد که به وسیله ی آن حرکت رجعی توضیح داده می شود.
حرکت رجعی: زهره و به طور واضح تر مریخ، در آسمان وقتی از زمین دیده می شوند همیشه جلو رونده نیستند، به تصویر زیر دقت کنید:

مقایسه‌ی توضیح حرکت رجعی در هر دو مدل خورشید مرکزی و زمین مرکزی

در فیزیک و نجوم امروز ما حرکت رجعی را این گونه توضیح می دهیم:

مدل زمین‌مرکزی بطلمیوس حرکت رجعی را این‌گونه توجیه می کند:

مقایسه‌ی مداری در دو مدل:

اگر این پاسخ بطلمیوس را برای حرکت رجعی در نظریه‌ی زمین‌مرکزی به کل فلک‌ها بسط دهیم به چنین تصویری خواهیم رسید:

بر اساس مدل مبسوط، هر فلک، فلک بعدی را در بر می‌گیرد. در نتیجه همه‌ی کرات به‌صورت تو در تو، مانند پوسته‌های پیاز، پیرامون زمین قرار دارند.
فضای میان کرات نیز خالی نیست بلکه از ماده‌ای  به نام “اِتِر” تشکیل شده است.

رد تئوری زمین مرکزی بطلمیوس

نظام زمین‌مرکزی بطلمیوس، هرچند قرن‌ها به‌عنوان مدل رسمی کیهان‌شناسی پذیرفته شده بود، با گذر زمان ایرادهایی پیدا کرد که هم از دید نجومی و هم از دید فلسفی و فیزیکی به آن وارد شدند:

1. تغییر روشنایی سیارات:
در مدل بطلمیوسی، فاصله‌ی سیارات از زمین تقریباً ثابت فرض می‌شد.
اما در واقع مشاهده می‌شود که روشنایی و اندازه‌ی ظاهری سیارات (مثل مریخ، زهره) در آسمان تغییر می‌کند یعنی اگر خود اجرام میزان روشنایی‌شان تغییر نکند، پس گاهی نزدیک‌تر و گاهی دورترند.

البته لازم به ذکر است که این پدیده را بطلمیوس این گونه توجیه می کند که فلک دیگری درون فلک تدویر قرار می‌گیرد و یک حرکت به حرکت های سیاره اضافه می شود و در مجموع تا هشتاد دایره به کل سیستم اضافه می شود که بسیار پیچیده است و در بیشتر موارد، اصلاً دقیق نیست.

2. اختلاف موقعیت مکانی سیارات با مشاهدات دقیق‌تر در آسمان:
با پیشرفت ابزارها و رصدهای دقیق‌تر (مثلاً رصدهای تیخو براهه و کپلر)، مشخص شد که موقعیت پیش‌بینی‌شده سیارات بر اساس مدل بطلمیوسی، با موقعیت واقعی در آسمان چندین درجه اختلاف دارد.
این یعنی مدل دیگر با داده‌ها‌ی تجربی سازگار نبود.

3. دلیل غیر علمی برای سکون زمین:
بطلمیوس می‌گفت زمین باید ساکن باشد چون اگر می‌چرخید، اجسام از روی آن پرتاب می‌شدند.
اما هیچ دلیل تجربی قاطع برای سکون زمین نداشت.
در حالی که با پیشرفت علم مکانیک (به‌ویژه با تلاش گالیله و نیوتن)، نشان داده شد که حرکت یکنواخت به دلیل اینرسی یا لَختی احساس نمی‌شود.

4. ناهماهنگی با قانون حرکت یکنواخت دایره‌ای:
بطلمیوس برای حفظ تطابق با داده‌ها، حرکت‌های پیچیده و غیر یکنواخت را وارد مدل کرد. این امر برخلاف اصل خودش بود که می‌گفت حرکت آسمانی باید کامل، یکنواخت و دایره‌ای باشد.

5. رصد اقمار مشتری توسط گالیله:
از مهم ترین دلایل ردّ فرضیه‌ی بطلمیوس رصد چهار قمر پر نور مشتری موسوم به اقمار گالیله ای و حلقه‌ی زحل توسط گالیله است،طبق نظر بطلمیوس «همه چیز» به دور زمین در گردش است پس اقمار مشتری باید به دور زمین بچرخند، اما تنها چند رصد کافی است که متوجه شوید اقمار به دور مشتری در گردش هستند،

چندین سال پس از مشاهده‌ی اقمار گالیله ای، پیروان تئوری بطلمیوس اصلاحاتی بر طرح آن وارد آوردند که تعداد افلاک تدویر در تدویر را بسیار بالا برد و آن را آن‌قدر پیچیده کرد تا بتواند چرخش اقمار را توجیه کند.

در مقابل، نیکلاس کوپرنیک شاید با استفاده‌ از برخی تبیین‌های خواجه نصیر‌الدین طوسی، مانند جفت طوسی، طرح ساده‌ی خورشید مرکزی اولیه که بسیاری از ابهامات وارد بر تئوری زمین مرکزی را نداشت و با مشاهدات تطبیق خوبی داشت را ارائه‌کرد.

مدل میانی تیخو براهه

جالب است بدانید تیخو براهه با ترکیب عناصر مدل‌های زمین‌مرکزی و خورشیدمرکزی، یک مدل میانی ارائه داد که به نظام تیکویی (Tychonic system) در این مدل، زمین همچنان در مرکز جهان ثابت بود، اما سیارات به دور خورشید می‌چرخیدند و خورشید خود به همراه سیاراتش به دور زمین گردش می‌کرد. این طرح هوشمندانه تلاشی بود برای حفظ سکون زمین (که از نظر فلسفی و دینی آن زمان مهم بود) در عین پذیرش مشاهدات دقیق‌تری که نشان می‌داد مدار سیارات به‌طور ساده‌تر حول خورشید قابل تبیین است. هرچند این مدل نهایتاً با کشفیات بعدی (مانند قوانین کپلر) کنار گذاشته شد، اما نقش مهمی در گذار از کیهان‌شناسی بطلمیوسی به کوپرنیکی ایفا کرد.

نتیجه

گذار از نظریه زمین‌مرکزی بطلمیوس به مدل خورشیدمرکزی، تنها یک تغییر در نقشه آسمان نبود؛ بلکه نشان‌دهنده تحولی عمیق در روش تفکر علمی بشر بود. زمانی که مشاهدات دقیق‌تر با مدل موجود سازگار نبودند، محققان به‌تدریج پذیرفتند که حتی نظریه‌های ریشه‌دار و پیچیده نیز باید در برابر شواهد تجربی سر خم کنند، اصلاح یا کنار گذاشته شوند. این گذار، پایه‌های نجوم نوین و انقلاب علمی را بنا نهاد و به ما یادآوری می‌کند که هماهنگی با داده‌ها، از معیارهای کلیدی در پذیرش یک نظریه است.