В. Березин – Космология вечером у камина (страница 2)

Эту идею подхватил Гиппарх (Ιππαρςοζ 190—120 лет до н.э.), который не только развил ее, построив первую дошедшую до нас достаточно точную теорию движения Луны и Солнца, но и вычислил расстояния до них (в этом он следовал методу, изобретенному ранее Аристархом Самосским, о чем речь впереди).

Для нас особенно важно именно это достижение Гиппарха, поскольку это был прорыв в «третье измерение» в космологии.

Примерно через 250 лет после Гиппарха была, наконец-то, создана первая полная геоцентрическая модель Вселенной. Полная она потому, что описывает геометрически не только движение Луны и Солнца, но и всех остальных известных тогда планет с небывалой доселе точностью. А почему Гиппарх этого не смог сделать? Ему помешало так называемое «зодиакальное неравенство». Мы не будем вдаваться в подробности, а скажем лишь, что не удалось совместить равномерное движение по эпициклу плюс равномерное движение по деференту с данными наблюдений за планетами. Особенно постарался Марс. Автором этой теоретической модели был Клавдий Птолемей (Κλαυδιοζ Πτολεμιοζ ~100—170 AD), живший и работавший в Александрии Египетской.

Птолемей сохранил и эпициклы, и деференты, но отказался от равномерности движения по деференту. Более того, он «убрал» центр деферента из центра Земли. В его теории движение планет только выглядит равномерным, если смотреть из особой точки, называемой эквантом и расположенной симметрично центру Земли относительно центра деферента. Эта конструкция получила название «бисекция эксцентриситета». Фактически, Птолемей увеличил число параметров теории, что и позволило добиться успеха.

Очень изящная геометрическая игрушка! Но как такое могло прийти в голову, ведь отказ от равномерности движения – очень и очень радикальный шаг? Насчет головы Птолемея – не знаем и знать не можем, но вот какая гипотеза. Уже упоминалось о том, что в древности планеты считались божествами, в честь которых им и давались имена. Так вот, а что если это не сами божества, а лишь их образы? Тогда планеты вовсе не обязаны двигаться равномерно по окружностям – главное, чтобы нужные божества видели это движение равномерным из той точки, в которой они сами находятся. Это и есть эквант, и он просто не может быть расположен на Земле.

Основной труд Клавдия Птолемея был издан первоначально примерно в 140 году под названием «Математическое собрание в 13 книгах» (Μαθηματικικηζ Συνταςεωζ), затем на него ссылались как «Великая книга» и «Величайшее сочинение» (Μεγιστη, мэгистэ). В арабском переводе это превратилось в «Ал маджиста», а в последующем переводе уже с арабского на латынь в «Альмагест». Под этим названием мы знаем его и сегодня.

Теория Птолемея царствовала почти 13 веков. Но в XIV веке арабские астрономы подвергли ее критике за отказ от равномерного движения. Но им все равно требовались новые параметры. Поэтому в модель были введены новые эпициклы, центр которых двигался по «старым» эпициклам. В обоих вариантах (птолемеевском и арабском) теория продержалась еще два столетия. Вообще, наука арабского мира, и не только астрономия (= космология) продолжила славные традиции древнегреческих ученых, умножила их достижения и донесла все это до Средневековой Европы, не позволила им пропасть втуне.

Итак, приближается XVI век, когда в геоцентрической картине Вселенной появилась первая серьезная трещина. А пока – полное торжество этой чисто математической (= геометрической) модели. Физикой тут и не пахнет – никто не задумывается над причинами столь сложных движений Луны, Солнца и планет. Для практических нужд – календарь, гороскопы, предсказаний – хватает, и ладно. Представляется, что теория Птолемея, и особенно ее арабский вариант (логически более экономный) напоминает своеобразную геометрическую теорию возмущений: повысилась точность измерений – введем в модель еще один эпицикл. И все тут, что еще вам надобно? Окончания же эры геоцентризма придется ждать вплоть до конца XVII века, когда появятся законы Кеплера. А пока, чтобы скоротать ожидание, вернемся снова в Древнюю Грецию, примерно на 2300 лет назад. Нас интересует Аристарх Самосский (Αρισταρςοζο Σαμιοζ ~310—230 до н.э.), который родился на острове Самос (там же, где и Пифагор двумя с половиной столетиями раньше)

Чем же он знаменит? Он умудрился (от слова «мудрец»), наблюдая за солнечными и лунными затмениями, рассчитать радиусы Солнца и Луны в единицах радиуса Земли, полагая, следуя Пифагору, что Земля, как и Луна, и Солнце, шарообразна (это было еще до открытия, сделанного Эратосфеном) и оценить расстояния до этих светил. Впоследствии Гиппарх воспользовался таким же методом и сделал все гораздо точнее. Но для истории космологии важнее то, что Аристарх Самосский, убедившись в громадности Солнца по сравнению с Землей, усомнился, что столь тяжелое тело вращается вокруг столь малого. А это уже, согласитесь, не математика, а физика! Он выдвинул гипотезу, что истинным центром мира является Солнце, а вот Земля вращается вокруг него с периодом в 1 год и вокруг своей оси с периодом в 1 сутки. Звезды же, ввиду ненаблюдаемости в то далекое время годичного параллакса, Аристарх Самосский отправил туда, «куда Макар телят не гонял», т.е., на бесконечность. Это была первая в истории гелиоцентрическая картина мира (кстати, приоритет Аристарха Самосского признавали и Кеплер и Галилей). А что же было дальше? А дальше посыпались обвинения в безбожии и неблагочестии и угрозы привлечь к суду. В то время к такому относились чрезвычайно серьезно, и великолепная (уже не просто математическая) гипотеза была прочно забыта на 1800 лет!

Коперник

В начале XVI века молодой польский астроном (+ математик + механик + общественный деятель + каноник) Николай Коперник (Mikolai Kopernik 1473—1543) начал работать над книгой всей своей жизни «Об обращении небесных сфер».

Работа продолжалась почти 40 лет, а книга вышла из печати чуть ли не в день его смерти. Николай Коперник возродил идею Аристарха Самосского о Солнце как центре мироздания. Но теперь это уже не просто гипотеза, основанная на недоумении – как может большое Солнце обращаться вокруг маленькой Земли? Главным достижением Коперника было очень простое и изящное объяснение попятных движений планет – явления, причинявшего столько хлопот геоцентристам на протяжении как минимум двух тысячелетий и заставлявшего их все усложнять и усложнять свои теории. Возьмем, к примеру, Марс. Все дело в том, что и Земля, и Марс вращаются вокруг Солнца в одном направлении, но с различными периодами. Поэтому планеты оказываются то по одну сторону от Солнца, то по разные стороны. В первом случае видимое с Земли угловое перемещение Марса происходит быстрее, чем угловое перемещение, видимое с Солнца (из центра мира), а во втором случае – наоборот, медленнее. Земля просто-напросто перегоняет Марс. И так со всеми остальными планетами. В результате, оказывается совершенно ненужным первый, основной, эпицикл геоцентрических моделей. Заметим, между прочим, что попятное движение должно происходить именно ночью, что и позволило наблюдать его в древности.

Несомненно, это величайшее открытие. И дело здесь не только и не столько в значительном упрощении вычислений, а в том, что найдена общая причина однотипных явлений. Это – начало абсолютно нового научного подхода. Не просто описание, а поиск причин. Уже не просто математика, а самая настоящая теоретическая физика, пусть пока только кинематика.

Еще одно, несомненно, серьезнейшее достижение гелиоцентрической модели: она позволяет вычислить отношения расстояний от планет до Солнца, что абсолютно невозможно в геоцентрической картине. Но насколько это важно, станет ясным лишь впоследствии.

К сожалению, теория, представленная Николаем Коперником, была далека от совершенства и не столь убедительна, как нам бы хотелось. Он оставил в неприкосновенности небесные сферы (о чем свидетельствует само название книги) и равномерность движения планет по окружностям. Результат – все-таки пришлось использовать и эпициклы (хотя и не основные), и деференты. И это основная причина того, что «новая» гелиоцентрическая модель не была принята с криками «ура» не только клерикалами, но и современным Копернику научным сообществом. Пришлось 21 год ждать рождения Галилео Галилея (Galileo Galilei 1564—1642).

Галилей

Галилео Галилей появился на свет в 1564 году в славном городе Пиза. К его рождению многое было готово. Уже вышла из печати книга Николая Коперника. Уже была знаменитая башня, которая начала падать еще в процессе возведения, но, тем не менее (как будто специально) была достроена.

Нет нужды пересказывать здесь биографию Галилея. Но необходимо отметить, что это был богато одаренный юноша: музыка, рисование, а из чтения его (будущих) книг ясно, что имелся еще и литературный талант. В 17 лет он поступил в Пизанский университет на медицинское отделение (по настоянию отца), но страстно увлекся математикой, которую до того совершенно не знал. В университете Галилей прослыл неукротимым спорщиком. И, возможно, именно там он познакомился с гелиоцентрической теорией Коперника. Через 3 года Галилей вынужден был покинуть университет из-за финансовых трудностей в семье. Но, по счастью, он уже был знаком с образованнейшим, богатым и влиятельным любителем науки маркизом Гвидомальдо дель Монте, который обеспечил и его дальнейшую учебу, и, впоследствии, место профессора в этом же университете. Дело здесь в том, что юноша уже прославился остроумным изобретением гидростатических весов, что позволило маркизу написать: «Со времен Архимеда мир не видел такого гения, как Галилей». Но нас интересуют научные достижения.