Что такое геоцентрическая система мира. Геоцентрическая модель солнечной системы

Гелиоцентрическая система мира - идея о том, что Солнце является центром мироздания и точкой, вокруг которой вращаются все планеты, в том числе и Земля. Данная система предполагает, что наша планета выполняет два вида движения: поступательное вокруг Солнца и вращательное вокруг своей оси. Положение самого же Солнца относительно других звезд считается неизменным.

Термин «гелиоцентризм» происходит от греческого слова «гелиос» (в переводе «Солнце»).

Найти некую центральную точку Вселенной предоставляется возможным только в том случае, если Вселенная . Таковой она обязана согласно гелиоцентрической системе мира.

Также в данной системе возникло такое понятие как внешние и внутренние планеты. К последним относились Меркурий и Венера, т.к. их орбиты вращения вокруг Солнца всегда должны быть внутри орбиты Земли.

Важнейшей особенностью гелиоцентризма являются годичные параллаксы звёзд. Данный эффект проявляется в виде изменения видимых координат звезды. Он связан со сменой положения наблюдателей (астрономов), возникшей из-за вращения Земли вокруг Солнца.

Гелиоцентризм в античность и средневековье

Мысли о том, что Земля движется вокруг некоего центра всего мира, возникла еще в головах древних греков. Так были предположения о вращении Земли вокруг своей оси, а также о движении Марса и Венеры вокруг Солнца, которое вместе с ними вращается вокруг нашей планеты. Однако считается, что впервые гелиоцентрическая система мира была изложена в III веке до н. э. Аристархом Самосским. Он сделал два важных вывода:

Вероятнее всего, что наша планета вращается вокруг Солнца. Причиной тому размер Солнца, который значительно превышает размер Земли. Данные об относительных величинах Земли, Луны и Солнца были получены из собственных расчетов Аристарха.
В связи с отсутствием видимых годичных параллаксов звезд он предположил, что орбита нашей планеты представляется точкой относительно расстояний до звезд.

Однако идеи Аристарха не приобрели широкого распространения в античности. Наиболее известной версией геоцентрической системы в Древней Греции была так называемая теория гомоцентрических сфер, разработкой которой занимались астрономы Евдокс, Каллипп и Аристотель. Согласно этой теории все небесные тела, вращающиеся вокруг нашей планеты, были закреплены на жестких сферах, соединяющихся между собой и имеющих единый центр - Землю.

В связи с подобным мировоззрением преобладающей части общества, другие приверженцы идеи Аристарха Самосского не высказывали свои взгляды, в результате чего греки отказались от этой идеи и полностью приняли геоцентризм. Любые школы, преподававшие в то время рационализм, не поддерживали идей Аристарха, так как считали природу мироздания неподвластную для понимания и исключали любые возможности описать динамику планет.

В средние века гелиоцентризм почти не упоминался в научных трудах, кроме некоторых его идей, например, вращение Земли вокруг своей оси.

Научная революция Николая Коперника

В 1543-м году польский астроном, механик и священнослужитель Николай Коперник опубликовал свою научную работу, которая называлась: «О вращении небесных сфер». В ней астроном описывал гелиоцентрическую теорию, подтверждая ее рядом физических расчетов, опирающихся на тогдашнюю теоретическую механику. Согласно его концепции смена дня и ночи, а также движение Солнца по небу объясняются вращением Земли вокруг своей оси. Точно также, при помощи Земли вокруг Солнца, объясняется движение нашего светила по небосводу в течение всего года.

Коперник объяснил следующие феномены:

В результате перемещения Земли, которая поочередно, то приближается, то отдаляется от любой из планет нашей системы, эти планеты совершают т.н. попятное движение. То есть спустя какой-то отрезок времени они начинают перемещаться в обратную сторону от направления движения Солнца.
Предварение равноденствий. На протяжении 18-ти веков ученые искали причины такого эффекта как предварение равноденствий, согласно которому с каждым годом весеннее равноденствие наступает несколько раньше. В своих трудах Николай Коперник смог описать данный эффект как следствие периодического смещения земной оси.
По стопам Аристарха Самосского, Коперник утверждал, а также доказывал, что сфера звезд расположена на очень большом расстоянии относительно расстояний между планетами, в результате чего ученые не наблюдают годичные параллаксы. А предположение о вращении нашей планеты вокруг своей оси подтверждал следующим: если наша планета все-таки неподвижна, то вращение небосвода должно происходить по причине вращения самой звездной сферы, а учитывая высчитанное расстояние до нее, скорость ее вращения будет немыслимо велика.

Кроме того гелиоцентрическая система могла объяснить изменение блеска и размеров планет Солнечной системы, а также дать более точную оценку размеров планет и расстояний до них. Сам же Николай Коперник смог примерно определить размеры Луны и Солнца и максимально точно указать время, за которое Меркурий полностью проходит свою орбиту вокруг Солнца – 88 земных суток.

Несмотря на совершенную революцию в области астрономии, теория Коперника имела несколько недостатков. Во-первых, центральной точкой описанной им системы оставался центр орбиты Земли, а не Солнце. Во-вторых, все планеты нашей планетарной системы, двигались по своим орбитам неравномерно, а наша планета сохраняла свою орбитальную скорость. А также вероятнее всего Коперник не отбрасывал идею о вращающихся небесных сферах, а лишь перенес центр их вращения.

Последователи и противники Коперника

Впоследствии у польского астронома появилось большое множество последователей, в том числе Джордано Бруно, который утверждал, что небосвод не ограничивается небесными сферами, а другие светила, это небесными тела, ни чем не уступающие Солнцу. К сожалению, за свои убеждения Бруно был назван еретиком и приговорен к сожжению.

Известный итальянский ученый поддерживал теорию Коперника, опираясь на собственные наблюдения. Он также утверждал, что Земля никогда не занимала место между Меркурием (либо Венерой) и Солнцем, что указывало на вращение этих двух планет вокруг звезды по орбитам, находящимся внутри земной. Обратное утверждение доказывало расположение орбиты Земли внутри орбит внешних планет. Из-за своих убеждений в 1633 году 70-летний Галилей был подвержен инквизиционному процессу, в результате которого он оказался под «домашним арестом» вплоть до своей смерти в 78 лет.

Противники же гелиоцентризма настаивали на нескольких аргументах, опровергающих теорию Коперника. Если бы Земля вращалась вокруг своей оси, то чудовищная центробежная сила разорвала бы ее. Мало того, с ее поверхности слетали бы все легкие предметы, причем двигались бы они в направлении, противоположном вращению. Предполагалось, что все небесные объекты не имеют массы, поэтому они могут двигаться без приложения к ним больших сил. В случае с Землей возникал вопрос о существования колоссальной силы, которая смогла бы вращать нашу массивную планету.

Один из противников геоцентризма выдающийся датский астроном Тихо Браге разработал так называемую «гео-гелиоцентрическую» систему мира, согласно которой сфера звезд, Луна и Солнце движутся вокруг Земли, а другие космические объекты – вокруг Солнца.

Спустя некоторое время приемник Браге – немецкий физик Иоганн Кеплер, проанализировав внушительный объем результатов наблюдений своего наставника сделал несколько значительных открытий в пользу гелиоцентризма:

Плоскости планетарных орбит Солнечной системы пересекаются в точке нахождения Солнца, что делало его центром их вращения, а не центр земной орбиты, как предполагал Коперник.
Орбитальная скорость нашей планеты периодически изменяется, также как и других планет.
Орбиты планет эллиптические, причем скорость движения небесных тел по ним напрямую зависела от расстояния до Солнца, что делало его не только геометрическим, но и динамическим центром планетарной системы.

Были сформулированы так называемые законы Кеплера, которые подробно и математическим языком описывали законы движения планет Солнечной системы.

Утверждение гелиоцентризма

В результате подтверждения вращения Земли вокруг своей оси пропала всякая надобность существования небесных сфер. Некоторое время предполагалось, что планеты движутся по той причине, что они живые существа. Однако вскоре Кеплером было определено, что движение планет возникает в результате воздействия на них гравитационных сил Солнца.

В 1687 году английский физик Исаак Ньютон, опираясь на свой , подтвердил расчеты Иоганна Кеплера

С дальнейшим развитием науки ученые получали все больше аргументов в пользу гелиоцентризма. Так в 1728 г. астроном из Англии Джеймс Брэдли впервые при помощи наблюдения подтвердил теорию о движения Земли по орбите вокруг Солнца, открыв так называемую аберрацию света. Последняя означает небольшое размытие изображение звезды с одной стороны как следствие движения наблюдателя. Позже было обнаружено ежегодное колебание частоты импульсов, испускаемых пульсарами, а также для звезд, что доказывает периодичное изменение расстояние Земли до данных космических объектов.

А в 1821 и 1837 г.г. российско-немецкий ученый Фридрих Вильгельм Струве впервые смог пронаблюдать примерные годичные параллаксы звёзд, окончательно утверждающие идею о гелиоцентрической системе мира.

Геоцентрическая система мира (от др.-греч. Γῆ, Γαῖα - Земля) - представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды. Альтернативой геоцентризму является гелиоцентрическая система мира.

Развитие геоцентризма

С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала какая-то опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). Первый древнегреческий философ 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 Земле 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. Точку зрения Анаксимандра разделяли, однако, пифагорейцы, Парменид и Птолемей. Не ясна позиция Демокрита: согласно разным свидетельствам, он последовал Анаксимандру или Анаксимену.

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, 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. В этом ему следовали все последующие учёные (за исключением Эмпедокла, поддержавшего Анаксимандра). Возникло мнение (впервые, вероятно, у Анаксимена или пифагорейцев), что чем больше период обращения светила по небесной сфере, тем оно выше. Таким образом, порядок расположения светил оказывался таким: Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звёзды. Сюда не включены Меркурий и Венера, потому что у греков были разногласия на их счёт: Аристотель и Платон помещали их сразу за Солнцем, Птолемей - между Луной и Солнцем. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики считали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры. Это мнение поддерживали эпикурейцы, его ярко изложил Лукреций в поэме «О природе вещей».

Хранится в Национальной библиотеке Франции.

Обоснование геоцентризма

Древнегреческие учёные по-разному, однако, обосновывали центральное положение и неподвижность Земли. Анаксимандр, как уже указывалось, в качестве причины указывал сферическую симметрию Космоса. Его не поддерживал Аристотель, выдвигая контрдовод, приписанный впоследствии Буридану: в таком случае человек, находящийся в центре комнаты, в которой у стен находится еда, должен умереть с голоду (см. Буриданов осёл). Сам Аристотель обосновывал геоцентризм следующим образом: Земля является тяжёлым телом, а естественным местом для тяжёлых тел является центр Вселенной; как показывает опыт, все тяжёлые тела падают отвесно, а поскольку они движутся к центру мира, Земля находится в центре. Кроме того, орбитальное движение Земли (которое предполагал пифагореец Филолай) Аристотель отвергал на том основании, что оно должно приводить к параллактическому смещению звёзд, которое не наблюдается.

Ряд авторов приводит и другие эмпирические доводы. Плиний Старший в своей энциклопедии «Естественная история» обосновывает центральное положение Земли равенством дня и ночи во время равноденствий и тем, что во время равноденствия восход и заход наблюдается на одной и той же линии, а восход солнца в день летнего солнцестояния находится на той же линии, что и заход в день зимнего солнцестояния. С астрономической точки зрения, все эти доводы, конечно, являются недоразумением. Немногим лучше и доводы, приводимые Клеомедом в учебнике «Лекции по астрономии», где он обосновывает центральность Земли от противного. По его мнению, если бы Земля находилась к востоку от центра Вселенной, то тени на рассвете были бы короче, чем на закате, небесные тела при восходе казались бы больше, чем при заходе, а продолжительность с рассвета до полудня была бы меньше, чем от полудня до заката. Поскольку всего этого не наблюдается, Земля не может быть смещена к западу от центра мира. Аналогично доказывается, что Земля не может быть смещена к западу. Далее, если бы Земля располагалась севернее или южнее центра, тени на восходе Солнца простирались бы в северном или южном направлении, соответственно. Более того, на рассвете в дни равноденствий тени направлены точно в направлении захода Солнца в эти дни, а на восходе в день летнего солнцестояния тени указывают на точку захода Солнца в день зимнего солнцестояния. Это также указывает на то, что Земля не смещена к северу или югу от центра. Если бы Земля была выше центра, то можно было бы наблюдать меньше половины небосвода, в том числе менее шести знаков зодиака; как следствие, ночь всегда была бы длиннее дня. Аналогично доказывается, что Земля не может быть расположена ниже центра мира. Таким образом, она может находиться только в центре. Примерно такие же доводы в пользу центральности Земли приводит и Птолемей в Альмагесте, книга I. Разумеется, доводы Клеомеда и Птолемея доказывают только, что Вселенная гораздо больше Земли, и поэтому также являются несостоятельными.

Страницы из SACROBOSCO "Tractatus de Sphaera" с системой Птолемея - 1550 год

Птолемей пытается также обосновать и неподвижность Земли (Альмагест, книга I). Во-первых, если бы Земля смещалась от центра, то наблюдались бы только что описанные эффекты, а раз их нет, Земля всегда находится в центре. Другим доводом является вертикальность траекторий падающих тел. Отсутствие осевого вращения Земли Птолемей обосновывает следующим образом: если бы Земля вращалась, то «...все предметы, не опирающиеся на Землю, должны казаться совершающими такое же движение в обратном направлении; ни облака, ни другие летающие или парящие объекты никогда не будут видимы движущимися на восток, поскольку движение Земли к востоку будет всегда отбрасывать их, так что эти объекты будут казаться движущимися на запад, в обратном направлении». Несостоятельность этого довода стала ясна только после открытия основ механики.

Объяснение астрономических явлений с позиций геоцентризма

Наибольшей трудностью для древнегреческой астрономии являлось неравномерность движения небесных светил (особенно попятные движения планет), поскольку в пифагорейско-платоновской традиции (которой в значительной степени следовал и Аристотель), они считались божествами, которым надлежит совершать только равномерные движения. Для преодоления этой трудности создавались модели, в которых сложные видимые движения планет объяснялись как результат сложений нескольких равномерных движений по окружностям. Конкретным воплощением этого принципа являлись поддержанная Аристотелем теория гомоцентрических сфер Евдокса-Каллиппа и теория эпициклов Аполлония Пергского, Гиппарха. Впрочем, последний был вынужден частично отказаться от принципа равномерных движений, введя модель экванта.

Отказ от геоцентризма

В ходе научной революции XVII века выяснилось, геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая картина мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической системы планетных движений Коперником, телескопические открытия Галлилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном.

Геоцентризм и религия

Уже одна из первых идей, оппозиционных геоцентризму привела к реакции со стороны представителей религиозной философии: стоик Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места «Очаг мира», имея в виду Землю; неизвестно, впрочем, увенчались ли старания Клеанфа успехом. В Средневековье, поскольку христианская церковь учила, что весь мир создан Богом ради человека (см. Антропоцентризм), геоцентризм также успешно адаптировался к христианству. Этому способствовало также буквальное прочтение Библии. Научная революция XVII веке сопровождалась попытками административного запрета этой системы, что привело, в частности, к судебному процессу над сторонником и пропагандистом гелиоцентризма Галилео Галилеем. В настоящее время геоцентризм как религиозная вера встречается среди некоторых консервативных протестантских групп в США.

Научная картина мира – это целостное представление о мире на данном этапе развития научного знания и развития социальных отношений. В ней синтезированы знания конкретных наук с философскими обобщениями.

А.Эйнштейн: “человек стремится каким-то адекватным образом создать в себе простую и ясную картину мира; и это не только для того, чтобы преодолеть мир, в котором он живет, но и для того, чтобы в известной мере попытаться заменить этот мир созданной им картиной. Этим занимаются художник, поэт, теоретизирующий философ и естествоиспытатель, каждый по-своему”.

В структуре научной картины мира выделяют 2 главных компонента: концептуально-понятийный и чувственно-образный .

Концептуальный представлен философскими понятиями , такими как материя, движение, пространство, время и др., принципами – принципом всеобщей взаимосвязи и взаимообусловленности явлений и процессов, принципом развития, принципом материального единства мира и др. и законами – законами диалектики. Так же и общенаучными понятиями , такими как поле, вещество, энергия, вселенная и др., общенаучными законами – законом сохранения и превращения энергии, законом эволюционного развития и др., общенаучными принципами - принципом детерминизма, верификации и др.

Чувственно-образный компонент – это совокупность наглядных представлений о мире. Например, представление об атоме как о “каше с изюмом” Томсона, планетарная модель атома Резерфорда, образ Метагалактики как раздувающейся сферы, представление о спине электрона как о вращающемся волчке и др.

Научная картина мира выполняет и ряд функций:

эвристическую , то есть задает программу научного поиска;
систематизирующую , то есть объединяет знания, получаемые различными науками в рамках единой научной программы;
мировоззренческую , то есть вырабатывает определенный взгляд на мир, определенное отношение к миру.

Научная картина мира – образование не застывшее, а постоянно изменяющееся. В процессе развития научных и технических знаний в ней происходят качественные преобразования, которые приводят к замене старой картины мира на новую.

Этот процесс рассматривает в свое работе известный американский ученый, историк науки Томас Кун . По мнению Т. Куна, в развитии любой науки есть два периода: “предпарадигматический” и “постпарадигматический”. Во время первого еще нельзя говорить о “нормальной” науке, опирающейся на ряд общепринятых научных положений. Напротив, второй проходит под знаком единой для всего сообщества ученых модели научного знания (парадигмы). Это период “нормального” этапа развития науки.

Научная парадигма – это совокупность методов, способов, принципов научного познания, а также теорий и гипотез, утвержденных научным сообществом в определенный исторический период времени. Научная парадигма – это и образец, эталон, шаблон, применяемый для решения стоящих научных проблем и задач.

С течением времени развитие науки в рамках данной парадигмы затрудняется, в теориях возникают аномалии. В конечном счете это приводит к кризису, требующему смены парадигм , т. е. научной революции . В результате смены парадигм сообщество ученых начинает иначе видеть мир. В основу научного познания кладется иная совокупность исходных принципов, начинается новый период развития науки.

Научное описание смены парадигм невозможно в терминах логики – оно требует обращения к психологии научного творчества и к социологии. Новая и старая парадигмы по существу своему несопоставимы и поэтому нельзя полагать, что развитие науки идет путем постепенного накопления научных знаний. Следовательно, в этом смысле нельзя говорить и о единой линии развития науки.

Отличие понятия парадигмы от понятия научной картины мира состоит в том, что парадигма в рамках данной науки может не носить “глобального” характера, а быть связанной с некоторым частным разделом науки или даже с одной группой проблем. С другой стороны, в понятие парадигмы включаются не только основные принципы данной науки, но и правила их успешного применения, стандартные измерительные процедуры и т. д. Таким образом, понятие парадигмы и научной картины мира совпадают лишь частично.

Но основная проблема, поставленная Т.Куном, состоит в следующем: существует ли в смене парадигм и научных картин мира определенная преемственность, или эта смена не носит закономерного характера?

Принцип соответствия научных теорий предполагает, что новая теория отвергает старую не полностью, а лишь за пределами области ее применимости. Поэтому не следует соглашаться с утверждением Т. Куна и его последователей, что теория, сформулированная в одной парадигме, не может ни противоречить, ни соответствовать теории из другой парадигмы из-за различного смысла употребляемых в этих теориях терминов.

Различные научные картины мира не являются “вещами в себе”, то есть полностью изолированными друг от друга системами. В них входят, наряду с отличными, и некоторые общие понятия и принципы (например, положение о трехмерности и непрерывности пространства, принцип сохранения энергии и др.) Хотя ряд элементов старых картин мира сменяются новыми, более плодотворными, многие фундаментальные принципы и законы сохраняют свою силу и “вплетаются” в ткань новой науки.

Возникновение научной картины мира

На протяжении веков человек стремился разгадать тайну мирового порядка Вселенной, которую древнегреческие философы называли Космосом (в переводе с греческого “космос” означает порядок, красоту) в отличие от Хаоса, предшествующего появлению Космоса. Люди задавали себе вопрос, почему так правильны и периодичны небесные движения и явления (смена дня и ночи, зимы и лета, приливов и отливов и т.п.) и, наконец, как возник окружающий нас мир? Ища ответы на эти им подобные им вопросы, люди открывали в природе закономерности, на основе которых могли предсказывать некоторые события (например, солнечные и лунные затмения, появление на небе тех или иных созвездий и проч.). Таким образом, начиная с древних времен, человек пытался осмыслить целостность мира, создать в своем воображении упорядоченную систему объектов, явлений и их причин, определяя для себя собственное мировоззрение и картину мира.

Содержание исторически первых картин мира определяла астрономическая наука – одна из старейших наук. Свое начало она берет на Древнем Востоке: в Египте, Индии, Китае, Вавилоне. Так, в “Ригведе”, древнейшем памятнике древнеиндийской философской и религиозной мысли, мы можем найти описание одной из первых картин мира: Земля представляет собой плоскую безграничную поверхность, небо – голубой, усеянный звездами свод, а между ними светящийся воздух. В древние времена астрономия имела лишь прикладное, практическое значение, она решала, прежде всего, насущные проблемы людей. Неподвижная Полярная Звезда служила людям Путеводительницей на земле и на море, восход звезды Сириус предвещал жителям Египта разлив Нила, а сезонные появления на небе определенных созвездий указывали людям на приближение сроков сельскохозяйственных работ.

Первые, дошедшие до нас естественнонаучные представления об окружающем мире были сформулированы древнегреческими философами и учеными в 7-5 вв. до нашей эры. Их учения опирались на накопленные ранее знания и религиозный опыт египтян, шумеров, вавилонян, сирийцев, но отличались от последних стремлением проникнуть в суть, в скрытый механизм явлений мира. Основополагающие положения этих учений могут быть сформулированы как основные принципы античной картины мира.

Основные принципы античной картины мира

Принцип круговых форм, движений и цикличности . Наблюдение круглых дисков Солнца и Луны, закругленной линии горизонта на море, восходы и заходы светил, смена времен года, отдыха и труда и т.д. наводили греков на мысль о круговых формах, движениях, циклах развития.

Принцип существования начала, лежащего в основе многообразия явлений мира. Первые представления о таком начале сводились к первичным стихиям, таким как вода, воздух, земля и огонь. В дальнейшем появляются абстрактные представления, не сводимые к чувственному восприятию, такие как атом Демокрита или материя Платона и Аристотеля.

Представление о небесном своде . Предполагалось, что Земля находится в центре мира, а твердый небесный свод служит опорой для звезд и отделяет небо от Земли. Звезды неподвижно прикреплены к небесному своду, а планеты (к которым относили Солнце и Луну) перемещаются относительно фона неподвижных звезд. Слово “планета” произошло от древнегреческого слова “блуждающий”. Двигаясь вокруг Земли, планеты совершали сложные, петлеобразные движения. Дело в том, что каждая планета была прикреплена к прозрачной твердой сфере. Сфера обращалась равномерно вокруг Земли по правильной круговой орбите, а сама планета перемещалась еще и по сфере. Представление о небесном своде (сфере неподвижных звезд) сохранялось даже в системе Н.Коперника, хотя он и перенес центр мира с Земли на Солнце.

Принцип одухотворенности небесных тел. Платон считал, что планеты, как и другие движущиеся без видимых причин тела, обладают душой. Ученик Платона Аристотель первопричиной движения тел считал перводвигатель, являющийся нематериальным, неподвижным, вечным, совершенным.

Принцип небесного совершенства . Платон, Аристотель и другие философы верили, что небеса идеальны во всех отношениях. Исходя из этого они считали, что небесные тела, их сферы и орбиты, по которым они движутся должны состоять из нерушимой вечной субстанции – эфира. Форма небесных тел должна быть сферической, поскольку сфера – это единственное геометрическое тело, все точки поверхности которого равноудалены от центра. Сфера (круг) считалась у греков идеальной, совершенной фигурой.

Принцип музыки небесных сфер . Для пифагорейцев музыкальная гармония и движение планет были обусловлены одними и теми же математическими законами. Пифагор открыл замечательную связь между числами и законами музыкальной гармонии. Он обнаружил, что высота тона колеблющейся струны, концы которой закреплены, прямым образом зависит от ее длины. Уменьшение длины колеблющейся части скрипичной струны вдвое приводит к повышению тона рождаемого ей звука на октаву. Уменьшение длины струны на одну треть повышает тон звука на квинту, на одну четверть – на кварту, на одну пятую – на терцию. Пифагорейцы также обнаружили закономерность изменения высоты звука от величины вращающегося объекта и от расстояния от объекта до наблюдателя. Так, камень, привязанный к веревке и вращаемый над головой, будет издавать звук определенной высоты. Если изменять величину камня и длину веревки, то и высота издаваемого камнем звука будет меняться. Следуя этой логике рассуждений, Пифагор предполагал музыкально-числовую структуру космоса и музыку небесных сфер.

Принцип пустоты или заполненности космоса . По этому вопросу древнегреческие философы разделились на две противоборствующие школы. Глава одной из них – Демокрит считал, что вещество космоса состоит из крошечных, невидимых, неделимых частиц – атомов, движущихся в окружающем пустом пространстве. По мнению же их противников (например, Парменида) мир заполнен одной или несколькими субстанциями, образующими сплошную среду.

Принцип центризма или однородности . Находимся ли мы в центре Вселенной или у Вселенной центра в принципе не существует, и существовать не может? Мир Платона и Аристотеля напоминал луковицу, в середине которой находилась Земля, тогда как сфера неподвижных звезд составляла ее внешнюю оболочку. Атомисты считали по-другому. В частности Лукреций Кар писал: “Вселенная не имеет центра и содержит бесконечное множество обитаемых миров”.

Несмотря на разнообразие принципов, и моделей Вселенной в античном мире, сложившаяся к тому времени культурная атмосфера, и научная парадигма привели к тому, что была утверждена геоцентрическая картина мира, автором которой стал великий древнегреческий ученый 4 в. до нашей эры Аристотель.

Геоцентрическая картина мира Аристотеля - Птолемея

Аристотель из Стагиры (384 – 322 гг. до н.э.) известен как разносторонний ученый, обладавший энциклопедическими знаниями. Он был известным философом, физиком, биологом, логиком, психологом, общественным деятелем. Как биолог он со своими учениками определил понятие жизни, описал и классифицировал более 1000 видов животных и растений. Так, Аристотель первый доказал, что кит является не рыбой, а млекопитающим животным.

В трактате “О небе” Аристотель описывает свою физико-космологическую картину мира. Здесь мы видим, как его астрономические взгляды на Вселенную тесно переплетаются с физическими и философскими взглядами.

Под Вселенной Аристотель понимал всю существующую материю, состоящую с его точки зрения из 4 обычных элементов: земли, воды, воздуха и огня, а также 5-го элемента – эфира, в отличие от других не имеющего ни легкости, ни тяжести. Вселенная – это конечная ограниченная сфера, за границами которой нет ничего материального. Там нет и пространства, которое мыслится как нечто, заполненное материей. За пределами Вселенной не существует и времени. Время Аристотель определял как меру движения (количество движения) и связывал с материей, поясняя, что “нет движения без тела физического”. За пределами Вселенной помещался нематериальный, вечный, неподвижный, совершенный перводвигатель (божество), который сообщал миру, а в частности и космическим телам совершенное равномерное круговое движение.

Так как шарообразность Вселенной была видна невооруженным глазом в форме небосвода, круговом суточном движении небесных светил (Солнца, Луны и др.), в наблюдении лунных затмений, когда круглая тень Земли наползала на диск Луны (что подтверждало и шарообразность нашей Земли), то в такой ограниченной Вселенной должен был существовать центр, как особая точка, равноудаленная от периферии. Таким образом, центральное положение Земли следовало из общих свойств Вселенной: самый тяжелый элемент – земля, составляющий в основном земной шар, не мог не быть всегда в центре мира. Менее тяжелым элементом, тяготеющим к земле, была вода, а легкими – огонь и воздух. В надлунном мире единственный элемент – эфир находился в вечном круговом движении в мировом пространстве. Из эфира, согласно Аристотелю, состояли все небесные тела, идеальной сферической формы, скрепленные каждое со своей сферой, твердой и кристально-прозрачной, с которой они вместе двигались по небу. Точнее говоря, двигались сферы, а с ними и планеты. Движение небесных тел с востока на запад Аристотель считал естественным и наилучшим (“природа всегда осуществляет наилучшую из возможностей”). Аристотель выделял 8 сфер во Вселенной. Он считал, что для небесных тел естественным является именно круговое, вечное , равномерное движение, которое постулировалось как признак совершенства небесных тел.

Неподвижность Земли в центре мира Аристотель просто постулировал, чтобы обосновать суточное вращение всего небосвода (“если Земля неподвижна, то небо двигается”). Согласно ученому, Вселенная не возникла и принципиально неуничтожима, она вечна, поскольку единственна и объемлет всю возможную материю, ей не из чего возникнуть и не во что превратиться. “Возникает и уничтожается не Космос, а его состояния”.

Космологическая система Аристотеля была теорией, опиравшейся на экспериментальные данные наук того времени (видимые круговые движения планет, Солнца, Луны, закругленная линия горизонта на море и т.п.). Аристотель считал, что Земля свободно парит в пространстве, а не уходит корнями в бесконечность (Ксенофан), или не плавает на воде (Фалес). Но вместе с ошибочными представлениями своих предшественников Аристотель отбросил и правильные догадки пифагорейцев о вращении Земли вокруг своей воображаемой геометрической оси, так как это вращение не ощущалось в повседневном опыте.

Аристотель стремился очистить картину мира от мифологического элемента. Он резко критиковал древние учения, согласно которым небо и небесные тела, чтобы не упасть на Землю, должны были опираться на плечи могучих героев – Атлантов.

Модель Вселенной Аристотеля можно назвать телеологической , опирающейся на высшие конечные цели и причины и все ими объясняющую (перводвигатель, идеальные божественные круговые формы, наилучшая возможность и т.п.) Эта модель стала первым организующим фактором на пути дальнейшего развития науки. В ее рамках на протяжении 1,5 тыс. лет формировались конкретные научные представления. Будучи догматизированной, в средневековой Европе и на арабском Востоке, картина мира Аристотеля дожила до 16 века.

Аристотелевская геоцентрическая картина мира была математически обоснована 4 века спустя александрийским астрономом, римлянином по рождению, Клавдием Птолемеем (87 – 165 гг. н.э.)

Созданию первой математической теории видимого движения планет, “Математической системы”, было посвящено 5 из 13 книг Птолемея под общим названием “Альмагест”. “Альмагест” в переводе с арабского означает “величайшее”. Дело в том, что греческий оригинал был утрачен, до нас же дошел лишь арабский перевод работ К.Птолемея.

В основу своей теории Птолемей положил несколько постулатов: шарообразность Земли, ее неподвижность и центральное положение во Вселенной, равномерное круговое движение небесных тел, колоссальная удаленность Земли от сферы неподвижных звезд .

Птолемей считал, что чем быстрее планета движется по небу (то есть речь идет о видимом движении), тем ближе к Земле она расположена. Отсюда вытекало и расположение планет относительно Земли: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн.

Птолемей не просто следовал утверждениям Аристотеля, но пытался их обосновать, исходя из известных представлений и наблюдений. Так, он считал, что с поверхности вращающейся Земли (если таковое имело бы место) все свободно лежащие на ней тела должны были бы быть сорваны и отброшены в мировое пространство в сторону, обратную направлению вращения Земли (облака, птицы, люди, дома и т. д.). Отчасти Птолемей был прав. Однако он не учел колоссальную массу Земли по сравнению со всеми живыми и неживыми объектами на ее поверхности. Но никого даже сегодня не удивляет тот факт, что на экваторе вес одних и тех же предметов за счет центробежной силы меньше, чем на полюсе.

Теория К. Птолемея была грандиозным успехом человеческой мысли в математическом анализе явлений природы. Так, запутанные видимые движения планет были представлены как результат сложения простых элементов – равномерных движений по окружности. В схеме Птолемея движение каждой планеты описывалось следующим образом. Предполагалось, что вокруг неподвижной Земли находится окружность, центр которой помещен несколько в стороне от центра Земли (деферент ). По деференту движется центр меньшей окружности – эпицикла – с угловой скоростью, которая постоянна по отношению не к собственному центру деферента и не к самой Земле, а к точке, расположенной симметрично центру деферента относительно Земли. Эту вспомогательную точку, из которой движение планеты будет казаться равномерным (выровненным), как и соответствующую ей окружность, Птолемей ввел для более точного описания наблюдаемых неравномерностей в видимых движениях планет и назвал эквантом (выравнивающим). Сама планета в системе Птолемея равномерно двигалась по эпициклу. Для описания вновь открываемых неравномерностей в движениях Луны или планет вводились новые дополнительные эпициклы – вторые, третьи и т.д. Введением экванта Птолемей нарушал принцип структуры и свойства Вселенной в физической картине мира Аристотеля. Но это понял и на это обратил внимание лишь спустя полторы тысячи лет Н.Коперник.

Теория К. Птолемея произвела огромное впечатление не только на его современников. Вплоть до 16 века его геоцентрическая система безраздельно властвовала над умами людей. Однако сам Птолемей считал свою теорию лишь способом описания явлений, не претендуя на то, что его сложная конструкция выражала истинное существо вещей (строение Вселенной). Между тем, церковь и схоластическая наука средневековья превратили геоцентрическую картину мира в истину в последней инстанции, возвели ее в официальную доктрину, в ранг непререкаемой религиозной догмы.

Справедливости ради, следует отметить, что греческих мыслителей, создававших модели движения небесных сфер, можно было разделить на два соперничающих между собой лагеря. Они расходились во взглядах на роль математики и математических моделей.

Представители первого лагеря, возглавляемого Аристотелем, считали математику служанкой философии и здравого смысла. Они полагали, что математика может быть полезной в описании явлений, но она не способна отразить их глубину и сущность.

Представители другого лагеря – пифагорейцы, считали, что в основе всех явлений лежат математические закономерности. Они полагали, что законы математической гармонии – более подходящее руководство к постижению небесных тайн, чем опыт и здравый смысл. Пифагорейцы считали, что более естественным было бы предположить, что наблюдаемое нами движение звезд есть следствие неощущаемого нами же движения Земли по окружности, но в противоположном к движению звезд направлении. В центре этой окружности находится “центральный огонь”. Так же предполагалось, что Земля вращается вокруг оси, проходящей через ее геометрический центр, подобно тому, как колесо повозки поворачивается на своей оси.

Наивысшим достижением пифагорейцев стала гелиоцентрическая модель мира, предложенная Аристархом Самосским (Ш в. до н.э.). Он считал Солнце неподвижным, расположенным в центре мира, а Землю, обращающейся вокруг Солнца и вокруг своей оси. Аристарх так же предполагал, что вся орбита Земли по сравнению со сферой звезд представляет собой не более чем точку.

Однако всем этим идеям суждено было оставаться в стороне от основного русла развития представлений о мире. Возрождение гелиоцентризма произошло лишь в 16 веке.

Гелиоцентрическая система Н.Коперника и ее дальнейшее развитие в трудах Дж. Бруно, Г. Галилея и И. Кеплера

Основоположником гелиоцентризма по праву считается Н.Коперник (1473 – 1543). Коперник родился на территории Польши в городе Торунь. Закончил Краковский университет, один из старейших в Европе, где изучал математику, физику, астрономию, труды Гиппарха, Птолемея и др.

К началу 16 века остро встала проблема пересмотра и уточнения календаря. Дело в том, что дата весеннего равноденствия, приходившаяся в 4 веке на 21 марта (утвержденная 2 Никейским Собором в 325 году), от которой рассчитывали христианский праздник Пасхи, к 16 веку приходилась уже на 11 марта. Весенний религиозный праздник Пасхи неизбежно сдвигался к зиме, что не могло допустить церковное руководство. По церковному обычаю праздник Пасхи празднуется в первый воскресный день после весеннего равноденствия (21 марта) и первого мартовского полнолуния. Пасха бывает между 3 апреля и 2 мая.

Разрешить проблему календаря было предложено известным астрономам того времени, в том числе и Н.Копернику. Последний сумел преодолеть преклонение перед авторитетами и догмой, в которую был возведен геоцентризм. Коперник искал красоту и гармонию в природе как ключ к объяснению многих проблем. Итогом его длительных размышлений явилось произведение “О вращениях небесных сфер”, увидавшее свет в 1543 году, то есть в год смерти самого ученого.

Революционная идея Коперника состояла в том, что он в центр мира помещает Солнце, вокруг которого движутся планеты, - и среди них Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от солнечной системы находится сфера звезд. Земля, таким образом, была низведена до ранга рядовой планеты, а видимые движения планет и звезд объяснялись суточным вращением Земли вокруг своей оси и годичным обращением ее вокруг Солнца . Однако, как и у античных ученых, движения небесных тел оставались равномерными и круговыми . Принять гелиоцентризм Копернику помогло представление об относительном характере движения, известном еще в античности и используемом пифагорейцами.

В основе системы Коперника лежали 2 принципа: допущение подвижности Земли и признание центрального положения Солнца в системе.

Преимущество теории Коперника по сравнению с теорией К.Птолемея состояло в логической простоте, стройности и практической применимости. Коперник считал, что “природа не терпит лишнего” и стремится, возможно, меньшим числом причин обеспечить, возможно, большее число следствий и явлений. Благодаря системе Коперника с 5 октября 1582 года в Европе по инициативе папы Григория 13 был введен новый (григорианский) стиль исчисления времени, которым мы пользуемся и поныне.

Однако чтобы как-то смягчить впечатление от своего нововведения, Коперник указывал на то, что размеры сферы звезд и удаленность ее от солнечной системы столь, колоссальны, что, вся солнечная система вместе с подвижной теперь уже Землей, может практически рассматриваться как центр Вселенной, как единая точка.

Благодаря системе Коперника, движение стало рассматриваться как естественное свойство небесных объектов и в том числе Земли. Движение подчинялось общим закономерностям, единой механике. Поэтому “рухнуло” веками существовавшее представление Аристотеля о перводвигателе.

Благодаря Копернику, “тленная Земля” перестала противопоставляться божественным планетам и звездам и приобрела равный с ними статус.

Коперник один из первых критическим разумом показал ограниченность нашего чувственного познания и доказал необходимость его дополнения.

Дело, начатое Н.Коперником, было продолжено монахом одного из неаполитанских монастырей, итальянским ученым Джордано Бруно (1548 – 1600). На развитие его взглядов большое влияние оказала натурфилософия Николая Кузанского, в которой отрицалась возможность для любого тела быть центром Вселенной, поскольку Вселенная бесконечна, а бесконечность центра не имеет. Объединив философско-космологические взгляды Н.Кузанского и четкие гелиоцентрические выводы Н.Коперника (сторонником учения которого был Бруно), Дж. Бруно создает собственную естественно-философскую картину бесконечной Вселенной. Концепция Бруно хорошо просматривается в его основных трудах: “О причине, начале и едином”, “О бесконечности, вселенной и мирах” и др.

Вслед за Н.Кузанским Бруно отрицал существование какого бы то ни было центра Вселенной . Он утверждал бесконечность Вселенной во времени и пространстве. Бруно писал о колоссальных различиях расстояний до разных звезд и сделал вывод, что соотношение их видимого блеска может быть обманчивым.

Ученый утверждал изменяемость (эволюцию) всех небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними космическим веществом. Идею изменяемости он распространял и на Землю , утверждая, что поверхность нашей Земли меняется только через большие промежутки эпох и столетий, в течение которых моря превращаются в континенты, а континенты в моря.

Интересным и перспективным было и утверждение ученого об общности элементов составляющих Землю, как и все другие небесные тела. Причем, в основе всех вещей лежит неизменная, неисчезающая , первичная материальная субстанция . Исходя из этого единства, Бруно логично предположил, что в бесконечно развивающейся Вселенной должно существовать бесконечное число очагов разума, множество обитаемых миров.

За высказанные крамольные идеи, противоречащие церковным догматам, Дж. Бруно был приговорен инквизицией к сожжению на костре, что и было приведено в исполнение в Риме, в 1600 году.

Коперниканская революция повлекла за собой революцию в механике , основателем которой был Г.Галилей из Падуи (1564 – 1642). Механические процессы интересовали Галилея на протяжении всей его жизни. Он первый построил экспериментально- математическую науку о движении – динамику, законы которой вывел в результате обобщения специально поставленных научных опытов. Галилей предложил новое понимание движения – движения по инерции. Ранее господствовало аристотелевское понимание движения, согласно которому тело движется благодаря внешнему на него воздействию, а когда последнее прекращается, тело останавливается. Галилей же предложил принцип инерции, согласно которому тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения сколь угодно долго, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.

Галилей открыл законы свободного падения тел: независимость времени такого падения от массы тела в пустоте, определил, что путь, пройденный падающим телом пропорционален квадрату времени падения (l~t2).

Галилей построил теорию равномерно ускоренного движения.

Ученый показал, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и силы тяготения есть парабола.

Галилей открыл законы колебания маятника.

Метод исследования Г.Галилея носит название экспериментально-теоретического . Суть его заключается в количественном анализе наблюдаемых частных явлений и постепенном мысленном приближении этих явлений к некоторым идеальным условиям, в которых законы, управляющие этими явлениями, могли бы проявиться в чистом виде.

Кроме открытия законов движения Галилей сделал и ряд астрономических открытий с помощью новых способов наблюдения. Г.Галилей самостоятельно сконструировал телескоп на основе изобретенной в Голландии зрительной трубы. Этот телескоп давал прямое изображение и действовал по принципу бинокля. Сначала увеличение было в 3 раза, а вскоре уже в 32 раза. Галилей использовал телескоп для изучения неба. С Галилея началась новая оптическая эра в наблюдательной астрономии. Что же обнаружил Галилей с помощью своего телескопа?

В бледных облаках Млечного пути было обнаружено огромное скопление звезд.
Звезды безмерно удалены от нас по сравнению с планетами, так как планеты в телескоп увеличивались и имели вид кружков, в то время как звезды оставались точками, лишь увеличиваясь в яркости.
Описал реальную поверхность Луны, которая как оказалось, не имеет гладкой “полированной” поверхности, а представляет собой неровности и возвышенности, подобно земной поверхности покрыта огромными горами, глубокими пропастями и обрывами. Галилей впервые оценил высоту самой большой лунной горы (около 7 км).
Чрезвычайно важным было открытие Галилеем в 1612 году на диске Солнца маленьких темных образований (пятен), которые перемещались по диску Солнца. Это позволило Галилею утверждать, что Солнце вращается вокруг своей оси. Солнце перестало быть символом чистоты и совершенства, ведь даже на нем были пятна (“и на Солнце есть пятна”).
Галилей открыл в 1610 году 4 спутника Юпитера (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Всего же у Юпитера на сегодняшний день обнаружено 15 спутников. Таким образом, Луна перестала быть исключением, и Земля перестала быть единственной планетой, имеющий спутник.

Всеми своими открытиями Г.Галилей неопровержимо доказывал правоту гелиоцентрической системы Н.Коперника. Симпатии Галилея гелиоцентризму нашли свое отражение в работе “Диалог о двух системах мира – Птолемеевой и Коперниковой”. Не дремала и святейшая инквизиция. В 1633 году Галилей был вызван в Рим и брошен на несколько недель в застенки инквизиции. Под угрозой пыток 69-летнего ученого заставили отречься от “заблуждений”. После этого Галилей покидает Италию и едет в протестантские Нидерланды, где продолжает работать и переиздает свои труды, которые уже в то время пользовались большой популярностью среди ученых.

Спустя 350 лет после смерти Г.Галилея, в октябре 1992 года он был реабилитирован католической церковью. Осуждение Галилея было признано ошибочным, а учение – правильным.

Поиски точных законов движения планет стали главным делом жизни немецкого астронома И.Кеплера (1571 – 1630).Основные труды И.Кеплера “Новая, изыскивающая причины астрономия или физика неба” (“Астрономия нова”), “Сокращение коперниковой астрономии”, “Гармония мира”, “Рудольфовы таблицы” и др. были связаны с идеей мировой гармонии и с поиском простых числовых отношений ее выражающих.

И.Кеплер был математиком – неопифагорейцем, верящим в гармонию мира. Природа создана в соответствии с математическими правилами и обязанность ученого их понять. Кеплер был убежден, что структура мира может быть определена математическим путем, ибо при сотворении мира Бог руководствовался математическими соображениями, что простота – знак истины, а математическая красота идентифицируется с гармонией и красотой. Кеплер использовал то обстоятельство, что существует 5 правильных многогранников, которые должны каким–то образом соотноситься со структурой Вселенной. “Орбита Земли является мерой всех остальных орбит. Опиши вокруг нее додекаэдр (правильный 12-ти гранник), тогда сфера, которая в свою очередь опишет его, будет сфера Марса. Вокруг сферы Марса опиши тетраэдр (правильный 4-гранник), тогда сфера, которая его обнимает, будет сфера Юпитера. Вокруг сферы Юпитера опиши куб (правильный 6-ти гранник), заключающая его сфера будет сфера Сатурна. В орбиту Земли впиши икосаэдр (правильный 20-ти гранник), вписанная в него сфера будет сферой Венеры, в сферу Венеры впиши октаэдр (правильный 8-ми гранник), в него будет вписана сфера Меркурия. Так ты поймешь причину числа планет”.

Идея связи между планетами и многогранниками вскоре обнаружила свою несостоятельность, но в ней проявилась будущая программа исследования.

Ни К.Птолемей, ни Н.Коперник, ни Т.Браге не смогли объяснить “нерегулярное” движение Марса. За эту задачу взялся и решил ее И.Кеплер.Ученый пришел к выводу, что теоретические расчеты движения планет совпадают с наблюдениями, если предположить движение планет по эллиптическим орбитам с изменяющейся скоростью. “Введя эллиптическую гипотезу вместо многовековой догмы о круговом характере и единообразии планетарных движений, Кеплер осуществил глубинный переворот внутри самой коперниканской революции”(А.Пасквинелли).

Поиски мировой гармонии привели Кеплера к созданию трех законов движения планет. Первые два закона открыты в 1605 году.

Первый закон Кеплера. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Тем самым был разрушен принцип круговых движений в космосе.

Второй закон Кеплера. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем линия, соединяющая Солнце с планетой за равные промежутки времени описывает равные площади. Таким образом, был показан характер изменения скорости при движении планеты по орбите (скорость движения планеты тем больше, чем она ближе в данный момент к Солнцу). В связи с этим законом рухнул принцип равномерности небесных движений.

Р1Р2 – расстояние, которое проходит планета за время t1.

Р3Р4 – расстояние, которое проходит планета за время t2.

SP1Р2 и SP3P4 – описывают секторы равных площадей за равные промежутки времени.

Через 10 лет, в 1615 году Кеплер выводит третий закон движения планет.

Третий закон Кеплера . Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит. (Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы расстояния каждой из них от Солнца).

Таким образом, была установлена универсальная зависимость между периодами обращения планет и средним расстоянием их от Солнца. С удалением от Солнца уменьшается скорость движения планет.

На основании этих законов Кеплер развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как о вихре , возникающем в эфирной среде, от вращения магнитного поля Солнца и увлекающем окрестные тела.

Также Кеплером была разработана теория солнечных и лунных затмений и предложены способы их предсказания.

Ученый составил так называемые Рудольфовы таблицы , с помощью которых можно было с высокой точностью определить положение планет в любой момент времени.

Проблема устройства планетного мира благодаря Кеплеру перешла из области мифологических и гипотетических построений в область научных знаний и стала предметом точных наук. Небесная механика Кеплера явилась следствием теории Коперника и в то же время она подготовила почву для формирования механистической картины мира.

Вопросы для самоконтроля

Какая наука существовала в античности?
Кто дал первую классификацию наук?
Какие основные исторические этапы своего развития прошла наука?
Что такое классическая наука и когда она начинает формироваться?
Что такое научные революция и сколько их было в истории науки?
Что такое неклассическая наука?

Даннеман Ф. История естествознания. Естественные науки в их развитии и взаимодействии. Т. 1- 3. М.-Л., 1932-1938.
Ильин В.В., Калинкин А.Т. Природа науки. М., 1985.
Принципы историографии естествознания: ХХ век/Отв. ред И.С.Тимофеев. СПб., 2001.
Маркова Л.А. Наука. История и историография XIX - XX вв. М., 1987.
Микулинский С.Р. Очерки развития историко-научной мысли. М., 1988.
Принципы историографии естествознания. Теория и история. М., 1993.
Фокта Я., Новы Л. История естествознания в датах. Хронологический обзор. М., 1987.
Кун Т. Структура научных революций. М., 1977.
Поликарпов В.С. История науки и техники. Ростов-на-Дону. 1999.
Кирилин В.А. Страницы истории науки и техники. М., 1986.
Козлов Б.И. Возникновение и развитие технических наук. Л., 1988.
Круть И.В., Забелин И.М. Очерки истории представлений о взаимоотношении природы и общества. М., 1988.
Кудрявцев П.С. История физики. Т. 1-3. М., 1956.
Рожанский И.Д. Античная наука. М., 1980.
Соловьёв Ю.И. История химии. М., 1983.
Исаченко А.Г. Развитие географических идей. М., 1971.
Рожанский И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи. М., 1988.
Стройк Д.Я. Краткий очерк истории математики. М., 1984.
Азимов А. Краткая история химии. М., 1983.
Вернадский В.И. Избранные работы по истории науки. М., 1981.
Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. Становление и развитие первых научных программ. М., 1980.
Гайденко В.П., Смирнов Г.А. Западноевропейская наука в средние века. М., 1989.
Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и её творцы. М., 1984.
Таннери П. Исторический очерк развития естествознания в Европе. М.-Л., 1934.
Кузнецов Б.Г. Идеи и образы Возрождения. М., 1979.
Кузнецов Б.Г. Джордано Бруно и генезис классической науки. М., 1970.
Льоцци М. История физики. М., 1970.
Тредер Г.Ю. Эволюция основных физических идей. Киев, 1989.
Кирсанов В.С. Научная революция XVII века. М., 1987.
Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII - XVIII вв.). М., 1987.
Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М., 1999.
Вергинский В.С. Очерки истории науки и техники XVI - XIX вв. М., 1984.

Версия для печати

Хрестоматия

Название работы	Аннотация

Практикумы

Название практикума	Аннотация

Презентации

Название презентации	Аннотация

Тьюторы

Развитие геоцентризма

С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала какая-то опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). Первый древнегреческий философ 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 Земле 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. Точку зрения Анаксимандра разделяли, однако, пифагорейцы, Парменид и Птолемей . Не ясна позиция Демокрита: согласно разным свидетельствам, он последовал Анаксимандру или Анаксимену.

Одно из самых ранних дошедших до нас изображений геоцентрической системы (Макробий, Комментарий на Сон Сципиона, рукопись IX века)

Средневековое изображение геоцентрической системы (из Космографии Петра Апиана, 1540 г.)

«Фигура небесных тел» - иллюстрация геоцентрической системы мира Птолемея, сделанная португальским картографом Бартоломеу Велью в 1568 году.
Хранится в Национальной библиотеке Франции.

Обоснование геоцентризма

Рисунок геоцентрической системы мира из Исландского манускрипта, датированного примерно 1750 годом

Страницы из SACROBOSCO "Tractatus de Sphaera" с системой Птолемея - 1550 год

The Harmonia Macrocosmica of Andreas Cellarius - 1660/61

Объяснение астрономических явлений с позиций геоцентризма

Наибольшей трудностью для древнегреческой астрономии являлось неравномерность движения небесных светил (особенно попятные движения планет), поскольку в пифагорейско-платоновской традиции (которой в значительной степени следовал и Аристотель), они считались божествами, которым надлежит совершать только равномерные движения. Для преодоления этой трудности создавались модели, в которых сложные видимые движения планет объяснялись как результат сложений нескольких равномерных движений по окружностям. Конкретным воплощением этого принципа являлись поддержанная Аристотелем теория гомоцентрических сфер Евдокса-Каллиппа и теория эпициклов Аполлония Пергского, Гиппарха и Птолемея . Впрочем, последний был вынужден частично отказаться от принципа равномерных движений, введя модель экванта.

Отказ от геоцентризма

В ходе научной революции XVII века выяснилось, 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.

Геоцентризм и религия

Уже одна из первых идей, оппозиционных геоцентризму (гелиоцентрическая гипотеза Аристарха Самосского) привела к реакции со стороны представителей религиозной философии: стоик Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места «Очаг мира», имея в виду Землю; неизвестно, впрочем, увенчались ли старания Клеанфа успехом. В Средневековье, поскольку христианская церковь учила, что весь мир создан Богом ради человека (см. Антропоцентризм), геоцентризм также успешно адаптировался к христианству. Этому способствовало также буквальное прочтение Библии. Научная революция XVII веке сопровождалась попытками административного запрета гелиоцентрической системы , что привело, в частности, к судебному процессу над сторонником и пропагандистом гелиоцентризма Галилео Галилеем . В настоящее время геоцентризм как религиозная вера встречается среди некоторых консервативных протестантских групп в США.

Source: http://ru.wikipedia.org/

Первой глобальной естественнонаучной революцией , преобразовавшей астрономию, космологию и физику, было создание последовательного учения о геоцентрической системе мира . Начало этому учению положил еще древнегреческий ученый Анаксимандр, создавший в 6-м в. до н.э. довольно стройную систему кольцевых мироустроений. Однако последовательная геоцентрическая система была разработана в 4-м в. до н.э. величайшим ученым и философом древности Аристотелем, а затем, в 1-м в. математически обоснована Птолемеем. Геоцентрическую систему мира обычно называют системой Птолемея , а естественнонаучную революцию – аристотелевской. Почему же мы называем это учение революционным?

Переход от исходного эгоцентризма, а затем племенного или этнического топоцентризма к геоцентризму представлял собой первый шаг на пути формирования его как объективной науки. Действительно, при этом непосредственная видимая полусфера неба, ограниченная горизонтом, была дополнена аналогичной небесной полусферой до полной небесной сферы. Соответственно и сама Земля, занимающая центральное положение в этой сферической Вселенной, стала считаться шарообразной. Пришлось, таким образом, признать не только возможность существования антиподов - обитателей диаметрально противоположных пунктов земного шара, но и принципиальную равноправность всех земных наблюдений мира . Вопрос же о наблюдениях, наблюдателях является весьма важным с точки зрения формирования объективной научной картины мира.

Интересно, что непосредственное подтверждение выводов о шарообразности Земли пришло значительно позже – в эпоху первых кругосветных путешествий и великих географических открытий, т.е. лишь на рубеже 15-го и 16-го веков, когда само геоцентрическое учение Аристотеля - Птолемея с его канонической системой идеальных равномерно вращающихся гомоцентрических (т.е. с единым центром) небесных сфер уже доживало свои последние годы.

Гиппарх, александрийский ученый, живший во 2 веке до н. э., и другие астрономы его времени уделяли много внимания наблюдениям за движением планет. Эти движения представлялись им крайне запутанными. В самом деле, направления движения планет по небу как бы описывают по небу петли. Эта кажущаяся сложность в движении планет вызывается движением Земли вокруг Солнца - ведь мы наблюдаем планеты с Земли, которая сама движется. И когда Земля " догоняет" другую планету, то кажется, что планета как бы останавливается, а потом движется назад. Но древние астрономы думали, что планеты действительно совершают такие сложные движения вокруг Земли.

Великий астроном и математик Клавдий Птолемей (87 - 165) сделал выбор в пользу геоцентрической модели Мира. Он завершил начатое Гиппархом математическое описание движений небесных тел и блестяще выполнил программу Платона- "с помощью равномерных и правильных круговых движений спасти явления, представляемые планетами ". Он пытался объяснить устройство Вселенной с учетом видимой сложности движения планет. Считая Землю шарообразной, а размеры ее ничтожными по сравнению с расстоянием до планет и тем более звезд. Птолемей, однако, вслед за Аристотелем утверждал, что Земля - неподвижный центр Вселенной.

В основе системы мира Птолемея лежат четыре постулата:

I. Земля находится в центре Вселенной.

II. Земля неподвижна.

III. Все небесные тела движутся вокруг Земли.

IV. Движение небесных тел происходит по окружностям с постоянной скоростью, т. е. равномерно.

Так как Птолемей считал Землю центром Вселенной, его система мира была названа геоцентрической . Вокруг земли, по Птолемею, движутся (в порядке удаленности от Земли) Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звезды. Но если движение Луны, Солнца, звезд круговое, то движение планет гораздо сложнее. Каждая из планет, по мнению Птолемея, движется не вокруг Земли, а вокруг некоторой точки. Точка эта в свою очередь движется по кругу, в центре которого находится Земля. Круг, описываемый планетой вокруг движущейся точки, Птолемей назвал эпициклом , а круг, по которому движется точка около Земли,- деферентом . Птолемей построил геоцентрическую модель Мира (по сути дела - модель солнечной системы), которая позволила объяснить все наблюдаемые особенности движения планет, Солнца и Луны, а главное, стала мощным инструментом для предсказания (предвычисления) положений этих небесных тел. Главный труд Птолемея - "Большое математическое построение ", по гречески "Мегале математикес синтаксеос ",- еще в древности получил широкую известность под названием "Магисте синтаксеос " ("Величайшее построение "). Отсюда искаженный арабский вариант названия - "Ал Магесте ", или "Альмагест " , под которым этот 13-томный труд известен в современном мире. "Альмагест " - это подлинная энциклопедия астрономических знаний того времени, один из шедевров мировой научной литературы.

5. Гелиоцентрическая система мира (по Грушевицкой и Садохину)

Основателем научной космологии считается Николай Коперник (1473-1543, который поместил Солнце в центр Вселенной и низвел Землю до положения рядовой планеты Солнечной системы. Свою систему мира великий астроном изложил в книге "О вращениях небесных сфер", вышедшей в год его смерти. В своем труде он утверждал, что Земля не является центром мироздания, и что «Солнце, как бы восседая на царском престоле, управляет вращающимся. около него семейством светил». С именем Коперника связана глобальная естественнонаучная революция (т.н. коперниканская революция), котораяпредставляла собой переход от геоцентризма к гелиоцентризму , а от него к полицентризму , т.е. учению о множественности звездных миров. Это был переход от частного учения о непосредственно наблюдаемой солнечной планетной системе к общему учению о потенциально бесконечном иерархическом звездном мире, с действующим в нем законом всемирного тяготения Ньютона.

Сам Коперник был далек от правильного понимания устройства мира. Так, по его убеждению, за орбитами пяти известных в то время планет располагалась сфера неподвижных звезд. Звезды на этой сфере считались равноудаленными от Солнца, а природа их была неясной. Коперник не видел в них тел, подобных Солнцу, и, будучи служителем церкви, склонялся к мнению, что за сферой неподвижных звезд находится «эмпирей», или «жилище блаженных» - обитель сверхъестественных тел и существ.

В одном Коперник был твердо уверен - радиус сферы неподвижных звезд должен был быть очень велик. Иначе было бы трудно объяснить, почему с движущейся вокруг Солнца Земли звезды кажутся неподвижными.

Поставьте перед лицом указательный палец и посмотрите на него попеременно то правым, то левым глазом - палец будет смещаться на фоне более далеких предметов, например, стены. Такое кажущееся смещение предмета при изменении позиции наблюдателя называется параллактическим смещением. Расстояние между крайними точками наблюдения называется базисом. Чем больше базис, тем больше и параллактическое смещение. Чем дальше от нас наблюдаемый предмет, тем меньше параллактическое смещение. Отодвиньте палец от лица, и вы легко в этом убедитесь.

Хотя расстояние от Земли до Солнца во времена Коперника в точности не было известно, многие факты говорили о том, что оно весьма велико. Казалось бы, при этом звезды должны описывать на небе маленькие окружности - своеобразное отражение действительного обращения Земли вокруг Солнца. Но такие параллактические смещения звезд явно отсутствовали, из чего Коперник и сделал вывод о колоссальных размерах сферы неподвижных звезд.

Вселенная по Копернику - мир в скорлупе. В этой модели легко найти немало пережитков средневекового мировоззрения. Но прошло всего несколько десятилетий, и Джордано Бруно разбил коперниковскую «скорлупу» неподвижных звезд.

Джордано Бруно (1548-1600), знаменитый итальянский мыслитель, считал звезды далекими солнцами, согревающими бесчисленные планеты других планетных систем. Бруно считал глупцом того, кто мог думать, что могучие и великолепные мировые системы, заключающиеся в беспредельном пространстве, лишены живых существ. Так прозвучала беспредельно смелая по тем временам мысль о пространственной бесконечности Вселенной. Он считал, что Вселенная бесконечна, что существует бесчисленное число миров, подобных миру Земли. Он полагал, что Земля есть светило, и что ей подобны Луна и другие светила, число которых бесконечно, и что все эти небесные тела образуют бесконечность миров. Он представлял себе бесконечную Вселенную, заключающую в себе бесконечное множество миров.

Идеи Бруно намного обогнали его век. Но он не мог привести ни одного факта, который бы подтверждал его космологию - космологию бесконечной, вечной и населенной Вселенной.

Дж. Бруно, таким образом, отстаивал полицентризм, ведущий, в конечном итоге, к отрицанию центра вселенной и признанию ее бесконечности.

Как известно, Дж. Бруно погиб на костре инквизиции, фактически на рубеже двух эпох: эпохи возрождения и эпохи Нового времени, охватывающей три столетия – 17,18 и 19 вв. Особую роль в этом периоде сыграл 18-й век, ознаменовавшийся рождением современной науки и, в частности, классической механики. У истоков ее стояли такие выдающиеся ученые как Г. Галилей (1564-1642), И. Кеплер (1571-1630) и И. Ньютон (1643-1727).

Прошло всего десятилетие после гибели Дж. Бруно, и Галилео Галилей в изобретенный им телескоп увидел в небе то, что до сих пор оставалось скрытым для невооруженного глаза. Горы на Луне наглядно доказывали, что Луна и в самом деле есть мир, похожий на Землю. Спутники Юпитера, кружащиеся вокруг величайшей из планет, походили на наглядное подобие Солнечной системы. Смена фаз Венеры не оставляла сомнений в том, что эта освещенная Солнцем планета действительно обращается вокруг него. Наконец, множество невидимых глазом звезд и особенно удивительная звездная россыпь, составляющая Млечный путь, - разве все это не подтверждало учение Бруно о бесчисленных солнцах и землях? С другой стороны, темные пятна, увиденные Галилеем на Солнце, опровергали учение Аристотеля и других древних философов о неприкосновенной чистоте небес. Небесные тела оказались похожими на Землю, и это сходство земного и небесного заставляло постепенно отказаться от ошибочного представления о Солнце как центре всего Мироздания.

Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер , уточнил законы движения планет, а Исаак Ньютон доказал, что все тела во Вселенной независимо от размеров, химического состава, строения и других свойств взаимно тяготеют друг к другу .

Эта классическая модель достаточно проста и понятна. Вселенная считается бесконечной в пространстве и во времени, иными словами, вечной. Основным законом, управляющим движением и развитием небесных тел, является закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами и играет пассивную роль вместилища для этих тел. Исчезни вдруг все эти тела, пространство и время сохранились бы неизменными. Количество звезд, планет и звездных систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. И на смену погибшим, точнее, погасшим звездам вспыхивают новые, молодые светила. Хотя детали возникновения и гибели небесных тел оставались неясными, в основном эта модель казалась стройной и логически непротиворечивой. В таком виде эта классическая модель господствовала в науке вплоть до начала XX века.

Бесконечности Вселенной в пространстве гармонично соответствовала ее вечность во времени. Ныне, миллиард лет назад, миллиарды лет в будущем она останется, в сущности, одной и той же. Неизменность космоса как бы подчеркивала бренность, непостоянство всего земного.

Дифференциация (лат.) - разделение, расчленение

Космология – физическое учение о Вселенной как едином целом, включающее в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области как части Вселенной.

Геоцентрический - с центром, совпадающим с Землей

Топоцентризм (<гр. topos место) – представление о центре мира, находящемся в месте обитания племени, народа.