Античные представления о строении Вселенной

В древности знание было единым, синкретическим[1], т.е. нерасчлененным. Постепенно в недрах философии стали вызревать отдельные науки. Великий греческий философ Аристотель (384 – 322 до н.э.) первым осознал, чем философия отличается от частных наук. Философия изучает бытие как таковое, науки исследуют отдельные фрагменты бытия.

Аристотель был первым философом, который интересовался не только общими принципами бытия, но и его частными законами. Он явился основателем некоторых наук. Он описал около 500 видов животных и растений, и поэтому его считают отцом биологии. В аристотелевских работах зарождается логика – наука о правильном мышлении. Поэтому рассказ о развитии античных представлений о строении Вселенной мы начнем с учения Аристотеля.

По учению Аристотеля, все тела представляют собой соединение неразложимых первоэлементов. Каждый из них занимает особое место во Вселенной. В центре мира находится элемент земля. Она неподвижна, имеет сферическую форму. Ее окружают элементы вода, воздух и, наконец, огонь, который простирается до орбиты Луны. Выше Луны располагается надлунный, Божественный мир, в котором все тела состоят из пятого элемента ‒ эфира. В каждом мире царствуют свои законы.

Все механическое движение Аристотель разделил на два вида: движение планет в надлунном мире и движение тел в подлунном, земном мире. Движение небесных тел – совершенное. Оно представляет собой равномерное движение по окружности или движение, которое к нему сводится. Оно не имеет ни начала, ни конца, ни причины. Планеты прикреплены к сферам, сотворенным из эфира. Это сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна и сфера неподвижных звезд. А в центре этих сфер находится Земля. Перводвигатель, иными словами, Бог, будучи неподвижным, придает движение всем сферам. Космос ограничен в пространстве, но не имеет начала во времени.

Движение в пределах Земли делится на естественное и насильственное. Естественным является движение тяжелых тел вниз и легких вверх. Оно происходит само собой и не требует действия силы. Насильственное – движение под действием силы, например, повозки, которую тянет лошадь.

Аристотель разделял представления о движении планет греческого ученого Евдокса Книдского (ок. 408 – ок. 365 до н.э.).

Видимое движение планет, наблюдаемое с Земли, весьма сложное. Планета перемещается по небесной сфере, затем возвращается назад, описывает петлю и продолжает перемещение вперед. Для объяснения этого сложного движения Евдокс разработал метод гомоцентрических сфер. В его основе лежит представление о том, что в Космосе находятся несколько вращающихся сфер. У них общий центр, совпадающий с центром Земли. Самая дальняя – сфера неподвижных звезд.

Вокруг Солнца и Луны находятся по три сферы, вокруг каждой планеты ‒ по четыре. Системы сфер, связанные с каждым небесным телом, друг от друга не зависят. Ось внутренней сферы прикреплена к объемлющей ее сфере, ось которой также крепится к еще большей сфере. Направления осей и скорости вращения разных сфер различны. Поэтому сферы при своем движении увлекают внутренние сферы и сами увлекаются внешними. Каждое небесное тело прикреплено к экватору самой внутренней сферы данной системы и поэтому совершает сложное движение.

Античные астрономы заметили, что яркость планет меняется. Это явление они правильно объяснили тем, что расстояние от Земли до планет меняется. Но в модели гомоцентрических сфер оно постоянно и равно радиусу внутренней сферы. Поэтому эту модель астрономы отвергли. Более авторитетной оказалась система Птолемея.

Величайший ученый древности, александрийский астроном Клавдий Птолемей (ок. 87 ‒ 165), создал фундаментальный труд «Большое математическое построение астрономии в XIII книгах» («Альмагест»). В нем излагалась геоцентрическая[2] система мира. Она опиралась на следующие постулаты.

1. Земля шарообразна.

2. Земля неподвижна.

3. Земля занимает центральное положение во Вселенной.

4. Небесные тела совершают равномерное круговое движение.

5. Сфера звезд находится на колоссальном расстоянии от Земли[3].

Птолемей предположил, что вокруг Земли находятся окружности, центры которых смещены относительно центра Земли. Они получили название деферентов. По деферентам движутся центры меньших окружностей, которые называются эпициклами. Их центры движутся с постоянными угловыми скоростями по отношению к точке, расположенной симметрично центру деферента относительно Земли. Эта точка получила название эквант. Солнце, Луна и планеты совершают движение по своим эпициклам. Совокупность деферентов и эпициклов вместе с небесными телами получила название геоцентрической системы мира. Она завершила построение первой естественнонаучной картины мира.

2. ГЕЛИОЦЕНТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МИРА

Методы астрономических наблюдений уточнялись, и когда происходили расхождения с расчетами, астрономам приходилось в геоцентрическую систему добавлять новые деференты и эпициклы. К XVI веку их число возросло до 80. Кроме того, геоцентрическая теория позволяла вычислять лишь направления на небесные тела, но не могла ответить на вопрос, как они в действительности расположены в пространстве. Эту задачу Птолемей считал неразрешимой.

Геоцентрическая система мира Птолемея[4]

Согласно учению Птолемея, в центре Вселенной находится Земля. Вокруг нее обращаются Солнце и Луна. Планеты совершают движение по эпициклам и деферентам. Деференты – окружности, центры которых несколько смещены от центра Земли. По деферентам движутся центры окружностей ‒ эпициклов, по которым обращаются планеты.

Польский ученый Николай Коперник (1473 ‒ 1543) совершил революцию в астрономии. В процессе изучения «Альмагеста» Птолемея восхищение Коперника сменилось сомнением в истинности, а затем и уверенностью в противоречивости геоцентрической системы. В поисках фундаментальных астрономических идей Коперник обратился к античному наследию и там нашел ответ.

Аристарх Самосский утверждал, что Земля движется. Пифагореец Филолай полагал, что Солнце и планеты вращаются вокруг «Центрального Огня». Мистические и эзотерические учения Античности и Средневековья говорили о духовном центре мира, который они связывали с Солнцем.

В 1543 году вышел в свет труд Коперника «Об обращении небесных сфер», в котором излагалась новая теория видимых движений Солнца, Луны, планет и сферы звезд, ‒ гелиоцентрическая[5]. Гениальный ученый лежал на смертном одре, когда в его холодеющие руки друг вложил только что напечатанный том, еще пахнущий типографской краской. Со своим детищем в руках Коперник и скончался.

Теория Коперника объяснила видимое движение планет и суточное вращение небосвода. Движение планет кажется петлеобразным из-за вращения Земли вокруг Солнца. Стало понятно, почему происходит смена времен года. При движении Земли вокруг Солнца ось ее вращения сохраняет положение в пространстве. Коперник впервые в истории астрономии поставил проблему определения действительных расстояний планет от Солнца.

В теории Коперника сохранялись античные и средневековые традиции:

1) круговые равномерные движения небесных тел;

2) центральное положения Солнца во Вселенной;

3) конечность Вселенной;

4) единственность планетной системы Солнца[6].

Гелиоцентрическая система мира Коперника[7]

Согласно учению Коперника, в центре Вселенной находится Солнце. Вокруг него обращаются пять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Луна движется вокруг Земли. Самой дальней является сфера неподвижных звезд.

Поскольку Коперник допускал лишь круговые равномерные движения планет по окружности, ему пришлось сохранить деференты и эпициклы. Правда, их оставалось только 34. Поэтому расчеты по теории Коперника долгое время оказывались не намного более простыми и не более точными, чем по теории Птолемея.

Теория Коперника сыграла выдающуюся роль в истории астрономии.

1. Теория Коперника заменила геоцентрическую систему мира – основание первой научной картины миры.

2. Теория Коперника стала основой нового научного мировоззрения – механистической картины мира.

3. Теория Коперника явилась важнейшей предпосылкой создания классической механики.

4. Теория Коперника определила новую научную методологию. Философы, представители схоластики, считали, что сущность можно непосредственно постигать разумом. Коперник впервые показал, что сущность может быть понята только после тщательного изучения явления[8].

Идеи Коперника развил Джордано Бруно (1548 ‒ 1600), монах неаполитанского монастыря. Он пришел к пониманию того, что Солнце – такая же звезда, как и множество других звезд на небосводе, и оно не занимает центрального положения во Вселенной. В бесконечной Вселенной существует бесконечное количество планетных систем наподобие Солнечной, и среди них есть обитаемые.

К середине XVII века научный мир окончательно признал гелиоцентрическую теорию. Возникла проблема ее физического обоснования. Астрономическая революция трансформировалась в физическую революцию.

ОТКРЫТИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТ

В конце XVI века в Дании была построена самая грандиозная по тем временам астрономическая обсерватория. Инициатором ее создания был датский дворянин Тихо Браге (1546 ‒ 1601). Она получила название Ураниенборг ‒ Небесный замок.

Более двадцати лет Тихо Браге определял положение небесных тел. Он разработал модель, промежуточную между геоцентрической и гелиоцентрической. В этой системе Солнце движется по окружности около неподвижной Земли, а уже вокруг него обращаются планеты.

На смертном одре Тихо Браге завещал все свои рукописи, которые содержали результаты многолетних астрономических наблюдений, немецкому математику Иоганну Кеплеру (1571 ‒ 1630), желая, чтобы тот доказал справедливость его гипотезы о строении планетной системы.

Кеплер поставил перед собой великую цель – постичь Божественный план творения мира. Он полагал, что Бог сотворил мир по идеальным, математически совершенным числовым отношениям и геометрическим формам. Кеплер пытался с помощью геометрии объяснить количество планет в Солнечной системе. В геометрии доказывается, что существуют только пять правильных многогранников, т.е. составленных из фигур с равными сторонами и углами. Примерами являются тетраэдр и куб. Кеплеру удалось построить систему сфер, вписанных в многогранники и описанных вокруг них, причем, радиусы этих сфер относились, как расстояния от планет до Солнца. Долгие поиски числовой гармонии мира увенчались открытием законов движения планет. Кеплер изложил свои открытия в сочинениях «Новая, изыскивающая причины астрономия, или Физика неба» (1609) и «Гармония мира» (1619).

Первый закон Кеплера. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон Кеплера. Радиус-вектор, соединяющий планету и Солнце, за равные промежутки времени описывает равные площади.

Поскольку расстояние от планеты до Солнца периодически меняется, площади фигур, которые описывают радиус-векторы, будут равны, если скорость планеты также будет периодически изменяться. В перигелии, т.е. на ближайшем расстоянии от Солнца, скорость планеты наибольшая, а в афелии, на максимальном расстоянии, эта скорость наименьшая. Таким образом, законы Кеплера разрушили многовековое убеждение астрономов в том, в мире планет возможно только «совершенное» движение – равномерное движение по окружности.

До Кеплера астрономы строили кинематические модели мира. Иными словами, они стремились лишь описать движение планет, не выясняя причины этого движения. Кеплер понял, что вращение планет вызывает единая физическая сила и тем самым поставил проблему – определение ее природы.

Кеплер обратил внимание на то, что по мере удаления от Солнца уменьшается скорость движения планет. Возможны два объяснения. Первое заключается в том, что сила, которая движет планету, находится в ней самой. Второе объяснение движущей силой наделяет Солнце, которое на более близкие планеты действует сильнее, чем на более далекие. Кеплер предпочел второе, поскольку оно лучше объясняло законы движения планет.

Второй закон Кеплера

На иллюстрации изображен эллипс – сплюснутая окружность. У окружности один центр, а у эллипса – два, и они называются фокусами. Точка S изображает фокус, в котором находится Солнце. Планета движется по эллипсу. Отрезки SA, SB и другие – это радиус-векторы, т.е. линии, соединяющие Солнце и планету. За равные промежутки времени данная планета проходит дуги: AB, CD и EF. Соответственно заштрихованные секторы SAB, SCD и SEF – это площади, которые радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, проходит за равные промежутки времени. Согласно второму закону Кеплера, эти площади равны[9].

Кеплер[10] полагал, что сила, приводящая планеты в движение, имеет магнитную природу. Это вихрь, возникающий в эфире из-за вращения магнитного Солнца. Планеты – тоже большие магниты. Поскольку они вращаются, то и обращаются друг к другу и к Солнцу разными полюсами. Поэтому их орбиты имеют форму не круга, а эллипса.

Понадобился гений Ньютона, что возвестить миру – сила, которая удерживает планеты вокруг Солнца, имеет гравитационную природу.

Date: 2015-07-24; view: 21134; Нарушение авторских прав