วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา >>
ดาราศาสตร์ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา
ดาราศาสตร์ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา
ดาราศาสตร์ยุคใหม่
นิโคลัส โคเปอร์นิคัส (Nicolaus Copernicus: 1473 - 1543)
นักคณิตศาสตร์และดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์
ถือได้ว่าโคเปอร์นิคัสเป็นผู้ให้กำเนิดดาราศาสตร์ยุคใหม่โคเปอร์นิคัสได้รับปริญญาเอกสาขากฎหมายที่เกี่ยวกับศาสนา
จากมหาวิทยาลัยปาดัว ประเทศอิตาลี
ในขณะที่ศึกษานั้นโคเปอร์นิคัสได้ศึกษาวิชาแพทย์ศาสตร์ และดาราศาสตร์ไปด้วย
และกลับมารับตำแหน่งบาทหลวงประจำวิหารที่เมืองเฟราเอนเบอร์กแทนลุงที่เสียชีวิต
การเป็นบาทหลวงทำให้โคเปอร์นิคัสมีเวลาค้นคว้าและศึกษาดาราศาสตร์มากขึ้น
และจากข้อมูลที่ได้จากการสังเกตกาณ์เขาก็ได้เขียนหนังสือเล็กๆเล่มหนึ่ง
ซึ่งไม่ได้ระบุชื่อผู้เขียนโดยมีเนื้อหาเกี่ยวกับรูปแบบของเอกภพที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง
เนื่องจากกลัวองค์กรศาสนาต่อต้าน หนังสือเล่มนี้ชื่อ Little Conmentary
ในหนังสือเล่มนี้โคเปอร์นิคัสได้ให้"สัจธรรม" ไว้หลายข้อ เช่น
1. ไม่มีดาวดวงใดอยู่ที่ศูนย์กลางของเอกภพ
2. โลกมิได้อยู่ที่ศูนย์กลางของเอกภพ
3. จุดศูนย์กลางของเอกภพอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์
4.
ระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิย์นั้นน้องมากเมื่อเทียบกับระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดาวอื่นๆ
5. การหมุนของโลกทำให้เราเห็นว่าดาวต่างๆเสมือนโคจรรอบโลก
6.
การที่เราเห็นดาวเคราะห์บางดวงโคจรย้อนทางเดิมนั้นเพราะโลกเราเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เร็วกว่าดาวดวงนั้น
โคเปอร์นิคัสเริ่มเขียนผลงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเขาคือ Rinensis De
Revolutioni Bus Orbium Coeleftium (การโคจรของดวงดาว)
หนังสือเล่มนี้กล่าวถึงการโคจรของดาวต่างๆในท้องฟ้า
แต่ผลจากเหตุการณ์ไม่สงบในประเทศทำให้งานเขียนดำเนินไปได้ช้ามาก
แต่ก็ได้รับความช่วยเหลือจากศิษย์เอกชื่อ Georg Joaheim Reticus
โดยนำต้นฉบับที่โคเปอร์นิคัสเขียนเสร็จแล้วนั้นไปทำการตีพิมพ์ที่เมืองนูรัมเบอร์ก
แต่ในคำนำจากโรงพิมพ์ก็ได้ให้ความเห็นที่คัดค้านกับเนื้อหาภายใน
ทำให้สิ่งที่โคเปอร์นิคัสเขียนไม่ได้รับความเชื่อถือ และสองปีหลังจากหนังสือตีพิมพ์
โคเปอร์นิคัสก็ได้เสียชีวิตเพราะเส้นโลหิตในสมองแตก ขณะอายุ 70 ปี
ผลงานของโคเปอร์นิคัสมีผลต่อนักดาราศาสตร์ในยุคหลัง
แม้ว่ารูปแบบเอกภพของเขาจะมีความผิดพลาดเช่น
วงโคจรของดาวเคราะห์ยังเป็นวงกลมสมบูรณ์
แต่ก็ช่วยเปลี่ยนมุมมองของเราที่มีต่อเอกภพที่เคยเชื่อว่าโลกเป็นศูนย์กลาง
ไทโค บราห์ (Tycho Brahe: 1546 - 1601)
ไทโค บราห์เป็นนักดาราศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของโลก
เขาเกิดในครอบครัวชั้นสูงที่มั่งคั่ง
ในเบื้องต้นเขาต้องการที่จะมีอาชีพเป็นนักกฏหมายเหมือนกับบิดา
แต่ขณะที่เขาเรียนมหาวิทยาลัยชั้นปีที่สอง
เขาก็ได้อ่านพบคำพยากรณ์ว่าจะเกิดสุริยุปราคา
ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่จะมีขึ้นในวันที่ 21 สิงหาคม ค.ศ. 1560
ทำให้เขาจดจ่อรอถึงวันที่จะเกิดเหตุการณ์นั้น และเมื่อมันเกิดขึ้นจริงๆ
มันก็ได้พลิกผันความสนใจของไทโค ไปสู่ดาราศาสตร์จนหมดสิ้น
ไทโคได้เริ่มทำการศึกษาท้องฟ้าและบันทึกข้อมูลตำแหน่งของดาวต่างๆ
(ในขณะนั้นยังไม่มีกล้องโทรทรรศน์) โดยได้รับการสนับสนุนจากพระเจ้าเฟเดอริคที่ 2
แห่งเดนมาร์กได้พระราชทานสถานที่และงบประมาณในการปลูกสร้างอาคารสังเกตการณ์
และไทโคได้ออกแบบเครื่องมือวัดที่มีความละเอียดสูงว่านักดาราศาสตร์อื่นถึงสิบเท่า
กล่าวคือเครื่องมือของไทโคสามารถวัดตำแหน่งของดาวอังคารได้ละเอียดถึง 1 ลิปดา
ไทโค เป็นคนแรกที่ทำบัญชีตารางดวงดาว สร้างแผนที่ดาราศาสตร์ที่มีความแม่นยำมาก
ไทโค เป็นผู้บุกเบิกสาขาดาราศาสตร์สังเกตการณ์ (observational astronomy)
รูปแบบเอกภพของไทโค
เป็นรูปแบบผสมระหว่างแบบที่โลกเป็นศูนย์กลางและแบบที่ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง
ระบบเอกภพของไทโคมีชื่อเรียกว่า Geo-heliocentric universe
แต่ก็ไม่เป็นที่แพร่หลายนัก
ในปี ค.ศ. 1600 ไทโค ได้ว่าจ้างโจฮันเนส เคปเลอร์ นักคณิตสาสตร์ชาวเยอรมัน
เพื่อมาเป็นผู้วิเคราะห์ข้อมูลดาวที่ไทโค ได้เก็บรวบรวมมาถึง 20 ปี
แต่หลังจากร่วมงานกันได้เพียง 18 เดือน ไทโคก็ได้เสียชีวิตลง
โจฮันเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler: 1571 - 1630)
เคปเลอร์เกิดที่ประเทศเยอรมันนี
ขณะที่อายุสี่ขวบเขาเป็นกาฬโรคเป็นเหตุให้เขาสายตาไม่ดีและแขนข้างหนึ่งพิการใช้งานลำบาก
แต่ด้วยความเฉลียวฉลาดทำให้เขาสามารถเรียนดาราศาสตร์และคณิตศาสตร์ได้เป็นอย่างดี
หลังจากจบการศึกษา
เคปเลอร์ได้เป็นศาสตราจารย์ทำการสอนวิชาคณิตศาสตร์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยกราซ
ประเทศออสเตรีย เป็นเวลา 7 ปี ในปี ค.ศ. 1600
เคปเลอร์ได้รับเชิญจากจักรพรรดิ์รูดอล์ฟที่ 2
ให้ร่วมทำงานค้นคว้าทางดาราศาสตร์กับไทโค บราห์ และหลังจากการถึงแก่กรรมของไทโค
เคปเลอร์ก็ได้ทำการเก็บข้อมูลต่อ และในปี ค.ศ. 1609
เคปเลอร็ก็ได้ตีพิมพ์กฎการโคจรข้อที่หนึ่งและสอง
กฎข้อแรกของเคปเลอร์คือ กฎของการโคจรเป็นวงรี
ดาวเคราะห์ทุกดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี
โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดโฟกัสจุดหนึ่งของวงรี
กฎข้อที่สองของเคปเลอร์คือ กฎของพื้นที่
ถ้าลากเส้นตรงจากดาวเคราะห์มายังดวงอาทิตย์
เส้นนี้เมื่อเลื่อนไปจะกวาดพื้นที่ได้เท่ากันเมื่อเวลาที่ใช้ไปนั้นเท่ากัน
อีกสิบปีต่อมา คือปี ค.ศ. 1619 เคปเลอร์ก็ได้ตีพิมพ์กฎข้อที่สามของเขา
โดยกฎข้อที่สามคือ กฎของความประสานกลมกลืน (Harmonic law) โดยกล่าวว่า
มีความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างเวลาที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์กับระยะทางเฉลี่ยของดาวดวงนั้นถึงดวงอาทิตย์
คือกำลังสองของเวลาที่ใช้ในการโจรครบรอบจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสามของระยะทางโดยเฉลี่ย
ผลงานของเคปเลอร์นั้นเป็นการประสานผลการสังเกตการณ์และวิเคราะห์โดยใช้คณิตศาสตร์ที่บริสุทธิ์
กระนั้นเคปเลอร์เองก็ไม่อาจทราบได้ว่าเหตุใดดาวจึงต้องโคจรเป็นวงรี
นอกจากนี้ยังไม่สามารถลบล้างความเชื่อของคนในยุคนั้นที่มีความคิดฝังแน่นว่าโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพ
กาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei: 1564 - 1642)
กาลิเลโอเป็นนักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ในยุคเดียวกับเคปเลอร์
เป็นผุ้ที่มีแนวความคิดขัดแย้งคำสอนของอริสโตเติลเกี่ยวกับเรื่องเอกภพเสมอ
และได้ทำการทดลองเพื่อหักล้างทฤษฎีของอริสโตเติลที่ว่าของหนักจะตกถึงพื้นเร็วกว่าของที่เบาโดยการปล่อยวัตถุที่มีมวลต่างกันจากหอเอนเมืองปิซา
ในปี ค.ศ. 1609 กาลิเลโอได้ทราบข่าวว่าฮันส์ ลิปเปอร์เช
ช่างแว่นตาชาวดัชท์ได้ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ที่สามารถส่องเห็นรายละเอียดของวัตถุที่อยู่ไกลๆได้
กาลิเลโอจึงประยุกต์และออกแบบกล้องโทรทรรศน์เพื่อใช้ในงานทางดาราศาสตร์
กาลิเลโอได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ประดิษฐ์ขึ้นสังเกตการณ์ดวงจันทร์
และพบว่าดวงจันทร์นั้นประกอบด้วยที่ราบ และเนินสูงไม่ต่างไปจากเปลือกโลก
และได้บันทึกลงในหนังสือชื่อ Starry Messenger
นอกจากนี้ยังได้ศึกษาจุดมืดบนดวงอาทิตย์และพบว่ามีการเคลื่อนที่เปลี่ยนตำแหน่งของจุดมืดด้วย
จากการสังเกตดาวพฤหัสบดี กาลิเลโอพบดาวบริวารจำนวน 4 ดวง และเมื่อวิเคราะห์ตำแหน่งแล้วพบว่าดาวทั้งสี่ดวงนั้นกำลังโคจรรอบดาวพฤหัสบดี กาลิเลโอตั้งชื่อดาวทั้งสี่ดวงนั้นว่า ซีเดอร่า เมดิชี (Sidera Medicea) การค้นพบนี้ส่งผลกระทบต่อตัวเขามากเพราะนอกจากจะสนับสนุนแนวคิดของเคปเลอร์แล้วยังสงผลต่อผู้ที่ศรัทธาในคำสอนของอริสโตเติลที่ว่าโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพ ทำให้เกิดความขัดแย้งกับกาลิเลโอและศาสนจักรในเวลาต่อมา
กาลิเลโอถูกนำตัวขึ้นศาลของสันตะปาปาในกรุงโรมเมื่อ ค.ศ. 1615
เพื่อบังคับให้เขายอมรับว่าทฤษฎีของเขาและเคปเลอร์ที่ว่าโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์นั้นผิด
แต่เขาก็ไม่ยอมเปลี่ยนแนวความคิด จนปี ค.ศ. 1633 ก็ถูกนำตัวขึ้นได่สวนอีกครั้ง
และส่งผลให้ถูกกักบริเวณ กาลิเลโอยังได้ศึกษาดวงจันทร์ต่อเนื่อง
และศึกษากลศาสตร์อันเป็นการเปิดทางที่สำคัญต่อนิวตันใยยุคต่อมา
กาลิเลโอเสียชีวิตด้วยวัย 78 ปี เมื่อปี ค.ศ. 1642
เซอร์ ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton : 1642 - 1727)
เซอร์ไอแซค นิวตันนักวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นผู้มีผลงานที่ดีเด่นกว่าใครๆ มีผลงานเด่นในสามเรื่องได้แก่
- แคลคูลัส เป็นคณิตศาสตร์แขนงใหม่ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในการหาพื้นที่ของรูปเรขาคณิต ความชันของเส้นโค้ง การหาค่ามากที่สุดและน้อยที่สุดของฟังก์ชัน
- ทัศนศาสตร์ นิวตันได้ทดลองและพบว่าแสงจากดวงอาทิตย์นั้นไม่ได้เป็นแสงสีเดียว แต่ประกอบด้วยแสงหลายๆสี และนิวตันได้สร้างกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดในยุคนั้น
- กฎแห่งความโน้มถ่วง นิวตันได้สร้างกฎการเคลื่อนที่สามข้อและกฎความโน้มถ่วงเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์
กฎความโน้มถ่วง
เซอร์ไอแซค นิวตันได้ศึกษางานของเคปเลอร์เรื่องกฎการโคจรของดาวเคราะห์
และได้สงสัยว่าเมื่อของทุกสิ่งทุกอย่างตกลงมายังพื้นโลกด้วยแรงโน้มถ่วงแล้ว
เหตุใดดวงจันทร์จึงไม่ตกลงมายังพื้นโลก
นิวตันพบว่าวัตถุต้องเคลื่อนที่เพื่อต่อสู้กับแรงโน้มถ่วง
และได้ใช้กฎการเคลื่อนที่สามข้อผนวกกับกฎความโน้มถ่วง
ในการอธิบายกฎการโคจรของเคปเลอร์ได้อย่างถูกต้อง
กฎการเคลื่อนที่ทั้งสามข้อของนิวตันได้แก่
ข้อ 1
วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่เมื่อแรงภายนอกที่กระทำนั้นรวมแล้วเท่ากับศูนย์
ข้อ 2
การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงภายนอกที่มากระทำ
ข้อ 3 แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาจะมีขนาดเท่ากันเสมอ
กฎความโน้มถ่วงของนิวตันกล่าวว่า
แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสองอันจะมีค่าแปรผันตรงกันมวลของวัตถุทั้งสองและแปรผลผันกับระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางมวลทั้งสองนั้นยกกำลังสอง
แม้นิวตันจะอธิบายกฎความโน้มถ่วงและกฎการโคจรของเคปเลอร์ได้อย่างถูกต้อง
แต่ก็มีผู้สงสัยในแนวคิดเรื่องกฎความโน้มถ่วงอีกมากมายที่สงสัยต่อการดึงดูดกันระหว่างดาวจำนวนมากมายในเอกภพ
ดังนั้นเพื่อให้ปัญหานี้หมดไป
รูปแบบเอกภพของนิวตันที่ได้นำเสนอนั้นเป็นรูปแบบเอกภพที่มีลักษณะเสถียร (static
universe) และมีวัตถุท้องฟ้าจำนวนอนันต์
ส่งแรงดึงดูดกันไปมาจนสามารถรักษาความเสถียรนั้นเอาไว้ได้
จากรูปแบบเอกภพที่มีโลกเป็นศูนย์กลางของอริสโตเติล
ทำให้เกิดความยุ่งยากในการอธิบายปรากฏการณ์การถอยหลังกลับของดาวเคราะห์
ส่งผลให้รูปแบบเอกภพของปโตเลมีมีความยุ่งยากมาก
แต่โคเปอร์นิคัสได้นำเสนอแนวคิดเรื่องดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของเอกภพ
ซึ่งได้รับการยืนยันด้วยข้อมูลของไทโค และการวิเคราะห์ของเคปเลอร์
พร้อมด้วยหลักฐานการยืนยันว่าโลกไม่ได้เป็นศูนย์กลางของทุกอย่างด้วยการศึกษาดาวบริวารของดาวพฤหัสบดีโดยกาลิเลโอ
การวิเคราะห์ของเคปเลอร็ได้รับการตอกย้ำความถูกต้องอีกครั้งโดยนิวตัน
พร้อมกันนี้นิวตันยังได้เสนอรูปแบบเอกภพที่เป็นแบบเสถียร (static universe) อีกด้วย
