Galileo Galilei - mekanikens och astronomins banbrytare
När listorna på tidernas största forskare ska göras upp brukar italienaren Galileo Galilei (1564-1642) räknas till de främsta. Han har kallats den moderna vetenskapens fader och gjorde en lång rad upptäckter inom astronomi, fysik och många andra områden. Galilei insåg att teorier måste bevisas genom noggranna experiment. Trots alla sina lysande upptäckter och experiment är Galilei mest känd för ett försök han aldrig genomförde och några ord han aldrig sa.
Galileo Galilei dikterar för sina elever. Sedan han själv blivit blind kunde den man som gjort så många viktiga upptäckter inte längre skriva själv. Kanske blev han blind efter att ha studerat solen genom sitt teleskop. Målning av Tito Lessi.
En dag år 1581 satt en ung medicinstudent och lyssnade till mässan i den italienska staden Pisas katedral. Plötsligt föll hans blick på en ljuskrona, som hängde i taket. Kronan hade råkat i gungning och svängde fram och tillbaka som en jättelik pendel.
När studenten följt ljuskronan med blicken en stund, tyckte han att svängningarna blev kortare och kortare.
Studenten började kontrollera tiden för varje svängning med hjälp av sina pulsslag (armbandsklockan skulle inte uppfinnas på många hundra år). Såvitt han kunde se tog varje svängning lika lång tid oberoende av hur häftigt kronan svängde. När svängningarna blev kortare, minskade också hastigheten. Detta måste undersökas.
ANNONS
Data och fakta
1564: Galileo Galilei föds i Italien, son till en musiker.
1581: Galilei börjar studera vid Pisas universitet i Toscana. Hans envisa ifrågasättande av vad professorerna lär ut ger honom öknamnet "grälmakaren". Samma år upptäcker Galilei lagen för den enkla pendeln.
1585: Galilei måste lämna universitetet, när faderns pengar tagit slut.
1589: Galilei kan återvända till universitetet som föreläsare i matematik. Han inleder studier av fallande kroppar.
1592: Galilei blir matematikprofessor vid universitetet i Padua.
1609-1610: Efter att ha fått, teleskopet beskrivet för sig bygger Galilei ett eget och riktar det som första människa mot natthimlen. En rad upptäckter, bland annat att månen har berg, gör att en del av antikens teorier bevisas vara osanna. Galilei inser också att jorden rör sig runt solen.
1610: I skriften Stjärnmeddelaren lägger Galilei fram sina upptäckter. Han återvänder till en tjänst vid Pisas universitet.
1616: Galilei förbjuds att lära ut något annat än Aristoteles läror om himlakropparna.
1632: Boken Dialogo utkommer. Där lägger Galileo fram sina teorier om universum i samtalsform. Påven blir rasande.
1633: Galileo tvingas göra avbön inför inkvisitionen, den kyrkliga domstolen.
1638: Verket Discorsi utkommer. Det anses vara Galileis främsta och innehåller diskussioner om fallande kroppar, ljusvågor, förbränning och vibrationer i instrument.
1642: Galilei är blind och sängliggande. Han avlider. Men kyrkan förlåter honom inte, och han får ingen gravsten.
1989: Påven Johannes Paulus II förklarar att Galilei inte skulle ha ställts inför inkvisitionen.
Experimentens pionjär
När gudstjänsten var slut, skyndade studenten hem och fäste en vikt i ett snöre. Denna pendel lät han svänga med olika utslag och mätte svängningstiden med hjälp av sina pulsslag.
Till sist blev han övertygad om att den tanke som slagit honom i katedralen var riktig: En pendel av en viss längd mäter alltid ut samma tid oavsett om svängningen är lång eller kort. Det enda sättet att ändra svängningstiden är att ändra pendelns längd.
Detta kallas numera lagen för den enkla pendeln, och den 17-årige student som just upptäckt lagen hette Galileo Galilei (1564-1642). Så småningom skulle hans upptäckt leda fram till konstruerandet av de första pendeluren och en enormt förbättrad möjlighet att mäta tiden.
Detta var den första i en lång rad lysande upptäckter på så olika områden som astronomi, mekanik och hydrostatik, läran om vätskors jämvikt. Galilei var också en av de första som insåg vikten av att göra noggranna experiment och jämföra resultaten med vad teorierna visade. Först om experimenten stämde med teorin kunde teorin godtas.
Köpman eller vetenskapsman?
Galileis far var en känd musiker och kompositör, men musiken gav inte alltid tillräckliga inkomster, och Vincenzo Galilei måste tidvis försörja sig som klädeshandlare. För sin son hade han tänkt sig en framtid som ullhandlare - en enligt Vincenzo trygg och säker bransch.
Italien var i slutet av 1500-talet splittrat i en rad småstater, som hade olika stor självständighet gentemot kyrkan och olika härskande adelssläkter.
Handel och sjöfart skapade rikedomar i städer som Florens, Genua och Venedig som hade en av Europas viktigaste hamnar. Det var alltså inte förvånande att Vincenzo ville att sonen skulle bli handelsman. Men när Galilei växte upp visade han en sådan begåvning att fadern flera gånger tvingades tänka över sitt beslut.
Till sist, när Galilei fyllde 17 år, ändrade fadern sig, ullhandeln lades på hyllan, och sonen skrevs in vid Pisas universitet. Att studera var en ekonomisk fråga - den som inte hade pengar måste lita till stipendier eller söka stöd hos någon välvillig adelsman.
ANNONS
”Grälmakaren”
Galilei skrevs in som medicinstuderande men märkte snart att det var fysik som lockade. För att ta examen skulle texter av antikens godkända auktoriteter Aristoteles och Platon läras in. Galilei lärde sig vad han skulle, men studerade andra texter och ifrågasatte Aristoteles åsikter i debatter med sina lärare. Efter en tid hade Galilei fått öknamnet ”grälmakaren”.
Galileis sätt att utmana lärarna betydde dåliga betyg och att han ströks från listan när stipendier skulle delas ut. Efter tre år var faderns pengar slut. Galilei måste sluta studera och återvände till hemstaden Florens utan examen.
Galilei fortsatte studera på egen hand till faderns stora förtvivlan. Denne ville hellre att sonen skulle skaffa sig arbete. Beslutet att studera fysik och matematik gladde inte heller familjen. En medicinprofessor hade vid den här tiden mycket högre lön än en matematikprofessor.
Efter fyra år lyckades Galilei utnyttja det intryck han gjort på en inflytelserik adelsman under åren i Pisa. Trots att han inte hade examen blev Galilei utnämnd till föreläsare i matematik vid Pisas universitet. Men att "grälmakaren" var tillbaka, lika besluten som tidigare att stå fast vid sina åsikter, väckte bara irritation hos kollegerna.
Lagarna för fallrörelse
Galilei började nu undersöka vad som skedde när föremål föll till marken. Han var en av de första som noga observerade vad som verkligen hände. Trots alla sina experiment är det ett han aldrig utförde som är mest känt.
ANNONS
Antikens store filosof Aristoteles hävdade att olika tunga kroppar faller olika fort till marken. Ett klot på fem kilo skulle falla fem gånger fortare än ett enkilosklot.
Galilei ska ha gått upp i det lutande tornet i Pisa och samtidigt släppt två klot med olika vikt. De träffade marken samtidigt med en duns - och slog samtidigt Aristoteles teori i småbitar, så berättar legenden. Galilei utförde troligen aldrig just det försöket, och har aldrig själv skrivit att han gjort det men lyckades ändå motbevisa Aristoteles.
Under århundradenas lopp hade naturligtvis flera experimentellt lagda personer prövat Aristoteles teori genom att från kyrktorn och andra höga höjder samtidigt släppa tyngder med olika vikt. Men eftersom de slog i marken samtidigt motsade resultatet Aristoteles.
- Då måste jag ha gjort fel, tänkte ofta experimentatorn. Grundsynen hos många vetenskapsmän var nämligen den att om verklighet och teori inte stämde överens var det Aristoteles teori som gällde.
Flera vetenskapsmän hade tidigare tvivlat på vad Aristoteles hade kommit fram till, men det var Galilei som gjorde tillräckligt många noggranna mätningar för att motbevisa honom.
För att kunna studera ett fallande föremål krävs att någon tar tiden på fallet. Galilei upptäckte snart att kroppar föll så snabbt att det var omöjligt att göra några mätningar med de klockor som fanns då. Han måste bromsa upp fallet och fick snilleblixten att göra en ränna av trä. I rännan lät han ett klot rulla.
Nu hade - ansåg Galilei - fallet bromsats så mycket att mätningar kunde göras. Tiden mättes genom att vatten fick rinna ur ett kärl med jämn hastighet. Genom att mäta det utrunna vattnet kunde Galilei jämföra hur lång tid klotet behövt för att rulla olika sträckor.
Galilei kunde visa att klotet hela tiden ökade sin hastighet och att hastigheten ökade i jämn takt.
Han ansåg därmed sig ha bevisat att samma sak gällde för ett lodrätt fall. Först senare, med bättre mätmetoder, gick det att bevisa att Galilei haft rätt.
Tröghetsprincipen
En annan oerhört viktig upptäckt var tröghetsprincipen. Galilei frågade sig vad som skulle hända om ett klot som satts i rörelse rakt framåt inte utsattes för några andra krafter. Han kom till slutsatsen att klotet skulle fortsätta rakt framåt i oändlighet genom rymden.
Galilei menade att detta berodde på föremålets inneboende "tröghet".
Vetenskapsmannen Isaac Newton arbetade vidare på dessa idéer. På 1680-talet kunde han lägga fram en formel som förklarade varför himlakropparna rör sig som de gör.
Forskningarna vid Pisas universitet gjorde Galilei berömd, men berömmelsen blev hans olycka. Storhertigen av Toscana bad Galilei bedöma en modell av ett mudderverk. "Grälmakaren" förnekade sig inte utan förklarade frankt att mudderverket var helt odugligt.
ANNONS
Nu hade mudderverket tänkts ut av storhertigens halvbror, och han blev inte glad. Inte heller storhertigen fann behag i Galileis uttalande.
Maskinen byggdes i alla fall. Den visade sig, precis som Galilei sagt, vara helt oduglig. Men trots det hade han retat upp storhertigen och tvingades därför lämna sin tjänst vid universitetet.
Ett år senare hade den nu utfattige Galilei åter kunnat utnyttja sina inflytelserika vänner och blivit matematikprofessor vid universitetet i Padua år 1592.
Galilei hade så ont om pengar att han måste gå den 160 km långa vägen mellan Florens och Padua med sina ägodelar i en säck på ryggen. I Padua stannade han i 18 år. Det var den lyckligaste tiden i hans liv.
Kikaren
1609 fick Galilei höra talas om att en holländare konstruerat ett instrument som fick avlägsna föremål att verka så nära att det gick att ta på dem med handen. Instrumentet var ett teleskop. Utan att ha sett holländarens kikare funderade Galilei ut hur den var konstruerad och byggde själv en starkare.
Bild: Okänd Så här ritade Galilei av månens yta efter att, som den första människan i världen, betraktat den genom sitt teleskop.
Galilei visade sin kikare för Venedigs styresmän, som blev förtjusta. Nu gick det att se fartyg ute till havs långt tidigare. Var det fiender, fanns mer tid att förbereda sig. Även till havs var kikaren användbar. De hänförda styresmännen gav Galilei en professorstjänst på livstid.
Men Galilei hade andra planer än att behaga högt uppsatta herrar. En natt år 1610 riktade han som den första människan i världshistorien ett teleskop mot stjärnhimlen. Hittills hade alla observationer fått utföras med blotta ögat. Galilei var bättre rustad än någon människa tidigare varit att undersöka himlen, och han såg märkliga saker.
En av de första himlakropparna Galilei vände sitt teleskop mot var naturligt nog månen. Enligt Aristoteles var himlakropparna glatta klot, men Galilei kunde se att den linje som skilde månens mörka och ljusa sida var taggig. Det tydde på att det fanns berg och dalar på månens yta. Galilei kunde till och med räkna ut höjden på vissa berg med hjälp av geometri.
Galilei hade trots allt ett ganska dåligt teleskop och gjorde därför flera misstag. Vi vet idag att de mörka partier man kan se på månen är stora slätter. Galilei trodde att de var hav. Men slätterna har fått behålla de namn de en gång fick, t.ex. Stillhetens hav.
Galilei slog fast att jorden och månen bestod av liknande material. Aristoteles hade ju hävdat att himlakropparna var av ett material och jorden av ett annat.
ANNONS
ANNONS
Jupiters månar
Galilei fortsatte att låta sin kikare svepa över natthimlen. Till sin förvåning upptäckte han stjärnor och himlakroppar som ingen tidigare sett. Fyra sådana upptäckte han nära Jupiter, och de visade sig vara fyra av Jupiters månar. Galileis observationer visade att månarna kretsade runt Jupiter - följaktligen kunde inte Aristoteles ha rätt då han sa att alla himlakroppar kretsade runt jorden. Återigen var Aristoteles överbevisad.
Galilei insåg efterhand att den teori Copernicus lagt fram 1543 var riktig i sin grundtanke: Jorden kretsade runt solen och var inte universums centrum.
Galileis upptäckter möttes med misstro, och två professorer vägrade att över huvud taget titta i teleskopet.
- Libri kanske upptäcker Jupiters månar på väg till himlen, lär Galilei ha anmärkt vid den enes död.
Galilei lade fram sina teorier i skriften Stjärnmeddelaren år 1610 - den innehöll bland annat upptäckten av Jupiters månar och beskrivningen av månens yta.
Galileis rykte hade nu spritt sig, och han utnyttjade det för att på nytt få komma tillbaka till sin hemstad Florens i småstaten Toscana. Den nye storhertigen knöt honom till sitt hov, men Galilei gjorde ett stort misstag genom att flytta.
Kyrkans motstånd
Copernicus teori från 1543 om att jorden rörde sig runt solen och inte tvärtom hade väckt den mäktiga kyrkans oro och vrede. Så länge det bara var en teori var det inte så farligt, men här kom Galilei och sa sig ha bevisat den. Kyrkan ansåg detta strida mot Bibelns ord. Galileis bevis var en farlig utmaning mot kyrkans makt och myndighet.
1616 förbjöds han att lära ut någon annan lära om himlakropparna än den Aristoteles lagt fram. De nya idéerna oroade påve Paul V.
När Galileis vän kardinal Barberini valdes till påve 1623 under namnet Urban VIII, trodde vetenskapsmannen att kyrkans förbud skulle hävas. Men som påve måste Galileis vän vara försiktig och vågade inte ge honom sitt öppna stöd.
ANNONS
ANNONS
Galilei hoppades ändå, och 60 år gammal började han skriva på sin stora bok Dialogo. Efter att ha granskats av kyrkans censorer kom den ut 1632.
I boken lägger Galilei fram sina teorier om universum i form av ett samtal mellan tre personer. Efter publiceringen fick en del präster kalla fötter och lyckades övertyga censorerna om att de blivit lurade att godkänna boken.
Urban VIII var rasande, eftersom han fått för sig att en av personerna i boken var en karikatyr av honom.
Galilei tvingades inställa sig inför inkvisitionen, den fruktade kyrkliga domstolen. Den 21 juni 1633 förklarades han skyldig, och nästa dag måste den gamle forskaren böja knä inför inkvisitionen och med darrande stämma läsa upp en färdigskriven bön om förlåtelse. Han lovade också att aldrig mer lära ut att jorden rörde sig runt solen.
Efter att ha läst bönen ska Galilei ha muttrat:
- Och ändå rör hon sig.
Det är hans mest berömda ord, men han sa dem antagligen aldrig - lika litet som han släppte vikter från tornet i Pisa.
Det dröjde länge innan Vatikanen förlät Galilei för hans astronomiska upptäckter. Först 1989 förklarade påven Johannes Paulus II att Galilei inte borde ha ställts inför inkvisitionen. Några år senare erkände Vatikanen att domen mot Galilei var felaktig.
Arbete i husarrest
När Galilei gjort avbön, fick han återvända till Florens, där han sattes i ett slags husarrest. Han tvingades ligga till sängs långa perioder på grund av astma och ett plågsamt bråck, men han fortsatte sitt vetenskapliga arbete på andra områden. År 1638 hade han fullbordat sitt andra stora verk, Discorsi. Det anses vara Galileis främsta verk. I det tog han upp fallande kroppars rörelse, ljusvågor, förbränning och vibrationer i instrument.
Aristoteles hade skrivit att en pil som skjuts från en pilbåge färdades rakt fram tills att dess drivkraft var förbrukad och att den sedan föll rakt ner. Detta trots att alla som sett en avskjuten pil vet att den efterhand kommer att dala mot marken i en båge.
ANNONS
ANNONS
Galilei var den förste som insåg att en utslungad projektils rörelse - t ex en kanonkulas eller en pils - kunde delas upp i en vågrät och en lodrät del. Rörelsen kan beskrivas i ett diagram med två pilar som är vinkelräta mot varandra, och det sammanlagda resultatet av dessa pilar ger en riktig bild av projektilens rörelse.
Galilei visade att projektilens färd var en parabel - en kurva. Hans system används än i dag för att beskriva rörelse.
Galileis arbete om kroppars rörelse och fall gjorde att Isaac Newton kunde arbeta vidare på hans teorier och ställa upp matematiska formler för hur himlakropparna rör sig.
Vilken var den första stora vetenskapliga upptäckt som Galilei gjorde, och hur gammal var han då?
Varför fick Galilei öknamnet ”grälmakaren” under sin studietid vid Pisas universitet?
Galilei har blivit känd för ett experiment han aldrig utförde. Vilket?
Beskriv några av de upptäckter Galilei gjorde när han undersökte stjärnhimlen med sitt teleskop.
Hur bar sig Galilei åt för att bromsa upp hastigheten hos fallande kroppar så mycket att deras hastighet kunde mätas?
Vilka är Galileis två viktigaste vetenskapliga verk, och vilka år publicerades de?
Galileis teorier om hur universum var uppbyggt väckte kyrkans vrede? Varför?
Vad innebär tröghetsprincipen?
Förklara vad lagen om den enkla pendeln innebär.
Litteratur: Daniel J Boorstein, The Discoverers, Random House, 1983 Rom Harré, Great Scientific Experiments, Oxford University Press, 1983 Roy Porter (red.), Man Masters Nature, BBC Books, 1987 David Eliot Brody och Arnold R Brody, Upptäckterna som förändrade världen och människorna bakom dem, Wahlström & Widstrand, 1999 Staffan Hansson, Teknikhistoria - en historia om tekniskt kunnande och dess betydelse för individ och samhälle från äldsta tid fram till 1900-talet, Studentlitteratur, 1990 Jan Hult och Bengt Nyström, Technology & industry, Science History Publ., 1992
FÖRFATTARE
Text: Kaj Hildingson, journalist och läromedelsförfattare
