Геоцентрическая система мира — система, где начало координат размещено на Земле, которая свободно покоится в центре сферической Вселенной, а видимое движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси.
Порядок расположения планет и звезд зависел от периода их обращения и был таким: Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звёзды. Насчет Меркурия и Венеры у греков были разногласия: Аристотель и Платон помещали их сразу за Солнцем,Птолемей — между Луной и Солнцем.
Gif-анимация движения планет в гео-и гелиоцентрических системах. Источник - группа Street Astronomy
Существует мнение, что древние вавилоняне могли знать о реальном движении Земли и планет вокруг Солнца, но сведения эти обрывочны и пока до конца не подтверждены. Найдены отдельные таблички, на которых, как предполагается, изображена картина мира древних вавилонян, но расшифровать из затруднительно.
Египетская мифология вообще сложна и многообразна, но по одной из версий Солнце все таки было в центре: солнечный бог Ра считался отцом всех прочих богов. Он и восемь его потомков образовывали так называемую эннеаду Гелиополиса. Не Солнечную ли систему?
Есть и "обратная" этой легенда: мир произошёл от восьмерых древних божеств, так называемой огдоады. Эта восьмерка состояла из четырёх пар богов и богинь, символизирующих элементы творения. Нун и Наунет соответствуют изначальным водам, Ху и Хаухет — бесконечности пространства, Кук и Каукет — вечной тьме. Четвёртая пара неоднократно менялась, но, начиная с Нового царства, она состоит из Амона и Амаунет, олицетворяющих невидимость и воздух. И эти божества были родителями бога солнца, принесшего в мир свет и дальнейшее творение.
Удивительно, но математика, которую мы учили в школе, отлично подходила для описания движения светил по небосводу на протяжении многих тысяч лет. Во всяком случае так ее видели древние греки.
Первое или одно из первых дошедших до нас, развитых предположений о гелиоцентрической системе мира сделано в 3-м веке до новой эры греком Аристархом Самосским. Исходя из своего предположения о Солнце в центре мира и из наблюдений за звездами, он сделал вывод, что расстояние от Земли до Солнца пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием от Солнца до звёзд, что действительно так. Кроме того, он установил, что Земля во много раз меньше Солнца.
С развитием астрономических наблюдений потребовалось другое обоснование движения планет.
В начале 1500-х годов Коперник, на основании записей Птолемея, и других древних философов, астрономов и математиков, понял, что гелиоцентрическая система более точно описывает кинематику объектов, но, из-за устоявшегося мнения о Земле, как о центре мира, его работы были опубликованы как некая математическая модель, призванная служить для упрощения расчетов.
В конце 1500-х датский астроном Тихо Браге, который не смог принять систему Коперника, предложил компромиссный вариант гео-гелиоцентрической системы. По его мнению, Солнце, Луна и звёзды вращаются вокруг неподвижной Земли, а все планеты и кометы — вокруг Солнца. С точки зрения математики эта модель ничем не отличалась от системы Коперника, но она не вызывала возражений у инквизиции, что являлось важным преимуществом.
Гео-гелиоцентрическая модель Тихо Браге
В течение двух последующих веков гео-гелиоцентрическая система мира выступала как легальный вариант системы Коперника. Ну а после открытия Ньютоном законов динамики и закона всемирного тяготения геоцентризм окончательно утратил научные основания.
Казалось бы, всем давно известно, что Земля, как и все планеты, вращается вокруг Солнца. Но опросы, проведенные в 2010-2011 годах в разных странах, в том числе в России и США, показали, что по крайней мере 30 % населения все еще придерживаются геоцентрического взгляда на мир.
i-nauka.ru
Молчанова М. (9 класс «Б»)
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической систем
Современная наука давно установила, что все объекты во Вселенной находятся в движении относительно друг друга. Однако раньше, когда в распоряжении астрономов не было техники, позволяющих это установить наверняка, относительно движения небесных тел существовали разные, порой противоречивые мнения. Вплоть до эпохи Возрождения господствовала т.н. геоцентрическая(Гео по-гречески означает «Земля») картина мира, согласно которой центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды.
С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала некая опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). «Отец философии» Фалес Милетский в качестве этой опоры видел естественный объект — мировой океан. Анаксимандр Милетский предположил, что Вселенная является центрально-симметричной и в ней отсутствует какое-либо выделенное направление. Поэтому у находящейся в центре Космоса Земли отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не последовал за учителем, полагая, что Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Такого же мнения придерживался и Анаксагор. Анаксимандр считал Землю имеющей форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп считали Землю плоской, наподобие крышки стола. Принципиально новый шаг сделал Пифагор, который предположил, что Земля имеет форму шара. В этом ему последовали не только пифагорейцы, но также Парменид, Платон и Аристотель. Так возникла каноническая форма геоцентрической системы, впоследствии активно разрабатываемая древнегреческими астрономами: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси. Что касается порядка следования светил, то Анаксимандр считал звёзды расположенными ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Анаксимен впервые предположил, что звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики утверждали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры.
Главным «творцом» геоцентризма считается древнеримский астроном Клавдий Птолемей(ок. 87-165 гг.). В своём основном труде «Великое построение», также известном под арабизированным названием «Альмагест», он изложил собрание астрономических знаний древних Греции и Вавилона.
В ходе научной революции XVII-XVIII вв. выяснилось, что геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном. Это был важный шаг на пути постижения человечеством истинной картины мироздания.
Гелиоцентрическаясистема мира — представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Ее идея возникла в античности, но получила широкое распространение лишь с конца эпохи Возрождения. В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого — перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца). При этом Солнце считается неподвижным относительно звёзд.
Идея движения Земли возникла в эпоху античности в среде представителей пифагорейской школы. В Средние века гелиоцентрическая система мира была практически забыта. В это время господствовала тенденция буквального прочтения библейских текстов, согласно которой среди прочих небесных тел именно Земля является главным божьим творением и поэтому находится в центре мироздания, а все прочие – вращаются вокруг нее. Эта мировоззрение поддерживалось видимой картиной: непосредственно с поверхности планеты ее движение незаметно, тогда как Солнце, Луна, звезды, подобно облакам, «движутся» по небосводу.
В начале Эпохи Возрождения подвижность Земли утверждал Николай Кузанский, но его рассуждение было сугубо философским, не связанным с объяснением конкретных астрономических явлений. Достаточно неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи. В 1450 г. появился латинский перевод «Псаммита» Архимеда, где упоминается гелиоцентрическая система Аристарха Самосского. С этим произведением был хорошо знаком ведущий европейский астроном Ренессанса Региомонтан. В частной переписке он отметил, что «движение звёзд должно претерпевать крохотные изменения за счёт движения Земли». Однако в своих опубликованных трудах Региомонтан оставался геоцентристом. Движение Земли упоминались и на рубеже XV и XVI вв. В 1499 г. эту гипотезу обсуждал итальянский профессор Франческо Капуано, причём имелось в виду не только вращательное, но и поступательное движение Земли (без конкретизации центра движения). В 1501 г. итальянский гуманист Джорджо Валла упоминал о пифагорейской доктрине о движении Земли вокруг Центрального огня и утверждал, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца.
Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI в., когда польский астроном Николай Коперник (1473-1543) разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 г. Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение: 1. Вращение вокруг оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы; 2. Движение вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет; 3. Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе. Впоследствии идеи Копрника поддержали и развили другие великие ученые Джордано Бруно, Иоганн Кеплер, Галилео Галилей, Рене Декарт. Однако со стороны консервативно настроенных (прежде всего церковных) кругов гелиоцентризм испытывал серьезный прессинг. Ученые, поддерживавшие новые тенденции в астрономии, подвергались репрессиям. В частности Джордано Бруно погиб на костре, а престарелый Галилей был судим церковным судом и лишь притворным отречением от своих убеждений спас себе жизнь. Противниками гелиоцентризма также были и протестантская и православная церкви.
Духовенство Русской православной церкви выступало с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XXв. До 1815 г.cодобрения цензуры издавалось школьное пособие, в котором гелиоцентрическая система называлась «ложной системой философической» и «возмутительным мнением». Уральский епископ Арсений в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую». Последним произведением, в котором критиковалась гелиоцентрическая система, стала вышедшая в 1914 г. книга священника Иова Немцева. Он утверждал, что «круг земли неподвижен, а солнце ходит», а свои утверждения оправдывал с помощью цитат из Библии.
Однако и в наши дни древним заблуждениям подвержены малограмотные люди. По данным опроса, проведённого в 2011 г. Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ) 32% россиян согласны с тем, что Солнце вращается вокруг Земли.
Между тем надо помнить, что и гелиоцентрическая система мира не является истиной в полной мере. Ведь и Солнце не является центром мироздания. Оно всего лишь одна из многих миллиардов звезд нашей галактики, видимой с земли как бы в профиль (т.н. «Млечный путь»), и тоже движется по своей огромной орбите. Наша же галактика одна из многочисленных галактик во Вселенной, определение границ которой не входит в задачу данного сообщения.
При подготовке данного сообщения использовались: Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии. М.: Изд-во МГУ, 1989; а также данные Интернета.
studfiles.net
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Челябинский государственный университет»
РЕФЕРАТ
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира
Челябинск 2014г.
Содержание
1. Введение
2. Гелиоцентрическая система отсчета
2.2 Эмпирические доказательства движения Земли вокруг Солнца
2.2.1 Годичные параллаксы звёзд
2.2.2 Аберрация света звёзд
2.2.3 Годичная вариация лучевых скоростей звёзд
2.2.4 Вращение Земли вокруг своей оси
2.2.4.1 Эффекты центробежной силы
2.2.4.2 Сплюснутость Земли
2.2.4.3 Гироскоп
2.2.4.4 Отклонение снарядов при орудийной стрельбе.
2.2.4.5 Отклонение свободно падающих тел от вертикали.
2.2.4.6 Эффект Этвёша.
2.2.4.8 Воронка в ванне
2.2.4.9 Закон Бэра.
2.2.4.10 Ветры: пассаты, циклоны, антициклоны
3. Заключение
Список литературы
1. Введение
Гелиоцентрическая и геоцентрическая системы мира. Два противоположных учения о строении солнечной системы и движении ее тел. Согласно гелиоцентрической системе мира (от греч. ἥλιος - Солнце), Земля, вращающаяся вокруг собственной оси, является одной из планет и вместе с ними обращается вокруг Солнца. В противоположность этому геоцентрическая система мира (от греч. γῆ -Земля) основана на утверждении о неподвижности Земли, покоящейся в центре Вселенной; Солнце, планеты и все небесные светила обращаются вокруг Земли. Борьба между этими двумя концепциями, приведшая к торжеству гелиоцентризма, наполняет собой историю астрономии и имеет характер столкновения двух противоположных философских направлений.
Некоторые идеи, близкие к гелиоцентризму, развивались уже в пифагорейской школе. Так, еще Филолай (5 в. до н.э.) учил о движении планет, Земли и Солнца вокруг центрального огня. К числу гениальных натурфилософских догадок относилось учение Аристарха Самосского (конец 4 – нач. 3 вв. до н.э.) о вращении Земли вокруг Солнца и вокруг собств. оси. Это учение настолько шло вразрез со всем строем античного мышления, античной картиной мира, что не было понято современниками и подверглось критике даже со стороны такого ученого, как Архимед. Аристарх Самосский был объявлен богоотступником, а его теория надолго заслонена весьма искусным, но и весьма искусственным построением Аристотеля. Аристотель и Птолемей являются создателями классического геоцентризма в его наиболее последовательном и завершенном виде. Если Птолемей создал законченную кинематическую схему, то Аристотель заложил физические основы геоцентризма. Синтез физики Аристотеля и астрономии Птолемея и дает то, что обычно именуют птолемеевско-аристотелевской системой мира.
Выводы Аристотеля и Птолемея базировались на анализе видимых движений небесных тел. Этот анализ сразу же обнаруживал так называемые "неравенства" в движении планет, которые еще в глубокой древности были выделены из общей картины звездного неба. Первое неравенство заключается в том, что скорость видимого движения планет не остается постоянной, а периодически изменяется. Второе неравенство состоит в сложности, петлеобразности линий, описываемых планетами в небе. Эти неравенства находились в резком противоречии с утвердившимися еще со времен Пифагора представлениями о гармонии мира, о равномерно-круговом движении небесных тел. В связи с этим Платон четко формулировал задачу астрономии – объяснить видимое движение планет с помощью системы равномерно-круговых движений. Решением этой задачи с помощью системы концентрических сфер занимался древнегреческий астроном Евдокс Книдский (ок. 408 – ок. 355 до н.э.), а затем и Аристотель. В основе системы мира Аристотеля лежит представление о непроходимой пропасти между земными элементами (земля, вода, воздух, огонь) и элементом небесным (quinta essentia). Несовершенству всего земного противопоставляется совершенство небесного. Одним из выражений этого совершенства и является равномерно-круговое движение концентрических сфер, к которым прикреплены планеты и остальные небесные светила. Вселенная ограничена. В центре ее покоится Земля. Центральное положение и неподвижность Земли объяснялись своеобразной "теорией тяготения" Аристотеля. Недостатком концепции Аристотеля (с точки зрения геоцентризма) являлось отсутствие количественного подхода, ограничение исследования чисто качественным описанием. Между тем потребности практики (и отчасти запросы астрологии) требовали умения вычислять для любого момента положения планет на небесной сфере. Эту задачу решил Птолемей (2 в.). Восприняв физику Аристотеля, Птолемей отбросил его учение о концентрических сферах. В основном труде Птолемея "Альмагест" дана стройная и продуманная геоцентрическая система мира. Все планеты равномерно движутся по круговым орбитам – эпициклам. В свою очередь центры эпициклов равномерно скользят по окружности деферентов – больших кругов, почти в центре которых находится Земля. Помещая Землю не в центре деферентов, Птолемей признавал эксцентричность последних. Такая сложная система нужна была для того, чтобы с помощью сложения равномерно-круговых движений объяснять видимое неравномерное и некруговое движение планет. В течение почти полутора тысяч лет система Птолемея служила теоретической базой для расчета небесных движений. Вращательное и поступательное движение Земли отвергалось на том основании, что при большой скорости такого движения все тела, находящиеся на поверхности Земли, оторвутся от нее и улетят. Центральное положение Земли объяснялось естественным стремлением всех земных элементов к центру. Только правильные представления об инерции и тяготении могли окончательно разбить цепь доказательств Птолемея.
Таким образом, в результате слабого развития естественных наук борьба гелиоцентризма и геоцентризма в античной науке окончилась победой геоцентризма. Попытки отдельных ученых подвергнуть сомнению истинность геоцентризма встречались враждебно и были дискредитированы Аристотелем, Птолемеем. Значительную частью своих побед геоцентризм обязан религии. Неправильно рассматривать геоцентризм только как кинематическую схему мира; в классической форме он был закономерным следствием, астрономической формой антропоцентризма и телеологии.
Из представления о том, что человек – венец творения, неизбежно вытекало учение о центральном положении Земли, о ее исключительности, о служебной роли всех небесных тел по отношению к Земле. Геоцентризм являлся своего рода "научным" обоснованием религии, и поэтому церковь рьяно боролась против гелиоцентризма. Правда, геоцентризм в материалистических системах Демокрита и его продолжателей был свободен от религиозно-идеалистической концепций антропоцентризма и телеологии. Земля признавалась центром мира, но только "нашего" мира. Вселенная бесконечна. Бесконечно и число миров в ней. Естественно, что такая материалистическая трактовка низводила геоцентризм до уровня частной астрономической теории. Водораздел между геоцентризмом и гелиоцентризмом далеко не всегда совпадал с границей, отделяющей идеализм от материализма.
Развитие техники требовало все большей точности астрономических вычислений. Это вызывало усложнения системы Птолемея: эпициклы громоздились на эпициклы, вызывая чувство недоумения и тревоги даже у ортодоксальных геоцентристов. Новая эпоха в астрономии была открыта Коперником. Его книга "Об обращении небесных сфер" (1543) была началом революционного переворота в естествознании.
Коперник выдвинул положение, что большинство видимых небесных движений есть лишь следствие движения Земли как вокруг своей оси, так и вокруг Солнца. Этим была разрушена догма о неподвижности и исключительности Земли. Однако Коперник не смог окончательно порвать с физикой Аристотеля. Отсюда и ошибки в его системе. Во-первых, поменяв местами Землю и Солнце, Коперник стал рассматривать Солнце как абсолютный центр Вселенной. Во-вторых, Коперник сохранил иллюзию о равномерно-круговых движениях планет, что потребовало введения эпициклов для объяснения первого неравенства. В-третьих, для объяснения смены времен года Коперник ввел третье движение Земли – "движение по склонению". Однако эти недостатки системы не преуменьшают заслуг Коперника. Учение Коперника вначале было принято без особого энтузиазма. Его отвергли Ф. Бэкон, Тихо Браге и проклял М. Лютер. Дж. Бруно (1548–1600) преодолел непоследовательность Коперника. Он показал, что Вселенная бесконечна и не имеет центра, а Солнце – рядовая звезда в бесконечном множестве звезд и миров. Проделав гигантскую работу по обобщению наблюдательного материала, собранного Тихо Браге, Кеплер (1571–1630) открыл законы движения планет. Этим было разбито аристотелевское представление о равномерно-круговом их движении; эллиптическая форма орбит окончательно объяснила первое неравенство в движении планет. Работы Галилея (1564–1642) разрушили основу системы Птолемея. Закон инерции позволил отбросить "движение по склонению" и доказать несостоятельность аргументации противников гелиоцентризма. "Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой" (1632) вынес идеи Коперника в сравнительно широкие массы, а Галилея поставил перед судом инквизиции.
Католические верхи вначале встретили книгу Коперника без особой тревоги и даже с интересом. Этому способствовало как сугубо математическое изложение, так и предисловие Осиандера, в котором он утверждал, что все построение Коперника нисколько не претендует на изображение действительного мира, в сущности непознаваемого, что в книге Коперника движение Земли служит только гипотезой, только формальной основой математических выкладок. Эта версия была с одобрением принята Римом. Дж. Бруно разоблачил фальсификацию Осиандера. Научная и пропагандистская деятельность Бруно и Галилея резко изменила отношение католической церкви к учению Коперника. В 1616 оно было осуждено, а книга Коперника запрещена "впредь до исправления" (запрет был снят лишь в 1822).
В работах Бруно, Кеплера, Галилея система Коперника была освобождена от остатков аристотелизма. Дальнейший шаг вперед сделал Ньютон (1643–1727). Его книга "Математические начала натуральной философии" (1687, см. рус. пер. 1936) дала физическое обоснование учению Коперника. Этим окончательно был ликвидирован разрыв между земной и небесной механикой и создана первая в истории человеческого познания научная картина мира. Победа гелиоцентризма означала поражение религии и торжество материалистической науки, стремящейся познать и объяснить мир из него самого.
Спор между Коперником и Птолемеем окончательно решен в пользу Коперника. Однако с появлением общей теории относительности в буржуазной науке широко распространилось мнение (высказанное в общей форме еще Э. Махом), что система Коперника и система Птолемея равноправны и что борьба между ними была бессмысленной Позиция физиков в этом вопросе была поддержана некоторыми философами-идеалистами. "Доктрина относительности не утверждает, – пишет Г. Рейхенбах, – что взгляд Птолемея правилен; она скорее опровергает абсолютное значение каждого из этих двух взглядов. Это новое понимание могло возникнуть только вследствие того, что историческое развитие прошло через обе концепции, вследствие того, что вытеснение птолемеевского мировоззрения коперниковским заложило фундамент новой механики, которая в конце концов выяснила односторонность самого мировоззрения Коперника. Дорога к истине шла здесь через три диалектических этапа, которые Гегель рассматривал как необходимые во всяком историческом развитии этапы, ведущие от тезиса через антитезис к высшему синтезу". Этот "высший синтез" идей Птолемея и Коперника опирается на неверную интерпретацию общего принципа относительности: поскольку ускорение (а не только скорость, как в специальной теории относительности) теряет абсолютный характер, поскольку поля инерциальных сил эквивалентны гравитации и общие законы физики формулируются ковариантно по отношению к любым преобразованиям координат и времени, то все возможные системы отсчета являются равноправными и понятие преимущественной (привилегированной) системы отсчета теряет смысл. Следовательно, геоцентрическое описание мира имеет такое же право на существование, как и гелиоцентрическое. Выбор системы отсчета, связанной с Солнцем, – не вопрос принципа, а вопрос удобства. Так, под флагом дальнейшего развития науки по существу отрицается значение той революции в науке и мировоззрении, которая была произведена трудами Коперника. Подобная концепция вызывает возражения со стороны многих ученых. Причем характер возражений, способ аргументации различны, отражая то или иное понимание сущности общей теории относительности. Исходя из того, что общая теория относительности есть в сущности теория тяготения, акад. В. А. Фок в ряде работ ("Некоторые применения идей неевклидовой геометрии Лобачевского к физике", в кн.: Котельников А. П. и Фок В. А., Некоторые применения идей Лобачевского в механике и физике, М.–Л., 1950; "Система Коперника и система Птолемея в свете современной теории тяготения", в сб. "Николай Коперник", М., 1955) отрицает относительность ускорения как основной принцип. Фок утверждает, что при соблюдении некоторых условий возможно выделение привилегированной координатной системы (так называемые "гармонические координаты"). Ускорение в такой системе абсолютно, т.е. оно зависит не от выбора системы, а обусловлено физическим причинами. Отсюда непосредственно вытекает объективная истинность гелиоцентрической системы мира. Но исходный пункт Фока отнюдь не является общепризнанным и подвергается критике. В противоположность Фоку, Μ. Φ. Широков считает, что признание общего принципа относительности совместимо с признанием существования преимущественных систем отсчета для изолированного скопления материи, поскольку теорема о центре инерции выполняется в любой системе отсчета с галилеевскими условиями на бесконечности (см. Μ. Φ. Широков, О преимущественных системах отсчета в ньютоновской механике и теории относительности, в сб.: Диалектический материализм и современное естествознание, М., 1957). Такая система характеризуется тем, что центр инерции ее покоится или движется равномерно и прямолинейно и что выполняются законы сохранения массы, энергии, количества движения и момента количества движения. Неинерциальная система не может быть преимущественной, т.к. в ней эти условия не выполняются. Очевидно, что для нашей планетной системы преимущественной будет система отсчета, связанная с Солнцем как с центром инерции рассматриваемого материального образования.
2. Гелиоцентрическая система отсчета
Гелиоцентрическая система отсчета — это просто система отсчета, где начало координат размещено в Солнце. Гелиоцентрическая система мира — это представление об устройстве мироздания. В узком смысле этого слова, оно заключается в том, что Вселенная ограниченна, Солнце расположено в её центре, а Земля совершает два вида движения: поступательное вокруг Солнца и вращательное вокруг оси; звезды неподвижны относительно Солнца. Термин «гелиоцентрическая система мира» часто используется в более широком смысле слова, когда Вселенная считается неограниченной и не имеющей центра. Тогда смысл этого термина заключается в том, что звезды в среднем неподвижны относительно Солнца, то есть Солнце хотя бы с кинематической точки зрения является одной из звезд. Гелиоцентрическую систему мира можно рассматривать в какой угодно системе отсчета, в том числе геоцентрической, в которой Земля выбирается в качестве начала координат. В этой системе отсчета Земля неподвижна и Солнце вращается вокруг Земли, но система мира все равно остается гелиоцентрической, поскольку взаимная конфигурация Солнца и звезд остается неизменной. Наоборот, даже если рассматривать геоцентрическую систему мира в гелиоцентрической системе отсчета, она по прежнему будет геоцентрической системой мира, поскольку звезды будут совершать в ней движение с периодом в один год.
2.2 Эмпирические доказательства движения Земли вокруг Солнца
2.2.1 Годичные параллаксы звёзд
Ещё в древности было известно, что поступательное движение Земли должно приводить к параллактическому смещению звёзд. Из-за удалённости звёзд параллаксы впервые были найдены только в XIX веке (почти одновременно В. Я. Струве, Ф. Бесселем и Т. Гендерсоном), что явилось прямым (и долгожданным) доказательством движения Земли вокруг Солнца.
Параллакс тем меньше, чем дальше от нас звезда.
Попятные движения планет имеют место по той же самой причине, что и годичные параллаксы звёзд, они могут быть названы годичными параллаксами планет.
2.2.2 Аберрация света звёзд
Из-за векторного сложения скорости света и орбитальной скорости Земли, при наблюдении звёзд телескоп приходится наклонять относительно линии Земля—звезда. Это явление (аберрация света) открыл и правильно объяснил в 1728 г. Джеймс Брэдли, занимавшийся поисками годичных параллаксов. Аберрация света оказалось первым наблюдательным подтверждением движения Земли вокруг Солнца и одновременно вторым доказательством конечности скорости света (после объяснения нерегулярности в движении спутников Юпитера Рёмером). В отличие от параллакса, угол аберрации не зависит от расстояния от звезды и целиком определяется орбитальной скоростью Земли. Для всех звёзд он равен одной и той же величине: 20,5".
referat911.ru
Согласно геоцентрической (греч. ge-Земля) системе мира, Земля неподвижна и является центром мироздания; вокруг нее вращаются Солнце, Луна, планеты и звезды. Эта система, основанная на религиозных воззрениях, а также соч. Платона и Аристотеля, была завершена древнегреч. ученым Птолемеем (2 в.). Согласно гелиоцентрической (греч. helios — Солнце) системе мира. Земля, вращающаяся вокруг своей оси, является одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Отдельные высказывания в пользу этой системы имелись у Аристарха Самосского, Николая Кузанского и др., но подлинным творцом этой теории является Коперник, к-рый ее всесторонне разработал и математически обосновал. В дальнейшем система Коперника была уточнена: Солнце находится в центре не всей Вселенной, а лишь солнечной системы. Огромную роль в обосновании этой системы сыграли Галилей, Кеплер, Ньютон. Борьба передовой науки за победу гелиоцентрической системы подрывала учение церкви о Земле как центре мира.
Оцените определение:
Источник: Философский энциклопедический словарь
два противоположных учения о строении солнечной системы и движении ее тел. Согласно гелиоцентрич. системе мира (от греч. ????? -Солнце), Земля, вращающаяся вокруг собств. оси, является одной из планет и вместе с ними обращается вокруг Солнца. В противоположность этому геоцентрич. система мира (от греч. ?? -Земля) основана на утверждении о неподвижности Земли, покоящейся в центре Вселенной; Солнце, планеты и все небесные светила обращаются вокруг Земли. Борьба между этими двумя концепциями, приведшая к торжеству гелиоцентризма, наполняет собой историю астрономии и имеет характер столкновения двух противоположных филос. направлений. Нек-рые идеи, близкие к гелиоцентризму, развивались уже в пифагорейской школе. Так, еще Филолай (5 в. до н.э.) учил о движении планет, Земли и Солнца вокруг центрального огня. К числу гениальных натурфилос. догадок относилось учение Аристарха Самосского (конец 4 – нач. 3 вв. до н.э.) о вращении Земли вокруг Солнца и вокруг собств. оси. Это учение настолько шло вразрез со всем строем антич. мышления, антич. картиной мира, что не было понято современниками и подверглось критике даже со стороны такого ученого, как Архимед. Аристарх Самосский был объявлен богоотступником, а его теория надолго заслонена весьма искусным, но и весьма искусств. построением Аристотеля. Аристотель и Птолемей являются создателями классич. геоцентризма в его наиболее последовательном и завершенном виде. Если Птолемей создал законч. кинематич. схему, то Аристотель заложил физич. основы геоцентризма. Синтез физики Аристотеля и астрономии Птолемея и дает то, что обычно именуют птолемеевско-аристотелевской системой мира. Выводы Аристотеля и Птолемея базировались на анализе видимых движений небесных тел. Этот анализ сразу же обнаруживал т.н. "неравенства" в движении планет, к-рые еще в глубокой древности были выделены из общей картины звездного неба. Первое неравенство заключается в том, что скорость видимого движения планет не остается постоянной, а периодически изменяется. Второе неравенство состоит в сложности, петлеобразности линий, описываемых планетами в небе. Эти неравенства находились в резком противоречии с утвердившимися еще со времен Пифагора представлениями о гармонии мира, о равномерно-круговом движении небесных тел. В связи с этим Платон четко формулировал задачу астрономии – объяснить видимое движение планет с помощью системы равномерно-круговых движений. Решением этой задачи с помощью системы концентрич. сфер занимался др.-греч. астроном Евдокс Книдский (ок. 408 – ок. 355 до н.э.), а затем и Аристотель. В основе системы мира Аристотеля лежит представление о непроходимой пропасти между земными элементами (земля, вода, воздух, огонь) и элементом небесным (quinta essentia). Несовершенству всего земного противопоставляется совершенство небесного. Одним из выражений этого совершенства и является равномерно-круговое движение концентрич. сфер, к к-рым прикреплены планеты и остальные небесные светила. Вселенная ограничена. В центре ее покоится Земля. Центр. положение и неподвижность Земли объяснялись своеобразной "теорией тяготения" Аристотеля. Недостатком концепции Аристотеля (с т. зр. геоцентризма) являлось отсутствие количеств. подхода, ограничение исследования чисто качеств. описанием. Между тем потребности практики (и отчасти запросы астрологии) требовали умения вычислять для любого момента положения планет на небесной сфере. Эту задачу решил Птолемей (2 в.). Восприняв физику Аристотеля, Птолемей отбросил его учение о концентрич. сферах. В основном труде Птолемея "Альмагест" дана стройная и продуманная геоцентрич. система мира. Все планеты равномерно движутся по круговым орбитам – эпициклам. В свою очередь центры эпициклов равномерно скользят по окружности деферентов – больших кругов, почти в центре к-рых находится Земля. Помещая Землю не в центре деферентов, Птолемей признавал эксцентричность последних. Такая сложная система нужна была для того, чтобы с помощью сложения равномерно-круговых движений объяснять видимое неравномерное и некруговое движение планет. В течение почти полутора тысяч лет система Птолемея служила теоретич. базой для расчета небесных движений. Вращат. и поступат. движение Земли отвергалось на том основании, что при большой скорости такого движения все тела, находящиеся на поверхности Земли, оторвутся от нее и улетят. Центр. положение Земли объяснялось естеств. стремлением всех земных элементов к центру. Только правильные представления об инерции и тяготении могли окончательно разбить цепь доказательств Птолемея. Таким образом, в результате слабого развития естеств. наук борьба гелиоцентризма и геоцентризма в антич. науке окончилась победой геоцентризма. Попытки отд. ученых подвергнуть сомнению истинность геоцентризма встречались враждебно и были дискредитированы Аристотелем, Птолемеем. Значит. частью своих побед геоцентризм обязан религии. Неправильно рассматривать геоцентризм только как кинематич. схему мира; в классич. форме он был закономерным следствием, астрономич. формой антропоцентризма и телеологии. Из представления о том, что человек – венец творения, неизбежно вытекало учение о центр. положении Земли, о ее исключительности, о служебной роли всех небесных тел по отношению к Земле. Геоцентризм являлся своего рода "научным" обоснованием религии, и поэтому церковь рьяно боролась против гелиоцентризма. Правда, геоцентризм в материалистич. системах Демокрита и его продолжателей был свободен от религ.-идеалистич. концепций антропоцентризма и телеологии. Земля признавалась центром мира, но только "нашего" мира. Вселенная бесконечна. Бесконечно и число миров в ней. Естественно, что такая материалистич. трактовка низводила геоцентризм до уровня частной астрономич. теории. Водораздел между геоцентризмом и гелиоцентризмом далеко не всегда совпадал с границей, отделяющей идеализм от материализма. Развитие техники требовало все большей точности астрономич. вычислений. Это вызывало усложнения системы Птолемея: эпициклы громоздились на эпициклы, вызывая чувство недоумения и тревоги даже у ортодоксальных геоцентристов. Новая эпоха в астрономии была открыта Коперником. Его книга "Об обращении небесных сфер" (1543) была началом революц. переворота в естествознании. Коперник выдвинул положение, что большинство видимых небесных движений есть лишь следствие движения Земли как вокруг своей оси, так и вокруг Солнца. Этим была разрушена догма о неподвижности и исключительности Земли. Однако Коперник не смог окончательно порвать с физикой Аристотеля. Отсюда и ошибки в его системе. Во-первых, поменяв местами Землю и Солнце, Коперник стал рассматривать Солнце как абс. центр Вселенной. Во-вторых, Коперник сохранил иллюзию о равномерно-круговых движениях планет, что потребовало введения эпициклов для объяснения первого неравенства. В-третьих, для объяснения смены времен года Коперник ввел третье движение Земли – "движение по склонению". Однако эти недостатки системы не преуменьшают заслуг Коперника. Учение Коперника вначале было принято без особого энтузиазма. Его отвергли Ф. Бэкон, Тихо Браге и проклял М. Лютер. Дж. Бруно (1548–1600) преодолел непоследовательность Коперника. Он показал, что Вселенная бесконечна и не имеет центра, а Солнце – рядовая звезда в бесконечном множестве звезд и миров. Проделав гигантскую работу по обобщению наблюдат. материала, собранного Тихо Браге, Кеплер (1571–1630) открыл законы движения планет. Этим было разбито аристотелевское представление о равномерно-круговом их движении; эллиптич. форма орбит окончательно объяснила первое неравенство в движении планет. Работы Галилея (1564–1642) разрушили основу системы Птолемея. Закон инерции позволил отбросить "движение по склонению" и доказать несостоятельность аргументации противников гелиоцентризма. "Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой" (1632) вынес идеи Коперника в сравнительно широкие массы, а Галилея поставил перед судом инквизиции. Католич. верхи вначале встретили книгу Коперника без особой тревоги и даже с интересом. Этому способствовало как сугубо математич. изложение, так и предисловие Осиандера, в к-ром он утверждал, что все построение Коперника нисколько не претендует на изображение действит. мира, в сущности непознаваемого, что в книге Коперника движение Земли служит только гипотезой, только формальной основой математич. выкладок. Эта версия была с одобрением принята Римом. Дж. Бруно разоблачил фальсификацию Осиандера. Научная и пропагандистская деятельность Бруно и Галилея резко изменила отношение католич. церкви к учению Коперника. В 1616 оно было осуждено, а книга Коперника запрещена "впредь до исправления" (запрет был снят лишь в 1822). В работах Бруно, Кеплера, Галилея система Коперника была освобождена от остатков аристотелизма. Дальнейший шаг вперед сделал Ньютон (1643–1727). Его книга "Математические начала натуральной философии" (1687, см. рус. пер. 1936) дала физич. обоснование учению Коперника. Этим окончательно был ликвидирован разрыв между земной и небесной механикой и создана первая в истории человеч. познания науч. картина мира. Победа гелиоцентризма означала поражение религии и торжество материалистич. науки, стремящейся познать и объяснить мир из него самого. Спор между Коперником и Птолемеем окончательно решен в пользу Коперника. Однако с появлением общей теории относительности в бурж. науке широко распространилось мнение (высказанное в общей форме еще Э. Махом), что система Коперника и система Птолемея равноправны и что борьба между ними была бессмысленной (см. А. Эйнштейн и Л. Инфельд, Эволюция физики, М., 1956, с. 205–10; М. Борн, Теория относительности Эйнштейна и ее физические основы, М.–Л., 1938, с. 252–54). Позиция физиков в этом вопросе была поддержана некоторыми философами-идеалистами. "Доктрина относительности не утверждает, – пишет Г. Рейхенбах, – что взгляд Птолемея правилен; она скорее опровергает абсолютное значение каждого из этих двух взглядов. Это новое понимание могло возникнуть только вследствие того, что историческое развитие прошло через обе концепции, вследствие того, что вытеснение птолемеевского мировоззрения коперниковским заложило фундамент новой механики, которая в конце концов выяснила односторонность самого мировоззрения Коперника. Дорога к истине шла здесь через три диалектических этапа, которые Гегель рассматривал как необходимые во всяком историческом развитии этапы, ведущие от тезиса через антитезис к высшему синтезу" ("From Copernicus to Einstein", N. Y., 1942, p. 83). Этот "высший синтез" идей Птолемея и Коперника опирается на неверную интерпретацию общего принципа относительности: поскольку ускорение (а не только скорость, как в специальной теории относительности) теряет абс. характер, поскольку поля инерциальных сил эквивалентны гравитации и общие законы физики формулируются ковариантно по отношению к любым преобразованиям координат и времени, то все возможные системы отсчета являются равноправными и понятие преимущественной (привилегированной) системы отсчета теряет смысл. Следовательно, геоцентрич. описание мира имеет такое же право на существование, как и гелиоцентрическое. Выбор системы отсчета, связанной с Солнцем, – не вопрос принципа, а вопрос удобства. Так, под флагом дальнейшего развития науки по существу отрицается значение той революции в науке и мировоззрении, к-рая была произведена трудами Коперника. Подобная концепция вызывает возражения со стороны многих ученых. Причем характер возражений, способ аргументации различны, отражая то или иное понимание сущности общей теории относительности. Исходя из того, что общая теория относительности есть в сущности теория тяготения, акад. В. А. Фок в ряде работ ("Некоторые применения идей неевклидовой геометрии Лобачевского к физике", в кн.: Котельников А. П. и Фок В. А., Некоторые применения идей Лобачевского в механике и физике, М.–Л., 1950; "Система Коперника и система Птолемея в свете современной теории тяготения", в сб. "Николай Коперник", М., 1955) отрицает относительность ускорения как основной принцип. Фок утверждает, что при соблюдении нек-рых условий возможно выделение привилегированной координатной системы (т.н. "гармонические координаты"). Ускорение в такой системе абсолютно, т.е. оно зависит не от выбора системы, а обусловлено физич. причинами. Отсюда непосредственно вытекает объективная истинность гелиоцентрич. системы мира. Но исходный пункт Фока отнюдь не является общепризнанным и подвергается критике (см., напр., ?. ?. Широков, Общая теория относительности или теория тяготения?, "Ж. эксперим. и теор. физ.", 1956, т. 30, вып. 1; X. Керес, Некоторые вопросы общей теории относительности, "Тр. Ин-та физ. и астрон. АН Эст. ССР", Тарту, 1957, No 5). В противоположность Фоку, ?. ?. Широков считает, что признание общего принципа относительности совместимо с признанием существования преимущественных систем отсчета для изолированного скопления материи, поскольку теорема о центре инерции выполняется в любой системе отсчета с галилеевскими условиями на бесконечности (см. ?. ?. Широков, О преимущественных системах отсчета в ньютоновской механике и теории относительности, в сб.: Диалектический материализм и современное естествознание, М., 1957). Такая система характеризуется тем, что центр инерции ее покоится или движется равномерно и прямолинейно и что выполняются законы сохранения массы, энергии, количества движения и момента количества движения. Неинерциальная система не может быть преимущественной, т.к. в ней эти условия не выполняются. Очевидно, что для нашей планетной системы преимущественной будет система отсчета, связанная с Солнцем как с центром инерции рассматриваемого материального образования. Таким образом, при обоих указанных подходах к общей теории относительности признание эквивалентности систем Коперника и Птолемея оказывается несостоятельным. Этот вывод станет еще очевидней, если учесть, что равноправие, эквивалентность систем отсчета не может быть сведена к возможности перехода от одной к другой. Поскольку речь идет не о формально математич. представлениях, а о материальных, объективных системах, надо принимать во внимание и происхождение системы, и ту роль, к-рую играют в ней различные материальные тела, и ряд других физич. характеристик системы. Только такой подход является правильным. Сравнит. рассмотрение роли и места, занимаемых Солнцем и Землей в развитии солнечной системы, с достаточной ясностью показывает, что именно Солнце является естеств. преимущественным телом отсчета для всей системы. Гелиоцентрич. система мира является неотъемлемой частью совр. науч. картины мира. Она стала привычным, вошедшим даже в обыденное сознание фактом. Простейшие опыты с маятником Фуко и гироскопич. компасами наглядно демонстрируют вращение Земли вокруг своей оси. Аберрация света и параллакс неподвижных звезд доказывают вращение Земли вокруг Солнца. Но за этой простотой, за этой очевидностью лежат два тысячелетия напряженной и жестокой борьбы сил прогресса и реакции. Эта борьба еще раз свидетельствует о сложности и противоречивости процесса познания. Лит.: ?eрель Ю. Г., Развитие представлений о Вселенной, М., 1958. А. Бовин. Москва.
Оцените определение:
Источник: Философская Энциклопедия. В 5-х т.
terme.ru
Реферат на тему:
Изображение Солнечной системы из книги Андреаса Целлариуса Harmonia Macrocosmica (1708)
Гелиоцентрическая система мира — представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Противоположность геоцентрической системе мира. Возникло в античности, но получило широкое распространение с конца эпохи Возрождения.
В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого — перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике. Солнце считается неподвижным относительно звёзд.
Часто даже профессиональные астрономы путают два понятия: гелиоцентрическая система мира и гелиоцентрическая система отсчета.
Гелиоцентрическая система отсчета — это просто система отсчета, где начало координат размещено в Солнце. Гелиоцентрическая система мира — это представление об устройстве мироздания. В узком смысле этого слова, оно заключается в том, что Вселенная ограниченна, Солнце расположено в её центре, а Земля совершает два вида движения: поступательное вокруг Солнца и вращательное вокруг оси; звезды неподвижны относительно Солнца. Термин «гелиоцентрическая система мира» часто используется в более широком смысле слова, когда Вселенная считается неограниченной и не имеющей центра. Тогда смысл этого термина заключается в том, что звезды в среднем неподвижны относительно Солнца, т.е. Солнце хотя бы с кинематической точки зрения является одной из звезд. Гелиоцентрическую систему мира можно рассматривать в какой угодно системе отсчета, в том числе геоцентрической, в которой Земля выбирается в качестве начала координат. В этой системе отсчета Земля неподвижна и Солнце вращается вокруг Земли, но система мира все равно остается гелиоцентрической, поскольку взаимная конфигурация Солнца и звезд остается неизменной. Наоборот, даже если рассматривать геоцентрическую систему мира в гелиоцентрической системе отсчета, она по прежнему будет геоцентрической системой мира, поскольку звезды будут совершать в ней движение с периодом в один год.
Планеты солнечной системы делятся на два вида: внутренние (Меркурий и Венера), наблюдаемые только на сравнительно небольших угловых расстояниях от Солнца, и внешние (все остальные), которые могут наблюдаться на любых расстояниях. В гелиоцентрической системе это различие связано с тем, что орбиты Меркурия и Венеры всегда находятся внутри орбиты Земли (третьей от Солнца планеты), в то время как орбиты остальных планет находятся вне орбиты Земли.
Попятные движения планет
Попятные движения планет (особенно наглядно наблюдаемые у внешних планет), которые были главной загадкой астрономии с древнейших времён, в гелиоцентрической системе объясняются тем, что угловые скорости планет уменьшаются с увеличением расстояния от Солнца. В результате, когда планета наблюдается в той же части неба, что и Солнце, она совершает видимое движение относительно звёзд в том же (прямом) направлении, что и Солнце: с запада на восток. Однако когда Земля проходит между Солнцем и планетой, она как бы опережает планету, в результате чего последняя движется на фоне звёзд в обратном направлении, с востока на запад. Отсюда следует, что планеты совершают попятные движения вблизи противостояний, когда планеты находятся наиболее близко к Земле и, как следствие, являясь наиболее яркими при наблюдении с Земли.
В гелиоцентрической системе устанавливается следующее соотношение между синодическими S и сидерическими T периодами обращений внешних планет:
,
где Y — продолжительность земного (звёздного) года. Отсюда следуют соотношения, эмпирически полученные астрономами Древнего Вавилона (так называемые целевые годовые периоды):
если внешняя планета делает n полных оборотов по эклиптике (относительно звёзд) за m лет, то за это время проходит k = m − n синодических периодов данной планеты (k, m, n — целые числа).Например, для Марса k = 37, m = 79, n = 42, для Юпитера k = 76, m = 83, n = 7, для Сатурна k = 57, m = 59, n = 2.
С точки зрения геоцентрической системы, эти соотношения являются загадкой. Но они автоматически следуют из вышеприведённой формулы, полученной в рамках гелиоцентризма, поскольку по определению mY = kS (m — это такое целое количество земных лет, за которые планета делает n целых оборотов по эклиптике) и величины k, m и n обратно пропорциональны, соответственно, величинам S, Y и T.
Определение расстояний до внутренних планет
В гелиоцентрической системе с помощью простых геометрических рассуждений и немногих наблюдательных данных легко определяются средние расстояния от Солнца до планет (в предположении круговых концентрических орбит), что невозможно в рамках геоцентризма. Для внутренней планеты достаточно знать её максимальное угловое расстояние от Солнца θ (наибольшую элонгацию). Рассмотрев треугольник SPT (угол SPT — прямой), нетрудно видеть, что
(см. рис. справа), где a — астрономическая единица (среднее расстояние от Земли до Солнца). Для внешних планет необходимо из наблюдений определить синодический период планеты S и промежуток времени t между противостоянием планеты и моментом квадратуры (когда планета видна с Земли под прямым углом к Солнцу). Далее нужно найти с помощью формулы S − 1 = Y − 1 + T − 1, период T обращения планеты вокруг Солнца. Зная эту величину, можно найти углы α и β, пройденные планетой и Землёй по своим орбитам за время t:
Определение расстояний до внешних планет
,
.
Далее, находится угол γ, под которым видны Земля и Солнце при наблюдении с планеты:
(угол STP прямой, см. рисунок справа). Искомое расстояние оказывается равным
.
Именно с помощью таких соображений Коперник впервые вычислил относительные расстояния планет от Солнца.
Последовательность смены фаз Венеры
Поскольку все планеты светят отражённым светом Солнца, у них должна наблюдаться смена фаз. У Меркурия и Венеры, обращающихся вокруг Солнца внутри орбиты Земли, порядок смены фаз должен быть следующим:
Именно такой порядок смены фаз имеет место в действительности, как впервые было установлено Галилеем.
Годичные параллаксы звёзд
Всё вышесказанное относится не только к гелиоцентрической системе, но и к комбинированной системе (наподобие системы Тихо Браге), в которой все планеты обращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, движется вокруг Земли. Существуют, однако, доказательства движения Земли вокруг Солнца.
Ещё в древности было известно, что поступательное движение Земли должно приводить к параллактическому смещению звёзд. Из-за удалённости звёзд параллаксы впервые были найдены только в XIX веке (почти одновременно В. Я. Струве, Ф. Бесселем и Т. Гендерсоном), что явилось прямым (и долгожданным) доказательством движения Земли вокруг Солнца.
Параллакс тем меньше, чем дальше от нас звезда. Если вычислять угол параллакса p в секундах, а расстояние r в парсеках, то
.
Попятные движения планет имеют место по той же самой причине, что и годичные параллаксы звёзд, они могут быть названы годичными параллаксами планет.
Из-за векторного сложения скорости света и орбитальной скорости Земли, при наблюдении звёзд телескоп приходится наклонять относительно линии Земля—звезда. Это явление (аберрация света) открыл и правильно объяснил в 1728 г. Джеймс Брэдли, занимавшийся поисками годичных параллаксов. Аберрация света оказалось первым наблюдательным подтверждением движения Земли вокруг Солнца и одновременно вторым доказательством конечности скорости света (после объяснения нерегулярности в движении спутников Юпитера Рёмером). В отличие от параллакса, угол аберрации не зависит от расстояния от звезды и целиком определяется орбитальной скоростью Земли. Для всех звёзд он равен одной и той же величине: 18".
Годичная вариация лучевых скоростей звёзд
Из-за орбитального движения Земли каждая звезда, расположенная вблизи плоскости эклиптики то приближается, то удаляется от Земли, что можно обнаружить с помощью спектральных наблюдений (эффекта Доплера). Аналогичный эффект наблюдается для температуры реликтового излучения[1].
Доказательства вращения Земли вокруг своей оси см. в статье Суточное вращение Земли.
Идея движения Земли возникла в рамках пифагорейской школы. Пифагореец Филолай из Кротона обнародовал систему мира, в которой Земля является одной из планет; правда, речь пока шла об её вращении (за сутки) вокруг мистического Центрального Огня, а не Солнца. Аристотель отверг эту систему в том числе потому, что она предсказывала параллактическое смещение звёзд.
Менее спекулятивной была гипотеза Гераклида Понтийского, согласно которой Земля совершает суточное вращение вокруг своей оси. Кроме того, Гераклид, по видимому, предположил, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца и только с ним — вокруг Земли. Возможно, такого взгляда придерживался и Архимед[2], полагая обращающимся вокруг Солнца и Марс, орбита которого в этом случае должна была охватывать Землю, а не пролегать между нею и Солнцем, как в случае Меркурия и Венеры. Есть основания полагать, что у Гераклида была теория, согласно которой Земля, Солнце и планеты обращаются вокруг одной точки — центра планетной системы[3][4]. По сообщению Теофраста, Платон на склоне своих лет сожалел, что он предоставил Земле центральное место во Вселенной, которое для неё не подходило.
Подлинно гелиоцентрическая система была предложена в начале III века до н. э. Аристархом Самосским. Скудная информация о гипотезе Аристарха дошла до нас через труды Архимеда[5], Плутарха[6] и других авторов. Обычно считается, что Аристарх пришёл к гелиоцентризму исходя из установленного им факта, что Солнце по размерам много больше Земли (вычислению относительных размеров Земли, Луны и Солнца посвящён единственный дошедший до нас труд учёного). Естественно было предположить, что меньшее тело обращается вокруг большего, а не наоборот. Насколько была разработана гипотеза Аристарха, неизвестно, но Аристарх сделал важный вывод о том, что по сравнению с расстояниями до звёзд земная орбита является точкой, поскольку иначе должны были наблюдаться годичные параллаксы звёзд (вслед за Аристархом такую оценку расстояний до звёзд принимал и Архимед). Философ Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места Землю («Очаг мира»).
Гелиоцентризм позволил решить основные проблемы, стоявшие перед древнегреческой астрономией, поскольку господствовавшие в начале III века до н. э. геоцентрические взгляды явно были в кризисном состоянии. Наиболее распространённый в то время вариант геоцентризма, теория гомоцентрических сфер Евдокса, Каллиппа и Аристотеля, оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Гелиоцентрическая система непринуждённо объясняла попятные движения планет. Она позволяла также установить порядок следования светил. Греки постулировали зависимость между близостью небесного тела к «сфере неподвижных звёзд» и сидерическим периодом его движения: так, самым далёким от нас считался наиболее медленно движущийся Сатурн, далее (в порядке приближении к Земле) шли Юпитер и Марс; Луна оказывалась наиболее близким к Земле небесным телом. Трудности этой схемы были связаны с Солнцем, Меркурием и Венерой, поскольку все эти тела имели одинаковые сидерические периоды (в том смысле, который употреблялся в античной астрономии), равные одному году. Эта трудность легко решалась в гелиоцентрической системе, где один год оказывался равным периоду движения Земли; при этом периоды движения (теперь — обращения вокруг Солнца) Меркурия и Венеры шли в том же порядке, что и их расстояния до нового центра мира, которое можно было установить описанным выше способом.
Среди непосредственных сторонников гипотезы Аристарха упоминается только вавилонянин Селевк (первая половина II века до н. э.). Отсюда обычно делается вывод, что других сторонников у гелиоцентризма не было, то есть он не был воспринят эллинской наукой. Однако уже само упоминание Селевка как последователя Аристарха весьма показательно, поскольку означает проникновение гелиоцентризм даже на берега Тигра и Евфрата, что само по себе свидетельствует о широкой известности идеи о движении Земли. Более того, Секст Эмпирик[7] упоминает о последователях Аристарха во множественном числе. Достаточно благожелательный отзыв о гипотезе Аристарха в сочинении Архимеда «Псаммит» (главном источнике нашей информации об этой гипотезе) позволяет предположить, что Архимед по крайней мере не исключал эту гипотезу. Ряд авторов [8][9][10] приводили аргументы в пользу широкой распространённости гелиоцентризма в античности. Не исключено, в частности, что геоцентрическая теория движения планет, изложенная в «Альмагесте» Птолемея является переработанной гелиоцентрической системой[11][12][13]. Итальянский математик Лючио Руссо (Lucio Russo) привёл ряд свидетельств о развитии в эллинистическую эпоху динамики гелиоцентрической системы на основе общего представление о законе инерции и о притяжении планет к Солнцу[14].
Тем не менее, в конечном итоге гелиоцентризм был оставлен греками. Главной причиной может быть общий кризис науки, начавшийся после II века до н. э. На место астрономии заступает астрология. В философии доминирует мистицизм или откровенный религиозный догматизм: стоицизм, позднее неопифагореизм и неоплатонизм. С другой стороны, те немногие философские школы, которые в целом исповедуют рационализм (эпикурейцы, скептики), имеют одну общую черту: неверие в возможность познания природы. Так, эпикурейцы даже после Аристотеля и Аристарха считали невозможным определить истинную причину фаз Луны и считали Землю плоской. В такой атмосфере религиозные обвинения наподобие тех, что были предъявлены Аристарху, могли привести к тому, что астрономы и физики, даже если и были сторонниками гелиоцентризма, старались воздерживаться от публичного обнародования своих взглядов, что и могло в конечном итоге привести к их забвению.
Геоцентрическая система мира (страница из книги 1552 г.)
Научные аргументы в пользу неподвижности и центральности Земли, выдвигавшиеся древнегреческими астрономами, см. в статье Геоцентрическая система мира.
После II века н. э. в эллинистическом мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной теории Птолемея, в которой петлеобразное движение планет объяснялось с помощью комбинации деферентов и эпициклов. «Физическим» фундаментом теории Птолемея была аристотелевская теория хрустальных небесных сфер, переносивших планеты. Существенной особенностью учения Аристотеля было резкое противопоставление «надлунного» и «подлунного» миров. Надлунный мир (куда относились все небесные тела) считался миром идеальным, не подверженным каким-либо изменениям. Напротив, всё, что находилось в подлунной области, в том числе Земля, считалось подверженным постоянным изменениям, порче.
Существенной особенностью теории Птолемея был частичный отказ от принципа равномерности космических движений: центр эпицикла движется по деференту с переменной скоростью, хотя угловая скорость при наблюдении из особой эксцентрично расположенной точки (экванта) считалась неизменной.
Система мира, в которой Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца (изображение 1573 г.)
В Средние века гелиоцентрическая система мира была практически забыта. Некоторую известность получило представление, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращается вокруг Земли[15]. Вероятно, средневековые авторы узнали об этой теории из сочинения латинского автора первой половины V века Марциана Капеллы «Брак Меркурия и Филологии», пользовавшегося большой популярностью в раннем средневековье.
Ряд исследователей находят следы гелиоцентризма в некоторых планетных теориях великого индийского астронома Ариабхаты (V в. н. э.). Так, выдающийся математик и историк науки Бартел Ван дер Варден отмечает следующие свидетельства, что в основе этих теорий лежала гелиоцентрическая теория[16]:
В настоящее время доминирует точка зрения, что источником индийской средневековой астрономии является греческая доптолемеева астрономию. По мнению Ван дер Вардена, у греков была гелиоцентрическая теория, развитая до степени возможности предвычислять эфемериды, которая затем была переработана в геоцентрическую наподобие того, как поступил Тихо Браге с теорией Коперника. Эта переработанная теория неизбежно должна быть теорией эпициклов, поскольку в системе отсчёта, связанной с Землёй, движение планет объективно происходит по сочетанию движений по деференту и эпициклу. Далее, по мнению ван дер Вардена, она проникла в Индию. Сам Ариабхата и более поздние астрономы могли и не знать о гелиоцентрическом базисе этой теории. Впоследствии, по мнению ван дер Вардена, эта теория перешла к мусульманским астрономам, составившим «Таблицы Шаха» — эфемериды планет, использовавшиеся для астрологических предсказаний.
Николай Орем
О предположении Ариабхаты о суточном вращении Земли сочувственно отзывался ал-Бируни. Но сам он, по всей видимости, в конечном итоге склонялся к неподвижности Земли[17].
Ряд астрономов мусульманского Востока обсуждали теории движения планет, альтернативные птолемеевской. Главным объектом их критики был, однако, эквант, а не геоцентризм. Некоторые из этих учёных (например, Насир ад-Дин ат-Туси) также критиковали эмпирические доводы Птолемея в пользу неподвижности Земли, находя их неадекватными. Но при этом они оставались сторонниками неподвижности Земли, поскольку это соответствовало философии Аристотеля.
Исключением являются астрономы Самаркандской школы[18], основанной Улугбеком в первой половине XV века. Так, ал-Кушчи отвергал философию Аристотеля как физический фундамент астрономии и считал вращение Земли вокруг оси физически возможным[19]. Есть указания, что некоторые из самаркандских астрономов рассматривали возможность не просто осевого вращения Земли, но движения её центра[20], а также разработывали теорию, в которой Солнце считается вращающимся вокруг Земли, но все планеты вращаются вокруг Солнца (гео-гелиоцентрическая система мира)[21].
В Европе возможность вращения Земли вокруг оси обсуждалась начиная с XII века. Во второй половине XIII века эта гипотеза была упомянута Фомой Аквинским, наряду с представлением о поступательном движении Земли (без конкретизации центра движения). Обе гипотезы были отвергнуты по тем же причинам, что и у Аристотеля. Гипотеза об осевом вращении Земли получила глубокое обсуждение у представителей Парижской школы в XIV веке (Жана Буридана[22] и Николая Орема[23]). Хотя в ходе этих дискуссий были выдвинуты опровержения ряда доводов противников подвижности Земли, окончательный вердикт был в пользу её неподвижности.
В начале Эпохи Возрождения подвижность Земли утверждал Николай Кузанский, но его обсуждение было сугубо философским, не связанным с объяснением конкретных астрономических явлений: скорее всего, он имел в виду поступательное движение вокруг плохо определённого и постоянно перемещающегося центра[24]. Достаточно неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи. Оба этих мыслителя считали Землю в принципе идентичной по своей природе с небесными телами.
В 1450 г. появился латинский перевод архимедова «Псаммита», где упоминается гелиоцентрическая система Аристарха Самосского. С этим произведением был хорошо знаком ведущий европейский астроном Ренессанса Региомонтан, который от руки переписал весь трактат Архимеда во время своего пребывания в Италии. В частной переписке он отметил, что «движение звёзд должно претерпевать крохотные изменения за счёт движения Земли»[25]; возможно, он просто передавал аргументацию Аристарха, о взглядах которого он мог знать через «Псаммит». Иногда ему приписывается также предположение предположение о вращении Земли вокруг оси, также выраженное в частном письме[26]. Однако в своих опубликованных трудах Региомонтан оставался геоцентристом.
Движение Земли упоминались и на рубеже XV и XVI вв. В 1499 г. эту гипотезу обсуждал итальянский профессор Франческо Капуано, причём имелось в виду не только вращательное, но и поступательное движение Земли (без конкретизации центра движения). Обе гипотезы были отвергнуты по тем же причинам, что у Аристотеля и Фомы Аквинского[27]. В 1501 г. итальянский математик Джорджо Валла упоминал о пифагорейской доктрине о движении Земли вокруг Центрального огня[26] и утверждал, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца[28].
Николай Коперник
Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI веке, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 году. Одной из причин возвращения к гелиоцентризму было несогласие Коперника с птолемеевой теорией экванта; кроме того, он считал недостатком всех геоцентрических теорий то, что они не позволяют определить «форму мира и соразмерность его частей», то есть масштабы планетной системы. Неясно, какое влияние на Коперника оказал Аристарх (в рукописи своей книги Коперник упоминал о гелиоцентризме Аристарха, но в окончательной редакции книги эта ссылка исчезла[29]).
Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение:
Теория движения внешних планет у Коперника. S — Солнце, P — планета, U — центр орбиты планеты. Четырёхугольник UEDP оставался равнобедренной трапецией. Движение планеты из точки E экванта выглядит равномерным (угол между отрезком EP и линией апсид SО изменяется равномерно). Таким образом, эта точка играет примерно такую же роль в системе Коперника, как точка экванта в системе Птолемея
Коперник не только объяснил причины попятных движений планет, вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений. Зодиакальное неравенство в движении планет Коперник объяснял тем, что их движение является комбинацией движений по большим и малым кругам, — аналогичный тому, как объясняли это неравенство средневековые астрономы Востока — деятели Марагинской революции (так, теория движения внешних планет у Коперника совпадала с теорией Ал-Урди, теория движения Меркурия — с теорией Ибн аш-Шатира, но только в гелиоцентрической системе отсчёта).
Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус:
По всей видимости, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей[30].
Первое печатное изображение Солнечной системы (страница из книги Коперника)
Тем не менее, им был дан импульс для дальнейшей разработки гелиоцентрической теории движения планет, сопутствующих задач механики и космологии. Объявляя Землю одной из планет, Коперник устранял резкий разрыв между «надлунным» и «подлунным» мирами, характерный для философии Аристотеля.
Ведущей тенденцией в восприятии теории Коперника в течение всего XVI века было использование математического аппарата его теории для астрономических вычислений и практически полное игнорирование его новой, гелиоцентрической космологии. Начало этой тенденции положило предисловие к книге Коперника, написанное её издателем, лютеранским богословом Андреасом Осиандером. Осиандер пишет, что движение Земли является остроумным вычислительным приёмом, но понимать Коперника буквально не следует. Поскольку Осиандер не указал своего имени под предисловием, в XVI столетии многие полагали, что таково мнение самого Николая Коперника. Книгу Коперника штудировали астрономы Виттенбергского университета, наиболее известным из которых был Эразм Рейнгольд, приветствовавший отказ Коперника автора от экванта и составивший на основе его теории новые таблицы движения планет (Прусские таблицы). Но главного, что есть у Коперника,— новой космологической системы,— ни Рейнгольд, ни другие виттенбергские астрономы как будто не заметили.
Едва ли не единственными учёными первых трёх десятилетий после опубликования книги О вращениях небесных сфер, кто принимал теорию Коперника, были немецкий астроном Георга Иоахима Ретика, одно время сотрудничавший с Коперником, считавший себя его учеником и даже опубликовавший (ещё до Коперника, в 1540 году) труд с изложением новой системы мира, а также астроном и геодезист Гемма Фризий. Сторонником Коперника был и его друг, епископ Тидеман Гизе.
И только в 70-е — 90-е годы XVI в. астрономы стали проявлять интерес к новой системе мира. Её излагают и отстаивают астрономы Томас Диггес, Кристоф Ротман и Михаэль Мёстлин, физик Симон Стевин, философ Джордано Бруно; богослов Диего де Цунига использует представление о движении Земли для интепретации некоторых слов Библии. Возможно, к числу гелиоцентристов этого периода относились также известные учёные Джамбатиста Бенедетти, Вильям Гильберт, Томас Хэрриот. Некоторые авторы, отвергая поступательное движение Земли, принимали её вращение вокруг оси: астроном Николас Реймерс Бэр, известный также как Урсус, философ Франческо Патрици.
Тогда же начинают появляться и первые негативные отзывы о теории Коперника. Наиболее авторитетными оппонентами гелиоцентризма в XVI — начале XVII века были астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, математик Франсуа Виет, философ Фрэнсис Бэкон.
У противников гелиоцентрической теории было два вида аргументов.
(A) Против вращения Земли вокруг собственной оси. Учёные XVI века уже могли оценить линейную скорость вращения: около 500 м/сек на экваторе.
Система мира Тихо Браге.
Эти аргументы были основаны на общепринятой в те годы механике Аристотеля. Они потеряли свою силу только после открытия законов правильной, ньютоновской механики. С другой стороны, такие фундаментальные понятия этой науки, как центробежная сила, относительность, инерция появились в значительной мере при опровержении этих доводов геоцентристов.
(Б) Против поступательного движения Земли.
Для опровержения второго довода гелиоцентристам приходилось предполагать огромную удалённость звёзд. Тихо Браге на это возражал, что в таком случае звёзды оказываются необычайно большими, по размерам больше орбиты Сатурна. Эта оценка следовала из его определения угловых размеров звёзд: он принимал видимый диаметр звёзд первой величины примерно 2—3 угловых минуты.
Тихо Браге предложил компромиссную гео-гелиоцентрическую систему мира, в которой в центре мира находится неподвижная Земля, вокруг него вращаются Солнце, Луна и звёзды, однако планеты вращаются вокруг Солнца[31]. Начиная с конца XVI в. именно эта комбинированная система мира (по существу, модернизированная форма геоцентрической теории) становится главным конкурентом гелиоцентризма.
Иоганн Кеплер
Выдающийся вклад в развитие гелиоцентрических представлений внёс немецкий астроном Иоганн Кеплер. Ещё со студенческих лет (пришедшихся на конец XVI века) он был убеждён в справедливости гелиоцентризма ввиду способности этого учения дать естественное объяснение попятных движений планет и возможности вычислять на её основе масштабы планетной системы. В течение нескольких лет Кеплер работал с величайшим астрономом-наблюдателем Тихо Браге и впоследствии завладел его архивом наблюдательных данных. В ходе анализа этих данных, проявив исключительную физическую интуицию, Кеплер пришёл к следующим выводам:
На основании открытых им законов движения планет Кеплер составил таблицы планетных движений (Рудольфинские таблицы), по точности далеко оставлявшие позади все таблицы, составленные ранее.
Галилео Галилей
Одновременно с Кеплером на другом конце Европы, в Италии, трудился Галилео Галилей, оказавший двоякую поддержку гелиоцентрической теории. Во-первых, с помощью изобретённого им телескопа Галилей сделал ряд открытий, либо косвенно подтверждавших теорию Коперника, либо выбивавших почву из-под ног его противников — сторонников Аристотеля:
Вторым направлением деятельности Галилея было установление новых законов динамики. Им была открыта инерция и принцип относительности, что позволило устранить традиционные возражения противников гелиоцентризма: если Земля движется, почему мы этого не замечаем[32]?
Гелиоцентрическая система мира (из «Селенографии» Яна Гевелия, 1647 г.)
Оказавшись в том же лагере коперниканцев, что и Кеплер, Галилей так и не принял его законов движения планет. Это относится и к другим гелиоцентристам первой трети XVII в., например, голландскому астроному Филипу ван Лансбергу. Однако астрономы более позднего времени могли наглядно убедиться в точности кеплеровых «Рудольфинских таблиц». Так, одним из предсказаний Кеплера было прохождение Меркурия по диску Солнца в 1631 г., которое и в самом деле удалось пронаблюдать французскому астроному Пьеру Гассенди. Таблицы Кеплера ещё более уточнил английский астроном Джереми Хоррокс, предсказавший прохождение Венеры по диску Солнца в 1639 г., которое он же и пронаблюдал вместе с другим английским астрономом, Уильямом Крабтри.
Однако даже феноменальная точность теории Кеплера (существенно уточнённой Хорроксом) не переубедила скептиков-геоцентристов, поскольку многие проблемы гелиоцентрической теории так и остались нерешёнными. Прежде всего, это проблема годичных параллаксов звёзд, поиски которых велись в течение всего XVII века. Несмотря на существенное увеличение точности измерений (которого удалось достигнуть благодаря использованию телескопов), эти поиски так и остались безрезультатными, что говорило о том, что звёзды даже еще дальше, чем предполагали Коперник, Галилей и Кеплер. Это, в свою очередь, снова ставило на повестку дня проблему размеров звёзд, отмеченную ещё Тихо Браге. Только в конце XVII века учёные осознали, что то, что они принимали за диски звёзд, на самом деле является чисто инструментальным эффектом (диск Эйри): звёзды имеют настолько малые угловые размеры, что их диски невозможно разглядеть даже в самые сильные телескопы.
Кроме того, против движения Земли оставались ещё физические возражения, основанные на аристотелевой механике. Идеи Галилея насчёт инерции и относительности убеждали далеко не всех учёных XVII века[33]. Среди противников гелиоцентризма выделялся иезуит Риччиоли, заслуженно известный астроном своего времени. В своём фундаментальном труде «Новый Альмагест» он перечислил и обсудил 49 доказательств в пользу Коперника и 77 — против (что, впрочем, не помешало ему назвать именем Коперника один из лунных кратеров).
Главным конкурентом гелиоцентрической теории в те времена была уже не теория Птолемея, а гео-гелиоцентрическая система мира, дополненная предположением об эллиптичности орбит. Хотя систему Коперника поддерживали ряд выдающихся учёных XVII века (в их числе Отто фон Герике, Исмаэль Буллиальд, Христиан Гюйгенс, Жиль Роберваль, Роберт Гук), численный перевес оставался на стороне их оппонентов. Вплоть до конца XVII века многие учёные просто отказывались делать выбор между этими гипотезами, указывая, что с точки зрения наблюдений гелиоцентрическая и гео-гелиоцентрическая система системы эквивалентны; конечно оставаясь на такой точке зрения, невозможно было развивать динамику планетной системы. В числе сторонников этой «позитивистской» точки зрения были, например, Джованни Доменико Кассини, Оле Рёмер, Блез Паскаль.
Необходимо добавить, что в спорах с геоцентристами сторонники Аристарха и Коперника находились отнюдь не в равных условиях, поскольку на стороне первых был такой авторитет, как Церковь (особенно в католических странах).
Практически сразу после выдвижения гелиоцентрической системы было отмечено, что она противоречит некоторым местам из Священного Писания. Например отрывок из одного из Псалмов
Ты поставил землю на твердых основах: не поколеблется она во веки и веки[34].
приводился в доказательство неподвижности Земли. Некоторые другие отрывки приводились в подтверждение того, что суточное движение совершает Солнце, а не Земля. В их числе, например, одно место из Экклезиаста:
Восходит солнце и заходит солнце, и спешит к месту своему, где оно восходит[35].
Большой популярностью пользовался отрывок из книги Иисуса Навина:
Иисус воззвал к Господу в тот день, в который предал Господь Аморрея в руки Израилю, когда побил их в Гаваоне, и они побиты были пред лицем сынов Израилевых, и сказал пред Израильтянами: стой, солнце, над Гаваоном, и луна, над долиною Авалонскою[36]!
Поскольку команда остановиться была дана Солнцу, а не Земле, отсюда делался вывод, что суточное движение совершает именно Солнце. Религиозные аргументы привлекали для подкрепления своей позиции не только католические и протестантские лидеры, но и профессиональные астрономы (Тихо Браге, Христофор Клавиус, Джованни Баттиста Риччиоли и др.).
Сторонники вращения Земли проводили защиту по двум направлениям. Во-первых, они указывали, что Библия написана языком, понятным простым людям, и если бы её авторы давали четкие с научной точки зрения формулировки, она не смогла бы выполнять свою основную, религиозную миссию. Кроме того, отмечалось, что некоторые отрывки Библии должны быть трактованы аллегорически (см. статью Библейский аллегоризм). Так, Галилей отмечал, что если Св. Писание целиком понимать буквально, то окажется, что у Бога есть руки, он подвержен эмоциям типа гнева и т. п. В целом, главной мыслью защитников учения о движении Земли было то, что наука и религия имеют разные цели: наука рассматривает явления материального мира, руководствуясь доводами разума, целью религии является моральное усовершенствование человека, его спасение. Галилей в этой связи цитировал кардинала Баронио, что Библия учит тому, как взойти на небеса, а не тому, как они устроены.
Галилей перед судом инквизиции
Наиболее драматичной была история взаимодействия гелиоцентрической системы с Католической церковью. Впрочем, сначала Церковь отнеслась к новому развитию астрономии скорее благожелательно и даже с некоторым интересом. Ещё в 1533 г. в Ватикане был заслушан доклад о системе Коперника, с которым выступил известный востоковед Иоганн Альберт Видманштадт; в знак благодарности присутствовавший там римский папа Климент VII подарил докладчику ценную древнегреческую рукопись. Спустя еще три года кардинал Николай Шомберг написал Копернику восхищенное письмо, в котором настоятельно рекомендовал поскорее опубликовать книгу с детальным изложением его теории. Обнародовать новую систему мира Коперника настойчиво убеждал и его близкий друг, епископ Тидеман Гизе.
Однако уже в первые годы после выхода книги Коперника один из высокопоставленных ватиканских чиновников, управляющий Папским дворцом Бартоломео Спина призвал к запрету гелиоцентрической системы, однако он не успел добиться своего из-за тяжёлой болезни и смерти[37]. Дело продолжил его друг, богослов Джованни Мария Толозани, утверждавший опасность гелиоцентризма для веры в специально написанном сочинении.
Тем не менее, в течение нескольких последовавших десятилетий теория Коперника не привлекала особого внимания католических богословов: то ли из-за её малой известности в Италии (книга Коперника была опубликована в Германии), то ли в связи с необходимостью уточнения движения Солнца и Луны для предстоящей реформы календаря; не исключено, что бдительность католических богословов притупилась благодаря предисловию Осиандера. Опасность новой системы мира для Церкви теологи начали осознавать только в конце XVI века. Так, основанные на Библии доводы в пользу неподвижности Земли прозвучали на судебном процессе против Джордано Бруно[38], хотя, вероятно, не они сыграли решающую роль в его трагической развязке.
Однако основной вал религиозных обвинений против гелиоцентризма поднялся после (и в результате) телескопических открытий Галилея. Попытки защиты гелиоцентризма от обвинений в противоречии Писанию предпринимали сам Галилей и католический монах Паоло Фоскарини. Однако с 1616 года, когда книга Коперника попала в индекс запрещенных книг «до исправления», подвергшись цензуре (1620 год), католическая церковь стала считать любые попытки объявить гелиоцентрическую теорию реальным отражением движения планет (а не просто математической моделью) как противоречащее основным положениям вероучения.
Во второй половине 20-х годов XVII века Галилей счёл, что обстановка постепенно разряжается и выпустил свой знаменитый труд «Диалоги о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632 г.) Хотя цензура разрешила публикацию «Диалога», очень скоро римский папа Урбан VIII счёл книгу еретической, и Галилей предстал перед судом инквизиции. В 1633 году он был вынужден публично отречься от своих взглядов.
Суд над Галилеем оказал негативное воздействие и на развитие науки, и на авторитет католической церкви. Рене Декарт был вынужден отказаться от опубликования своего труда о системе мира, Жиль Роберваль и Исмаэль Буллиальд отложили публикацию уже готовых трудов. Многие учёные воздерживались от выражения их действительных мнений, опасаясь преследования инквизицией, в их числе, вероятно, Джованни Борелли и Пьер Гассенди. Некоторые другие астрономы (в основном иезуиты, в их числе Риччиоли) искренне считали, что церковный запрет гелиоцентризма является решающим аргументом в пользу геоцентризма, перевешивающим все научные аргументы; можно полагать, что если бы этого запрета не было, они внесли бы гораздо больший вклад в развитие теоретической астрономии XVII века.
Во Франции, однако, запрет гелиоцентрической системы не был ратифицирован, и она постепенно распространялась среди учёных[39].
Ещё при жизни Коперника вожди протестантов Лютер, Меланхтон и Кальвин выступили против гелиоцентризма, заявляя, что это учение противоречит Священному Писанию. Мартин Лютер, например, сказал в адрес Коперника в частной беседе:
Этот безумец хочет перевернуть с ног на голову всю астрономическую науку, но Священное Писание говорит нам, что Иисус Навин приказал остановиться Солнцу, а не Земле[40].
На вопросы о совместимости гелиоцентрической системы с Писанием вынужден был отвечать лидерам протестантских общин Иоганн Кеплер[41].
Тем не менее, в протестантских странах обстановка была гораздо более либеральной, чем в католических[42], особенно в Британии. Определённую роль здесь, возможно, сыграло противостояние католикам, а также отсутствие у протестантов единого религиозного руководства. В результате именно протестантские страны (наряду с Францией) стали лидерами научной революции XVII века.
Духовенство Русской православной церкви выступало с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XX века. До 1815 года c одобрения цензуры издавалось школьное пособие Разрушение коперниковской системы, в котором автор называл гелиоцентрическую систему «ложной системой философической» и «возмутительным мнением»[43]. Уральский епископ Арсений в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую»[44]. Последним произведением, в котором критиковалась гелиоцентрическая система, стала вышедшая в 1914 году книга священника Иова Немцева Круг земли неподвижен, а солнце ходит, в котором систему Коперника «опровергалась» с помощью традиционных цитат из Библии[44].
Появление системы Коперника не встретила особенно ярого сопротивления, поскольку у евреев система Птолемея и философия Аристотеля никогда не вводились в догмат, а, наоборот, встречали сопротивление. Первые еврейские авторы после Коперника относятся к нему с симпатией: Махарал из Праги[45], Давид Ганс и Иосифа Дельмедиго[46][уточните ссылку] Последующая еврейская литература XVIII века в массе положительно относится к гелиоцентрической системе: р. Ионатана бен Йосеф из Рожаны, Исраэль Галеви, Барух бен Яаков Шик.[46][уточните ссылку]
Впрочем, по мере осознания того, что система Коперника противоречит не только Птолемею, но и Талмуду и простому смыслу Библии, у системы Коперника появлялись противники. Например, р. Тувия Акоэн из Метца называет Коперника «первенцом сатаны», так как он противоречит стихам из Экклезиаста: «А земля стоит вовек» (Екк.1:4).
В более позднее время прямые нападки на гелиоцентрическую систему у евреев практически не наблюдаются, но периодически высказываются сомнения, насколько можно верить науке вообще и гелиоцентрической системе, в частности. В некоторых источниках XVIII и XIX веков встречаются сомнения, действительно ли Земля шар в смысле Аристотеля. [47][48][49]
Строение Вселенной по Томасу Диггесу
Одним из возражений против гелиоцентризма в XVI—XVII вв. считалось отсутствие годичных параллаксов звёзд. Для объяснения этого противоречия Коперник (как ранее Аристарх) предполагал, что орбита Земли является точкой по сравнению с расстояниями до звёзд. Коперник считал Вселенную неопределённо большой, но, по-видимому, конечной; Солнце располагалось в её в центре. Первым, кто в рамках гелиоцентризма перешёл к мнению о бесконечности Вселенной, был английский астроном Томас Диггес; он полагал, что за пределами Солнечной системы Вселенная равномерно заполнена звёздами, природа которых не конкретизировалась. Вселенная, по Диггесу, имела неоднородную структуру, Солнце оставалось в центре мира. Пространство вне Солнечной системы — это нематериальный мир, «Дворец Бога». Решительный шаг от гелиоцентризма к бесконечной Вселенной, равномерно заполненной звёздами, сделал итальянский философ Джордано Бруно. Согласно Бруно, при наблюдении из всех точек Вселенная должна выглядеть примерно одинаково. Из всех мыслителей Нового времени он первым предположил, что звёзды — это далёкие солнца и что физические законы во всем бесконечном и безграничном пространстве одинаковы[50]. В конце XVI века бесконечность Вселенной отстаивал и Уильям Гильберт.
Вселенная Джордано Бруно (иллюстрация из книги Кеплера Краткое изложение коперниковой астрономии, 1618 г.). Символом M отмечен наш мир.
С этими взглядами не соглашался Кеплер. Вселенную он представлял в виде шара конечного радиуса с полостью посередине, где располагалась Солнечная система. Шаровой слой за пределами этой полости Кеплер считал заполненным звёздами — самосветящимися объектами, но имеющими принципиально другую природу, чем Солнце[51]. Один из его доводов является непосредственным предшественником фотометрического парадокса. Напротив, Галилей, оставляя открытым вопрос о бесконечности Вселенной, считал звёзды далёкими солнцами. В середине — второй половине XVII века эти взгляды поддержали Рене Декарт, Отто фон Герике и Христиан Гюйгенс. Гюйгенсу принадлежит первая попытка определения расстояния до звезды (Сириуса) в предположении о равенстве её светимости солнечной.
При этом многие учёные считали, что совокупность звёзд занимает только часть пространства, за пределами которой — пустота или эфир. Однако в начале XVIII века Исаак Ньютон и Эдмонд Галлей высказались в пользу равномерной заполненности пространства звёздами, поскольку в случае конечности системы звёзд они неизбежно должны были упасть друг на друга под действием сил взаимной гравитации. Тем самым, Солнце, оставаясь центром планетной системы, переставало быть центром мира, все точки которого оказывались в равных условиях.
Выдвижение гелиоцентрической системы значительно стимулировало развитие физики. Прежде всего, нужно было ответить на вопрос, почему движение Земли не ощущается людьми и не проявляется в земных экспериментах. Именно на этом пути были сформулированы основополагающие положения классической механики: принцип относительности и принцип инерции; не удивительно, что эту тему первоначально обсуждали именно сторонники гелиоцентризма, в том числе Диггес, Бруно и особенно Галилей; их предшественниками в этом вопросе были Николай Орем и Али ал-Кушчи.
Исаак Ньютон
Далее, на основе этих принципов нужно было дать динамическое объяснение планетных движений. Это было практически невозможно сделать в рамках геоцентризма, поскольку, не прибегая к хрустальным сферам, невозможно было дать физическую трактовку птолемеевым эпициклам. Напротив, в гелиоцентрической теории путь к изучению динамики планетной системы был открыт сразу после опубликования законов Кеплера. Кеплер перввым предположил, что со стороны Солнца на планеты действует сила, убывающая обратно пропоорционально расстоянию, но правильный механизм её действия он не нашёл. В следующем поколении Исмаэль Буллиальд попытался объяснить движение планет без привлечения этой силы[52]. Однако в 1666 г. Джованни Альфонсо Борелли вновь вернулся к предположению о существовании «солнечной силы». По его мнению, движение планет происходит в обстановке конкуренции между двумя силами: силой притяжения к Солнцу и центробежной силой.
Задачу о выводе законов Кеплера, исходя из принципа инерции и предположения о существовании направленной к Солнцу силы, впервые поставил, по-видимому, Роберт Гук в 70-е годы XVII века. Гук объяснил движение планеты как суперпозицию движения по инерции (по касательной к траектории) и падения на тяготеющий центр[53] и догадался, что сила тяготения должна убывать обратно пропорционально квадрату расстояния. Но честь вывода законов Кеплера из закона всемирного тяготения принадлежит Исааку Ньютону, после публикации которым «Математических начал натуральной философии» в 1687 году все споры о системе мира, не утихавшие в течение полутора столетия, утратили смысл. Солнце прочно заняло центр планетной системы, оказавшись одной из множества звёзд в бескрайней Вселенной.
Гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э. Аристархом и возрождённая в XVI веке Коперником, позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания классической механики и привело к открытию закона всемирного тяготения. Гелиоцентризм открыл дорогу звёздной астрономии (звёзды — далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.
wreferat.baza-referat.ru
Место Земли в системе мироздания с древнейших времен волновало мыслителей. Отсутствие технических средств точного исследования космических объектов и незначительный опыт астрофизики, доставшийся от прежних поколений, не позволяли ученым Древней Греции и Средневековья сформировать полное и правильное мнение об устройстве Вселенной. Тем не менее, авторы первых теорий космологии заложили фундамент, на котором впоследствии сформировались основы современного знания. И особое значение в этом смысле имеют геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира, стимулировавшие целые поколения ученых и мыслителей разных времен на проведение новых исследований.
Это система мироздания, в которой центральное место отводится Земле. При этом Солнце вращается вокруг ее оси. В соответствии с геоцентрической системой координат, начальная точка отсчета размещается также на Земле. Важно отметить, что Вселенная, согласно этой теории, ограничена. Ответ на вопрос о том, кто создал геоцентрическую систему мира, сегодня известен, хотя множественные вариации теории позволяют говорить о нескольких авторах. И все-таки родоначальником данной концепции был Клавдий Птолемей, который дал начало идее о центральном расположении Земли во Вселенной. Если говорить о разных интерпретациях этой теории, то Фалес Милетский, к примеру, считал обязательным наличие опоры у земного шара.
Также встречаются версии о том, что Земля занимает постоянное положение и даже не вращается. С другой стороны, геоцентрическая система мира Птолемея в классическом виде предполагает вращение небесных тел. В частности, его исследования начинались с анализа отношения Луны, которая двигалась вокруг планеты. В дальнейшем автор теории пришел и к выводу о вращении самой планеты. Параллельно этому выдвигались разные предположения относительно того, каким образом Земля сохраняет свою постоянную позицию.
Объяснение неравномерности движения небесных тел представляло для древнегреческих астрономов наибольшие сложности. Новые представления о движении планет по разным эксцентрикам проливали свет на отношения между светилами, но в то же время ставили трудные задачи иного порядка. При этом геоцентрическая система мира Птолемея имела расхождения с пифагорейско-платоновскими учениями, в соответствии с которыми небесные тела имели божественное происхождение – следовательно, они должны были совершать только равномерные движения. Приверженцы этой теории разрабатывали специальные модели, где сложные движения объектов интерпретировались как совокупный результат сложения нескольких равномерных вращений по окружности. Правда, с появлением теории о бисекции эксцентриситета подобные концепции утратили актуальность.
Среди основных задач, которые стояли перед приверженцами геоцентризма, следует выделить обоснование центрального места Земли и ее неподвижности. Если в отношении второго условия мироздания даже автор геоцентрической системы мира Клавдий Птолемей высказывался критически, то идея о положении планеты оставалась основой теории. Одним из сторонников данной концепции был Аристотель, который обосновывал центральное место земного шара его тяжестью. Согласно мировоззрению того времени, естественным местом для тяжелых тел может являться только центр Вселенной. Данное понимание подкреплялось тем, что большой вес заставляет объекты падать отвесно. Поскольку все космические тела направлены к центру мира, тяжелая Земля с большей долей вероятности должна находиться именно в этой точке.
Были и другие теории, объясняющие центральное положение Земли. Например, Птолемей поддерживал идею о невозможности планеты занимать другое место во Вселенной. Объяснялось это довольно просто – путем исключения северного или южного расположения Земли относительно центра. Мыслители оценивали, каким образом могли бы падать тени от Солнца при такой конфигурации, и приходили к единственно возможному, по их мнению, варианту размещения планеты – в центре. Надо сказать, что геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира в дальнейшем разойдутся именно в понимании этого условия конфигурации Вселенной.
Начиная с раннего периода Средневековья, астрономы стали активно осваивать и развивать другие версии данной конфигурации. Например, в эпоху Возрождения европейские ученые немало внимания посвящали теории гомоцентрических сфер. Вместе с этим возникали и предпосылки для модели, в которой сочетались геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира, по крайней мере, в некоторых аспектах. Сторонники такой комбинации полагали, что Земля все-таки является центром мира, причем неподвижным, а Луна и Солнце обращаются вокруг ее оси. При этом остальные планеты, как считалось, должны были вращаться вокруг Солнца. Такая гипотеза и составила основную конкуренцию полноценной гелиоцентрической теории. Важно отметить и другие направления, в которых развивали геоцентризм ученые эпохи Возрождения. Например, под влиянием натурфилософии многие астрономы обращались к изучению надлунных и подлунных миров. Кстати, еще Аристотель считал, что небеса в той же степени изменчивы, как и Земля. Также высказывались и мнения, отрицающие существование небесных сфер.
Интенсивное развитие науки в XVII в. позволило систематизировать накопленные знания и усовершенствовать представление о Вселенной. В этом контексте уже не могли соседствовать геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира, так как вторая концепция все больше утверждалась выдающимися мыслителями, среди которых были Коперник и Галилей. В числе главных научных событий, которые способствовали отказу от геоцентризма, особенно выделяется создание теории планетных движений. Немалый вклад в продвижение астрономии внесли и телескопические открытия Галилея, а также открытия законов Кеплера.
Стоит отметить, что геоцентризм долгое время поддерживала и церковь. Религиозные сторонники этой теории полагали, что Земля создана божественной силой специально для человека, поэтому ее центральное место во вселенной логично и закономерно. Несмотря на такую поддержку, геоцентрическая система мира Коперника трансформировалась в новую теорию, отвергавшую центральное место Земли. Более совершенные телескопические исследования полностью отвергали классический геоцентризм и прокладывали дорогу гелиоцентризму.
Хотя пик развития данной концепции пришелся на эпоху Возрождения, ее истоки берут начало в Древней Греции. Дело в том, что во времена Птолемея наиболее привлекательной была концепция геоцентризма, оставлявшая в тени гелиоцентризм. Постепенно ситуация изменилась, что позволило и сторонникам альтернативной точки зрения утвердить свое мировоззрение. Возникла данная система в пифагорейской школе. Как считал автор гелиоцентрической системы мира, Филолай из Кротона, Земля ничем не отличается от других планет и движется вокруг мистического объекта, но не Солнца. В дальнейшем это представление совершенствовалось другими мыслителями, и к периоду эпохи Возрождения приверженцы теории пришли к мнению о том, что Солнце является центральным телом, и Земля вращается вокруг него. Позже Коперником была разработана система, в которой планеты совершали круговые равномерные движения.
На протяжении долгого времени сторонники двух концепций не могли прийти к согласию по нескольким основополагающим аспектам. Дело в том, что обе теории имели множество вариаций, менялись и совершенствовались, но базовые принципы оставались непоколебимы. Главные различия между геоцентрической и гелиоцентрической системами мира сводились к месту Земли во Вселенной и ее отношению к Солнцу. Сторонники первой концепции считали, что планета занимает центральное положение. И, напротив, геоцентризм предполагает, что Земля вращается вокруг Солнца, при этом и обращаясь вокруг своей оси.
Теория с момента ее первой формулировки значительно изменилась к концу XVI в. Можно сказать, что создатель гелиоцентрической системы мира в приближенном к современному пониманию виде – это Иоганн Кеплер, внесший существенный вклад в дело развития астрономии. Еще в период учебы он осознал важность объяснения сложных движений планет. В дальнейшем он займется разработкой возможностей для вычисления масштабов планетной системы с помощью наблюдательных данных.
Из научных знаний, сформулированных Кеплером, можно отметить движение планет по эллипсу, введение понятия орбиты, а также обоснование новых законов, определяющих положение Земли относительно Солнца. Конечно, пифагорейский создатель гелиоцентрической системы мира, скорее всего, не предполагал, насколько может быть развита его концепция. Но именно мыслители античности позволили укрепить идею о наиболее точном мироустройстве.
Распространение теории способствовало развитию физики и механики. Дело в том, что для ученых, которые вели исследования в этих сферах, стоял важный вопрос – почему движение земного шара не ощущается людьми? Ответом стала относительность движения. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира по-разному представляют действие гравитации. В первом случае основой этой силы выступают вложенные сферы, а на базе гелиоцентризма в дальнейшем был сформулирован закон относительности, а также принцип инерции. На основе этих знаний ученые разработали общий метод, посредством которого разрешались практически все проблемы механики.
В процессе решения задач, которые в разное время ставила гелиоцентрическая концепция мироздания, ученые смогли сформулировать принципы, по которым устроена планетная система. Основу этих исследований составляли планетные движения, что, в свою очередь, оказало влияние на развитие физики. Можно сказать, что приверженцы этой теории положили начало механики в ее классическом виде. Но гораздо интереснее ответ на вопрос о том, в чем состоит значение гелиоцентрической системы мира с точки зрения астрономии. Прежде всего, система стимулировала исследования в области звездной космологии, что позволило открывать и новые просторы Вселенной. Кроме этого, благодаря спорам вокруг гелиоцентризма произошло разграничение научного знания и религии.
Несмотря на значительное продвижение технологических средств исследования космоса, даже сегодня не утихают споры о месте Земли во Вселенной, в которых затрагивается геоцентрическая и гелиоцентрическая система мира. Солнце, как и прежде, выступает одним из краеугольных камней в дискуссиях такого рода. Например, многие ученые-креационисты признают, что абсолютно точного ответа на вопросы о нюансах вращения земного шара на данном этапе прогресса никто дать не сможет. Что касается центрального положения во Вселенной, то и здесь не все однозначно. Дело в том, что в условиях бесконечности пространства любая точка может рассматриваться в качестве центра, поэтому о полной победе гелиоцентризма над геоцентризмом пока говорить не приходится.
fb.ru
