Теория Николая Коперника

Теория Николая  Коперника

Через всю  яркую жизнь Коперника, начиная  со студенческих лет в Кракове  и до последних дней, проходит основная нить - великое дело утверждения  новой системы мира. Призванной заместить в корне неправильную геоцентрическую систему Птолемея.

 Первый  набросок своей теории Коперник  изложил в работе, которая известна  под русским названием, как  "Малый комментарий Николая  Коперника относительно установленных  им гипотез о небесных движениях". Эта книга не была опубликована  при жизни автора. В "Малом  комментарии" после краткого  предисловия, завершающегося упоминанием  о теории концентрических сфер  Евдекса и Каллиппа, а также  теории Птолемея, Николай Коперник  указывает на недостатки этих  теорий, вынуждающих его предложить  свою теорию.

 Эта новая  теория исходит из следующих  требований :

 Не существует  единого центра для всех небесных  орбит или сфер.

 Центр  Земли является не центром  мира, а лишь центром тяготения  и лунной орбиты.

 Все сферы  движутся вокруг Солнца, как вокруг  своего центра, вследствие чего  Солнце является центром всего  мира.

 Отношение  расстояния от Земли до Солнца  к высоте небесной тверди ( то есть к расстоянию до сферы неподвижных звезд) меньше отношения радиуса Земли к расстоянию от нее до Солнца, причем, расстояние от Земли до Солнца ничтожно мало по сравнению с высотой небесной тверди.

 Всякое  движение, замечаемое у небесной  тверди, связано не с каким-либо  движением самой тверди, а с  движением Земли. Земля же, вместе  с окружающими ее стихиями (воздухом  и водой) совершает в течение  суток полный оборот вокруг  своих неизменных полюсов, в  то время, как твердь небесная и расположенное на ней небо, остаются неподвижными.

 То, что  кажется нам движением Солнца, на самом деле связано с  движениями Земли и нашей сферы,  вместе с которой мы обращаемся  вокруг Солнца, как всякая другая  планета. Таким образом, Земля  обладает более чем одним движением.

 Кажущиеся  прямые и попятные движения  планет, обусловлены не их движениями, а движением Земли. Следовательно,  одного лишь движения самой  Земли достаточно для объяснения  многих кажущихся неравномерностей  на небе.

 В этих  семи тезисах четко намечены  контуры будущей гелиоцентрической  системы, сущность которой заключается  в том, что Земля одновременно  движется и вокруг своей оси  и вокруг Солнца.

 Формулируя  тезисы своей теории Николай Коперник пользуется понятиями астрономии начала 16 века. Так, в его тезисах речь идет о движении сфер, а не о движении планет. Ибо движение планет объяснялось тогда движением сфер, каждая из которых соответствовала определенной планете. Пятый тезис следует понимать как, что сфера неподвижных звезд не участвует в движении планетных сфер, а остается неподвижной. А в последнем тезисе речь идет о петлях описываемых планетами на небе вследствие движения Земли вокруг Солнца. В теории Коперника оказалось достаточно принять допущение о том, что мы наблюдаем за планетами с движущейся Земли, плоскость орбиты которой, почти совпадает с плоскостями орбит других планет. Такое допущение существенно упрощало объяснение петлеобразного движения планет по сравнению со сложной системой эпициклов и дифферентов в теории Птолемея. Необычайно важным был и четвертый тезис : никто до Коперника, а большинство астрономов и после его смерти, не смели приписывать Вселенной столь огромные размеры.

 Сформулировав  7 положений своей теории, Коперник  переходит к описанию последовательности  расположения небесных сфер ( планет). Затем Коперник останавливается на том, почему годовое движение Солнца на небе следует объяснять лишь движением Земли.

 Заканчивается  "Малый комментарий" следующим  утверждением :"Таким образом всего тридцати четырех кругов достаточно для объяснения устройства Вселенной и всего хоровода планет". Коперник необычайно гордился своим открытием, ибо видел в нем наиболее гармоничное решение проблемы, сохранявшее принцип, в силу которого все движения планет можно интерпретировать как сложения движений по окружности.

Теория гармонии мира Иогана Кеплера

 Во времена  жизни Иогана Кеплера (1571 –  1630 гг.) наука астрология не могла  существовать отдельно от астрономии. Астрология (греч звезда+учение) занималась  предсказанием судьбы человека  в зависимости от расположения  небесных светил Солнца, Луны  и планет. Астрология в течение  многих веков сопутствовала астрономии  и в определённой степени стимулировала  её развитие. Она также обеспечивала  материальную сторону астрономов, так как вера во влияние  расположения звёзд на небе  на земные события и надежда  узнать будущее побуждало людей  того времени имеющих власть  и богатство строить и содержать  обсерватории, оплачивать работу  астрономов.

 И. Кеплер  в начале своей карьеры вынужден  был, как и другие астрономы  составлять модные в то время  астрологические календари. Сам  он отзывался о своей работе  так: «Если я сочиняю календари  и альманахи, то это, без  сомнения, – прости мне, господи,  – великое рабство, но оно  в настоящее время необходимо…  Лучше издавать альманахи с  предсказаниями, чем просить милостыню.  Астрология – дочь астрономии, хоть и незаконная и разве  не естественно, чтобы дочь  кормила свою мать, которая иначе  могла бы умереть с голоду». 1

 Хотя утверждение  о том что Кеплер воспринимал астрологию как побочную науку и средство к заработку является правильным лишь на половину. Известно что он очень тщательно и детально составлял свой собственный гороскоп, а так же дважды переделывал гороскоп для известного полководца Валленштейна, личным астрологом которого был в 1628-1630 гг., предсказав в стране большую смуту на весну 1634 г., а самому Валленштейну смерть в этот же год. Позже прогноз Кеплера был использован Шиллером в его драме «Смерть Валленштейна». Предсказания Кеплера, как правило, были очень верны.

 Вера И.Кеплера  в астрономию покоилась «на  точке зрения абсолютной необходимости,  исключавшей из вселенной всякую  случайность, как нечто объективное.  В его представлении мир является  единым целым, очень тесно связанным  в своих частях: это – огромный  часовой механизм который бог  устроил и поддерживает на  основании неизменных, незыблемых  законов природы»2

 «Бог сотворил  мировые тела согласно определённому  числу. Но число есть акциденция  количества, т.е. я хочу сказать,  что числа существуют в мире. Ибо до мира не было числа,  кроме Троицы, Которая есть Сам Бог. Но если бы мир был сотворён согласно мере чисел, то это было бы всё же согласно мере количества. Но ни в линии, ни в поверхности нет чисел, но лишь бесконечность. Точно так же, что касается тел, то неправильных тел следует избегать, ибо речь идёт об основании наиболее упорядоченного творения. Итак, остаются шесть тел: сфера или, точнее сферическая поверхность и пять правильных многогранников. Сферическая форма подобает внешнему небу. Действительно, мир является двояким: движущимся и неподвижным. Один создан по образу божественной Сущности, рассматриваемой в Самой Себе, другой – по образу Бога как Творца… Окружность естественно соотносится с Богом, прямая линия – с творением. Но в сфере есть тройственность: поверхность , центр, интервал. То же самое в неподвижном мире: звёзды, Солнце и аура, или промежуточный эфир; а в Троице: Отец, Сын и Святой Дух»3

 Первый  успех Кеплеру принес составленный  им календарь, хотя последующая  в связи с выпуском этого  календаря реформа перехода на  новое времяисчисление нашла  множество противников из-за разногласий  между верующими единоверцами  и протестантами предпочитающими  «оставаться в разногласии с  Солнцем, чем в согласии с  Папой».

 Будучи  учеником Тихо Браге, Кеплер не разделял веру учителя в неподвижность Земли и сделался горячим сторонником учения Коперника. Как и сам Коперник, Кеплер обосновывал свое принятие гелиоцентризма не столько научными, сколько эстетическими и религиозными соображениями. Впрочем, Кеплер не разделял идей Николая Кузанского и Джордано Бруно о бесконечности Вселенной. Более того, Кеплер приводил против учения о бесконечности вселенной следующий аргумент: если бы число звезд было бесконечным, освещенность ночного неба была бы бесконечно большой, ибо в какую бы точку неба мы ни направили свой взор, он остановился бы на какой-нибудь звезде. Кеплер разделял также учение пифагорейцев о том, что в основе мира лежит гармония чисел

 Летом  1595 года Кеплер, как ему показалось, подошёл к большому открытию: он решил, что им обнаружены  важнейшие закономерности в строении  мира, установлена первопричина  взаимного расположения планет  Солнечной системы. Кеплер был  уверен в существовании мудрого  промысла божьего. Он считал, что  при сотворении мира бог должен  был исходить из простых числовых  свойств и соотношений, использовать  совершенные геометрические формулы.

 Первый вопрос, на который Кеплер решил для себя ответить был следующий: почему существует только шесть планет, (во времена Кеплера было известно только шесть планет Солнечной системы, наблюдаемых невооружённым глазом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн) а не двадцать или сто? Этот вопрос был связан ещё с одним решением обеспечения относительной величины расстояний между траекториями движения планет. Ответ на эти два вопроса потребовали от учёного многолетних исследований, которые привели к открытию законов движения планет.

 9 июля 1595 года после долгих и безрезультатных вычислений Кеплер, решая с учениками какую – то геометрическую задачу, начертил на классной доске равносторонний треугольник с вписанной в него и описанной около него окружностями. Внезапно его озарила мысль, которая явилась, по его мнению, ключом к разгадке тайны Вселенной. Прикинув отношение между радиусами окружностей, он заметил, что оно близко к отношению радиусов круговых орбит Сатурна и Юпитера, как они были вычислены Коперником. В дальнейшем ход рассуждений был таким: Сатурн и Юпитер первые планеты (считая по направлению к Солнцу) и тетраидер первый правильный многогранник в геометрии. Правильных многогранников (у которых все грани и двугранные углы равны между собой) в природе не так уж и много, а именно пять.

 

Тетраэдер (4 треугольные грани)

 

Куб или гексаэдр (6 граней квадратов)

 

Октаэдр (8 треугольных  граней)

 

Додекаэдр (12 пятиугольных граней)

 

Икосаэдр (20 треугольных  граней)

 Важным  свойством правильных многогранников  является существование для каждого  из них вписанного и описанного  шаров (сфер) таких, что поверхность  вписанного касается центра каждой  грани правильного многогранника,  а поверхность описанного шара  проходит через все его вершины.  Центры этих шаров совпадают  между собой и с центром  соответствующего многогранника.

 Сравнив количества правильных многогранников и количество межорбитных пространств ответ казалось, был найден, осталось только решить вопрос об относительных расстояниях между орбитами планет: в сферу, на которой расположена орбита Сатурна, вписан куб, в него вписана следующая сфера Марса, додекаэдр, сфера Земли, икосаэдр, сфера Венеры, октаэдр, сфера Меркурия, в центре всей системы Солнце.

Относительные расстояния до Солнца для шести планет Солнечной системы, полученные Коперником, Кеплером и современные усреднённые  значения.

Меркурий 

Венера 

Земля 

Марс 

Юпитер

Сатурн

По Копернику 0,379 0,719 1,000 1,520 5,219 9,173

По Кеплеру 0,419 0,762 1,000 1,440 5,261 9,163

Современные усреднённые величины 0,387 0,723 1,000 1,524 5,203 9,532

 

 По таблице  видно, что значения полученные  Кеплером сильно отличаются от  значений полученных Коперником, притом разница идёт в сторону  ухудшения точности, и это не  могло остаться незамеченным  у Кеплера, но он настолько  увлёкся своей гипотезой, что  это обстоятельство не сильно  его смущало.

 До 1595 года  Кеплер усиленно работал в следствие чего был написан труд, который он назвал “Prodromos disertautonem cosmographicum continens Mysterium“ «Предвестник космографических исследований, содержащий космографическую тайну». Эта книга вышла из печати в 1596 году в г. Тюбинге. Если отбросить ошибочность «рабочей гипотезы» этого труда, то в нем можно увидеть большое количество ценных мыслей и зародышей открытий которые и в настоящее время серьёзно обсуждаются теоретиками. (идея псевдокристалличности Солнечной системы)

 В 1599 г.  Кеплер начинает работать над  книгой, которую он задумал давно.  Это научное произведение о  мировой гармонии, он назовет  “Harmonices Mundi Libri V” «Пять книг гармонии Мира» (или «Мировая гармония»). Эта работа была напечатана в1619 г. и включала пять отдельных книг, которые назывались:

Правильные  фигуры, производящие гармонические  пропорции.

Конгруэнции гармонических фигур

Происхождение гармонических пропорций

Гармоническая конфигурация звёздных лучей на земле  и её воздействие на погоду, и  другие явления погоды.

Современнейшая  гармония в небесных движениях и  касающееся её происхождения эксцентриситетов.

 В этот  труд вошёл знаменитый третий  закон движения небесных тел,  использованный впоследствии Ньютоном  для обоснования закона всемирного  тяготения.

Прогрессивная идея этого закона говорила о том, что планеты движутся не по круговым, совершенным траекториям т.е. по окружностям, как считалось ранее, и как считал Галилей, а по эллипсам. К идее эллиптического движения планет вокруг Солнца Кеплер пришел в результате обработки астрономических наблюдений своего учителя Тихо Браге. Любопытно, что ни Галилей, ни Декарт не придали никакого значения открытию Кеплером законов движения планет. Итак, в центре мира, по Кеплеру, находится неподвижное Солнце, а границей мира является сфера звезд.

Открытие  гласило, что при движении по эллиптической  орбите радиус-вектор планеты за равные промежутки времени заметает равные площади; иными словами, по мере приближения  планеты к Солнцу, ее скорость возрастает, а по мере удаления – убывает, указав причину этого явления, сравнив  движение планеты с движением  маятника с нитью переменной длины.

Если нить колеблющегося маятника удлинить, то тотчас же его движение замедляется, и наоборот, если нить укоротить, то движение тотчас же сделается более  быстрым. Если теперь мы предположим, что  планета обращается вокруг Солнца, то нам нетрудно будет объяснить  уменьшение скорости планеты, ибо она  описывает круг тем большего радиуса, чем она дальше от Солнца, и по этой причине ее движение замедляется. Но, напротив, когда она приближается к Солнцу, она описывает круг меньшего радиуса и благодаря этому  движется быстрее