Een korte geschiedenis van de wetenschappelijke revolutie

De menselijke geschiedenis wordt vaak omkaderd als een reeks afleveringen die plotselinge kennisuitbarstingen vertegenwoordigen. De agrarische revolutie, de renaissance en de industriële revolutie zijn slechts enkele voorbeelden van historische periodes waarin algemeen wordt gedacht dat innovatie sneller bewoog dan op andere punten in de geschiedenis, wat leidde tot enorme en plotselinge opschudding in de wetenschap, literatuur, technologie en filosofie. Een van de meest opvallende hiervan is de wetenschappelijke revolutie, die ontstond net toen Europa ontwaakte uit een intellectuele stilte die door historici wordt aangeduid als de donkere eeuwen.

De Pseudo-wetenschap van de middeleeuwen

Veel van wat men in de vroege middeleeuwen in Europa als bekend over de natuur beschouwde, dateerde uit de leer van de oude Grieken en Romeinen. En eeuwenlang na de val van het Romeinse rijk, twijfelden mensen over het algemeen nog steeds niet aan veel van deze lang gekoesterde concepten of ideeën, ondanks de vele inherente tekortkomingen.

De reden hiervoor was omdat dergelijke 'waarheden' over het universum algemeen werden aanvaard door de katholieke kerk, die op dat moment de belangrijkste entiteit was die destijds verantwoordelijk was voor de wijdverbreide indoctrinatie van de westerse samenleving. Ook was uitdagende kerkdoctrine toen gelijk aan ketterij en daarmee liep het risico te worden berecht en gestraft voor het aandringen op tegenideeën. 

Een voorbeeld van een populaire maar onbewezen doctrine waren de natuurkundige wetten van Aristoteles. Aristoteles leerde dat de snelheid waarmee een voorwerp viel, werd bepaald door het gewicht ervan, omdat zwaardere voorwerpen sneller vielen dan lichtere. Hij geloofde ook dat alles onder de maan uit vier elementen bestond: aarde, lucht, water en vuur.

Wat betreft de astronomie, diende de Griekse astronoom Claudius Ptolemy het op de aarde gecentreerde hemellichaam, waarin hemelse lichamen zoals de zon, maan, planeten en verschillende sterren allemaal in perfecte cirkels rond de aarde draaiden, als het aangenomen model van planetaire systemen. En een tijd lang was het model van Ptolemy in staat om het principe van een op aarde gecentreerd universum effectief te behouden, omdat het redelijk nauwkeurig was in het voorspellen van de beweging van de planeten.

Als het ging om de innerlijke werking van het menselijk lichaam, was de wetenschap net zo fout-bereden. De oude Grieken en Romeinen gebruikten een systeem van geneeskunde dat humorisme wordt genoemd, dat beweerde dat ziekten het gevolg waren van een onbalans van vier basissubstanties of 'humoren'. De theorie was gerelateerd aan de theorie van de vier elementen. Dus bloed zou bijvoorbeeld overeenkomen met lucht en slijm correspondeerde met water.

Wedergeboorte en Reformatie

Gelukkig zou de kerk in de loop van de tijd haar hegemonische greep op de massa beginnen te verliezen. Ten eerste was er de Renaissance, die, samen met een hernieuwde belangstelling voor kunst en literatuur, leidde tot een verschuiving naar meer onafhankelijk denken. De uitvinding van de drukpers speelde ook een belangrijke rol omdat het de geletterdheid enorm uitbreidde en lezers in staat stelde oude ideeën en geloofsystemen opnieuw te onderzoeken.

En het was rond deze tijd, in 1517 om precies te zijn, dat Martin Luther, een monnik die uitgesproken was in zijn kritiek op de hervormingen van de katholieke kerk, zijn beroemde '95 stellingen' schreef waarin al zijn grieven werden vermeld. Luther promootte zijn 95 stellingen door ze op een pamflet te drukken en ze onder de menigte te verspreiden. Hij moedigde ook kerkgangers aan om de bijbel zelf te lezen en opende de weg voor andere hervormingsgezinde theologen zoals John Calvin.

De Renaissance, samen met de inspanningen van Luther, die leidden tot een beweging die bekend staat als de Protestantse Reformatie, zou allebei dienen om het gezag van de kerk te ondermijnen over alle zaken die hoofdzakelijk pseudowetenschap waren. En in het proces maakte deze ontluikende geest van kritiek en hervorming het zo dat de bewijslast van groter belang werd voor het begrijpen van de natuurlijke wereld, waardoor de weg werd geëffend voor de wetenschappelijke revolutie.

Nicolaus Copernicus

In zekere zin kun je zeggen dat de wetenschappelijke revolutie begon als de Copernicaanse revolutie. De man die het allemaal begon, Nicolaus Copernicus, was een wiskundige en astronoom uit de Renaissance die werd geboren en getogen in de Poolse stad Toruń. Hij ging naar de universiteit van Krakau en vervolgde zijn studie later in Bologna, Italië. Hier ontmoette hij astronoom Domenico Maria Novara en de twee begonnen al snel wetenschappelijke ideeën uit te wisselen die vaak de lang geaccepteerde theorieën van Claudius Ptolemaeus uitdaagden..

Bij terugkeer in Polen nam Copernicus een positie als kanunnik in. Rond 1508 begon hij stilletjes een heliocentrisch alternatief te ontwikkelen voor het planetaire systeem van Ptolemy. Om enkele van de inconsistenties te corrigeren die het onvoldoende maakten om planetaire posities te voorspellen, plaatste het systeem dat hij uiteindelijk bedacht de Zon in het midden in plaats van de Aarde. En in het heliocentrische zonnestelsel van Copernicus werd de snelheid waarmee de aarde en andere planeten om de zon cirkelden bepaald door hun afstand ervan.

Interessant genoeg was Copernicus niet de eerste die een heliocentrische benadering voorstelde om de hemel te begrijpen. De oude Griekse astronoom Aristarchus van Samos, die in de derde eeuw voor Christus leefde, had veel eerder een enigszins vergelijkbaar concept voorgesteld dat nooit helemaal aansloeg. Het grote verschil was dat het model van Copernicus nauwkeuriger bleek te zijn in het voorspellen van de bewegingen van de planeten.  

Copernicus detailleerde zijn controversiële theorieën in een 40 pagina's tellend manuscript getiteld Commentariolus in 1514 en in De revolutionibus orbium coelestium ('On the Revolutions of the Heavenly Spheres'), dat vlak voor zijn dood in 1543 werd gepubliceerd. Niet verrassend, de hypothese van Copernicus woedend de katholieke kerk, die De revolutionibus uiteindelijk verbood in 1616.

Johannes Kepler

Ondanks de verontwaardiging van de kerk genereerde het heliocentrische model van Copernicus veel intriges onder wetenschappers. Een van deze mensen die een fervente interesse ontwikkelde, was een jonge Duitse wiskundige genaamd Johannes Kepler. In 1596 publiceerde Kepler Mysterium cosmographicum (The Cosmographic Mystery), dat diende als de eerste openbare verdediging van de theorieën van Copernicus.

Het probleem was echter dat het model van Copernicus nog steeds zijn fouten had en niet helemaal nauwkeurig was in het voorspellen van planetaire beweging. In 1609 publiceerde Kepler, wiens belangrijkste werk een manier was om de manier te verklaren waarop Mars periodiek achteruit zou gaan, Astronomia nova (New Astronomy). In het boek theoretiseerde hij dat planetaire lichamen niet in perfecte cirkels rond de zon cirkelden zoals Ptolemaeus en Copernicus beiden hadden aangenomen, maar eerder langs een elliptisch pad.     

Naast zijn bijdragen aan de astronomie deed Kepler andere opmerkelijke ontdekkingen. Hij bedacht dat het breking was die de visuele perceptie van de ogen mogelijk maakte en gebruikte die kennis om een ​​bril te ontwikkelen voor zowel bijziendheid als verziendheid. Hij was ook in staat om te beschrijven hoe een telescoop werkte. En wat minder bekend was, was dat Kepler het geboortejaar van Jezus Christus kon berekenen.

Galileo Galilei

Een andere tijdgenoot van Kepler's die ook het idee van een heliocentrisch zonnestelsel kocht en de Italiaanse wetenschapper Galileo Galilei was. Maar in tegenstelling tot Kepler geloofde Galileo niet dat planeten in een elliptische baan bewogen en vasthielden aan het perspectief dat planetaire bewegingen op een of andere manier cirkelvormig waren. Toch leverde het werk van Galileo bewijsmateriaal op dat bijdroeg aan de versterking van het Copernicaanse beeld en tegelijkertijd de positie van de kerk verder ondermijnde.

In 1610 begon Galileo met behulp van een zelfgebouwde telescoop zijn lens op de planeten te fixeren en deed een reeks belangrijke ontdekkingen. Hij ontdekte dat de maan niet vlak en glad was, maar bergen, kraters en valleien had. Hij zag vlekken op de zon en zag dat Jupiter manen had die eromheen cirkelden, in plaats van de aarde. Hij volgde Venus en ontdekte dat het fasen zoals de maan had, wat bewees dat de planeet rond de zon draaide.

Veel van zijn observaties waren in tegenspraak met het gevestigde Ptolemische idee dat alle planetaire lichamen rond de aarde draaiden en in plaats daarvan het heliocentrische model ondersteunden. Hij publiceerde enkele van deze eerdere observaties in hetzelfde jaar onder de titel Sidereus Nuncius (Starry Messenger). Het boek, samen met latere bevindingen, leidde ertoe dat veel astronomen zich bekeerden tot de gedachtegang van Copernicus en Galileo met de kerk in heel warm water zetten.

Desondanks ging Galileo in de daaropvolgende jaren door met zijn 'ketterse' manieren, die zijn conflict met zowel de katholieke als de Lutherse kerk verder zouden verdiepen. In 1612 weerlegde hij de Aristotelische verklaring waarom objecten op water dreef door uit te leggen dat het te wijten was aan het gewicht van het object ten opzichte van het water en niet omdat de platte vorm van een object.

In 1624 kreeg Galileo toestemming om een ​​beschrijving van zowel de Ptolemische als de Copernicaanse systemen te schrijven en te publiceren op voorwaarde dat hij dit niet doet op een manier die het heliocentrische model begunstigt. Het resulterende boek, "Dialogue Concerning the Two Chief World Systems" werd gepubliceerd in 1632 en werd geïnterpreteerd als zijnde in strijd met de overeenkomst.

De kerk lanceerde snel de inquisitie en stelde Galileo terecht voor ketterij. Hoewel hij harde straf werd bespaard nadat hij had toegegeven de Copernicaanse theorie te hebben gesteund, werd hij voor de rest van zijn leven huisarrest opgelegd. Toch stopte Galileo nooit met zijn onderzoek en publiceerde hij verschillende theorieën tot zijn dood in 1642.  

Isaac Newton

Hoewel het werk van zowel Kepler als Galileo hielp om het Copernicaanse heliocentrische systeem te verdedigen, zat er nog een gat in de theorie. Geen van beide kan voldoende uitleggen welke kracht de planeten rond de zon in beweging heeft gehouden en waarom ze zich op deze manier hebben bewogen. Pas enkele decennia later werd het heliocentrische model bewezen door de Engelse wiskundige Isaac Newton.

Isaac Newton, wiens ontdekkingen op vele manieren het einde van de wetenschappelijke revolutie betekenden, kan heel goed worden beschouwd als een van de belangrijkste figuren uit die tijd. Wat hij tijdens zijn tijd heeft bereikt, is sindsdien de basis geworden voor de moderne fysica en veel van zijn theorieën die zijn beschreven in Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Mathematical Principles of Natural Philosophy) is het meest invloedrijke werk op natuurkunde genoemd.

In principa, Newton, gepubliceerd in 1687, beschreef drie bewegingswetten die kunnen worden gebruikt om de mechanica achter elliptische planetaire banen te verklaren. De eerste wet postuleert dat een object dat stilstaat zo zal blijven tenzij er een externe kracht op wordt uitgeoefend. De tweede wet stelt dat kracht gelijk is aan massa maal versnelling en een verandering in beweging evenredig is met de uitgeoefende kracht. De derde wet bepaalt eenvoudig dat er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie is.

Hoewel het de drie bewegingswetten van Newton waren, samen met de wet van universele zwaartekracht, die hem uiteindelijk een ster in de wetenschappelijke gemeenschap maakte, leverde hij ook verschillende andere belangrijke bijdragen op het gebied van optica, zoals het bouwen van zijn eerste praktische reflecterende telescoop en het ontwikkelen van een theorie over kleur.