Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод

РИС. 1

РИС. 2

РИС.З

Чтобы объяснить возвратное движение планет, в модели Птолемея предполагалось, что они движутся вокруг Земли, сочетая две круговые траектории — деферент и эпицикл (рис. 1). Таким образом, планета должна была описать несколько петель, прежде чем проделать полный оборот вокруг Земли (рис. 2). Аномалии, наблюдавшиеся при движении по орбитам, объяснялись эксцентриситетом Земли относительно центра (рис. 3). Также постоянная угловая скорость, с которой якобы двигались планеты, могла быть заметна только из некоторых воображаемых точек, называемых эквантами, но не с Земли.

ЭКСЦЕНТРИСИТЕТ И ЭКВАНТ

Еще одним математическим понятием, которое использовал Птолемей, был эксцентриситет. Планеты могли вращаться по кругу так, что их центры вращений не совпадали с центром Земли (рис. 3).

Чтобы данные, полученные астрономами, совпадали с их представлением о Вселенной, они предположили, что Земля находится немного в стороне от центра планетарных орбит. Орбита каждой планеты круговая, но центры орбит не обязательно совпадают. Это было еще одним отступлением от аристотелевской модели мира, в которой все сферы планет имели один центр (Землю).

Но это не все уловки, которые использовал Птолемей, чтобы сохранить видимое соответствие наблюдений теоретической картине. Стоит упомянуть и об эквантах. Как объяснялось выше, планеты должны были двигаться с постоянной угловой скоростью. Поскольку результаты наблюдений противоречили этому принципу, Птолемей предположил, что существуют точки, называющиеся эквантами, с которых можно видеть равномерное движение планет. Эти точки не совпадают с центром Земли, именно поэтому движение может казаться неравномерным. Из точки экванта видно, что планеты движутся с постоянной скоростью, но не по кругу. С Земли — по кругу, но неравномерно. Введение понятия экванта должно было сохранить центральное место Земли во Вселенной.

Система Птолемея была очень сложной и очень подробной. Благодаря его способности предсказывать события и придумывать необходимые уточнения, чтобы поддерживать совпадение с наблюдениями, эта теория высоко ценилась вплоть до эпохи Возрождения, хотя была на самом деле ошибочной. Арабские астрономы опирались на работы Птолемея, трактуя получаемые данные согласно его геометрическим представлениям. Впоследствии достижения арабских ученых в развитии астрономии стали востребованы и на Западе, и начиная с XIII— XIV веков в Европе появились переводы их сочинений.

РЕВОЛЮЦИЯ КОПЕРНИКА

По легенде, Альфонсо X Мудрый, изучив таблицы, которые астрономы разработали согласно учению Птолемея, сказал, что если бы Господь спросил его мнения до создания мира, он бы посоветовал все сделать гораздо проще. В то время существовало несоответствие между физико-механическими представлениями Аристотеля и астрономией — сложнейшей дисциплиной, опирающейся на изощренный математический аппарат, способный объяснить любые несовпадения теории с результатами наблюдений.

ПТОЛЕМЕЙ И АЛЕКСАНДРИЙСКИЙ МУСЕЙОН

Александрия была основана в Египте Александром Македонским в 332 году до н. э. после освобождения египтян от персидского владычества. В 280 году до н. э. Птолемей Сотер I, македонский военачальник, сопровождавший Александра Великого в завоеваниях и унаследовавший после его смерти Египет, создал Мусейон, центр образования и науки. Очень скоро он стал главным научным центром античности, сместив с этого пьедестала Афины. Мусейон состоял из нескольких зданий с садами, а часть его была отдана под Александрийскую библиотеку, в которой хранились почти все знания того времени. В Мусейоне работали такие математики, как Архимед и Евклид, астроном Аристарх Самосский, специалист по механике и автор произведения «Об автоматах» Герои Александрийский и женщина-математик Гипатия. Одним из самых известных ученых Мусейона был египтянин Клавдий Птолемей, о чьей жизни, как ни парадоксально, до нас не дошло никаких сведений, кроме того, что он сам описал в сочинениях. Птолемей был не только астрономом, но и картографом и составил самые подробные карты своего времени. Также в числе его заслуг — каталогизация 1022 звезд.

Пожар в Александрийском Мусейоне, гравюра 1876 года, на которой изображен Александрийский маяк слева и библиотека справа.

С похожими трудностями столкнулся и Николай Коперник. Изучив труды Птолемея, он решил:

«[его рассуждения] не смогли определить форму Мира и точную соразмерность его частей. Таким образом, с ними получилось то же самое, как если бы кто-нибудь набрал из разных мест руки, ноги, голову и другие члены, нарисованные хотя и отлично, но не в масштабе одного и того же тела; ввиду полного несоответствия друг с другом из них, конечно, скорее составилось бы чудовище, а не человек»[² Здесь и ниже — перевод И. Н. Веселовского.].

По мнению Коперника, сохранность платоновского принципа движения планет по правильным окружностям с постоянной угловой скоростью гарантировала другая точка зрения, согласно которой в центре Вселенной находится Солнце, а Земля и другие планеты вращаются вокруг него. Таким образом, Коперник совершил революцию, желая сохранить античную догму. Так писал об этом сам ученый в небольшом трактате под названием «Малый комментарий»:

«...я часто размышлял, нельзя ли найти какое-нибудь более рациональное сочетание кругов, которым можно было бы объяснить все видимые неравномерности, причем каждое движение само по себе было бы равномерным, как этого требует принцип совершенного движения».

Итак, идеи Коперника основаны не на новых наблюдениях, а на его желании создать более логичную и простую систему. К тому же, по его мысли, центральное положение для Солнца было самым естественным: «Посредине всего находится Солнце. Кто поставил бы эту лампаду в лучшее место, чем в самый прекрасный храм, откуда она может одновременно освещать все вокруг?» Если Солнце было в центре, Земля должна была двигаться. Существует три типа движения: во-первых, суточное вращение, во-вторых, годичное вращение вокруг Солнца и, в-третьих, колебание оси вращения Земли, как у юлы, известное как предварение равноденствий.

НИКОЛАЙ КОПЕРНИК

Николай Коперник (1473-1543) родился в городе Торунь, Польша. После ранней смерти родителей его взял к себе на воспитание дядя, каноник Лукаш Ватценроде, который оказал большое влияние на жизнь ученого.

Коперник штудировал астрономию и астрологию в Краковском университете, а закончил обучение в Болонье, где помогал своему преподавателю составлять гороскопы многочисленным князьям и быстро овладел этим ремеслом. Но также Николай познакомился с трудами Пико делла Мирандолы, философа, очень критически относившегося к астрологии. Коперник получил глубокие теоретические знания по астрономии, несамостоятельно осуществил всего несколько наблюдений (в своем труде «О вращениях небесных сфер» он описывает наблюдение звезды Альдебаран, или Альфа Таури, самой яркой в созвездии Тельца). В 1501 году Николай переехал в Падую для изучения медицины. По окончании учебы он вернулся в Польшу, где дядя обеспечил его административной должностью в епархии Бреславии. Здесь Коперник проработал врачом большую часть своей жизни, параллельно занимаясь астрономией, в которой уже достиг известности. Его осторожность в высказывании собственного мнения по вопросам астрономии обычно объясняют страхом гонений со стороны Церкви, хотя, как полагают некоторые историки, в то время еще не было такой нетерпимости, которую десятилетия спустя испытали на себе Джордано Бруно и Галилей. Как бы то ни было, сочинение «О вращениях небесных сфер», в котором ученый высказывался в пользу гелиоцентризма, было опубликовано лишь спустя несколько десятков лет, в 1542 году, незадолго до его смерти. За несколько лет до этого Коперник также издал короткое эссе «Малый комментарий», в котором рассказал о своих идеях самым близким людям. В 2008 году в соборе города Фромборк были найдены человеческие останки, идентифицированные как принадлежащие Копернику. Два года спустя они были перезахоронены в том же соборе.