Развитие представлений о картине мира
Развитие представлений о картине мира
Хотя даже в эру Христофора Колумба многие считали, что Земля плоская (и сейчас кое кто все еще держится этого представления), современная астрономия уходит корнями во времена старых греков. Около 340 г . до н. э. древнегреческий философ Аристотель написал сочинение «О небе», где привел весомые аргументы в пользу того, что Земля быстрее является сферой, а не плоской плитой.
Одним из аргументов стали затмения Луны. Аристотель сообразил, что их вызывает Земля, которая, проходя меж Солнцем и Луной, отбрасывает тень на Луну. Аристотель увидел, что тень Земли всегда круглая. Так и должно быть, если Земля — сфера, а не тонкий диск. Имей Земля форму диска, ее тень была бы круглой не всегда, но исключительно в те моменты, когда Солнце оказывается точно над центром диска. В других случаях тень удлинялась бы, принимая форму эллипса (эллипс — это вытянутая окружность).
Свое убеждение в том, что Земля круглая, древнейшие греки подкрепляли и другим резоном. Будь она плоской, идущее к нам судно поначалу казалось бы крохотной, невыразительной точкой на горизонте. По мере его приближения проступали бы детали — паруса, корпус. Но все происходит по другому. Когда судно возникает на горизонте, 1-ое, что вы видите, — это паруса. Только позже вашему взору раскрывается корпус. То событие, что мачты, возвышающиеся над корпусом, первыми возникают из за горизонта, свидетельствует о том, что Земля имеет форму шара (рис. 1).
Древнейшие греки много внимания уделяли наблюдениям за ночным небом. Ко времени Аристотеля вот уже несколько веков велись записи, отмечающие перемещение небесных светил.
Рис. 1. Судно, приближающееся из за горизонта.
Благодаря тому что Земля имеет форму шара, мачты и паруса судна возникают из за горизонта ранее, чем корпус.
Было увидено, что посреди тыщ видимых звезд, которые двигались все совместно, 5 (не считая Луны) передвигались своим, особенным манером. Время от времени они отклонялись от обыденного направления с востока на запад и пятились вспять. Эти светила окрестили планетками, что в переводе с греческого значит «блуждающий». Древнейшие греки следили только 5 планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн, так как только их можно узреть невооруженным глазом. Сейчас мы знаем, почему планетки движутся по таким странноватым траекториям. Если звезды практически не передвигаются по отношению к Солнечной системе, планетки обращаются вокруг Солнца, потому их путь по ночному небу смотрится еще труднее движения дальних звезд.
Аристотель считал, что Земля недвижна, а Солнце, Луна, планетки и звезды крутятся вокруг нее по радиальным орбитам. Он веровал в это, полагая, в силу магических обстоятельств, что Земля — центр Вселенной, а радиальное движение — самое совершенное. Во 2-м веке нашей эпохи другой греческий ученый, Птолемей, развил эту идею, построив всеобъятную модель небесных сфер. Птолемей был увлеченным исследователем. «Когда я изучаю спирали движения звезд, — писал он, — я уже не касаюсь ногами земли».
В модели Птолемея Землю окружали восемь крутящихся сфер. Любая последующая сфера больше предшествующей — подобно русским матрешкам. Земля помещается в центре. Что конкретно лежит за границей последней сферы, никогда не уточнялось, но это точно было труднодоступно людскому наблюдению. Так что самую далекую сферу считали собственного рода границей, вместилищем Вселенной.
Предполагалось, что звезды занимают на ней фиксированные места, так что при вращении этой сферы они движутся по небу все совместно, сохраняя взаиморасположение, — что мы и смотрим. На внутренних сферах располагаются планетки. В отличие от звезд, они не закреплены агрессивно, а движутся относительно собственных сфер по маленьким окружностям, именуемым эпициклами. Это вращение вместе с вращением планетных сфер и делает движение планет относительно Земли таким сложным (рис. 2). Этим построением Птолемей смог разъяснить, почему наблюдаемые пути планет по звездному небу еще труднее радиальных.
Модель Птолемея позволяла с достаточной точностью предвещать положения светил на небе. Но ради этого Птолемей обязан был допустить, что в некие моменты Луна, следуя по собственному пути, подходит к Земле в два раза поближе, чем в другое время. А это означает, что в такие моменты Луна должна казаться в два раза крупнее! Птолемей знал этот недочет собственной системы, и все таки она получила обширное, хотя и не всеобщее признание. Христианская церковь сочла эту картину мира соответственной Священному Писанию, так как она оставляла довольно места для рая и ада за пределами сферы недвижных звезд — большое преимущество.
Рис. 2. Модель Птолемея.
В модели Птолемея Земля является центром Вселенной, заключенным снутри восьми сфер, на которых располагаются все небесные тела.
Но в 1514 г . польский каноник Николай Коперник предложил другую модель мира. (Поначалу, может быть из ужаса прослыть еретиком, Коперник распространял свою теорию анонимно.) Революционная мысль Коперника состояла в том, что не все небесные тела должны крутиться вокруг Земли. Он утверждал, что Земля и планетки обращаются по радиальным орбитам вокруг недвижного Солнца, покоящегося в центре Галлактики. Подобно модели Птолемея, теория Коперника работала отлично, но все таки не стопроцентно соответствовала наблюдениям. Ее относительная простота — в сопоставлении моделью Птолемея, — казалось бы, сулила резвый фуррор. Но прошло практически столетие, до того как ее приняли серьезно . Два астролога — германец Иоганн Кеплер и итальянец Галилео Галилей — открыто встали на сторону теории Коперника.
В 1609 г . Галилей начал следить ночное небо с помощью придуманного им телескопа. Посмотрев на Юпитер, он нашел, что эту планетку сопровождают несколько малеханьких спутников, обращающихся вокруг нее. Это указывало, что не все небесные тела обращаются вокруг Земли, как считали Аристотель и Птолемей. В то же самое время Кеплер усовершенствовал теорию Коперника, предположив, что планетки движутся не по окружностям, а по эллипсам. С учетом этой поправки пророчества теории внезапно в точности совпали с наблюдениями. Открытия Галилея и Кеплера стали смертельными ударами для птолемеевской модели.
Хотя предположение об эллиптической форме орбит позволило усовершенствовать модель Коперника, сам Кеплер считал его только средством подгонки теории под наблюдения. Разумом его обладали тенденциозные, умозрительные идеи об устройстве природы. Подобно Аристотелю, Кеплер считал эллипсы наименее совершенными фигурами, чем окружности. Идея о том, что планетки движутся по таким неидеальным орбитам, так претила ему, что он не признавал ее конечной правдой. Волновало Кеплера и другое: представление об эллиптических орбитах было несовместимо с его мыслью о том, что планетки обращаются вокруг Солнца под действием магнитных сил. И хотя тезис Кеплера о том, что магнитные силы обусловливают вращение планет, оказался неверным, нельзя не признать прозрением ту его идея, что некоторая сила несет ответственность за движение небесных тел.
Правильное разъяснение того, почему планетки обращаются вокруг Солнца, появилось намного позднее, в 1687 г ., когда Исаак Ньютон опубликовал свои «Математические начала натуральной философии», возможно самый значимый из когда или изданных физических трудов. В «Началах» Ньютон определил закон, согласно которому всякое недвижное тело остается в покое, пока это состояние не нарушит какая или сила, и обрисовал, как под воздействием силы тело движется либо меняет свое движение.
Итак, почему же планетки движутся по эллипсам вокруг Солнца? Ньютон заявил, что за это несет ответственность специфичная сила, и утверждал, что это та же самая сила, что вынуждает предметы падать на Землю, а не оставаться в покое, когда мы их отпускаем. Он именовал эту силу гравитацией. (До этого, до Ньютона, английское слово gravity означало суровое настроение, также свойство предметов быть томными.) Ньютон также разработал математический аппарат, позволяющий количественно обрисовать, как реагируют тела на действие сил, схожих гравитации, и решил получившиеся уравнения. Таким макаром, Ньютон смог обосновать, что притяжение Солнца вынуждает Землю и другие планетки двигаться по эллиптическим орбитам — в четком согласовании с пророчеством Кеплера!
Ньютон назначил, что его законы применимы ко всему во Вселенной, от падающего яблока до звезд и планет. В первый раз в истории движение планет разъяснялось действием тех же законов, что определяют движение на Земле, и этим было положено начало современной физике и астрономии.
После отказа от Птолемеевых сфер не оставалось никаких обстоятельств мыслить, что Вселенная имеет естественные границы (очерченные самой далекой сферой). И так как положения звезд казались постоянными, если не считать их дневного движения по небу, вызванного вращением Земли вокруг собственной оси, естественно было представить, что звезды — это объекты, подобные нашему Солнцу, только очень очень дальние. И сейчас уже не только лишь Земля, да и Солнце не могло больше претендовать на роль центра мира. Вся наша Галлактика оказывалась, по всей видимости, менее чем рядовым образованием во Вселенной.