История создания небесной механики

До Коперника основополагающей парадигмой в европейской науке была геоцентрическая система Птолемея, в которой Земля находилась в центре мироздания. Вокруг нее на небесных сферах вращались Солнце и планеты, причем расстояние между ними было невозможно определить.

1. Система Птолемея

Однако эта система очень хорошо описывала наблюдаемое на небосводе движение планет, а именно: некоторые из планет могли двигаться сначала в одном направлении, затем в противоположном. Это объяснялось тем, что движение планет описывается через несколько окружностей: имеется окружность, которая называется эпициклом, по ней вращается планета; в свою очередь, центр этой окружности вращается по другой окружности, которая называется дифферентом. Систему Птолемея можно было усложнять, добавляя эпициклы, и таким образом повышать предсказательную точность теории в части определения положения планет на небосводе. В принципе система Птолемея могла бы описывать поведение планет с любой заданной точностью — достаточно было просто увеличить количество эпициклов и согласовать их вращение нужным образом.

2. Система Коперника

Но настал момент, когда пришел Коперник. Не то чтобы он просто взял и сказал: «Ребята, вот, смотрите, планеты движутся по-другому!» Нет, он в течение нескольких десятилетий занимался собственными наблюдениями и обработкой наблюдаемых данных и пытался описать движение планет другим образом. Это был тяжелый, кропотливый труд. В его системе в центре мироздания располагалось Солнце, а планеты двигались вокруг Солнца по окружностям, так как он не знал других способов описания.

Когда система Коперника была создана, то, несмотря на то что она более красиво и логично описывала наблюдаемые данные, она описывала их хуже системы Птолемея. В экспериментальном смысле система Коперника уступала по всем показателям системе Птолемея. Также необходимо было добавлять эпициклы, рассматривать дифференты. Более того, возникали противоречия, поскольку Коперник не знал, что планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам. Хотя эксцентриситет этих эллипсов очень мал и они слабо отличаются от окружностей, оказывалось, что для очень большого радиуса орбиты планеты эксцентриситет существенен. Из-за этого получалось, что центр орбиты Юпитера находится вне пределов Солнца. При создании своей системы Коперник использовал эстетические соображения, но оказалось, что она описывает ситуацию в совершенно парадоксальном ключе.

Система Коперника не была мгновенно принята Церковью. Даже папа римский приходил на лекции Коперника на эту тему и вполне благосклонно относился к этому, поскольку в это же время проходила реформа календаря и стояла задача создания точных часов, хронометров, что было необходимо для морских путешествий. Поэтому все эти планетарные вопросы стояли очень остро. Следующие поколения священнослужителей, действительно, отрицательно относились к системе Коперника, но исходно она была принята нормально, несмотря на то что с экспериментальной точки зрения противоречила наблюдениям.

3. Исследования Тихо Браге и Кеплера

После Коперника основной вклад в эту систему внес Тихо Браге. Для него важно было доказать движение Земли. Он пытался показать, что при движении Земли по орбите изменяется положение звезд на небосводе. Так как он ошибался в оценке расстояния до звезд не менее чем в десять раз, то не увидел влияния движения Земли.

Стажером у Тихо Браге был Кеплер. В наследство ему достались наблюдения Тихо Браге, на тот момент самые надежные в мире. Он в течение нескольких десятилетий пытался фактически угадать, по каким кривым движутся планеты. У него было много иллюзий, например иллюзия того, что формы небесных сфер укладываются в многогранники Птолемея. Он совершал много ошибок, пока вдруг все точки положения Марса не легли на эллипс. Он опубликовал результаты своих исследований, и парадокс заключается в том, что ему никто не поверил. Несмотря на то, что Галилей и Кеплер придерживались одних взглядов на систему мира, признавая теорию Коперника верной, все равно Галилей не поверил Кеплеру в том, что планеты движутся по эллипсам. Для него это был нонсенс.

4. Реакция Галилея на законы Кеплера

Дело в том, что тот закон, который мы знаем как Первый закон Ньютона, был придуман Галилеем для аргументации в спорах с людьми, которые отказывались признавать систему Коперника. Люди в ответ говорили: «Ну представь, как такое может быть, чтобы Земля двигалась, а мы бы этого не замечали. Мы бы слетали с нее, падали и т. д.» На что Галилей отвечал, что Земля движется по инерции, а инерциальное движение мы не чувствуем. Представьте, что мы плывем на корабле с постоянной скоростью, по инерции и никакая сила на него не действует. Мы не почувствуем этого движения, а если рядом стоит другой корабль и мы не видим горизонта, то можно перепутать, движемся ли мы относительно того корабля или корабль относительно нас. Соответственно, по инерции движется и Земля, но так она может двигаться только по идеальной кривой, которой является окружность. В рамках этой теории можно накладывать одно инерциальное движение на другое — так появляются эпициклы. То есть Галилей тоже описывал движение планет при помощи эпициклов, соответственно, никакого эллиптического движения он признать не мог. Он не знал, что между Солнцем и планетами есть какие-то гравитационные силы. Соответственно, он не признал результаты Кеплера.

5. Преимущества системы Коперника

Вот сколько противоречий было при создании этой системы мира и через какие трудности ей пришлось пройти, чтобы в итоге восторжествовать. В чем преимущество системы Коперника: во-первых, можно сразу оценить расстояние между планетами (не в абсолютных, а в относительных расстояниях, это делал еще Коперник), во-вторых, в основе системы Коперника лежит фундаментальный закон, который описывает движение не только планет, но и звезд, и падение камня на землю, яблока на голову человека. И в этом основное преимущество системы Коперника. Для расчетов можно вводить эпициклы в системе Птолемея и все отлично описывать. На самом деле, если задуматься, то и развитие современной науки идет по увеличению «эпициклов». А потом мы задумываемся и придумываем нечто более фундаментальное, из чего следует простым образом соответствующие законы движения или что-нибудь еще.

6. Доказательство законов Кеплера

Документально зафиксировано, что в XVII веке в баре Лондона сидело три человека, а именно: Галлей, Рен (архитектор собора св. Петра в Лондоне) и Гук (известен законом Гука, хотя его заслуги много превосходят один этот закон). В этом баре они поспорили, можно ли вывести законы Кеплера из закона обратных квадратов, то есть падения силы с расстоянием как обратный квадрат. Галлей, зная Ньютона, находясь под его влиянием и будучи в определенном смысле его учеником (Ньютон в это время учился и работал в Кембридже, а Галлей заканчивал Оксфорд), обратился к Ньютону с просьбой о том, чтобы вывести эллиптическое движение и другие законы Кеплера из закона обратных квадратов. Ньютон отказался этим заняться, поскольку его интересовали в тот момент другие вещи, алхимия например. Но под давлением Галлея он вернулся к этому вопросу, вывел математически грамотно эти законы. Таким образом, в конечном счете теория Коперника восторжествовала.


Интересные материалы:
Последние Комментарии
  • Предсказания Ванги от 2008 и до 5079 года!
    А это для некоторых писак: следите за своим контекстом! Читать противно! Буд-то бы Вы в школу не ходили!!!!Ник: Костыль
  • Предсказания Ванги от 2008 и до 5079 года!
    Да! Интересные предсказания!!! Хочется даже верить. Но один момент не укладывается в голове: если изобретут путешествие во времени, то почему людишки, по её предсказаниям, продолжают дальше косячить?!...Ник: Костыль
  • Движение души после смерти
    Супер! Именно так и я представляла. Вообще все очень хорошо, жизнь души это вечное увликательное путешествияНик: Кристина
  • Жизнь без вещей. Как отказаться от лишнего?
    Хочешь отказаться от лишнего, брось свою хату, квартиру или дом, одним словом всё.И иди в лес построй себе шалаш, и наслаждайся жизнью без всякого барахла.Ник: Иноплонетянин