ВВЕДЕНИЕ

Клавдий Птолемей – знаменитый александрийский астроном, математик и географ II века нашей эры, один из крупнейших ученых древности. В течении целого тысячелетия в области астрономии с Птолемеем никто не мог сравниться. Не сохранилось каких-либо упоминаний о его жизни и деятельности у историков этого периода. Также остались неизвестны даже примерные даты рождения и смерти Птолемея, также как и какие-либо факты его биографии.

Но благодаря своим трудам он остался в истории. К большой удаче современных историков, практически все его основные сочинения сохранились. Главный труд Птолемея – “Альмагест” –до начала XVII века был основным учебником астрономии.

В “Альмагесте” Птолемей обширно применяет результаты наблюдений своего великого предшественника Гиппарха (II век до н. э.). Гиппарх следил и наблюдал за небесными телами и стремился обнаружить закономерности движения планет, так как они представляли для астрономов того времени большую загадку. Планеты во время своего движения по небу как будто описывали петли. Данная трудность связана с движением самой Земли. Когда Земля как будто "догоняет" другую планету, то на первый взгляд может показаться, что планета как бы приостанавливается, а затем движется назад. Однако древние астрономы думали, что планеты на самом деле совершают такие сложные перемещения вокруг Земли и отталкиваясь от этого строили свои теории.

Глава I. Геоцентрическая система мира Птолемея

1.1.Развитие геоцентризма

С древних времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось существование центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения спасала какая-то опора. В ранних цивилизациях в качестве опоры выступало огромное мифическое животное или животные (слоны, киты, черепахи). Первый древнегреческий мыслитель и философ Фалес Милетский в качестве данной опоры представлял естественный объект - мировой океан. Анаксимандр Милетский допустил мысль, о том, что Вселенная является центрально-симметричной и она не имеет какой-либо определенной направленности. По этой причине, у находящейся в центре Космоса Земле отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она, непосредственно, свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не согласился с теорией своего учителя, полагая, что сжатый воздух удерживает Землю от падения. Этой точки зрения придерживался и Анаксагор. Позицию Анаксимандра разделяли, однако, пифагорейцы, Парменид и Птолемей. Не была понятна позиция Демокрита: согласно разным свидетельствам, он последовал Анаксимандру или Анаксимену.

Анаксимандр предполагал, что Земля имеет форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп предполагали, что Земля-плоская, нечто вроде крышки стола. Совершенно новый шаг сделал Пифагор, который допустил, что Земля имеет форму шара. В данном предположении за ним последовали не только пифагорейцы, но и Платон, Парменид, Аристотель. Так появилась каноническая форма геоцентрической системы, которая впоследствии разрабатывалась древнегреческими астрономами: шарообразная Земля-в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил-это отражение вращения Космоса вокруг мировой оси.

Анаксимандр полагал, что звёзды находятся ближе всего к Земле, затем располагались Луна и Солнце. Анаксимен первый высказал предположение, что звёзды – это самые далёкие от Земли объектами, которые закреплены на внешней оболочке Космоса. В этом ему следовали все последующие учёные (Исключение: Эмпедокла; он придерживался теории Анаксимандра). Появилось суждение (впервые, скорее всего, у Анаксимена или пифагорейцев), что чем больше период обращения светила по небесной сфере, тем оно выше и, следовательно, находится дальше. Таким образом, порядок расположения светил оказался следующим: Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и, затем, звёзды. В данный список не включены Меркурий и Венера, так как у греков возникли споры на их счёт: Аристотель и Платон помещали их сразу за Солнцем, Птолемей - между Луной и Солнцем. Аристотель полагал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, в том числе пространства, в то время как стоики считали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; следуя суждениям Демокрита предполагали, что за нашим миром (который ограничен сферой неподвижных звёзд) есть и другие миры. Это мнение поддерживали эпикурейцы,а также его ярко изложил Лукреций в поэме «О природе вещей».

1.2.Обоснование геоцентризма

Древнегреческие учёные имели разные мнения, обосновывая центральное расположение и неподвижность Земли. Анаксимандр в качестве причины указывал сферическую симметрию Космоса. Его не поддержал Аристотель, который выдвинул контрдовод: в таком случае человек, располагающийся в центре комнаты, у стен которой находится еда, должен умереть с голоду. Этот довод позже был приписан Буридану. Сам Аристотель, непосредственно, обосновывал геоцентризм следующим образом: Земля - это тяжёлое тело, а естественным местом для тяжёлых тел является центр Вселенной; и, как показывает опыт, все тяжёлые тела падают отвесно, а так как они движутся к центру мира, Земля находится в центре. Помимо этого, орбитальное движение Земли (это предполагал пифагореец Филолай) Аристотель отрицал на том основании, что оно должно вести к параллактическому смещению звёзд, которое не наблюдается.

Несколько авторов приводит и прочие эмпирические доводы. Плиний Старший в своей энциклопедии «Естественная история» аргументирует центральное расположение Земли равенством дня и ночи во время равноденствий, а также тем, что в период равноденствия восход и заход можно наблюдать на одной и той же линии, а восход солнца в день летнего солнцестояния располагается на той же линии, что и заход в день зимнего солнцестояния. С точки зрения астрономии, эти аргументы и доводы, естественно, являются заблуждением. Не лучше и аргументы, которые приводил Клеомедом в учебнике «Лекции по астрономии». Он объясняет центральность Земли от противного. Он считал, что если бы Земля располагалась к востоку от центра Вселенной, то тени на рассвете были бы короче, чем на закате, небесные тела при восходе казались бы больше, чем при заходе, а продолжительность с рассвета до полудня была бы меньше, чем от полудня до заката. Но так как этого всего нет, то можно сделать вывод, что Земля не может быть смещена к западу от центра мира. По аналогии доказывается, что Земля не может быть смещена к западу. Далее, если бы Земля располагалась севернее или южнее центра, тени на восходе Солнца были бы, соответственно, в северном или южном направлении. Кроме этого, на рассвете в дни равноденствий тени имели бы направление точно в направлении захода Солнца в эти дни, а на восходе в день летнего солнцестояния тени указывали бы на точку захода Солнца в день зимнего солнцестояния. Это также поясняет то, что Земля не смещена к северу или югу от центра. В случае, если бы Земля располагалась выше центра, то можно было бы наблюдать меньше половины небосвода, в том числе менее шести знаков зодиака; что привело бы к тому, ночь всегда была бы длиннее дня. По аналогии: Земля не может находится ниже центра мира. Из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что она может располагаться только в центре. Приблизительно подобные аргументы в пользу центральности Земли высказывал и Птолемей в Альмагесте, книга I.Безусловно, доводы Клеомеда и Птолемея подтверждают только лишь то, что Вселенная несравненно гораздо большего размера, нежели Земля, и по этой причине также являются неосновательными.

1.3.Геоцентрическая система мира Птолемея

Птолемей, делая акцент и основываясь на достижения Гиппарха, исследовал движимые небесные светила. Он внес существенный вклад в дополнение и уточнение концепции передвижения Луны, а также усовершенствовал теорию затмений. Однако, действительно великим научным подвигом ученого было формирование им математической теории видимого движения планет. Эта теория опиралась на следующие принципы:

· Шарообразность Земли;

· Огромная удаленность от сферы звезд;

· Равномерность и круговой характер движений небесных тел;

· Неподвижность Земли;

· Центральное положение Земли во Вселенной.

Теория Птолемея сочетала концепции эпициклов и эксцентриков. Он делал предположение в пользу того, что вокруг неподвижной Земли располагается окружность (деферент) с центром, несколько смещенным относительно центра Земли (эксцентрик).Согласно деференту, движется центр меньшей окружности - эпицикл - с угловой скоростью, неизменной по отношению к собственному центру деферента и не к самой Земле, а к точке, которая располагается симметрично центру деферента относительно земли (эквант). Сама планета в системе Птолемея равномерно движется по эпициклу. С целью описать вновь открываемые неравномерности в движениях планет и Луны были введены новые дополнительные эпициклы - вторые, третьи и т.д. Планета располагалась на послед­нем. Теория Птолемея позволяла предвычислять сложные петлеоб­разные движения планет (их ускорения и замедления, стояния и попятные движения). На основе сформированных Птолемеем астрономи­ческих таблиц расположение планет можно было рассчитать с весьма высокой по тем временам точностью (имелась погрешность менее 10").

Из основных свойств планетных движений, концепция которых была определена Пто­лемеем, можно выделить несколько очень важных закономерностей:

1. Усло­вия для передвижения верхних и нижних от Солнца планет значительно различаются.

2. Характерную роль для движения как тех, так и других планет представляет Солнце.

Этапы обращения планет либо по деферен­там (у нижних планет), либо по эпициклам (у верхних) будут равны периоду обращения Солнца, то есть длинной в год. Направленность деферентов нижних пла­нет и эпициклов верхних находится в связи с плоскостью эклиптики. Тщатель­ное исследование этих свойств планетных движений подвело бы Птолемея к простому заключению, который заключался бы в следующем: Солнце, а не Земля - это центр планетной систе­мы. Этот вывод задолго до Птолемея выдвинул Аристарх Самосский. Он доказывал, что Земля в несколько раз меньше Солнца. Без сомнения понятно, что меньшее тело движется вокруг большего, а никак не наоборот. Хотя масштабы других планет прямым путем Птолемей оп­ределить не имел возможности, тем не менее было понятно, что все они гораздо меньше Солнца.

Система Птолемея не только разъясняла видимые движения планет, но также и сделала вероятной возможность вычислять их положения на будущее время с точностью, которая вполне удовлетворяла несовершенным исследованиям невооруженным глазом. Именно поэтому, хотя и неправильная в основе, система сначала не побуждала серьезных противоречий, а позже открытые возражения наперекор ей жестоко подавлялись христианской церковью.

Расхождения этой концепции с наблюдениями, которые появлялись по мере повышения точности наблюдений, исключались путем усложнения системы. К примеру, некоторые неточности в видимых движениях планет, раскрытые последующими наблюдениями, разъяснялись тем, что вокруг центра первого эпицикла обращается не планета, а центр второго эпицикла, по окружности которого движется уже планета. Когда и в подобном построении для какой-либо планеты появлялись неточности, то вводили третий, четвертый и т.д. эпициклы, до тех пор пока положение планеты на окружности последнего из них не давало более или менее приемлемого согласия с наблюдениями и исследованиями.

К началу XVI в. система Птолемея была до такой степени трудна, что не имела возможности больше удовлетворить тем условиям и требованиям, которые предъявлялись к астрономии практической жизнью, а в первую очередь мореплаванием. Необходимы были более простые способы для вычисления расположения планет. И благодаря творению гениального польского ученого Николая Коперника, который в последствии развил и заложил базу астрономии, такие методы были созданы и без них не могла бы появится и развиваться современная астрономия.

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

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

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

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

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

Научная картина мира выполняет и ряд функций:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Возникновение научной картины мира

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

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

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

Основные принципы античной картины мира

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Геоцентрическая картина мира Аристотеля - Птолемея

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Галилей построил теорию равномерно ускоренного движения.

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

Галилей открыл законы колебания маятника.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Р1Р2 – расстояние, которое проходит планета за время t1.

Р3Р4 – расстояние, которое проходит планета за время t2.

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

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

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

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

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

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

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

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

Вопросы для самоконтроля

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

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

Версия для печати

Хрестоматия

Практикумы

Презентации

Тьюторы

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

Великий астроном и математик Клавдий Птолемей (87 - 165) сделал выбор в пользу геоцентрической модели Мира. Он завершил начатое Гиппархом математическое описание движений небесных тел и блестяще выполнил программу Платона- "с помощью равномерных и правильных круговых движений спас явления, представляемые планетами ". Он пытался объяснить устройство Вселенной с учетом видимой сложности движения планет. Считая Землю шарообразной, а размеры ее ничтожными по сравнению с расстоянием до планет и тем более звезд. Птолемей, однако, вслед за Аристотелем утверждал, что Земля - неподвижный центр Вселенной. В основе системы мира Птолемея лежат четыре постулата: I. Земля находится в центре Вселенной. II. Земля неподвижна. III. Все небесные тела движутся вокруг Земли. IV. Движение небесных тел происходит по окружностям с постоянной скоростью, т. е. равномерно.

Так как Птолемей считал Землю центром Вселенной, его система мира была названа геоцентрической. Вокруг земли, по Птолемею, движутся (в порядке удаленности от Земли) Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звезды. Но если движение Луны, Солнца, звезд круговое, то движение планет гораздо сложнее. Каждая из планет, по мнению Птолемея, движется не вокруг Земли, а вокруг некоторой точки. Точка эта в свою очередь движется по кругу, в центре которого находится Земля. Круг, описываемый планетой вокруг движущейся точки, Птолемей назвал эпициклом, а круг, по которому движется точка около Земли,- деферентом. Птолемей построил геоцентрическую модель Мира (по сути дела - модель солнечной системы), которая позволила объяснить все наблюдаемые особенности движения планет, Солнца и Луны, а главное, стала мощным инструментом для предсказания положений этих небесных тел. Главный труд Птолемея - "Большое математическое построение ".

11. Основные черты средневековой картины мира.

Средневековье охватывает тысячелетний период истории (V-XIV вв.), разделяющийся на два этапа – раннее Средневековье (V-X1 вв.) и классическое Средневековье (XII–XIV вв.). Главной чертой духовной культуры Средневековья становится доминирование христианской религии. В ней выразилось стремление человека к духовной, чистой жизни. Вера в единого всемогущего и всеблагого Бога, безмерного в своей любви к человеку. Свидетельство этой любви проявляются в Боговоплощении, или принятии Богом человеч. облика, в несении Богом страданий и смерти ради будущего спасения человека для вечной жизни. Спасение человека видится в его духовном обновлении и через преодоление зависимости от временного природного существования. Все это определило базовые черты средневекового мировосприятия:

1) монотеизм – вера в единого Бога;

2) теоцентризм – признание центрального положения Бога во Вселенной как Творца всего существующего;

3) креационизм – вера в сотворение мира Богом из ничего;

4) антропоцентризм – установление центрального положения человека в сотворенном Богом мире.

Страх перед возмездием за грехи становится движущим мотивом принятия христианства. В культурологическом отношении значение этих идей состоит в утверждении души как высшей земной ценности, кот. важнее материальных благ. Каждая душа достойна любви, поэтому любовь должна стать основой человеч. отношений. Любовь друг к другу не предполагает ничего кроме самой любви, поэтому она совершается не по принуждению, а свободно. Свобода понимается как высшая духовная ценность, наиболее проявляющаяся в вере. Развивается театральное искусство, первоначально оформившееся в виде церковного театра (XI в.), на сценах которого игрались драматические литургии, мистерии, затем – в виде светского театра во всем многообразии жанровых форм: фарса, мистерии, миракля, моралите.

12. Гелиоцентрическая система Коперника. Законы Кеплера .

В гелиоцентрической системе Коперника впервые появилась возможность рассчитать реальные пропорции Солнечной системы, пользуясь радиусом земной орбиты как астрономической единицей. Коперник понял, что если мы смотрим на планеты, находясь на движущейся Земле, то планеты кроме движений по своим орбитам получают дополнительное круговое движение. С Земли оно будет видно в форме эпицикла. Размер эпицикла равен диаметру орбиты нашей планеты. Поэтому чем дальше от нас планета, тем меньшим будет казаться её эпицикл, и по его угловым размерам можно будет судить о её удаленности.

В системе Коперника “…последовательность и величины светил, все сферы и даже само небо окажутся так связанными, что ничего нельзя будет переставить ни в какой части, не производя путаницы в остальных частях и по всей Вселенной".

Казалось бы, дело сделано, новая гипотеза строения мира готова, осталось только опубликовать её. Но сочинение “О вращениях небесных тел. Шесть книг” - заняло больше 20 лет упорного труда. Эта книга содержит описания астрономических приборов, а также новый, более точный, чем у Птолемея каталог неподвижных звёзд. В ней разбирается видимое движение Солнца, Луны и планет. Поскольку Коперник использовал только круговые равномерные движения, ему пришлось потратить много сил на поиски таких соотношений размеров системы, которые бы описывали наблюдаемые движения светил. После всех его усилий его гелиоцентрическая система оказалась ненамного точнее птолемеевской. Сделать точной её удалось только Кеплеру и Ньютону.

В1506г. Коперник, получив образование в течение 10 лет он оформил свои идеи, рожденные в годы учебы и странствий, в виде научной теории – гелиоцентрической системы Мира. В этой системе Коперник низвел Землю до роли рядовой планеты, Солнце он поместил в центре системы, а все планеты вместе с Землей двигались вокруг Солнца по круговым орбитам. В течение 16 лет Коперник ведет астрономические наблюдения Солнца, звезд и планет и наконец накануне своего шестидесятилетия, он закончил труд всей своей жизни “О вращениях небесных сфер”.

Огромное значение созданной Коперником гелиоцентрической системы Мира обнаружилось после того, как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а И.Ньютон на их основе – закон всемирного тяготения; . В настоящее время учение Коперника не утратило своего значение т.к. оно раскрыло истинную картину Мира и совершило революционный переворот “в развитии системы научного мировоззрения”.

В формулировке Ньютона законы Кеплера звучат так:

Первый закон Кеплера.

-Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу , в одном из фокусов которого находится Солнце .

-Второй закон Кеплера . Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, заметает сектора равной площади.

-Третий закон Кеплера. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет.

> Что такое геоцентрическая модель Вселенной?

: описание движения небесных тел по орбитам, модель Древней Греции, Птолемея и Средневековья, сравнение с гелиоцентризмом.

Тысячелетиями люди смотрели на ночное небо и пытались понять, что же собою представляет Вселенная. И порой мнения кардинально отличались. Очень давно маги и древние мудрецы свято верили, что мир – это плоская (квадратная), вокруг которой расположены , и . Позже они заметили, что некоторые звезды не двигаются и стали называть их планетами.

Проходит определенное время и человечество осознает, что мы живем на круглом объекте, поэтому начали подстраивать под это понимание окружающие механизмы. Постепенно формировалась новая модель, из которой появилась геоцентрическая модель мира . Хотя она уже давно не используется, но когда-то отвечала на основополагающие вопросы о строении Вселенной.

Конечно, нет ничего удивительного, что люди посчитали, будто наша планета Земля стоит в центре всего не просто Солнечной системы, но и целой Вселенной. В конце концов, было заметно, что Солнце и Луна меняют положение в небе. Так что с точки зрения земного наблюдатели, это мы стоим на месте, а все вокруг движется.

Таким образом, учитывались документы древних вавилонян и египтян, которые подпитывали теорию о том, что в центре всего стоит Земля. В это продолжали верить и в 17-18 веках. Но возникало много несоответствий, которые и заставили искать новую модель, так как геоцентрическая модель не могла их объяснить.

Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной

Геоцентрическая модель Вселенной в Древней Греции

Нет точных сведений о том, кто первым разработал геоцентрическую модель мира, но ранние упоминания возникли в 6 веке до н.э. Философ Анаксимандр предположил, что Земля стоит на месте, а Солнце и Луна вращаются вокруг. В то же время пифагорейцы добавляют, что наша планета круглая, так как они видели затмения. До 4 века до н.э. эта мысль совмещалась с геоцентрической Вселенной, что и помогло построить космологическую систему.

Большой вклад в эту идею внесли Платон и Аристотель. Первый считал, что планета не двигается. От нее отходят сферы, на которых располагаются подвижные Солнце, Луна и остальные планеты. Модель расширил Евдокс Книдский, который полагался на математическое объяснение планетарного движения. После вмешался Аристотель и добавил, что объекты вокруг движутся по концентрическим сферам.

Иллюстрация моделей Вселенной Аниксамадра. Слева – днем в летнее время, а справа – ночью, зимой

Сферы двигались на различных скоростях и представляли собою неразрушимое вещество – эфир. Далее он добавил описание 4 важнейших элементов: земля, вода, огонь, воздух, а также приплюсовал «небесный эфир».

Аристотель писал, что земля – наиболее тяжелый элемент, поэтому притягивается к центру, а остальные формируют вокруг слои. В самом конце располагался эфир, в котором «плавали» небесные объекты. Еще одна важная инновация – добавление «двигателя». Философ полагал, что существует некая сила или даже существо, которое приводит механизм в движение.

Конечно, все это подтверждалось определенными теориями. Например, если бы планета двигалась, тогда должно было быть заметно существенное смещение звезд или . Получается, что они неподвижны или же расположены намного дальше. Конечно, они предпочли выбрать первый вариант, так как это простейшее объяснение.

В качестве еще одного доказательства служила яркость Венеры. Они полагали, что она всегда располагалась на одной и той же дистанции от нас в любой временной промежуток. Конечно, позже выяснилось, что у планеты есть фазы. Но древние люди не располагали телескопами.

Геоцентрическая модель Вселенной Птолемея

Естественно описанная модель имела недостатки, и авторы это знали. К примеру, яркость Меркурия, Юпитера и Марса периодически менялась. Кроме того, за ними подмечалось «ретроградное движение», когда они замедлялись, оказывались позади, а затем снова опережали в движении.

Все это вносило еще больше разногласий, которые пришлось решить египетско-греческому астроному Птолемею. Во втором веке н.э. он пишет «Альмагест». В нем появилась геоцентрическая модель Вселенной от Птолемея, которая будет считаться главной в следующие 1500 лет. Он последовал за древними традициями и повторил, что Земля расположена в центре, а вокруг нее двигаются объекты.

Здесь появляется новая идея – существование двух сфер. Первая – деферент, представляющий собою круг, отдаленный от нашей планеты. Его использовали для учета отличий в длительности сезонов. Второй – эпицикл. Он состоял в первой сфере (круг в круге) и объяснял ретроградность движения планет.

Но даже это не разбивало всех сомнений. Особенно сильно беспокоило то, что ретроградная петля планет (в первую очередь ) иногда была больше или меньше ожидаемой. Чтобы снять и этот вопрос, Птолемей создал эквант – геометрический инструмент возле центра планетной орбиты, который приводил ее в движение с равномерной угловой скоростью.

Наблюдателю в этой точке кажется, что эпицикл всегда движется с неизменной скоростью. Система просуществовала в римской империи, средневековой Европе и исламском мире, оставаясь неизменной тысячу лет. Но этот механизм казался невероятно сложным и громоздким.

Геоцентрическая модель Вселенной в Средневековье

В средние века тема геоцентрической модели снова стала актуальной, так как хорошо сочеталась с христианским верованием. За развитие системы взялся Фома Аквинский, пытающийся объединить веру и разум.

Страницы из «Трактат Сферы» (1550), отображающего систему Птолемея

Началось все с того, что планету поделили на «небеса» и Землю. Земля располагалась в центре творения, а небеса – за ее пределами. Все это подпитывало христианское верование, что человек выступает главным творением Бога. Кроме того, пригодился «двигатель» Аристотеля, место которого занял Бог.

Конечно, никто не рисковал оспаривать мысль о том, что небеса вращаются вокруг планеты, потому что это было ересью и даже наказуемо. Ситуация оставалась таковой до выхода книги «О вращении небесных сфер» в 16 веке. Ее автор – Николай Коперник, посмевший доказывать правоту гелиоцентрической модели Вселенной. Конечно, в условиях гонений и преследований работу пришлось опубликовать посмертно, а геоцентрическая и гелиоцентрическая модели стали соперниками.

Стоит отметить, то в мусульманском мире геоцентрическая модель также существовала в средние века. Но уже с 10 века н.э. появлялись астрономы, бросавшие вызов работе Птолемея. Среди них был Ас-Сиджизи (945-1020). Он верил, что Земля совершает обороты вокруг своей оси и вокруг Солнца. Но он подходил со стороны философии, а не математики.

Против геоцентрической модели выступило и несколько астрономов из Андалузии в 11-12 веках. Арзакель вовсе отказался от греческих теорий о равномерном круговом движении и сказал, что Меркурий путешествует по эллипсу.

В 12-м веке подключился Альптрагиус. Он создал новую модель, не нуждающуюся в экванте, эпицикле и эксцентриситете. Эта мысль сопровождалась публикацией Фахруддина ар-Рази «Маталиба», в которой затрагивалась концептуальная физика. В ней опровергалась идея центральности Земли. Вместо этого он предположил, что есть наш мир, за которым существует еще тысячи миров.

Земное вращение в 13-15 веках было популярной темой обсуждения в Магарской обсерватории (Восточный Иран). Хотя все это развивалось на уровне философии и не касалось гелиоцентризма, но многие доказательства напоминали те, что позже озвучит Коперник.

Гелиоцентрическая модель и геоцентрическая модель Вселенной

Николай Коперник приступает за разработку гелиоцентрической модели в 16 веке. Именно в ней содержатся все его мысли и научные труды. Она создавалась не с нуля, а использовала наработки оппозиционеров геоцентристов.

В 1514 году Коперник выпускает небольшой трактат «Маленький комментарий», который раздает своим друзьям. В рукописи было всего 40 страниц, емко описывающих гелиоцентрическую гипотезу. Вся она держалась на 7 главных принципах:

• Центр Земли – центр лунной сферы (Луна вращается вокруг Земли).
• Все сферы совершают обороты вокруг Солнца, которое расположено недалеко от вселенского центра.
• Дистанция между Землей и Солнцем составляет незначительную часть расстояния от Солнца к другим звездам, поэтому мы не видим параллакса.
• Звезды лишены движения. Нам кажется, что они перемещаются, потому что Земля совершает оборот вокруг оси.
• Земля вращается вокруг Солнца, из-за чего кажется, что Солнце мигрирует.
• У Земли наблюдается больше одного движения.
• Земля движется по орбите вокруг Солнца, из-за чего кажется, что планеты вокруг идут в неправильном направлении.

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

Во 2 веке н.э. александрийский астроном Птолемей выдвинул свою "систему мира ". Он пытался объяснить устройство Вселенной с учетом видимой сложности движения планет. Считая Землю шарообразной, а размеры ее ничтожными по сравнению с расстоянием до планет и тем более звезд. Птолемей, однако, вслед за Аристотелем утверждал, что Земля - неподвижный центр Вселенной . Так как Птолемей считал Землю центром Вселенной, его система мира была названа геоцентрической. Вокруг земли по Птолемею, движутся (в порядке удаленности от Земли) Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звезды. Но если движение Луны, Солнца, звезд круговое, то движение планет гораздо сложнее. Каждая из планет, по мнению Птолемея, движется не вокруг Земли, а вокруг некоторой точки. Точка эта в свою очередь движется по кругу, в центре которого находится Земля. Круг, описываемый планетой вокруг движущейся точки, Птолемей назвал эпициклом, а круг, по которому движется точка около Земли,- деферентом.

Трудно представить, чтобы в природе совершались такие запутанные движения, да еще вокруг воображаемых точек. Такое искусственное построение потребовалось Птолемею для того чтобы, основываясь на ложном представлении о неподвижности Земли, расположенной в центре Вселенной, объяснить видимую сложность движения планет. Птолемей был блестящим для своего времени математиком. Но он разделял взгляд Аристотеля, который считал, что Земля неподвижна и только она может быть центром Вселенной. Система мира Аристотеля-Птолемея казалась современникам правдоподобной. Она давала возможность заранее вычислять движение планет на будущее время - это было необходимо для ориентировки в пути во время путешествий и для календаря. Эту ложную систему признавали почти полторы тысячи лет. Также эту систему признавало Христианская религия. В основу своего миропонимания христианство положило библейскую легенду о сотворении мира Богом за шесть дней. По этой легенде Земля является "сосредоточием" Вселенной, а небесные светила созданы для того, чтобы освещать Землю и украшать небесный свод. Всякое отступление от этих взглядов христианство беспощадно преследовало. Система мира Аристотеля - Птолемея, ставившая Землю в центр мироздания, как нельзя лучше отвечала христианскому вероучению. Таблицы, составленные Птолемеем, позволяли определить заранее положение планет на небе. Но с течением времени астрономы обнаружили расхождение наблюдаемых положений планет с предвычисленными. На протяжении веков думали, что система мира Птолемея просто недостаточно совершенна и пытаясь усовершенствовать ее, вводили для каждой планеты новые и новые комбинации круговых движений.