До Коперника основополагающей парадигмой в европейской науке была геоцентрическая система Птолемея, в которой Земля находилась в центре мироздания, вокруг нее на небесных сферах вращались планеты. В рамках системы Птолемея было невозможно определить расстояние между планетами. Но эта система хорошо описывала поведение планет. Некоторые из планет двигались, как ни странно, в противоположном направлении — иногда в одном, иногда в другом. Это объяснялось следующим образом. Есть окружность, так называемый эпицикл, по которому вращается планета. В свою очередь, центр этой окружности движется по другой окружности, которая называется дифферентом. Систему Птолемея можно было усложнять, добавляя эпицикл, чтобы повысить предсказательную точность положения планет. Система Птолемея могла бы описывать поведение планет с любой наперед заданной точностью. Достаточно было бы просто увеличить количество эпициклов и согласовать их вращение нужным образом.

Настал момент, когда пришел Коперник. Это не то, что просто взял и сказал: «Ребята, а вот смотрите, планеты двигаются по-другому!» Он в течение нескольких десятилетий занимался наблюдениями и обработкой данных, пытался описать движение планет другим образом. Это был тяжелый, кропотливый труд. Его система заключалась в том, что он поместил в центр мироздания Солнце, а планеты заставил двигаться вокруг Солнца по окружностям, тоже не зная никаких других способов описания.

В тот момент, когда система Коперника была создана, она хотя более красиво описывала наблюдаемые данные и более логично, но все равно она хуже, чем система Птолемея. В экспериментальном смысле в момент создания система Коперника по всем показателям уступала системе Птолемея. Тоже ему нужно было добавлять эпициклы, рассматривать дифференты. Более того, у него возникали всякие противоречия из-за того, что он не знал, что планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам. Хотя у этих планет маленький эксцентриситет, то есть эллипсы слабо отличаются от окружности, из-за очень большого радиуса орбиты оказывалось так, что эксцентриситет оказывался большой. Например, получалось, что центр орбиты Юпитера находится вне пределов Солнца. С одной стороны, он подходил к своей системе из эстетических соображений, а с другой стороны, она описывала ситуацию в совершенно парадоксальном ключе.

Рекомендуем по этой теме:
9954
Главы | Как все начиналось

Не то чтобы система Коперника была мгновенно не принята церковью. Даже папа римский приходил на рассказы Коперника на эту тему и благосклонно относился к этому. В это время проходила реформа календаря, стояла задача создания точных часов — хронометров, что было необходимо для путешествий кораблей по морю. Поэтому все эти планетарные вопросы стояли остро, не то чтобы сразу отторгались все возможности. Потом действительно под влиянием кардиналов следующие поколения священнослужителей уже отрицательно относились к системе Коперника. Но исходно она была принята нормально, хотя с экспериментальной точки зрения противоречила наблюдениям.

После Коперника основной вклад в эту систему внес Тихо Браге. Он пытался экспериментально доказать движение Земли. Он пытался показать, что если Земля движется по орбите, то ее положение здесь и здесь отражается на том, что мы видим разницу на небосводе. Угол взгляда на эту звезду и на эту звезду отсюда различается. Так как он не знал точного расстояния до звезд и ошибался в десятки раз, то и не увидел движения Земли. Просто представьте себе, что у вас треугольник, у которого одно плечо вот такое (это размер земной орбиты), а другое плечо до потолка. Ясное дело, что это почти две параллельных прямых, угол отклонения которых невооруженным глазом трудно отличить. Вот он и не отличил, поэтому пришел к убеждению, что Земля не движется, Коперник ошибается, и сделал комбинированную систему, в которой Земля покоится, вокруг нее вращается Солнце, а все остальные планеты вращаются вокруг Солнца.

Стажером у Тихо Браге был Кеплер, которому в наследство достались наблюдения Тихо Браге, на тот момент самые надежные. Он в течение нескольких десятилетий пытался угадать, по каким кривым движется планета. У него было много разных иллюзий вроде того, что небесные сферы укладываются в какие-то многогранники Платона и тому подобное. То есть он совершал много ошибок, в течение нескольких десятилетий занимался этим, и тут у него вдруг точки для Марса легли на эллипс. Для него это было шоком. Он опубликовал это, и ему никто не поверил. Несмотря на то, что Галилей и Кеплер придерживались одних и тех же взглядов на систему мира, что система Коперника верна, Галилей не поверил Кеплеру, что планеты движутся по эллипсам. Для него это был нонсенс.

Представьте себе жизнь Кеплера. Ему всю жизнь недоплачивали. Ему и Тихо Браге не вовремя выплачивал деньги, и лендлорды, на которых он работал, не выплачивали деньги. Когда он умер, у него были долги по зарплате — ему были должны. Всю жизнь он зарабатывал тем, что составлял астрологические прогнозы для князей и богатых людей. Он жил впроголодь, у него было много детей, его мать была под судом. Человек десятилетиями обрабатывает эти данные кропотливым трудом, еле сводя концы с концами, и ему никто не верит.

Рекомендуем по этой теме:
16351
FAQ: Квантовая гравитация

Дело в том, что тот закон, который мы знаем как первый закон Ньютона, был придуман Галилеем для объяснения в качестве аргументов в споре с людьми, которые отказывались признавать систему Коперника. Люди в ответ говорили: «Как так может быть, что Земля движется, а мы этого не чувствуем? Мы бы слетали с нее, падали». Галилей замечал, что Земля движется по инерции, а инерциальное движение мы не чувствуем. Представьте себе, что корабль плывет с постоянной скоростью. На него никакая сила не действует, мы не чувствуем этого движения. А если рядом стоит другой корабль и мы не видим горизонта и мимо этого корабля движемся, то мы можем перепутать, движемся ли мы относительно этого корабля или этот корабль движется относительно нас. Соответственно, и Земля движется по инерции. А инерция может двигаться только по идеальной кривой. А идеальная кривая — это окружность. Можно накладывать одно идеальное инерциальное движение на другое. Таким образом появляются эпициклы — наложение одного кругового движения на другое.

Галилей тоже описывал движение планет при помощи эпициклов. Никакого эллиптического движения он не мог признать. Он не знал, что между планетами и между Солнцем и планетами есть гравитационные силы. Он не признал результатов Кеплера. Смотрите, сколько противоречий было в создании этой системы мира, но в конечном итоге она восторжествовала.

В чем преимущество системы Коперника по сравнению с системой Птолемея? На самом деле преимущество следующее. Во-первых, в системе Коперника можно сразу в единицах оценить расстояние между планетами, что он и сделал. Во-вторых, в основе системы Коперника лежит фундаментальный закон, который описывает не только движение планет, но и звезд, и падение камня на землю, и яблока на голову человека. В этом основное преимущество системы Коперника. А так на самом деле можно плодить эти эпициклы в системе Птолемея и все отлично описывать.

Если призадуматься, то развитие современной науки идет по увеличению эпициклов. Мы сначала «ищем эпициклы», а потом задумываемся и придумываем нечто более фундаментальное, из которого следуют соответствующие законы движения.

Как возникло объяснение законов Кеплера? Оказывается, документально известно, что в какой-то момент в XVII веке в баре в Лондоне сидели три человека — Галлей, Рен (архитектор, который построил Собор Святого Павла в Лондоне), Гук, который известен по закону Гука. Сидели они в баре и поспорили, можно ли вывести законы Кеплера из закона обратных квадратов. Галлей, зная Ньютона, будучи его учеником, обратился к нему с просьбой объяснить законы Кеплера. Ньютон отказался этим заняться в тот момент, потому что его интересовали другие вещи, например алхимия и так далее, однако под давлением Галлея вернулся к этому. У него было много споров с Гуком. Он вывел эти законы математически из первых принципов, из закона обратных квадратов, и система Коперника в конечном итоге восторжествовала.