Никола́й Копе́рник - польский и прусский астроном, математик, экономист, каноник эпохи Ренессанса, автор гелиоцентрической системы мира .
Факты биографии
Николай Коперник родился в Торуни в купеческой семье в 1473 г., рано лишился родителей. О национальности его нет определенного мнения – одни считают его поляком, другие – немцем. Его родной город вошел в состав Польши за несколько лет до его рождения, а до этого был частью Пруссии. Но воспитывался он в немецкой семье дяди по матери.
Учился в Краковском университете, где изучал математику, медицину и богословие, но особенно его привлекала астрономия. Затем уехал в Италию и поступил в Болонский университет, где готовился в основном к духовной карьере, но и там занимался астрономией. В Падуанском университете изучал медицину. По возвращении в Краков работал врачом, одновременно являясь доверенным лицом дяди, епископа Лукаса.
После смерти дяди жил в маленьком городке Фромборк в Польше, где он служил каноником (священником католической церкви), но занятия астрономией не прекращал. Здесь же у него сложился замысел новой астрономической системы. Он делился своими мыслями с друзьями, поэтому очень скоро разошелся слух о молодом астрономе и его новой системе.
Коперник одним из первых высказал мысль о всемирном тяготении. В одном из его писем говорится: «Я думаю, что тяжесть есть не что иное, как некоторое стремление, которым божественный Зодчий одарил частицы материи, чтобы они соединялись в форме шара. Этим свойством, вероятно, обладают Солнце, Луна и планеты; ему эти светила обязаны своей шаровидной формой».
Он уверенно предсказал, что Венера и Меркурий имеют фазы, подобные лунным. После изобретения телескопа Галилей подтвердил это предвидение.
Известно, что талантливые люди талантливы во всем. Коперник также показал себя всесторонне образованным человеком: по его проекту в Польше была введена новая монетная система, в городе Фромборке он построил гидравлическую машину, снабжавшую водой все дома. Как врач, занимался борьбой с эпидемией чумы в 1519 г. Во время польско-тевтонской войны (1519-1521) организовал успешную оборону епископства от тевтонов, а затем принимал участие в мирных переговорах, завершившихся созданием первого протестантского государства - герцогства Пруссия.
В возрасте 58 лет Коперник удалился от всех дел и занялся работой над своей книгой «О вращении небесных сфер» , одновременно безвозмездно лечил людей.
Умер Николай Коперник в 1543 г. от инсульта.
Гелиоцентрическая система мира Коперника
Гелиоцентрическая система - представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Земля, в соответствии с этой системой, обращается вокруг Солнца за один звездный год, а вокруг своей оси – за одни звездные сутки. Это представление противоположно геоцентрической системе мира (представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды).
Учение о гелиоцентрической системе возникло еще в античности , но широкое распространение получило с конца эпохи Возрождения.
Догадки о движении Земли существовали у пифагорейцев, Гераклида Понтийского, но подлинно гелиоцентрическая система была предложена в начале III века до н. э. Аристархом Самосским. Считается, что Аристарх пришёл к гелиоцентризму исходя из установленного им факта, что Солнце по размерам много больше Земли (единственный дошедший до нас труд учёного). Естественно было предположить, что меньшее тело обращается вокруг большего, а не наоборот. Существовавшая до этого геоцентрическая система мира оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Она позволяла также установить порядок следования светил.
Но после II века н. э. в эллинистическом мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной теории Птолемея.
В Средние века гелиоцентрическая система мира была практически забыта. Исключением являются астрономы Самаркандской школы, основанной Улугбеком в первой половине XV века. Некоторые из них отвергали философию Аристотеля как физический фундамент астрономии и считали вращение Земли вокруг оси физически возможным. Есть указания, что некоторые из самаркандских астрономов рассматривали возможность не просто осевого вращения Земли, но движения её центра, а также разрабатывали теорию, в которой Солнце считается вращающимся вокруг Земли, но все планеты вращаются вокруг Солнца (что можно назвать гео-гелиоцентрической системой мира).
В эпоху Раннего Возрождения о подвижности Земли писал Николай Кузанский, но его суждение было сугубо философским. Были и другие предположения о движении Земли, но системы как таковой не существовало. И только в XVI веке гелиоцентризм возродился окончательно, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результатом его трудов была книга «О вращениях небесных сфер», изданная в 1543 г. Он считал недостатком всех геоцентрических теорий то, что они не позволяют определить «форму мира и соразмерность его частей», то есть масштабы планетной системы. Возможно, он исходил из гелиоцентризма Аристарха, но это окончательно не доказано, в окончательной редакции книги ссылка на Аристарха исчезла.
Коперник считал, что Земля совершает троякое движение:
1. Вокруг своей оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы.
2. Вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет.
3. Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе.
Коперник объяснил причины попятных движений планет, вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений. Зодиакальное неравенство в движении планет Коперник объяснял тем, что их движение является комбинацией движений по большим и малым кругам.
Гелиоцентрическая система Коперника может быть сформулирована в следующих утверждениях:
- орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
- центр Земли - не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;
- все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;
- расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
- суточное движение Солнца - воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;
- Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) - не более чем эффект движения Земли;
- это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.
Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе.
Центром планетной системы у Коперника было не Солнце, а центр земной орбиты;
из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.
Видимо, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.
Оценка теории Коперника современниками
Его ближайшими сторонниками первых трёх десятилетий после опубликования книги «О вращениях небесных сфер» был немецкий астроном Георг Иоахим Ретик, одно время сотрудничавший с Коперником, считавший себя его учеником, а также астроном и геодезист Гемма Фризий. Сторонником Коперника был и его друг, епископ Тидеман Гизе. Но большинство современников из теории Коперника «вырвали» только математический аппарат для астрономических вычислений и практически полное игнорирование его новой, гелиоцентрической космологии. Это произошло, возможно, потому, что предисловие для его книги писал лютеранский богослов, и в предисловии было сказано, что движение Земли является остроумным вычислительным приёмом, но понимать Коперника буквально не следует. Многие в XVI веке так и считали, что это мнение самого Коперника. И только в 70-е - 90-е годы XVI в. астрономы стали проявлять интерес к новой системе мира. У Коперника появились как сторонники (в том числе философ Джордано Бруно; богослов Диего де Цунига, который использует представление о движении Земли для интерпретации некоторых слов Библии), так и оппоненты (астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, философ Фрэнсис Бэкон).
Противники системы Коперника утверждали, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси, то:
- Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые неминуемо разорвали бы её на части.
- Все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса.
- Любой брошенный предмет отклонялся бы в сторону запада, а облака плыли бы, вместе с Солнцем, с востока на запад.
- Небесные тела движутся, потому что они состоят из невесомой тонкой материи, но какая сила может заставить двигаться огромную тяжёлую Землю?
Значение
Гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э. Аристархом и возрождённая в XVI веке Коперником , позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания классической механики и привело к открытию закона всемирного тяготения . Эта теория открыла дорогу звёздной астрономии, когда было доказано, что звёзды - это далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Далее гелиоцентрическая система мира все более утверждалась - основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.
Становились все более очевидными запутанность, сложность и несовершенство птолемеевской системы. Предпринималось множество попыток увеличить ее точность, однако они лишь усложняли ее. Еще в 13-м веке Альфонсо Х, кастильский король, сказал, что если бы он имел возможность дать Богу совет при создании мира, то посоветовал бы устроить его проще. Гелиоцентрическую систему мира предложил Коперник. Она стала настоящей революцией в астрономии. Но прежде чем познакомится с ней, вначале вы узнаете о том, что было предложено до него Птолемеем.
Созданная предшественником Коперника система не позволяла получать точные предсказания. Кроме того, она страдала несистематичностью, отсутствием целостности, внутреннего единства. Система мира по Птолемею предполагала изучение каждой планеты изолированно, отдельно от других. Каждое небесное тело, как утверждал этот ученый, имело собственные законы движения и эпициклическую систему. Движение планет в геоцентрических системах описывалось с помощью ряда независимых, равноправных математических моделей. Геоцентрическая теория, строго говоря, не складывалась в систему, поскольку планетная система (или система планет) не являлась ее объектом. Речь в ней шла исключительно об отдельных движениях, которые совершают небесные тела.
фото: Клавдий Птолемей в представлении художника XVI в.
Нужно отметить, что с помощью геоцентрической теории можно было вычислять только примерное местонахождение тех или иных небесных тел. А вот определить их расположение в пространстве или истинную удаленность не представлялось возможным. Эти задачи Птолемей считал и вовсе неразрешимыми. Новая система мира, гелиоцентрическая, появилась благодаря установке на поиск системности и внутреннего единства.
фото: Карта Птолемея (II век)
Следует отметить, что гелиоцентрическая теория возникла и в связи с необходимостью реформирования юлианского календаря. Две основные точки в нем (полнолуние и равноденствие) потеряли связь с происходившими в действительности астрономическими событиями. В 4-м веке н. э. дата весеннего равноденствия по календарю приходилась на 21 марта. В 325 году Никейский собор закрепил это число. Оно использовалось как важная отправная точка при расчете даты Пасхи, главного христианского праздника. К 16-му веку дата весеннего равноденствия (21 марта) уже на 10 дней отставала от фактической.
Юлианский календарь еще с 8-го века безуспешно пытались совершенствовать. На Латеранском соборе в Риме (1512-17 гг.) была отмечена острота проблемы календаря. Целому ряду известных астрономов было предложено решить ее. Среди них был и Николай Коперник. Однако он отказался, поскольку считал теорию движения Луны и Солнца недостаточно точной и развитой. А ведь именно они лежали в то время в основе календаря. Тем не менее предложение, которое получил Н. Коперник, стало для него одним из мотивов работы над усовершенствованием геоцентрической теории. В результате этой работы и появилась новая система мира.
фото: Николай Коперник
Именно Николаю суждено было совершить одну из величайших революций в истории астрономии, за которой последовала и революция в естествознании. Коперник, познакомившись с системой Птолемея еще в конце 15-го века, оценил его математический гений. Однако вскоре ученый стал сомневаться в истинности данной теории. Сомнения сменились убеждением в том, что в геоцентризме имеются глубокие противоречия.
Николай Коперник первым из ученых взглянул на тысячелетний опыт развития науки глазами человека новой эпохи. Речь идет об эпохе Возрождения. Как истинный ее представитель, Коперник показал себя уверенным, смелым новатором. Его предшественникам не хватало смелости, чтобы отказаться от геоцентрического принципа. Они занимались усовершенствованием тех или иных мелких деталей теории. Система мира Коперника предполагала разрыв с тысячелетней астрономической традицией. Мыслитель искал в природе гармонию и простоту, ключ к пониманию единства многих явлений, кажущихся разрозненными. Система мира Николая Коперника стала результатом поисков ее создателя.
Основные принципы гелиоцентрической астрономии Коперник изложил между 1505 и 1507 годом в "Малом комментарии". К 1530 году он завершил теоретическую обработку полученных им астрономических данных. Однако лишь в 1543 году на свет появилось одно из важнейших в истории творений человеческой мысли – труд "О вращениях небесных сфер". В этой работе представлена математическая теория, объясняющая сложные видимые движения Луны, Солнца, пяти планет, а также сферы звезд. В приложении к труду помещен каталог звезд. Сама работа снабжена математическими таблицами.
Коперник в центре мира поместил Солнце. Он указал на то, что планеты движутся вокруг него. Среди них была и Земля, впервые определенная как "подвижная звезда". Сфера звезд, как считал Коперник, отделена от планетной системы огромным расстоянием. Вывод мыслителя о большой удаленности данной сферы объясняется гелиоцентрическим принципом. Дело в том, что лишь таким образом Коперник мог согласовать свою теорию с видимым отсутствием смещений у звезд. Речь идет о тех смещениях, которые должны появиться за счет движения наблюдателя вместе с планетой Земля.
Система, предложенная Николаем Коперником, была точнее и проще системы Птолемея. Она сразу же получила широкое практическое применение. На основе данной системы были составлены "Прусские таблицы", длина тропического года была рассчитана более точно. В 1582 году была проведена долгожданная реформа календаря – появился новый стиль, григорианский.
Меньшая сложность новой теории, а также получавшаяся в первое время большая точность расчета положений планет на основе гелиоцентрических таблиц отнюдь не являются основными достоинствами системы Коперника. Более того, при расчетах его теория оказалась лишь незначительно проще птолемеевской. Что касается точности вычислений положений планет, она практически от нее не отличалась, если необходимо было рассчитать изменения, наблюдаемые в длительном промежутке времени.
В первое время "Прусские таблицы" давали несколько большую точность. Это объяснялось, однако, не просто введением гелиоцентрического принципа. Дело в том, что Коперник пользовался более совершенным математическим аппаратом для своих вычислений. Однако и "Прусские таблицы" в скором времени также разошлись с данными, полученными в ходе наблюдений.
Восторженное отношение к предложенной Коперником теории постепенно сменилось разочарованием в ней у тех, кто ожидал получить немедленный практический эффект. Более полувека, с момента возникновения системы Коперника и до открытия Галилеем фаз Венеры в 1616 году, не было прямых подтверждений того, что планеты движутся вокруг Солнца. Таким образом, истинность новой системы не была подтверждена наблюдениями. В чем же заключалась истинная сила и привлекательность теории Коперника, которая вызвала настоящую революцию в естествознании?
Как известно, любое новое появляется на базе старого. В этом отношении Коперник не был исключением. Тот, кто создал гелиоцентрическую систему мира, разделял многие положения аристотелевской космологии. К примеру, Вселенная ему представлялась замкнутым пространством, которое ограничено особой сферой неподвижных звезд. От аристотелевской догмы Коперник не отступал, а в соответствии с ней движения небесных тел всегда являются круговыми и равномерными. Коперник в этом отношении был даже еще более консервативен, чем Птолемей. Последний ввел понятие экванта и не отрицал возможности существования неравномерного движения небесных тел.
Заслуга Коперника заключалась в том, что он, в отличие от предшественников, попытался создать планетную теорию, отличающуюся логической стройностью и простотой. Ученый увидел в отсутствии системности, стройности и простоты коренную несостоятельность предложенной Птолемеем системы. В ней отсутствовал единый стержневой принцип, который бы объяснил закономерности движения различных небесных тел.
Революционное значение предложенного Коперником принципа заключалось в том, что Николай представил единую систему движения всех планет, объяснил множество эффектов, ранее непонятных ученым. К примеру, с помощью представления о суточном и годичном движениях нашей планеты он объяснил основные особенности таких запутанных движений небесных тел, как петли, стояния, попятные движения. Система Коперника позволила понять, почему происходит суточное движение небосвода. Отныне петлеобразные движения планет объяснялись тем, что Земля вращается вокруг Солнца с циклом в один год.
фото: Галилей перед судом инквизиции
Теория Коперника определила появление новой методики познания природы, основанной на научном подходе. Согласно схоластической традиции, которой придерживались его предшественники, для того чтобы познать сущность того или иного объекта, не нужно детально изучать его внешнюю сторону. Схоластики считали, что сущность можно постичь непосредственно разумом. В отличие от них, Коперник показал, что ее можно понять лишь после тщательного изучения рассматриваемого явления, его противоречий и закономерностей. Гелиоцентрическая система мира Н. Коперника стала мощным толчком в развитии науки.
А как церковь отнеслась к новому учению спросите вы? Католическая церковь вначале не придала большого значения учению, предложенному Коперником. Но, когда выяснилось, что оно подрывает основы религии, его сторонники начали подвергаться преследованию. За распространение учения Коперника в 1600 году был сожжен на костре Джордано Бруно, итальянский мыслитель. Галилей же был приговорён к пожизненному заключению в тюрьме, которое вскоре было заменено на домашний арест и пожизненный надзор инквизиции. Процесс Галилея впоследствии стал символом противостояния науки и религии - или, в более широком смысле, свободомыслия и догматического (политического или религиозного) учения. Вожди протестантов Мартин Лютер, Меланхтон и Кальвин ещё при жизни Коперника выступили против гелиоцентризма, заявляя, что это учение противоречит Священному Писанию. Мартин Лютер, например, сказал в адрес Коперника в частной беседе:
Этот безумец хочет перевернуть с ног на голову всю астрономическую науку, но Священное Писание говорит нам, что Иисус Навин приказал остановиться Солнцу, а не Земле.
Тем не менее, в протестантских странах обстановка была гораздо более либеральной, чем в католических, особенно в Британии. А представители Русской православной старообрядческой церкви выступали с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XX века. Старообрядческий епископ Уральский Арсений (Швецов) в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую». В 1914 году была опубликована книга старообрядческого священника из Нижегородской губернии Иова Немцева "Круг земли неподвижен", а солнце ходит, в котором система Коперника «опровергалась» с помощью традиционных цитат из Библии. Научный спор между сторонниками Птолемея и Коперника нёс в себе борьбу между реакционными и прогрессивными силами. В конце концов победили последние.
Идея движения Земли возникла в рамках пифагорейской школы. Пифагореец Филолай из Кротона обнародовал систему мира, в которой Земля является одной из планет; правда, речь пока шла об её вращении (за сутки) вокруг мистического Центрального Огня, а не Солнца. Аристотель отверг эту систему в том числе потому, что она предсказывала параллактическое смещение звёзд.
Менее спекулятивной была гипотеза Гераклида Понтийского, согласно которой Земля совершает суточное вращение вокруг своей оси. Кроме того, Гераклид, по видимому, предположил, что Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца и только с ним -- вокруг Земли. Возможно, такого взгляда придерживался и Архимед, полагая вращающимся вокруг Солнца и Марс, орбита которого в этом случае должна была охватывать Землю, а не пролегать между нею и Солнцем, как в случае Меркурия и Венеры. Есть основания полагать, что у Гераклида была теория, согласно которой Земля, Солнце и планеты обращаются вокруг одной точки -- центра планетной системы. По сообщению Теофраста, Платон на склоне своих лет сожалел, что он предоставил Земле центральное место во Вселенной, которое для неё не подходило.
Подлинно гелиоцентрическая система была предложена в начале III века до н.э. Аристархом Самосским. Скудная информация о гипотезе Аристарха дошла до нас через труды Архимеда, Плутарха и других авторов. Обычно считается, что Аристарх пришёл к гелиоцентризму исходя из установленного им факта, что Солнце по размерам много больше Земли (вычислению относительных размеров Земли, Луны и Солнца посвящен единственный дошедший до нас труд учёного). Логично было предположить, что меньшее тело вращается вокруг большего, а не наоборот. Насколько была разработана гипотеза Аристарха, неизвестно, но Аристарх сделал важный вывод о том, что по сравнению с расстояниями до звёзд земная орбита является точкой, поскольку иначе должны были наблюдаться годичные параллаксы звёзд. Философ Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места Землю («Очаг мира»).
Гелиоцентризм позволил решить основные проблемы, стоявшие перед древнегреческой астрономией, поскольку господствовавшие в начале III века до н.э. геоцентрические взгляды явно были в кризисном состоянии. Наиболее распространенный в то время вариант геоцентризма, теория гомоцентрических сфер Евдокса, Каллиппа и Аристотеля, оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Гелиоцентрическая система непринуждённо объясняла попятные движения планет. Она позволяла также установить порядок следования светил. Греки постулировали зависимость между близостью небесного тела к «сфере неподвижных звезд» и сидерическим периодом его движения: так, самым далеким от нас считался наиболее медленно движущийся Сатурн, далее (в порядке приближении к Земле) шли Юпитер и Марс; Луна оказывалась наиболее близким к Земле небесным телом. Трудности этой схемы были связаны с Солнцем, Меркурием и Венерой, поскольку все эти тела имели одинаковые сидерические периоды (в том смысле, который употреблялся в античной астрономии), равные одному году. Эта трудность легко решалась в гелиоцентрической системе, где один год оказывался равным периоду движения Земли; при этом периоды движения (теперь -- обращения вокруг Солнца) Меркурия и Венеры шли в том же порядке, что и их расстояния до нового центра мира, которое можно было установить описанным выше способом.
Среди непосредственных сторонников гипотезы Аристарха упоминается только вавилонян Селевк (первая половина II века до н.э.). Отсюда обычно делается вывод, что других сторонников у гелиоцентризма не было, т.е. он не был воспринят эллинской наукой. Однако уже само упоминание Селевка как последователя Аристарха весьма показательно, поскольку означает проникновение гелиоцентризм даже на берега Тигра и Евфрата, что само по себе свидетельствует о широкой известности идеи о движении Земли. Более того, Секст Эмпирик упоминает о последователях Аристарха во множественном числе. Достаточно благожелательный отзыв о гипотезе Аристарха в сочинении Архимеда «Псаммит» (главном источнике нашей информации об этой гипотезе) позволяет предположить, что Архимед по крайней мере не исключал эту гипотезу. Ряд авторов приводили аргументы в пользу широкой распространённости гелиоцентризма в античности. Не исключено, в частности, что геоцентрическая теория движения планет, изложенная в «Альмагесте» Птолемея является переработанной гелиоцентрической системой. Итальянския математик Лючио Руссо (Lucio Russo) привёл ряд свидетельств о развитии в эллинистическую эпоху динамики гелиоцентрияческой системы на основе общего представление о законе инерции и о притяжении планет к Солнцу.
Тем не менее, в конечном итоге гелиоцентризм был оставлен греками. Главной причиной может быть общий кризис науки, начавшийся после II века до н.э. На место астрономии заступает астрология. В философии доминирует мистицизм или откровенный религиозный догматизм: стоицизм, позднее неопифагореизм и неоплатонизм. С другой стороны, те немногие философские школы, которые в целом исповедуют рационализм (эпикурейцы, скептики), имеют одну общую черту: неверие в возможность познания природы. Так, эпикурейцы даже после Аристотеля и Аристарха считали невозможным определить истинную причину фаз Луны и считали Землю плоской. В такой атмосфере религиозные обвинения наподобие тех, что были предъявлены Аристарху, могли привести к тому, что астрономы и физики, даже если и были сторонниками гелиоцентризма, старались воздерживаться от публичного обнародования своих взглядов, что и могло в конечном итоге привести к их забвению.
Научные аргументы в пользу неподвижности и центральности Земли, выдвигавшиеся древнегреческими астрономами, см. в статье Геоцентрическая система мира.
После II века н.э. в эллинистическом мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной теории Птолемея, в которой петлеобразное движение планет объяснялось с помощью комбинации деферентов и эпициклов. «Физическим» фундаментом теории Птолемея была аристотелевская теория хрустальных небесных сфер, переносивших планеты. Существенной особенностью учения Аристотеля было резкое противопоставление «надлунного» и «подлунного» миров. Надлунный мир (куда относились все небесные тела) считался миром идеальным, не подверженным каким-либо изменениям. Напротив, всё, что находилось в подлунной области, в том числе Земля, считалось подверженным постоянным изменениям, порче.
Существенной особенностью теории Птолемея был частичный отказ от принципа равномерности космических движений: центр эпицикла движется по деференту с переменной скоростью, хотя угловая скорость при наблюдении из особой эксцентрично расположенной точки (экванта) считалась неизменной.
Молчанова М. (9 класс «Б»)
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической систем
Современная наука давно установила, что все объекты во Вселенной находятся в движении относительно друг друга. Однако раньше, когда в распоряжении астрономов не было техники, позволяющих это установить наверняка, относительно движения небесных тел существовали разные, порой противоречивые мнения. Вплоть до эпохи Возрождения господствовала т.н. геоцентрическая (Гео по-гречески означает «Земля») картина мира, согласно которой центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды.
С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала некая опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). «Отец философии» Фалес Милетский в качестве этой опоры видел естественный объект - мировой океан. Анаксимандр Милетский предположил, что Вселенная является центрально-симметричной и в ней отсутствует какое-либо выделенное направление. Поэтому у находящейся в центре Космоса Земли отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не последовал за учителем, полагая, что Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Такого же мнения придерживался и Анаксагор. Анаксимандр считал Землю имеющей форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп считали Землю плоской, наподобие крышки стола. Принципиально новый шаг сделал Пифагор, который предположил, что Земля имеет форму шара. В этом ему последовали не только пифагорейцы, но также Парменид, Платон и Аристотель. Так возникла каноническая форма геоцентрической системы, впоследствии активно разрабатываемая древнегреческими астрономами: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси. Что касается порядка следования светил, то Анаксимандр считал звёзды расположенными ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Анаксимен впервые предположил, что звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики утверждали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры.
Главным «творцом» геоцентризма считается древнеримский астроном Клавдий Птолемей (ок. 87-165 гг.). В своём основном труде «Великое построение», также известном под арабизированным названием «Альмагест», он изложил собрание астрономических знаний древних Греции и Вавилона.
В ходе научной революции XVII-XVIII вв. выяснилось, что геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном. Это был важный шаг на пути постижения человечеством истинной картины мироздания.
Гелиоцентрическая система мира - представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Ее идея возникла в античности, но получила широкое распространение лишь с конца эпохи Возрождения. В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого - перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца). При этом Солнце считается неподвижным относительно звёзд.
Идея движения Земли возникла в эпоху античности в среде представителей пифагорейской школы. В Средние века гелиоцентрическая система мира была практически забыта. В это время господствовала тенденция буквального прочтения библейских текстов, согласно которой среди прочих небесных тел именно Земля является главным божьим творением и поэтому находится в центре мироздания, а все прочие – вращаются вокруг нее. Эта мировоззрение поддерживалось видимой картиной: непосредственно с поверхности планеты ее движение незаметно, тогда как Солнце, Луна, звезды, подобно облакам, «движутся» по небосводу.
В начале Эпохи Возрождения подвижность Земли утверждал Николай Кузанский, но его рассуждение было сугубо философским, не связанным с объяснением конкретных астрономических явлений. Достаточно неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи. В 1450 г. появился латинский перевод «Псаммита» Архимеда, где упоминается гелиоцентрическая система Аристарха Самосского. С этим произведением был хорошо знаком ведущий европейский астроном Ренессанса Региомонтан. В частной переписке он отметил, что «движение звёзд должно претерпевать крохотные изменения за счёт движения Земли». Однако в своих опубликованных трудах Региомонтан оставался геоцентристом. Движение Земли упоминались и на рубеже XV и XVI вв. В 1499 г. эту гипотезу обсуждал итальянский профессор Франческо Капуано, причём имелось в виду не только вращательное, но и поступательное движение Земли (без конкретизации центра движения). В 1501 г. итальянский гуманист Джорджо Валла упоминал о пифагорейской доктрине о движении Земли вокруг Центрального огня и утверждал, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца.
Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI в., когда польский астроном Николай Коперник (1473-1543) разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 г. Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение: 1. Вращение вокруг оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы; 2. Движение вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет; 3. Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе. Впоследствии идеи Копрника поддержали и развили другие великие ученые Джордано Бруно, Иоганн Кеплер, Галилео Галилей, Рене Декарт. Однако со стороны консервативно настроенных (прежде всего церковных) кругов гелиоцентризм испытывал серьезный прессинг. Ученые, поддерживавшие новые тенденции в астрономии, подвергались репрессиям. В частности Джордано Бруно погиб на костре, а престарелый Галилей был судим церковным судом и лишь притворным отречением от своих убеждений спас себе жизнь. Противниками гелиоцентризма также были и протестантская и православная церкви.
Духовенство Русской православной церкви выступало с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XXв. До 1815 г.cодобрения цензуры издавалось школьное пособие, в котором гелиоцентрическая система называлась «ложной системой философической» и «возмутительным мнением». Уральский епископ Арсений в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую». Последним произведением, в котором критиковалась гелиоцентрическая система, стала вышедшая в 1914 г. книга священника Иова Немцева. Он утверждал, что «круг земли неподвижен, а солнце ходит», а свои утверждения оправдывал с помощью цитат из Библии.
Однако и в наши дни древним заблуждениям подвержены малограмотные люди. По данным опроса, проведённого в 2011 г. Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ) 32% россиян согласны с тем, что Солнце вращается вокруг Земли.
Между тем надо помнить, что и гелиоцентрическая система мира не является истиной в полной мере. Ведь и Солнце не является центром мироздания. Оно всего лишь одна из многих миллиардов звезд нашей галактики, видимой с земли как бы в профиль (т.н. «Млечный путь»), и тоже движется по своей огромной орбите. Наша же галактика одна из многочисленных галактик во Вселенной, определение границ которой не входит в задачу данного сообщения.
При подготовке данного сообщения использовались: Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии. М.: Изд-во МГУ, 1989; а также данные Интернета.
Другой не менее известный ученый древности, Демокрит - основоположник представлений об атомах, живший за 400 лет до нашей эры, - считал, что Солнце во много раз больше Земли, что Луна сама не светится, а лишь отражает солнечный свет, а Млечный Путь состоит из огромного количества звезд. Обобщить все знания, которые были накоплены к IV в. до н. э., смог выдающийся философ античного мира Аристотель (384-322 до н. э.).
Рис. 1. Геоцентрическая система мира Аристотеля-Птолемея.
Его деятельность охватывала все естественные науки - сведения о небе и Земле, о закономерностях движения тел, о животных и растениях и т. д. Главной заслугой Аристотеля как ученого-энциклопедиста было создание единой системы научных знаний. На протяжении почти двух тысячелетий его мнение по многим вопросам не подвергалось сомнению. Согласно Аристотелю, все тяжелое стремится к центру Вселенной, где скапливается и образует шарообразную массу - Землю. Планеты размещены на особых сферах, которые вращаются вокруг Земли. Такая система мира получила название геоцентрической (от греческого названия Земли - Гея). Аристотель не случайно предложил считать Землю неподвижным центром мира. Если бы Земля перемещалась, то, по справедливому мнению Аристотеля, было бы заметно регулярное изменение взаимного расположения звезд на небесной сфере. Но ничего подобного никто из астрономов не наблюдал. Только в начале XIX в. было наконец-то обнаружено и измерено смещение звезд (параллакс), происходящее вследствие движения Земли вокруг Солнца. Многие обобщения Аристотеля были основаны на таких умозаключениях, которые в то время не могли быть проверены опытом. Так, он утверждал, что движение тела не может происходить, если на него не действует сила. Как вы знаете из курса физики, эти представления были опровергнуты только в XVII в. во времена Галилея и Ньютона .
Гелиоцентрическая модель Вселенной
Среди ученых древности выделяется смелостью своих догадок Аристарх Самосский, живший в III в. до н. э. Он первым определил расстояние до Луны, вычислил размеры Солнца, которое, по его данным, оказалось в 300 с лишним раз больше Земли по объему. Вероятно, эти данные стали одним из оснований для вывода о том, что Земля вместе с другими планетами движется вокруг этого самого крупного тела. В наши дни Аристарха Самосского стали называть «Коперником античного мира». Этот ученый внес новое в учение о звездах. Он считал, что они отстоят от Земли неизмеримо дальше, чем Солнце. Для той эпохи это открытие было весьма важным: из уютного домашнего мирка Вселенная превращалась в необъятный гигантский мир. В этом мире Земля с ее горами и равнинами, с лесами и полями, с морями и океанами становилась крошечной пылинкой, затерянной в грандиозном пустом пространстве. К сожалению, труды этого замечательного ученого до нас практически не дошли, и более полутора тысяч лет человечество было уверено, что Земля - это неподвижный центр мира. В немалой степени этому способствовало математическое описание видимого движения светил, которое разработал для геоцентрической системы мира один из выдающихся математиков древности - Клавдий Птолемей во II в. н.э. Наиболее сложной задачей оказалось объяснение петлеобразного движения планет .
Птолемей в своем знаменитом сочинении «Математический трактат по астрономии» (оно более известно как «Альмагест») утверждал, что каждая планета равномерно движется по эпициклу- малому кругу, центр которого движется вокруг Земли по деференту - большому кругу. Тем самым ему удалось объяснить особый характер движения планет, которым они отличались от Солнца и Луны. Система Птолемея давала чисто кинематическое описание движения планет - иного наука того времени предложить не могла. Вы уже убедились, что использование модели небесной сферы при описании движения Солнца, Луны и звезд позволяет вести многие полезные для практических целей расчеты, хотя реально такой сферы не существует. То же справедливо и в отношении эпициклов и деферентов, на основе которых можно с определенной степенью точности рассчитывать положение планет.
Рис. 2.
Однако с течением времени требования к точности этих расчетов постоянно возрастали, приходилось добавлять все новые и новые эпициклы для каждой планеты. Все это усложняло систему Птолемея, делая ее излишне громоздкой и неудобной для практических расчетов. Тем не менее геоцентрическая система оставалась незыблемой еще около 1000 лет. Ведь после расцвета античной культуры в Европе наступил длительный период, в течение которого не было сделано ни одного существенного открытия в астрономии и многих других науках. Только в эпоху Возрождения начинается подъем в развитии наук, в котором астрономия становится одним из лидеров. В 1543 г. была издана книга выдающегося польского ученого Николая Коперника (1473-1543), в которой он обосновал новую - гелиоцентрическую - систему мира. Коперник показал, что суточное движение всех светил можно объяснить вращением Земли вокруг оси, а петлеобразное движение планет - тем, что все они, включая Землю, обращаются вокруг Солнца .
На рисунке показано движение Земли и Марса в тот период, когда, как нам кажется, планета описывает на небе петлю. Создание гелиоцентрической системы ознаменовало новый этап в развитии не только астрономии, но и всего естествознания. Особо важную роль сыграла идея Коперника о том, что за видимой картиной происходящих явлений, которая кажется нам истинной, надо искать и находить недоступную для непосредственного наблюдения сущность этих явлений. Гелиоцентрическая система мира, обоснованная, но не доказанная Коперником, получила свое подтверждение и развитие в трудах таких выдающихся ученых, как Галилео Галилей и Иоганн Кеплер.
Галилей (1564-1642), одним из первых направивший телескоп на небо, истолковал сделанные при этом открытия как доводы в пользу теории Коперника. Открыв смену фаз Венеры, он пришел к выводу, что такая их последовательность может наблюдаться только в случае ее обращения вокруг Солнца .
Рис. 3.
Обнаруженные им четыре спутника планеты Юпитер также опровергали представления о том, что Земля является единственным в мире центром, вокруг которого может происходить вращение других тел. Галилей не только увидел горы на Луне, но даже измерил их высоту. Наряду с несколькими другими учеными он также наблюдал пятна на Солнце и заметил их перемещение по солнечному диску. На этом основании он заключил, что Солнце вращается и, следовательно, имеет такое движение, которое Коперник приписывал нашей планете. Так был сделан вывод о том, что Солнце и Луна имеют определенное сходство с Землей. Наконец, наблюдая в Млечном Пути и вне его множество слабых звезд, недоступных невооруженному глазу, Галилей сделал вывод о том, что расстояния до звезд различны и никакой «сферы неподвижных звезд» не существует. Все эти открытия стали новым этапом в осознании положения Земли во Вселенной .
