Гелиоцентрическая революция
Гелиоцентрическая революция
Примерно 14 веков космологическая модель Птолемея служила основой знания людей о вселенной. Смена модели связана с именем Николая Коперника, который создавал свою теорию почти 30 лет. Она изложена в его знаменитом сочинении «Об обращениях небесных сфер» (1543). Он использовал идею древнегреческого философа Аристарха Самосского (III в. до н. э.) о том, что Земля движется вокруг Солнца. Общую философскую догадку Коперник обогатил математической теорией, впервые объяснившей все известные тогда особенности в движениях планет, Солнца и Луны. Коперник утверждал, что Земля и другие планеты – спутники Солнца. Он показал, что именно движением Земли вокруг Солнца и ее суточным вращением вокруг своей оси объясняется видимое перемещение Солнца среди звезд, странное петлеобразное движение планет и видимое суточное вращение небесного свода.
В арабском переводе знаменитой книги Птолемея по астрономии «Альмагест» (которым пользовался Коперник) или утерялся, или потерял ясный смысл краткий рассказ Птолемея о гелиоцентрической системе. Птолемей писал: «Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешает допустить, что… земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, делая один оборот в сутки… и, правда, ничто не мешает для большей простоты допустить это, если принять в расчет только видимые явления. Но эти люди не сознают… что земля из-за своего вращения имела бы скорость, значительно большую, чем те, какие мы можем наблюдать… В результате все предметы, не опирающиеся на землю, должны казаться совершающими такое же движение в обратном направлении. Ни облака, ни другие летающие или парящие объекты никогда не будут видимы движущимися на восток, поскольку движение Земли к востоку будет всегда отбрасывать их в обратном направлении»[3]. Говоря проще, Птолемей утверждал, что если бы Земля вращалась, мы бы ощущали себя едущими на большой скорости в автомобиле без ветрового стекла.
Коперник, не будучи таким сильным математиком, как Птолемей, не сумел достичь птолемеевой точности в предсказании движения светил, но значительно упростил систему вычислений.
В 1609 году в Голландии появились первые телескопы. Галилей сконструировал себе такой же инструмент и добился высокого качества и большого увеличения. Систематическое обследование неба в телескоп явило миру новую картину с объемной Луной, с многочисленными планетами, у которых есть свои спутники, как Луна у Земли, с множеством звезд в Млечном пути и т. д. Популярность Галилея не только среди ученых, но и среди просвещенных властителей возросла неимоверно. В 1611 году Галилей поехал в Рим, но убедить Римскую Курию в правоте Коперника ему не удалось.
В то же время Иоганн Кеплер модифицировал теорию Коперника, исходя из предположения, что планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам (эллипс – это вытянутая окружность). В усовершенствованной модели предсказания совпали с результатами наблюдений. Эллиптические орбиты Кеплера были искусственны – эллипс гораздо менее совершенная фигура, чем круг. И Кеплер долгое время искал основополагающий принцип строения вселенной, позволяющий охватить все богатство явлений. Он наглел его в гармонических пропорциях, рассматривая их как отражение свойств стоящих за ними геометрических фигур. Свое открытие Иоганн Кеплер сформулировал следующим образом: «Земля (имеется в виду орбита Земли) есть мера всех орбит. Вокруг нее опишем додекаэдр. Описанная вокруг додекаэдра сфера есть сфера Марса. Вокруг сферы Марса опишем тетраэдр. Описанная вокруг тетраэдра сфера есть сфера Юпитера. Вокруг сферы Юпитера опишем куб. Описанная вокруг куба сфера есть сфера Сатурна. В сферу Земли вложим икосаэдр. Вписанная в него сфера есть сфера Венеры. В сферу Венеры вложим октаэдр. Вписанная в него сфера есть сфера Меркурия» [4]. Таким образом, совокупность концентрически расположенных правильных геометрических тел определяет пропорции между небесными орбитами различных планет и их расстояния от Солнца. Обнаружив, что эллиптические орбиты хорошо согласуются с наблюдениями, Кеплер не ищет рациональные «магнитные» силы, под действием которых планеты обращаются вокруг Солнца. Он слушает музыку небесных движений, обнаруживая далее, что соотношение между скоростями планет в перигелии и афелии тождественны музыкальным гармоническим интервалам (для Марса – квинта 2:3, для Юпитера – малая терция 5:6, для Сатурна – большая терция 4:5…).
Небесные движения суть не что иное, как ни на миг не прекращающаяся многоголосая музыка, воспринимаемая не слухом, а разумом.
По-видимому, Кеплер был одним из последних представителей западноевропейского естествознания, признававшим барьер между надлунным и подлунным мирами.
В 1676 г. датский астроном Оле Христенсен Рёмер установил, что свет распространяется с конечной, хотя и очень большой, скоростью. Он обнаружил, что моменты прохождения спутников Юпитера за его диском следуют один за другим не через равные интервалы, как должно быть, если спутники вращаются вокруг Юпитера с постоянной скоростью. При вращении Земли и Юпитера вокруг Солнца расстояние между этими двумя планетами изменяется. Рёмер заметил, что затмения лун Юпитера тем больше запаздывают, чем дальше мы от него находимся. Он объяснил это тем, что свет от спутников идет до нас дольше, когда мы находимся дальше.
Существовавший с античных времен непереходимый барьер между надлунным и подлунным мирами окончательно разрушил Ньютон в 1687 г. публикацией «Математических начал натуральной философии». Закон всемирного тяготения дал рациональное физическое объяснение эллиптическим орбитам Кеплера.
Это проявление принципиально нового деятельного естествознания, постулирующего, что нет разницы между миром надлунным и миром подлунным: оба являются конгломератами атомов. Также нет разницы между природным явлением и построенным человеком механизмом, т. к. механика ничем не отличается от физики в силу того, что и там, и там действуют одни и те же природные материалы и одни и те же законы. Частицы (или атомы) эти вступают между собой в простые и наглядные взаимодействия, из которых с помощью математики, может быть и достаточно изощренной и непростой, можно вывести всю сложность поведения вещей в мире. Таким образом, природные явления можно моделировать механизмами и даже раскрывать их суть с помощью таких моделей. Более того, можно представлять мир в виде большой машины, сконструированной и построенной не ограниченным умом человека, но бескрайним и всемогущим разумом Творца.
Ни античные ученые, созерцательно занимаясь поиском истины, ни мыслители средневековья – Гроссетест, Р. Бэкон, Альберт Саксонский, Роберт Буридан, Николай Орем – не считали возможным деятельностью по конструированию предмета постичь истину. А в XVII веке Кант показывает, что такое деятельное естествознание способно постичь только феноменальную часть природы, оставляя непознанной ноуменальную часть природы и, соответственно, природу в целом. «До сих пор считали, – пишет Кант, – что всякие наши знания должны сообразовываться с предметами. При этом, однако, кончались неудачей все попытки через понятия что-то априорно установить относительно предметов, что расширяло бы наше знание о них. Поэтому следовало бы попытаться выяснить, не разрешим ли мы задачи метафизики более успешно, если будем исходить из предположения, что предметы должны сообразоваться с нашим познанием» [5]. Философское открытие Канта состоит именно в том, что в основе научного познания лежит не созерцание умопостигаемой сущности предмета, а деятельность по его конструированию – та самая деятельность, которая, собственно, и порождает идеализированные объекты. Кант, таким образом, в корне изменил точку зрения на процесс познания, положив в его основу принцип деятельности. Деятельность субъекта впервые выступает, таким образом, как основание, а предмет исследования – как следствие. В этом и состоит специфика кантовского переворота [6].
Тем не менее появилась ньютоновская модель, господствовавшая до середины XX века. Земля и планеты вращаются вокруг Солнца – центра вселенной, которая бесконечна в пространстве и во времени, то есть вечна. Новая космологическая модель имела два недостатка:
Первый – по закону Ньютона, при бесконечном количестве звезд они должны падать в центр выделенной области.
Второй – в безграничной вселенной, равномерно наполненной звездами, на небе не должно было бы быть ни одной темной точки (фотометрический парадокс).
Проблемы бесконечности и вечности волновали научную мысль до середины XX века. Это в наше время известно, что бесконечная статическая модель вселенной невозможна, если гравитационные силы всегда остаются силами взаимного притяжения. Даже тем ученым, которые поняли, что ньютоновская теория тяготения делает невозможной статическую вселенную, не приходила в голову гипотеза расширяющейся вселенной. Они попытались модифицировать теорию, сделав гравитационную силу отталкивающей на очень больших расстояниях. Это практически не меняло предсказываемого движения планет, но зато позволяло бесконечному распределению звезд оставаться в равновесии, так как притяжение близких звезд компенсировалось отталкиванием от далеких.
Вопросы о том, возникла ли вселенная в какой-то начальный момент времени и ограничена ли она в пространстве, весьма пристально рассматривал и И. Кант в [5], изданной в 1781 г. Он назвал эти вопросы «антиномиями (т. е. противоречиями) чистого разума», так как видел, что в равной мере нельзя ни доказать, ни опровергнуть ни тезис о необходимости начала вселенной, ни антитезис о ее вечном существовании. Но Кант исходил из неявного постулата о тождественности бесконечности вселенной и бесконечности времени, хотя это могут быть и не тождественные понятия, а до возникновения вселенной понятие времени лишено смысла. На это впервые указал блаженный Августин. Он говорил, что время – неотъемлемое свойство созданной Богом вселенной, и поэтому до возникновения вселенной времени не было.
Все наблюдаемые явления можно было объяснить как с помощью теории, в которой вселенная существует вечно, так и с помощью теории, согласно которой вселенную сотворили в какой-то определенный момент времени таким образом, чтобы все выглядело как если бы она существовала вечно.
Наблюдения за звездным небом продолжались, несмотря на проблемы в теории. И во второй половине XVIII века помимо звезд было замечено на небе немало неподвижных туманных пятен – туманностей. Природа большинства их долгое время оставалась спорной. Считали, что это линзы, состоящие из пыли и освещенные изнутри одной яркой звездой в их центре. До середины XX века объекты, ныне признаваемые галактиками, считались небольшими объектами, находящимися внутри нашей галактики наряду со звездными скоплениями и газовыми туманностями.
На вооружении астрономов существовал только один метод определения расстояния на небе – метод тригонометрического параллакса. Сущность его заключается в следующем. Перемещение Земли по орбите вызывает годичный параллакс (угол, под которым со светила виден радиус земной орбиты, перпендикулярный лучу зрения). Если длина базы известна, то параллактический угол позволяет вычислить расстояние до объекта. При фиксированной базе сам параллактический угол служит мерой расстояния до объекта.
Такие параллаксы называют тригонометрическими, поскольку они основаны на измерении углов. [Парсек – это такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный 1 а.е.), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом 1».]. Дифракционный предел разрешающей способности телескопа определяется отношением длины волны к диаметру главного зеркала/линзы оптического прибора. Согласно критерию Рэлея, две близкие точки объекта считаются разрешенными, если расстояние между центрами дифракционных изображений равно радиусу пятна Эйри (If /D, где D – диаметр объектива, f – его фокусное расстояние, 1 – длина волны). Диффракционный предел для оптических приборов составляет около 1/1000 угловой секунды параллакса, что соответствует 1000 пс расстояния.
Лучшие оптические телескопы на Земле сегодня способны этим методом определить угол порядка 0,01" или 90-100 пс. Орбитальные телескопы расширили сферу применимости метода до 300–500 пс. Самый большой зеркальный телескоп имеет сложный объектив из нескольких зеркал, эквивалентных целому зеркалу диаметром 11 метров. Самый большой монолитный зеркальный объектив имеет размер чуть больше 8 метров. Самым большим оптическим телескопом России является шестиметровый зеркальный телескоп БТА (Большой Телескоп Азимутальный).
Тригонометрические параллаксы удается измерить лишь у нескольких тысяч ближайших к Солнцу звезд при теоретических 100 миллиардах в нашей Галактике.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.