To hundre år bare for å vise at jorda roterer

AS17-148-22727

Jorda sett fra Apollo 17, 7 desember 1972. Kilde: NASA

«Men da må det blåse voldsomt!» ble det sagt i TV-programmet Brille i sommer etter at programleder Harald Eia hadde lagt ut om hvor fort jorda roterer. Jeg syntes det var herlig med en så usensurert reaksjon rett fra leveren. Det er en av grunnene til dette innlegget for det skulle ta nesten to hundre år for å få bekreftet at jorda roterer. Dessuten er sen middelalder og tidlig moderne tid, som dette dreier seg om, uten tvil den mest spennende i vitenskapshistorien.

Ved ekvator roterer jorda fortere enn lydhastigheten, så det er ikke så rart at sterk vind er det første en tenker på. Reaksjonen hos Brille-deltakeren gjør det også lettere å forstå hvor vanskelig dette spørsmålet var å finne ut av.

I dag har vi lett for å se litt overbærende på de som mente at jorda sto stille og tenke at de var opphengt i gammeldagse forestillinger, enten de nå var basert på Aristoteles eller Bibelen. Disse autoritetene var en slags default-posisjoner å falle tilbake på i mangel av bedre argumenter. Men de sto ikke sterkere enn at de greit kunne fravikes hvis det kom et godt vitenskapelig argument (se f.eks. Journalismens trege erkjennelse, en interessant diskusjon med Eirik Newth om dette fra i fjor).

Jo mer jeg har studert dette, jo mer respekt har jeg fått for de som bakset med disse spørsmålene. For hvor lett er det egentlig å bevise at jorda roterer? Hvordan ville du vise det? Nå er det strengt tatt bare i matematikk og logikk vi snakker om bevis. I naturvitenskap er det heller snakk om sannsynliggjøring og helst på en så sterk måte at det nesten er umulig ikke å tro det. Da er det ofte en teoris evne til å forutsi nye og uventede ting det går på.

Jordas rotasjon er bare én av tre egenskaper som hører til i vår forståelse av jordas plass i planetsystemet:

  1. Jorda er rund og ikke flat.
  2. Jorda roterer én gang pr døgn. Det blir 465 m/s ved ekvator og halvparten så fort på 60 grader nord.
  3. Jorda går én gang rundt sola pr år. Relativ hastighet er 40 km/sek eller forflytning svarende til en jorddiameter hvert 7. minutt.
Shiphorp

Så lett er det å se at jorda ikke er flat. «Shiphorp» by Anton – Own work. Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 via Wikimedia Commons

Og så var det med den flate jorda da. For det er så mange som blander sammen disse tre og tror at vi fikk klarhet i dem alle tre på begynnelsen av det som kalles tidlig moderne tid, her snevret inn til tiden mellom Kopernikus’ (1473-1543) bok «De revolutionibus» i 1543 og Newtons (1642-1726) «Principia» i 1687. Men at jorda er en kule det visste allerede Aristoteles (384–322 f. Kr.) og størrelsen ble anslått med stor presisjon av Eratosthenes i 240 f.Kr. Det går visst ikke an å skrive nok om dette for de aller fleste blander dem sammen uansett. Det viser også en undersøkelse jeg gjorde blant våre studenter for noen år siden. Bildet burde vise hvor lett det var, selv i antikken, å komme fram til at jorda er rund.

Men når det gjelder den sterke vinden, så kom det viktige argumenter under den tidlige renessansen på 1300-tallet. Det var på den tiden de første uavhengige universitetene ble etablert i Europa, de som hele verden fortsatt er tiltrukket av. Rektor ved universitetet i Paris og prest Jean Buridan (ca 1300-1361) ga argumenter for at en roterende jord ikke ville gi vind, fordi atmosfæren roterte med. Grand-maître ved universitetet i Paris og etterhvert biskop Nicole Oresme (ca 1325-1383) argumenterte også for at en pil som ble skutt rett opp ville falle rett ned igjen, ikke på siden. Det var vel egentlig i strid med Aristoteles’ fysikk, men det hadde han ikke særlig problem med. Aristoteles sier noe om at bare rettlinjet bevegelse kunne være ‘naturlig’, ikke den sirkulære bevegelsen som pila fikk pga jordrotasjonen.

I matematikeren og kanniken Kopernikus’ modell fra 1543 var en roterende jord i bane rundt sola helt sentral. (Kannik er en geistlig i den katolske kirke som ikke er prest). Det er sannsynlig at han hadde lest både Buridan og Oresme da argumentene deres finnes i «De revolutionibus» (bok 1, kap 8). Men han refererer ikke til dem. Det står vel til stryk ut fra dagens standard for vitenskapelig publisering, men var nok mer vanlig i vitenskapens barndom. Men Kopernikus klarte likevel ikke å vise at jorda roterer og noen mener at det var derfor han ventet helt til det siste med å utgi boka.

Ny teknologi har alltid drevet vitenskapen fremover og i dette tilfellet var det teleskopet som først ble tatt i bruk rundt 1608 som spilte hovedrollen. Galileo (1564-1642) kom med noen sterke indisier da han observerte at solflekkene roterte rundt sola og kom tilbake igjen etter omtrent 27 dager. Men det var jo selvsagt ikke gitt at jorda roterer fordi om sola gjør det. Så lenge Galileo levde fantes ikke annet enn indisier på jordas rotasjon.

Newtons «Principia» med sin beskrivelse av tyngdekraften og utregning av planetenes elliptiske baner – de som Kepler (1571-1630) hadde funnet i 1609 og skrevet om i «Astronomia nova» – var også veldig overbevisende. Så overbevisende at få tvilte på at jorda roterte etter 1687. Men likevel, fantes det et uavhengig nesten-bevis? En vanntett forutsigelse som ingen kunne motsi?

Galileo hadde forsøkt seg med en forutsigelse. Han mente at jordas banehastighet og jordas rotasjon enten virket sammen eller motvirket hverandre, og at dette var opphavet til tidevannet. Lurt tenkt! Men ikke lurt nok, fordi det ville gi tidevann bare én gang i døgnet, ikke to.

Riccioli-Cannon

Når en kanon fyres mot øst (B) skjer det ingen avbøyning, men når den fyres mot nord, E, flytter målet seg langsommere enn kanonkula så kula lander i punket G. Illustrasjon fra Riccioli «Almagestum Novum», 1651. Licensed under Public domain via Wikimedia Commons.

Den første korrekte forutsigelsen trodde vi inntil nylig at skyldtes Coriolis på 1800-tallet. Men i 2011 publiserte Graney en artikkel som viser at den finnes allerede hos jesuittpresten Riccioli (1598-1671). I boka «Almagestum Novum» fra 1651 skrev han at kanonkuler som ble skutt nordover ville bøye av til høyre (se illustrasjon). Problemet var bare at ingen klarte å måle det for det kreves ganske så langtrekkende kanoner. Manglende teknologi igjen! Riccioli konkluderte som så mange andre med at det derfor ikke var grunnlag for å si at jorda roterte.

Ricciolis bok var for øvrig så velskrevet at den ble brukt som lærebok de neste hundre årene. Coriolis-effekten ble ikke ordentlig beskrevet og målt før i 1835 og da i forbindelse med vannhjul. Store nok kanoner fikk man ikke før i første verdenskrig. Denne effekten ligger også bak Foucault-pendelen – en meget visuell demonstrasjon av jordas rotasjon fra 1851.

la_figureDen andre forutsigelsen finnes hos Newton i hans «Principia» (Bok III, Proposisjon XIX, Problem III). Han fant at jorda ville bli litt flattrykt ved polene og han beregnet forholdet mellom diameterne til 229:230. Det ble ikke målt før den franske landmålingsekspedisjonen under ledelse av Maupertuis (1698-1759) dro til Torneådalen (Lappland) i 1736. Selv om de fant at jorda ikke var fullt så flattrykt som Newton hadde beregnet, så avgjorde likevel det saken.

En lignende historie kunne skrives om jordas gang rundt sola. Kortversjonen er at allerede skåningen (dvs danske på den tiden) Tyco Brahe (1546-1601) hadde forsøkt å måle parallakse. Når det ikke lyktes så lot han seg heller ikke overbevise om at Kopernikus’ modell var riktig. Det skulle gå helt til 1838 før Bessel klarte å måle det. På veien dit ble stjerneaberrasjon tilfeldigvis oppdaget og det skjedde i 1725-27 (Bradley). Det var den første målingen av noe som var en direkte konsekvens av jordas hastighet i banen rundt sola.

Jeg er ganske imponert over disse forskerne og deres utledninger og målinger. Det var få som forsket på denne tiden og de hadde primitiv teknologi så det er ikke så rart at det tok nesten to hundre år fra hypotesen om en roterende jord i en bane rundt sola ble lansert til det var endelig slått fast ved målinger. Det som slår meg er hvor lik deres måte å resonnere på var vår, mye likere enn mange i vår tid vil ha det til.

Kilder: 

  • Christopher M. Graney «Coriolis effect, two centuries before Coriolis.» Physics Today (2011).
  • Edward Grant, Planets, Stars, & Orbs, The Medieval Cosmos 1200-1687, Cambridge University Press, 1994.
  • James Hannam, The Genesis of Science, How the Christian Middle Ages Launched the Scientific Revolution, Regnery Publishing, 2011.
  • Stephen Hawking, Standing on the Shoulders of Giants, The Great Works of Physics and Astronomy (Oversettelse av bøker skrevet av Kopernikus, Galileo, Kepler, Newton og Einstein), Penguin Books, 2002.

8 comments

  1. Petter Bøckman · oktober 13, 2014

    Alltid moro å lese om hva folk fik til før i verden med svært primitive metoder!

    • Sverre Holm · oktober 13, 2014

      Primitive metoder, men desto lurere tanker!

      • Sensurkontrollen · oktober 15, 2014

        Holm
        Om primitive metoder:
        jeg tror det er mye en nyere religiøs, fagligkorporativ motesak i fabrikken og i fagforeningen at eget verktøymakeri og dette å eie sitt produksjonsutstyr og ha avsittet REALskolen med elevøvelser og passer og linjal og fundamental måle og kalibreringsforsøkene til SCIENCE…….

        ……… er primitivt og er blitt gjendrevet av forskningen idag.

        Wateret- krittsnora- siktelinjen mellom tre knappenåler på rad, loddsnora, sekundpendelen, lang- kikkerten på fast montering med et edderkoppspinn i primærfocus , en granflis og et skiferbryne og en lille dråpe salpetersyre,…

        …..er nemlig høy- presise, vitenskaaaaaa- pelige, type SCIENCE , orienterings og måle og kontrollmetoder.

        Og tåles derfor ikke, da det kan krenke og true salget og karriærene og gudens->partisekretærens faglige tillitsvalgte og dermed religionen og Majesteten.

        Og trua.

        Sånt som Tangens til vinkelen alfa i rasjonale proporsjoner og satt på formel så enkel at selv far kan huske den er tidløs visdom timeless wisdom og godt som gull den dag idag og lar seg ikke forbedre, og er ikke primitive metoder. Men er i nyere tid mye slettet av pensum til beste for mer klumsete og klønete og bamsete og autoritære og primitive metoder i orienterings og ordens og oppførsels- fagene.

        • Sverre Holm · oktober 17, 2014

          Instrumentene selv på 15-1600-tallet var nok primitive sett med våre øyne, men de var nok likevel endel bedre enn det du skriver om over. Se f.eks beskrivelsen av Tyco Brahes instrumenter. Tipper at få i dag ville være i stand til verken å lage dem eller bruke dem.

  2. marza1991 · oktober 18, 2014

    Litt utenfor tema, men det minner meg litt om denne her: http://xkcd.com/1366/ 🙂
    Hadde en tanke da jeg leste den første gang og tenkte det ikke kunne skade å posten den her: Om du gjør om «idéen» i tegneserien over og påstår at det å gå betyr å dytte hele universet bakover med føttene for å få et mål til å komme til deg, er det på en måte litt riktig?
    Litt som i et 3D-program på maskinen, så er det egentlig det samme om du flytter kameraet bakover eller scenen framover, du oppnår samme resultat uansett.

  3. Sverre Holm · oktober 19, 2014

    Godt poeng. Det viser jo godt hvordan bevegelse er relativ og at det ikke er lett å finne ut om det er det ene eller det andre som beveger seg.

    Bildet du lenket til er her:

  4. Bjørn · oktober 10, 2015

    Ny bok om mye av det samme, og gode kritikker:

    Christopher M. Graney: Setting Aside All Authority: Giovanni Battista Riccioli and the Science against Copernicus in the Age of Galileo

    https://thonyc.wordpress.com/2015/10/07/science-contra-copernicus/

    • Sverre Holm · oktober 12, 2015

      Det er en veldig interessant bok så takk for at du tok den fram her. Graney har feks funnet at allerede Tyco Brahe nevner Coriolous-argumentet.

      Enda viktigere er parallax-diskusjonen hos Graney. Han trekker fram at Brahe og Riccioli hadde gode vitenskapelige grunner for å foretrekke Brahes kombinerte geo-heliosentriske modell. Hovedargumentet er at pga manglende parallax og den målte størrelsen på stjernene så krevde Kopernikus’ modell at stjernene var så store som hele jordas bane, noe som ble ansett som usannsynlig.. Forståelsen av at det ikke alltid gikk å måle objekter størrelse gjennom teleskop kom senere.

      Med det blotte øyet kan en bare måle solas og månens størrelse. Med teleskop også planetenes. Men forsøk på å måle stjerner størrelse ble feil, da så små objekters ‘størrelse’ i teleskopet først og fremst er bestemt av teleskopet dimensjon (aperture). Fenomenet diffraksjon var ennå ikke kjent, det er jo noe vi støter hodet mot i alle avbildningssystemer som i feks medisinsk ultralyd også. Dets betydning for Brahe og Riccoli skal jeg se om jeg ikke får skrevet sammen en liten fremstilling av snart.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s