Гелиоцентрическая система мира

В эпоху раннего средневековья в Европе безраздельно господствовалa библейская картина мира. Затем она сменилась догматизирован­ным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея. Посте­пенно накапливавшиеся данные астрономических наблюдений под­качивали основы этой картины мира. Несовершенство, сложность и запутанность птолемеевской системы становились очевидными. Многочисленные попытки увеличения точности системы Птолемея лишь усложняли ее. (Общее число вспомогательных кругов возросло почти до 80.) Еще в XIII в. кастильский король Альфонсо Х высказался в том смысле, что если бы он мог давать Богу советы, то посоветовал бы при создании мира устроить его проще.

Птолемеевская система не только не позволяла давать точные предсказания; она также страдала явной несистематичностью, отсут­ствием внутреннего единства и целостности; каждая планета рассмат­ривалась сама по себе, имела отдельную от остальных эпициклическую систему, собственные законы движения. В геоцентрических сис­темах движение планет представлялось с помощью нескольких рав­ноправных независимых математических моделей. Для объяснения петель движения данной планеты предполагалось помимо движения по деференту движение по своей группе эпициклов, никак не связан­ных, вообще говоря, с эпициклами и деферентами других планет. Строго говоря, геоцентрическая теория не обосновала геоцентрической системы, так как объектом этой теории система планет (или планетная система) не являлась; в ней речь шла об отдельных движе­ниях небесных тел, не связанных в некоторое системное целое. Гео­центрические теории позволяли предвычислять лишь направления нa небесные светила, но не определить истинную удаленность и рас­положение их в пространстве. Птолемей считал эти задачи вообще неразрешимыми. Установка на поиск внутреннего единства и систем­ности была той основой, вокруг которой концентрировались предпо­сылки создания гелиоцентрической системы.

Создание гелиоцентрической теории было связано и с необходи­мостью реформы юлианского календаря, в котором две основные точки — равноденствие и полнолуние — потеряли связь с реальными астрономическими событиями. Календарная дата весеннего равно­денствия, приходившаяся в IV в. н.э. на 21 марта и закрепленная за этим числом Никейским собором в 325 г. как важная отправная дата при расчете основного христианского праздника Пасхи, к XVI в. отставала от действительной даты равноденствия на 10 дней. Еще с VIII в. юлианский календарь пытались совершенствовать, но безус­пешно. Латеранский собор, проходивший в 1512—1517 гг. в Риме, отметил чрезвычайную остроту проблемы календаря и предложил ее решить ряду известных астрономов, среди которых был и Н. Копер­ник. Но он ответил отказом, так как считал недостаточно развитой и точной теорию движения Солнца и Луны, которые и лежат в основе календаря. Однако это предложение стало для Н. Коперника одним из мотивов совершенствования геоцентрической теории.

Другая общественная потребность, стимулировавшая поиски новой теории планет, была связана с мореходной практикой. Новые, более точные таблицы движения небесных тел, прежде всего Луны и Солнца, требовались для вычисления положений Луны для данного места и момента времени. Определяя разницу во времени одного и того же положения Луны на небе — по таблицам и по часам, установ­ленным по Солнцу во время плавания, вычисляли долготу места на море. Долгое время это был единственный способ нахождения долго­ты во время длительных морских плаваний.

Совершенствование теории планетной системы стимулирова­лось также и нуждами все еще популярной тогда астрологии.

Существенно упростивший астрономические вычисления с помо­щью тригонометрии немецкий астроном и математик Региомонтан (его «Эфемериды» вышли в свет в 1474 г.) выдвинул идею о том, что в птолемеевской теории можно освободиться от эпициклов и дефе­рентов, если заменить описания пяти планет (исключая Землю), вращающихся вблизи Солнца по эпициклам и деферентам, эквивалентной системой планет, вращающихся вокруг Солнца по эксцентричес­ким окружностям. Это был прямой путь к созданию геогелиоцентри­ческой системы, от которой оставался лишь один шаг до «чистого» гелиоцентризма. К другим предпосылкам гелиоцентризма следует отнести, по мнению известного историка науки Т. Куна, «достиже­ния в химическом анализе «падающих камней», имевшие место в средневековье, возрождение в эпоху Ренессанса древнемистической неоплатонистской философии, которая учила, что Солнце — это образ бога, и атлантические путешествия, которые расширили тер­риториальный горизонт человека эпохи Ренессанса» *.

* Kuhn T. The Copernican Revolution: Planetary Astronomy in the Development of Western Thought. Cambridge, 1957. P. VIII.

Величайшим мыслителем, которому суждено было начать вели­кую революцию в астрономии, повлекшую за собой революцию во всем естествознании, был гениальный польский астроном Николай Коперник. Еще в конце XV в., после знакомства и глубокого изучения «Альмагеста», восхищение математическим гением Птолемея сменилось у Коперника сначала сомнениями в истинности этой теории, а затем и убеждением в существовании глубоких противоречий в гео­центризме. Он начал поиск других фундаментальных астрономичес­ких идей, изучал сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и философов, в том числе и первого гелиоцентриста Аристарха Самосского, и мыслителей, утверждав­ших подвижность Земли *.

* В древности кроме Аристарха Самосского негеоцентрические идеи высказы­вались пифагорейцами Филолаем (считавшим, что все планеты и Солнце враща­ются вокруг некоего «центрального огня»), Экфантом (учение о вращении Земли вокруг своей оси), Гераклидом Понтийским (в его учении Земля находилась в центре мира, вращалась вокруг своей оси, а Меркурий и Венера вращались вокруг Солнца) и др. Кроме того, в эпохи античности и средневековья в различных мистических, эзотерических учениях духовный центр мира (Единое, Благо, Логос, Абсолют и др.) олицетворялся с Солнцем как источником «духовного» света. Такое олицетворение получило название «духовного гелиоцентризма».

Коперник первым взглянул на весь тысячелетний опыт развития астрономии глазами человека эпохи Возрождения: смелого, уверенного, творческого, новатора. Предшественники Коперника не имели смелости отказаться от самого геоцентрического принципа и пыта­лись либо совершенствовать мелкие детали птолемеевской системы, либо обращаться к еще более древней схеме гомоцентрических сфер. Коперник сумел разорвать с этой тысячелетней консервативной аст­рономической традицией, преодолеть преклонение перед древними авторитетами. Он был движим идеей внутреннего единства и систем­ности астрономического знания, искал простоту и гармонию в при­роде, ключ к объяснению единой сущности многих, кажущихся раз­личными явлений. Результатом этих поисков и стала гелиоцентри­ческая система мира.

Между 1505—1507 гг. Коперник в «Малом комментарии» изложил принципиальные основы гелиоцентрической астрономии. Теорети­ческая обработка астрономических данных была завершена к 1530 г. Но только в 1543 г. увидело свет одно из величайших творений в истории человеческой мысли — «О вращениях небесных сфер», где изложена математическая теория сложных видимых движений Со­лнца, Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими матема­тическими таблицами и приложением каталога звезд.

В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого дви­жутся планеты, и среди них впервые зачисленная в ранг «подвижных звезд» Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находится сфера звезд. Его вывод о чудовищной удаленности этой сферы диктовался гелиоцентрическим принци­пом; только так мог Коперник согласовать его с видимым отсутствием у звезд смещений за счет движения самого наблюдателя вместе с Землей (т.е. отсутствием у них параллаксов).

Система Коперника была проще и точнее системы Птолемея, и ее сразу же использовали в практических целях. На ее основе составили «Прусские таблицы», уточнили длину тропического года и провели в 1582 г. давно назревшую реформу календаря — был введен новый, или григорианский, стиль*.

* Он был введен 5 октября (которое стало 15-м) 1582 г. по инициативе папы Григория XIII на основе проекта, предложенного Луиджи Лиллио.

Меньшая сложность теории Коперника и получавшаяся, но лишь на первых порах, большая точность вычислений положений планет по гелиоцентрическим таблицам были не самыми главными достоинствами его теории. Более того, теория Коперника при расчетах ока­залась не намного проще птолемеевской, а по точности предвычислений положений планет на длительный промежуток времени прак­тически не отличалась от нее. Несколько более высокая точность, дававшаяся на первых порах «Прусскими таблицами», объяснялась не только введением нового гелиоцентрического принципа, а и более развитым математическим аппаратом вычислений *. Но и «Прусские таблицы» также вскоре разошлись с данными наблюде­ний. Это даже охладило первоначальное восторженное отношение к теории Коперника у тех, кто ожидал от нее немедленного практичес­кого эффекта. Кроме того, с момента своего возникновения и до открытия Галилеем в 1616 г. фаз Венеры, т.е. более полувека, вообще отсутствовали прямые наблюдательные подтверждения движения планет вокруг Солнца, которые свидетельствовали бы об истинности гелиоцентрической системы. В чем же действительное достоинство, привлекательность и истинная сила теории Коперника? Почему она вызвала революционное преобразование всего естествознания?

* См.: Клайн М. Математика. Поиск истины. М., 1988. С. 84.

Любое новое всегда возникает на базе и в системе старого. Копер­ник в этом отношении не был исключением. Он разделял многие представления старой, аристотелевской космологии. Так, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным сфе­рой неподвижных звезд. Он не отступал от аристотелевской догмы, в соответствии с которой истинные движения небесных тел могут быть только равномерными и круговыми. В этом он был даже больший консерватор и приверженец аристотелизма, чем Птолемей, ко­торый ввел понятие экванта и допускал неравномерное движение центра эпицикла по деференту. Стремление восстановить аристоте­левские принципы движения небесных тел, нарушавшиеся в ходе развития геоцентрической системы, кстати сказать, и стало для Коперника одним из мотивов поисков иных, негеоцентрических похо­дов к описанию движений планет.

Но, в отличие от своих предшественников, Коперник пытался создать логически простую и стройную планетную теорию. В отсут­ствие простоты, стройности, системности Коперник увидел корен­ную несостоятельность теории Птолемея, в которой не было единого стержневого принципа, объясняющего системные закономерности в движениях планет. Н. Коперник писал:

«...Я ничем иным не был приведен к мысли придумать иной способ вычисления движений небесных тел, как только тем обстоятельством, что относительно исследований этих движений математики не согласны между собой. Начать с того, что движения Солнца и Луны столь мало им известны, что они не в состоянии даже доказать и определить продолжительность года. Затем, при определении движений не только этиx, но и других пяти блуждающих светил, они не употребляют ни одних и тех же одинаковых начал, ни одних и тех же предположений, ни известных доказательств... Даже главного — вида мироздания и известную симметрию между частями его — они не в состоянии вывести на основании этой теории» * .

* Коперник Н. О вращении небесных сфер. М., 1964. С. 12.

Коперник был уверен, что представление движений небесных тел как единой системы позволит определить реальные физические ха­рактеристики небесных тел, т.е. то, о чем в геоцентрической модели вовсе не было и речи. Поэтому свою теорию он рассматривал как теорию реального устройства Вселенной.

Возможность перехода к гелиоцентризму (подвижности Земли, обращающейся вокруг реального тела — неподвижного Солнца, рас­положенного в центре мира) Коперник совершенно справедливо усмотрел в представлении об относительном характере движения, известном еще древним грекам, но забытом в средние века. Неравно­мерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца Коперник, как и Птолемей, считал кажущимся эффектом. Но он представил этот эффект не как результат подбора и комбинации движений по условным вспомогательным окружностям, а как результат перемещения самого наблюдателя. Иначе говоря, этот, эффект объяснялся тем, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Допу­щение подвижности Земли было главным новым принципом в систе­ме Коперника.

Обоснование введения принципа гелиоцентризма Коперник ус­матривал в особой роли Солнца, отразившейся уже в птолемеевской схеме. В этой схеме планеты по свойствам их движений как бы разде­лялись Солнцем на две группы — нижние (ближе к Земле, чем Солнце) и верхние. Среди тех кругов, которые применялись для описания ви­димого движения планет, обязательно был один круг с годичным, как у Солнца, периодом движения по нему. Для верхних планет — это был первый, или главный эпицикл, для нижних — деферент. Кроме того, Меркурий и Венера (нижние планеты) вообще все время сопровожда­ли Солнце, совершая около него лишь колебательные движения.

Революционное значение гелиоцентрического принципа состоя­ло в том, что он представил движения всех планет как единую систе­му, объяснил многие ранее непонятные эффекты. Так, с помощью представления о годичном и суточном движениях Земли теория Ко­перника сразу же объяснила все главные особенности запутанных видимых движений планет (попятные движения, стояния, петли) и раскрыла причину суточного движения небосвода. Петлеобразные движения планет теперь объяснялись годичным движением Земли вокруг Солнца. В различии же размеров петель (и, следовательно, радиусов соответствующих эпициклов) Коперник правильно увидел отображение орбитального движения Земли: наблюдаемая с Земли планета должна описывать видимую петлю тем меньшую, чем дальше она от Земли. В системе Коперника впервые получила объяснение загадочная прежде последовательность размеров первых эпициклов у верхних планет, введенных Птолемеем. Размеры их оказались убы­вающими с удалением планеты от Земли. Движение по этим эпицик­лам, равно как и движение по деферентам для нижних планет, совер­шалось с одним периодом, равным периоду обращения Солнца во­круг Земли. Все эти годичные круги геоцентрической системы оказались излишними в системе Коперника.

Впервые получила объяснение смена времен года: Земля движет­ся вокруг Солнца, сохраняя неизменным в пространстве положение оси своего суточного вращения.

Более того, это глубокое объяснение видимых явлений позволило Копернику впервые в истории астрономии поставить вопрос об оп­ределении действительных расстояний планет от Солнца. Коперник понял, что этими расстояниями планет были величины, обратные радиусам первых эпициклов для внешних планет и совпадающие с радиусами деферентов — для внутренних *. Таким образом он получает весьма точные относительные расстояния планет от Солнца (в а.е.), (в скобках — современные данные):

Меркурий 0,375 (0,387) Марс 1.52 (1,52)

Венера 0,720 (0,723) Юпитер 5,21 (5,20)

Земля 1,000 (1,000) Сатурн 9,18 (9,54)

* Объявляя задачу определения расстояний до тел Солнечной системы нераз­решимой, Птолемей не догадывался, что на самом деле решение этой задачи уже содержалось в скрытом виде в его системе.

Теория Коперника логически стройная, четкая и простая. Она способна рационально объяснить то, что раньше либо не объясня­лось вовсе, либо объяснялось искусственно, связать в единое то, что ранее считалось совершенно различными явлениями. Это — ее несо­мненные достоинства; они свидетельствовали о истинности гелио­центризма. Наиболее проницательные мыслители поняли это сразу. И уже не столь важным было то, что Коперник отдал дань анти­чным и средневековым традициям: он принял круговые равномерные движения небесных тел, центральное положение Солнца во Bсeленной, конечность Вселенной, ограничивал мир единственной планетной системой. Допуская лишь круговые равномерные движения пo окружностям, Коперник отверг эквант — быть может, наиболее остроумную находку Птолемея. Этим он сделал даже некоторый принципиальный шаг назад. Коперник сохранил и эпициклы, и деференты. Принцип круговых равномерных движений вынудил его для достаточно точного описания движения планет сохранить свыше «трех десятков эпициклов (правда, всего 34 вместо почти 80 в геоцент­рической системе).

И тем не менее теория Коперника содержала в себе колоссальный творческий, мировоззренческий и теоретико-методологический потенциал. Ее историческое значение трудно переоценить.

· Она подорвала ядро (геоцентрическую систему) религиозно-феодального мировоззрения, основания старой (первой) научной картины мира.

· Она стала базой революционного становления нового научно­го мировоззрения, новой (второй) механистической картины мира.

· Она явилась одной из важнейших предпосылок революции в физике (так называемой ньютонианской революции) и созда­ния первой естественно-научной фундаментальной теории — классической механики.

· Она определила разработку новой, научной методологии по­знания природы. Схоластическая традиция исходила из того, что для познания сущности объекта нет необходимости деталь­но изучать внешнюю сторону объекта, сущность может непосредственно постигаться разумом. Коперник же впервые в истории познания на деле показал, что сущность может быть понята только после тщательного изучения явления, его зако­номерностей и противоречий; познание сущности всегда опос­редовано познанием явления, которое по своему содержанию может быть совершенно противоположным сущности.