Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира

Введение

Трудно точно сказать, когда именно зародилась астрономия: до нас почти не дошли сведения, относящиеся к доисторическим временам. В ту отдаленную эпоху, когда люди были совершенно бессильны перед природой, возникла вера в могущественные силы, которые будто бы создали мир и управляют им, на протяжении многих веков обожествлялась Луна, Солнце, планеты. Об этом мы узнаем из мифов всех народов мира.

Первые представления о мироздании были очень наивными, они тесно переплетались с религиозными верованиями, в основу которых было положено разделение мира на две части - земную и небесную. Если сейчас каждый школьник знает, что Земля сама является небесным телом, то раньше  «земное» противопоставлялось «небесному».  Думали, что существует  «твердь небесная», к которой прикреплены звезды, а Землю принимали за неподвижный центр  мироздания. 
          После  того  как  появилась  философия,  пришедшая  вместе  с наукой  на  смену  мифологии,  ответ  на «вечные»  вопросы  стали искать в основном в рамках философских концепций. В античности появилось  несколько  интересных  космологических  моделей Вселенной,  принадлежащих  Пифагору,  Демокриту,  Платону - геоцентрические.  Тогда же  возникли  и  первые  гелиоцентрические  модели  Вселенной.

Гелиоцентрическая и геоцентрическая системы мира два противоположных учения о строении солнечной системы и движении ее тел. Борьба между этими двумя концепциями, приведшая к торжеству гелиоцентризма, наполняет собой историю астрономии и имеет характер столкновения двух противоположных философских направлений .[4, c.128; 5]

Цель данной работы сравнить два противоположных учения о строении мира и показать на примере их противодействия, как, несмотря на сопротивление реакции, прогресс всегда побеждает.

 

 

 

1. Геоцентрическая система мира

 

1. Аристотелевская система мира

 

Начиная с IV века до н. э. греческие мыслители строят геометрические модели мира, призванные объяснить движение небесных светил. Рождению новой космологической модели способствовал самый выдающийся ученый Древней Греции – Аристотель (384 – 322 гг. до н. э.). На основе достижений всей греческой науки он создал единую научную систему, сформировал детально разработанное мировоззрение. Аристотель превратил сведения о видимых небесных явлениях и движениях светил в стройную теорию – систему мира. Система мира по Аристотелю основывалась на четырех принципах, являвшихся синтезом всей греческой науки.

Принципы, лежащие в основе геоцентрической системы мира

1. Небесный свод (сфера неподвижных звезд) – опора для звезд и граница между небом и землей. Он за сутки делает полный оборот вокруг оси, соединяющей северный полюс неба с южным. Ось вращения пересекается с небесной сферой в двух неподвижных точках – полюсах мира. Принцип сохранился до Коперника.

2. Одухотворенность небесных тел: звезды, как и другие небесные тела, обладают душой, приводящей их в движение.

3. Принцип небесного совершенства:

“…космос как единое целое, составленное из целостных же частей, совершенное и непричастное дряхлению и недугам. Затем Бог путем вращения округлил космос до состояния сферы, поверхность которой всюду равно отстоит от центра…” – Платон.

Небесное совершенство обусловлено несколькими обстоятельствами:

• Небеса идеальны во всех отношениях. Они сами и их опоры состоят из вечной материи – эфира. Эфир, согласно Аристотелю, - самый легкий элемент, который, лежит на границе между материальным и нематериальным. Эфир не может превращаться в другие элементы, следовательно, он не может ни возникать, ни уничтожаться. Потому для небесных тел и возможно движение, которое недоступно ничему земному. Поэтому и небо не могло возникнуть, и, следовательно, мир существует вечно.

• Все небесные тела и Земля шарообразны. Шар и сфера, идеальные геометрические фигуры. Шар при вращении вокруг собственной оси всегда занимает одну и ту же часть пространства. Сфера – геометрическое тело, все точки поверхности которой равноудалены от центра. Концепция шарообразной формы тел во Вселенной и самой Вселенной вошла в основу всех последующих конструкций Вселенной.

• В небесах реализуется только совершенное движение: совершенное движение – это вечное, равномерное круговое движение.

4. Музыка сфер: в основе небесных явлений лежат математические закономерности. Существование восьми небесных сфер и такого же числа тонов музыкальной гаммы подтверждали это. Каждая сфера поет свою ноту, и восемь нот сливаются в гармонию – музыку неба.

Все принципы подчинены главной концепции древних греков: миром правит гармония. [5]

 

 

2. Строение геоцентрической системы мира

 

Аристотелевская модель Вселенной имела четкое строение. Она напоминала луковицу.

• У Вселенной есть центр. Это – неподвижная Земля.

«Неподвижность Земли в центре Мира я просто постулировал, чтобы обосновать реальность суточного вращения всего небосвода. По кинематическому принципу относительности движения, если Земля неподвижна, то небо движется. Поскольку шарообразность Вселенной была "видна" простым глазом (форма небосвода, круговое суточное движение небесных светил), в такой ограниченной Вселенной обязательно должен существовать центр как точка, равноудаленная от периферии. Центральное положение Земли следовало из общих свойств Вселенной: самый тяжелый элемент – «земля», в основном составляющий земной шар, не может не быть всегда в центре Мира» - Аристотель

• Вокруг Земли обращаются прозрачные твердые сферы с прикрепленными к ним небесными телами (планеты) в следующей последовательности: Луна, Солнце, Венера, Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн.
• Первичной причиной движения служит вращение сферы неподвижных звезд. Движение первой сферы передается другим сферам – все ниже и ниже вплоть до Земли. Вся модель содержала в общей сложности 55 сфер, как бы вложенных друг в друга и передающих движение друг другу.
• «Подлунный» мир, т. е. область между орбитой Луны и центром Земли, есть область беспорядочных неравномерных движений. Круговое движение ей не свойственно и есть для нее нечто насильственное. Все тела в этой области состоят из четырёх низших элементов: земли, воды, воздуха и огня. Земля как наиболее тяжёлый элемент занимает центральное место, над ней последовательно располагаются оболочки воды, воздуха и огня.
• «Надлунный» мир, т. е. область между орбитой Луны и крайней сферой неподвижных звёзд, есть область вечно равномерных движений, а сами звёзды состоят из пятого – совершеннейшего элемента – эфира.
• За последней сферой мира пребывает только бог. Никакого другого бытия, запредельного миру, не может быть.
• Тела, которым свойственны определенные движения. Это движение по направлению к центру мира, к его периферии и круговое движение. Но все эти виды движения возможны только в сфере. А так как за границами сферы не существует ничего, то за ней не может существовать и пустота. Мир объемлет в себе не только все место, но и все время. Само по себе время – мера движения. Так как движение не распространяется на область, запредельную миру, то не распространяется на нее и время.

Обобщая вышесказанное  можно сделать краткий вывод, что в основе системы мира Аристотеля лежит представление о непроходимой пропасти между земными элементами (земля, вода, воздух, огонь) и элементом небесным. 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.

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.[3,с80; 5]

 

3. Птолемеевская система мира

 

Попытка решения трудностей в модели Аристотеля была предпринята выдающимся александрийским ученым Клавдием Птолемеем. Клавдий Птолемей (90–168 гг. н. э.) – выдающийся греко - египетский астроном, астролог, математик, географ и оптик, вероятно, родом из Птолемиады в Среднем Египте.

Своё понимание мира Птолемей отразил в фундаментальном труде «Большое математическое построение астрономии в XIII книгах» («Альмагест»). Опираясь на достижения Гиппарха и собственные разработки

сферической  тригонометрии,  Птолемей  изучал  подвижные  небесные  светила.  Он  существенно дополнил и уточнил теорию движения Луны, усовершенствовал теорию затмений. Но подлинно научным подвигом  ученого стало создание им  математической теории видимого движения планет.

          В основе системы мира Птолемея лежат четыре главных допущения:

1.    Земля находится в центре Вселенной;

2.        Земля неподвижна;

3.      все небесные тела движутся вокруг Земли;

4.        движения небесных тел происходят по окружностям с постоянной скоростью, т. е. равномерно.

       Теория Птолемея сочетала теории эпициклов и эксцентриков. Он предполагал, что вокруг неподвижной  Земли находится окружность (деферент) с центром, несколько смещенным относительно центра Земли (эксцентрик). По деференту движется центр меньшей окружности — эпицикл — с угловой скоростью, постоянной  по  отношению  не  к  собственному центру  деферента  и  не  к  самой  Земле,  а  к  точке, расположенной симметрично центру деферента относительно Земли (эквант). Сама планета в системе Птолемея  равномерно  движется  по  эпициклу.  Для  описания  вновь  открываемых  неравномерностей  в движениях планет и Луны вводились новые дополнительные эпициклы — вторые, третьи и т.д. Планета помещалась  на  последнем.  Теория  Птолемея  позволяла  предвычислять  сложные петлеобразные  движения  планет  (их  ускорения  и  замедления,  стояния  и  попятные  движения).  На  основе  созданных  Птолемеем астрономических таблиц положение планет вычислялось с весьма высокой по тем временам

точностью (погрешность менее 10').

          Из основных свойств планетных движений, определенных Птолемеем, вытекал ряд важных следствий.

Во-первых, условия движения верхних от Солнца и нижних планет существенно различны.

 Во-вторых, определяющую роль в движении и тех и других планет играет Солнце. Периоды обращения планет либо по деферентам (у нижних планет), либо по эпициклам (у верхних) равны периоду обращения Солнца,

т.е. году. Ориентация деферентов нижних планет и эпициклов верхних связана с плоскостью эклиптики. Тщательный  анализ  этих  свойств  планетных движений привел  бы Птолемея  к  простому  выводу,  что Солнце, а не Земля — центр планетной системы. Такой вывод задолго до Птолемея сделал Аристарх Самосский, который  доказывал, что Солнце в  несколько раз больше Земли.  Вполне естественно, что меньшее тело движется вокруг большего, а не наоборот. Хотя размеры других планет прямым путем Птолемей определить не мог, тем не менее было ясно, что и они гораздо меньше Солнца. Но Птолемей

считал  Землю  центром  мира  и  приводил  множество  доводов  в  пользу  этого  взгляда,  и  переход  к гелиоцентризму для него был невозможен.

В-третьих,  Птолемей  (а  до  него  Гиппарх),  введя  эксцентрики  для более  точного  отображения неравномерностей  видимого  движения  небесных  светил,  по  сути, уже  лишил  Землю  ее  строго центрального положения в мире, какое она занимала в аристотелевской модели Вселенной. Введением

экванта  Птолемей  еще  более  нарушил  аристотелевские  физические  основания  геоцентризма.

           Система Птолемея не только объясняла видимые движения планет, но и позволяла вычислять их положение на будущее время с точностью, удовлетворявшей несовершенным наблюдениям невооруженным глазом. Поэтому, хотя и не верная в своей основе, она сначала не вызывала серьезных возражений, а в последствии открытые возражения против нее жестоко подавлялись христианской церковью. 

Разногласия же теории с наблюдениями, которые обнаруживались по мере повышения точности наблюдении, устранялись путем усложнения системы. Так, например, некоторые неправильности в видимых движениях планет, открытые позднейшими наблюдениями, объяснялись тем, что вокруг центра первого эпицикла обращается не планета, а центр второго эпицикла, по окружности которого движется уже планета. Когда и такое построение для какой-либо планеты оказывалось недостаточным, то вводили третий, четвертый и т. д. эпициклы, пока положение планеты на окружности последнего из них не давало более или менее сносного согласия с наблюдениями.

          К началу XVI в. система Птолемея была настолько сложна, что не могла уже удовлетворить тем требованиям, которые предъявлялись к астрономии практической жизнью, в первую очередь мореплаванием. Нужны были более простые методы вычисления положений планет, и такие методы были созданы благодаря великому творению гениального польского ученого Николая Коперника, заложившему основы новой астрономии, без которых не могла бы возникнуть и развиваться современная астрономия.[5]