Занимательно о космогонии

Греки знали, что Солнце, Луна и все планеты движутся, отставая от вращающегося звездного неба, и потому распределили светила в соответствии со скоростями их движений. То была удачная догадка, позволившая разбить планеты на внешние и внутренние по отношению к Солнцу.

В пифагорейской системе было немало уязвимых мест. И мимо одного из них истинные философы не могли проходить равнодушно. Речь идет о том, почему в течение суток движение Солнца и планет совершается с востока на запад, в соответствии с вращением сферы неподвижных звезд, а годовое движение Солнца и планет происходит в противоположном направлении?

Сегодня мы с вами это прекрасно понимаем: причина в движении самой Земли. Но Земля пифагорейцев была неподвижной. И вот нашелся смельчак — Филолай, ученик и последователь Пифагора, который решился сдвинуть Землю с насиженного места и заставить ее вращаться. Филолай учил: «Мир един и начал образовываться с центра». Он рисовал перед своими учениками удивительную картину мироздания. В центре в отличие от предшественников философ помещал не Землю, а некий Центральный огонь — очаг вселенной, за которым присматривала богиня Гестия. Вокруг вели хороводы десять божественных тел: небо неподвижных звезд, пять планет, Солнце, Луна, Земля и Противоземля. Последняя представляла собой специальное небесное тело, которое помогало объяснять затмения Солнца, сберегало антиподов от ожогов и доводило общее количество небесных объектов до «совершенного» числа — десяти. Обратите внимание на этот пример сочетания гениального предвидения с устойчивым предрассудком о числовом и геометрическом совершенстве…

Осторожные последователи Филолая Противоземлю упразднили, Землю вернули в центр вселенной, а небесный огонь поместили внутрь Земли. Единственное, что они ей оставили, так это ее суточное вращение.

Первые построения имели огромное значение для дальнейшего развития науки. Конечно, системы вавилонских и египетских правил и таблицы позволяли предсказывать небесные явления значительно точнее, чем наивные древнегреческие модели. Но зато последние давали общее представление о строении вселенной, позволяли ощутить разумность ее устройства.

Дальше предстояло лишь найти наилучшую схему, с помощью которой удалось бы удовлетворительно объяснить все особенности наблюдаемых явлений. Одним из первых такую задачу попытался решить астроном и математик, врач и философ Евдокс Книдский, живший примерно в IV веке до нашей эры. Он составил схему из множества концентрических сфер, охватывающих, как капустные листья, Землю. Оси вращения этих сфер он расположил в разных направлениях так, чтобы движения нескольких скорлупок в сумме давали наблюдаемое движение светила.

«Чтобы создать хорошую теорию, мы должны располагать простыми принципами или допущениями и должны уметь вывести из них схему, достаточно разумно объясняющую все факты», — пишет профессор Принстонского университета Э. Роджерс. Правило, одинаково пригодное как для спекулятивного, так и для научного метода. И система Евдокса отвечала этим требованиям. У него было 27 сфер, движение которых достаточно хорошо имитировали наблюдаемые перемещения планет. Более поздние наблюдения и уточнения этих движений потребовали усложнения схемы Евдокса. И это было осуществлено простым добавлением числа сфер. Великолепный принцип! Упразднить его могла лишь более простая геометрическая схема, построенная на ином принципе.

К концу IV века до нашей эры философ школы перипатетиков Гераклид Понтийский предложил несколько иную модель мира. (Кстати, перипатетиками называли последователей Аристотеля, который, читая лекции, любил прогуливаться по Лицею в окружении учеников. От греческого слова περιπατεω — прохаживаюсь — и пошло название школы.) Наблюдая, как Меркурий и Венера постоянно обращаются возле Солнца, Гераклид провозгласил, что Земля вращается вокруг своей оси, а Солнце, хотя и обращается вокруг Земли, но имеет собственных спутников — Меркурий и Венеру. Это еще не новый принцип, но схема уже лежит прямо на границе с гипотезой Аристарха Самосского — несостоявшегося взлета гелиоцентризма.

Аристарх Самосский жил в Александрии. Сведения о нем в истории также очень скудны. Известно лишь, что преподавал он в Мусейоне в период царствования первых трех Птолемеев, примерно с 310 по 230 год до нашей эры и написал много работ. До нас дошла одна из них «О величине Солнца и Луны и о расстоянии между ними». Аристарх первым в истории древнего мира утверждает, что Солнце во много раз больше Земли. По-видимому, это предположение плюс наполовину гелиоцентрическое учение Гераклида и сыграло роль в зарождении у него новой идеи об устройстве мира. Аристарх построил первую гелиоцентрическую модель!

В чем же дело? Почему не произошло революции в астрономии и эра гелиоцентризма не наступила на 1800 лет раньше идей Н. Коперника? Увы, большинство виднейших философов выступили против идей Аристарха. Недостаточно создать подходящую гипотезу, нужно убедиться, что она соответствует фактам. Расчеты же по схеме александрийского философа, сохранившего круговые планетные орбиты, намного уступали по точности пусть более сложным, но и более близким к наблюдениям расчетам по схеме Евдокса. «Нужно спасать феномены», — говорил Гиппарх — величайший астроном античного мира, возвращаясь к геоцентризму и хрустальным сферам. Не могли простить современники Аристарху и того унижения, которое они испытывали, покидая вместе с Землей центр вселенной.

Господь бог, Птолемей и проблема алгоритма

В конце античности, во II веке уже нашей эры астроном, математик и астролог Клавдий Птолемей собрал воедино работы своих предшественников, обработал их и, опираясь на физику несравненного Аристотеля, изложил окончательно геоцентрическую систему мира с неподвижной Землей в центре. Птолемей отказался от концентрических сфер, двигавших небесные тела, и построил свою модель, используя комбинацию дифферентов: эксцентров с наложенными на них эпициклами. Сейчас мы объясним, что это такое.

Дело в том, что еще до великого Гиппарха астрономы знали, что Солнце и Луна вовсе не равномерно совершают свой путь. И вместе с тем принцип совершенного движения, каким явилось равномерное движение по окружности, по-прежнему считался незыблемым. Опять факты пришли в противоречие с предрассудком и люди отдали предпочтение предрассудкам. «Факты не соответствуют теории? Что ж, тем хуже для фактов». Сколько раз еще этот девиз догмы прозвучит в науке.

И в I веке, и в X, и в XX… В разных науках…

Древнегреческие ученые вышли из создавшегося противоречия очень остроумно. Еще Аполлоний Пергский в III веке до нашей эры для объяснения неравномерности движения светил ввел понятие эксцентра, то есть окружности, по которой равномерно движется Солнце и центр которой не совпадает с положением Земли. Теперь земному наблюдателю движение дневного светила покажется неравномерным. Но только покажется.

Другое объяснение неравномерности движения тот же Аполлоний предложил с помощью комбинации равномерных движений по окружностям. Здесь по солнечной орбите вокруг Земли — по дифференту — двигалось не само Солнце, а центр малой окружности — эпицикла. Если сложить оба движения, получалось движение Солнца по эксцентру.

Задачей Птолемея было создать модель, наиболее близко иллюстрирующую наблюдаемое движение небесных тел по небосводу. И при этом не нарушить важнейшие принципы, гласящие: 1. Земля неподвижно покоится в центре вселенной. 2. Наблюдаемые движения небесных тел суть истинные движения. 3. Все движения происходят по окружностям. 4. Движение может быть только равномерным. Если же наблюдаемое движение таковым не является, это значит лишь, что центр окружности равномерного движения смещен относительно наблюдателя. 5. Сфера неподвижных звезд совершает один оборот в сутки, сообщая свое движение остальным небесным телам.

Птолемей составил довольно сложную схему, сумев обойти нерушимый принцип равномерности круговых движений. И хотя многие его допущения и ограничения были искусственны и противоречили законам природы, созданная модель объясняла основные особенности наблюдаемых движений небесных тел. Это была прекрасная схема. Непревзойденный математический аппарат, использующий все достижения математиков античной эпохи, позволил по ней предвычислять феномены. Причем результаты предвычислений подтверждались наблюдениями. Чего еще оставалось желать?