Średniowieczna astrofizyka

 

bp Andrzej Siemieniewski

Średniowieczna astrofizyka: opisy efektów grawitacyjnych

„Cokolwiek powstało od pierwszych chwil stworzenia,
utwierdzone zostało przez matematykę.
To był podstawowy wzorzec w umyśle Stwórcy”
(Hraban Maur, ok. 800 r.)


Raz jeszcze powrócimy na chwilę do autora żyjącego w starożytności, a to dlatego, że jego wpływ na interesującą nas na tym etapie chrześcijańską myśl średniowieczną był absolutnie dominujący. Mowa tu o św. Augustynie (364-430) i jego opinii na temat – jak określano to wówczas – antypodów. Tu ważna uwaga: antypody Augustyna to raczej „antypodzi”, gdyż doktor Kościoła ma na myśli ludzi mieszkających na przeciwległej półkuli, a nie leżące tam tereny:

„Nie ma podstaw do wierzenia baśniom o antypodach, to jest o ludziach z przeciwległej strony ziemi, gdzie słońce wtedy wschodzi, kiedy u nas zachodzi; i że ludzie ci z drugiej strony chodzą po ziemi, która jest pod naszymi stopami […]. Choćby uważać świat za kulisty i okrągły lub choćby się tego jakoś i dowiodło, nie wynika jeszcze z tego, żeby po tamtej stronie wśród wód bezmiaru był też ląd jaki, a choćby i był – niekoniecznie ludzie tam być mają”.

Według doktora Kościoła Ziemia jest, być może, kulista (gdzie indziej już wyjaśnił, że rozstrzyganie naukowych kwestii tego typu nie należy do teologów takich jak on, ale do astronomów). Dopuszczał też możliwość istnienia tam jakichś lądów (wówczas jeszcze nieodkrytych). Jednak nie wydawało mu się prawdopodobne, aby miał tam ktoś mieszkać. Argument jednak nie polegał bynajmniej na tym, jak mógłby myśleć czytelnik uformowany na dziewiętnastowiecznych przesądach, że grozi tam ryzyko spadnięcia z Ziemi „w dół”. Nie, ten argument w ogóle nie przyszedł mu do głowy. Powodem było powszechne przekonanie, że podróż przez równikowe upały na drugą stronę Ziemi jest niemożliwa, co uniemożliwiłoby ewentualną ewangelizację takich ludów. A przecież byłoby nie do wyobrażenia, aby Bóg stworzył ludzi, do których Ewangelia miałaby nigdy nie dotrzeć…


Czyżby więc niesamowite opowieści o strachu przed spadnięciem głową w dół z okrągłej Ziemi były fantazją? Tak, i to nie średniowieczną, ale znacznie późniejszą. Wielu uczonych wieków średnich wyraźnie mówiło o sile nazywanej dziś przez nas grawitacją. Tyle że według nich siła przyciągania powodowana była nie tyle przez wielką masę (jak na przykład kula ziemska), ale przez samą przestrzeń. Różnica była jednak tylko teoretyczna: przecież skoro kula ziemska znalazła się w centrum świata, to i tak siła przyciągania zawsze kierowała się prostopadle do powierzchni naszej planety i ku jej środkowi.


Żyjący na przełomie XI i XII wieku Rupert von Deutz (1070-1129) w swoim komentarzu do Księgi Rodzaju wyraźnie o takiej sile wspomina:

„Ziemia (orbis terrae) jest ze wszystkich stron opasana wodą, ze wszystkich też stron otoczona jest owiewającym ją powietrzem. Dlatego też gdyby pod kulą ziemską byli ludzie, których stopy skierowane byłyby przeciwnie niż nasze […], to nie musieliby bardziej obawiać się, że spadną, niż my – że porwie nas powietrze. Gdyż wszelki ciężar zmierza swym impetem ku ziemi”.

Dla uzupełnienia warto dodać, jak obrazowo unaoczniano działanie siły grawitacji w późnośredniowiecznej fizyce. Pomocne było w tym wyobrażenie sobie wykonania hipotetycznego tunelu przez całą kulę ziemską na wylot, tak aby tunel przechodził przez środek Ziemi. Angielski pisarz i teolog oraz opat cystersów, Alexander Neckam (1157-1217), w swojej książce De naturis rerum opisał taki myślowy eksperyment w następujących słowach:

„W ciele kulistym miejscem najniższym jest to, które znajduje się w środku. Dlatego miejscem najniższym w Ziemi jest jej środek. Gdyby więc ktoś wyobraził sobie, że przewierciłoby się Ziemię poprzez jej środek, tak by powstał wielki otwór na wylot, i wrzuciłoby się tam wielki ołowiany ciężar, aby bez przeszkód opadał w dół, to ruch tego ciężaru znalazłby punkt spoczynku w samym środku Ziemi. Dlaczego? Gdyż oczywiście gdyby taki ołów przekroczył w swoim ruchu środek Ziemi, już by nie spadał, ale zaczął wznosić się w górę”.

Św. Tomasz (1224-1274), mistrz filozofii średniowiecznej, wziął sobie za przykład ruch nie ołowianej kuli, ale wody:

„Nie należy myśleć o tym, co «na górze» i «na dole», w ten sposób, że coś mogłoby być «pod spodem» centrum [Ziemi], gdzie – jak zakładamy – istnieje pierwotne źródło wód. Przecież ruch od powierzchni Ziemi do jej środka jest spadkiem, ale gdyby woda miała dalej podążać wzdłuż linii prostej, to jej bieg byłby wznoszeniem się, bo ruch od środka [Ziemi] jest tym samym, co ruch w górę”.

Średniowieczni autorzy poruszali temat grawitacji nie tylko w terminach abstrakcyjnych przykładów, jak ruch metalowych kul lub cieków wodnych. Zobaczymy, jak to samo zagadnienie zostało przedstawione słowami poety, i to jednego z największych artystów w ludzkiej historii. Mowa tu o Dantem Alighieri i o jego Boskiej Komedii z roku mniej więcej 1307. Znajdziemy tam opis wędrówki podróżników w głąb Ziemi, aż do jej środka, a nawet jeszcze dalej. Dante w swojej Komedii przedstawił kosmos według obrazu świata, który inspirował się być może dziełem Restoro z Arezzo z roku 1282, zatytułowanym Composizione del mundo.


Z długiego opisu Dantego zainteresuje nas tu najbardziej, co wydarzyło się po dotarciu bohaterów poematu do samego centrum kuli ziemskiej. Najpierw, co warto odnotować, czytelnik dowiaduje się, że w centrum świata nie znajduje się bynajmniej jego część najdoskonalsza, ale miejsce najgorsze! Tam właśnie jest mieszkanie szatana i najohydniejszych zdrajców. Dlatego kiedy wędrowcy, Dante wraz ze swoim przewodnikiem Wergiliuszem, zbliżają się do samego środka Ziemi (a więc i środka wszechświata), muszą przeciskać się obok uwięzionego tam w lodzie Lucyfera. I wtedy właśnie dochodzi do niezwykłego zaburzenia przestrzeni: przewodnik Dantego zwrócił się nagle głową tam, gdzie przedtem miał stopy. Tylko w ten sposób mógł dalej iść.


Cóż się stało? Schodząc ciągle w dół, wędrowcy nagle doszli do punktu, w którym – nie zawracając przecież i idąc wciąż w tym samym kierunku, wzdłuż tej samej linii prostej – zaczęli wstępować do góry. W stanie jakiejś przedziwnej średniowiecznej „nieważkości” obrócili się tak, że ich głowy zajęły miejsce nóg – ale kierunku wędrówki nie zmienili! Co to za punkt? Tylko ktoś ciemny – zaznacza Dante – nie znałby odpowiedzi na to pytanie, będąc „nieświadom, jaki punkt ziemi przekroczyłem” (Piekło, XXXIV, 93).


Wędrowcy po przekroczeniu środka Ziemi i centrum grawitacji zaczęli przechodzić na jej drugą stronę i znaleźli się pod przeciwległą półkulą: „wszedłeś w sferę naprzeciwpolarną” (w. 112), pisze Dante, „tutaj jest ranek, gdy tam podwieczerze” (w. 118). To dlatego „z mroku słońce ku zorzy przebiegło od razu” (w. 104-105): choć „na górze” panowała noc, tu w tym samym czasie świeciło słońce.


A efekty grawitacyjne? „Przekroczyłeś ziarno [tj. jądro] ziemi, gdzie wszystkie ściągają ciężary” (w. 110-111). Wędrowcom nie pozostało więc nic innego jak obrócić się „do góry nogami” (a właściwie – w nowej grawitacyjnej sytuacji: „do dołu nogami”) i podążyć tunelem ciągnącym się przez całą półkulę południową, aż – jak wyznaje w swojej poetyckiej wizji Dante:


„obaczyłem niebios światło cudne
Przez krągły otwór migocące z góry.
Tędyśmy na świat wyszli, witać gwiazdy…”
(w. 137-139).


Wszystko to oczywiście jest tylko poetycką, wyimaginowaną podróżą do wnętrza Ziemi. Ale autor posłużył się przyjętym za oczywistość modelem kulistej Ziemi z grawitacyjnym centrum położonym w samym jej środku.

Rys. Szkic struktury kosmosu opisanego w artystycznej formie w Boskiej Komedii Dantego Alighieri. Co istotne: kulista Ziemia zwrócona jest tutaj ku dołowi półkulą pokrytą lądami. W samym centrum zamieszkanego świata, czyli „od spodu” kuli ziemskiej, znajduje się Jerozolima. Dlatego obowiązuje tu swoista zasada względności kierunków: schodzenie w głąb Ziemi, czyli w dół, jest jednocześnie poruszaniem się ku górze, mianowicie ku przeciwległej półkuli, pokrytej wodą oceanów.

Wrócimy teraz do św. Tomasza, który w XIII wieku wykorzystał starożytne teksty Arystotelesa, aby teoretycznie wyjaśnić problem stabilności Ziemi w świecie, w którym wszystko spada w kierunku jego środka. Oczywiście wyjaśnienie to jest zgodne z ówczesnymi sformułowaniami praw fizyki. Nie wszystkie te naukowe tezy są do dziś aktualne, to prawda. Ale możemy być spokojni: ani o słoniu stojącym na żółwiu, ani o okrętach spadających w otchłań z krawędzi świata nic tu nie znajdziemy.

„Wszelkie ciężkie ciała poruszają się w stronę środka [kulistej] Ziemi w taki sposób, że gdyby nie napotkały przeszkody, przedmioty poruszające się ze wszystkich kierunków spotkałyby się w środku Ziemi. Powodem jest to, że każdy z nich porusza się po linii prostej, która jest prostopadła do linii stycznej do powierzchni Ziemi (ad rectos angulos respectu lineae contingentis superficiem terrae). Dlatego też wszystkie ciężkie ciała są przyciągane do wspólnego środka świata i Ziemi”.

------------------------
Fragment książki: ks. bp Andrzej Siemieniewski, Ścieżką nauki do Boga, Warszawa 2009, ss. 405.