Геоцентрическая и гелиоцентрическая картина мира

Аристотель из Стагиры (384−322 гг. до н.э.) известен как разносторонний ученый, обладавший энциклопедическими знаниями. В трактате «О небе» он описывает свою физико-космологическую картину мира. Здесь мы видим, как астрономические взгляды на Вселенную тесно переплетаются с физическими и философскими взглядами.

Под Вселенной Аристотель понимал всю существующую материю, состоящую из 4-х обычных элементов: земли, воды, воздуха и огня, а также 5-го элемента — эфира, в отличие от других не имеющего ни легкости, ни тяжести.

Все телам присуще движение. Движение есть переход возможного в действительное (потенциального в актуальное). Но не всякая возможность переходит в действительность, а только такая возможность, которая соответствует конечной цели данной вещи (энтелехии). У каждой вещи, согласно Аристотелю, есть конечная, высшая цель, являющаяся законом для данной вещи. Мы можем не знать всех целей, но они обязательно есть. Аристотель — основоположник концепции о всеобщей целесообразности — телеологии. Движение вообще определяется через его дюнамис, энергию и энтелехию. Аристотель подчеркивал, что знание движения — ключ к познанию природы, ведь природа есть начало движения и изменения. Движение вечно, потому, что вечно время.

Вселенная — это конечная ограниченная сфера, за границами которой нет ничего материального.

Там нет и пространства, которое мыслится как место; это означает, что пространства без тел не бывает, следовательно, в природе нет пустоты. Аристотель отрицает пустоту на том основании, что ее признание влечет за собой массу трудностей для понимания Космоса. Многие философы считали необходимым допустить существование пустоты, раз есть движение (атомисты), с другой стороны, отрицание пустоты приводит к отрицанию движения (элеаты). Те и другие неправы: движение есть, но пустоты нет.

Согласно Аристотелю, пространство состоит из мест, занимаемых телами. Но что такое место? Бесконечное существует, потому что всякая граница предполагает выход за ее пределы и т. д. до бесконечности. В понятии границы тела он различает границу самого тела и границу объемлющего тела. Последняя и будет «местом». Поэтому место связано с движущимся телом, но оно с ним не перемещается. Если объемлющего тела нет, то вопрос о месте бессмыслен.

За пределами Вселенной не существует и времени. В каком смысле существует время? Парадоксально взаимоотношение времени и движения. Время не существует без движения, но оно не есть движение, потому что время равномерно, движения же неравномерны. Поэтому время — мера движения. Но парадокс в том, что само время измеряется движением, которое есть мера времени. Итак, время — мера движения, а движение — мера времени. Выход из этого парадокса в том, что мерой времени является не всякое движение, а движение небесной сферы. Это равномерное круговое движение есть «круг времени».

За пределами Вселенной помещался нематериальный, вечный, неподвижный, совершенный перводвигатель (божество), который сообщал миру, в частности и космическим телам, совершенное равномерное круговое движение.

Так как шарообразность Вселенной была видна невооруженным глазом в форме небосвода, в круговом суточном движении небесных светил (Солнца, Луны и др.), в наблюдении лунных затмений, когда круглая тень Земли наползала на диск Луны (что подтверждало и шарообразность нашей Земли), то в такой ограниченной Вселенной должен был существовать центр, как особая точка, равноудаленная от периферии. Таким образом, центральное положение Земли следовало из общих свойств Вселенной: самый тяжелый элемент — земля, составляющий в основном земной шар, не мог не быть всегда в центре мира. Менее тяжелым элементом, тяготеющим к земле, была вода, а легкими — огонь и воздух. В надлунном мире единственный элемент — эфир — находился в вечном круговом движении в мировом пространстве. Из эфира, согласно Аристотелю, состояли все небесные тела, идеальной сферической формы, скрепленные каждое со свое сферой, твердой и кристально-прозрачной, с которой они вместе двигались по небу. Точнее говоря, двигались сферы, а с ними и планеты. Движение небесных тел с востока на запад Аристотель считал естественным и наилучшим (природа всегда осуществляет наилучшую из возможностей). Аристотель выделял 8 сфер во Вселенной. Он считал, что для небесных тел естественным, совершенным, является именно круговое, вечное, равномерное движение, которое постулировалось как признак совершенства небесных тел. Все это соответствует концепции Аристотеля о том, что все тела стремятся к своему «естественному месту».

Неподвижность Земли в центре мира Аристотель просто постулировал, чтобы обосновать суточное вращение всего небосвода. Согласно ученому, Вселенная не возникла и принципиально неуничтожима, она вечна, поскольку единственна и объемлет всю возможную материю, ей не из чего возникнуть и не во что превратиться. Возникает и уничтожается не Космос, а его состояния.

Космическая система Аристотеля была теорией, опиравшейся на опыт, как его тогда понимали, то есть на полное доверие повседневным наблюдениям (видимые круговые движения планет, Солнца, Луны, закругленная линия горизонта на море и т. п.). Аристотель считал, что Земля свободно парит в пространстве, а не уходит корнями в бесконечность (Ксенофан), и не плавает на воде (Фалес). Но вместе с ошибочными представлениями своих предшественников Аристотель отбросил и правильные догадки пифагорейцев о вращении Земли вокруг свое воображаемой геометрической оси, так как это вращение не ощущалось в повседневном опыте.

Аристотель стремился очистить картину мира от донаучного мифологического элемента. Он резко критиковал древние учения, согласно которым небо и небесные тела, чтобы не упасть на Землю, должны опираться на плечи могучих героев — Атлантов.

Модель Вселенной Аристотеля можно назвать телеологической, опирающейся на высшие конечные цели и причины (перводвигатель, идеальные божественные круговые формы, наилучшая возможность и т. п.). Тем не менее, эта модель стала первым организующим фактором на пути дальнейшего развития науки. В ее рамках на протяжении 1,5 тыс. лет формировались конкретные научные представления. Будучи догматизированной в средневековой Европе и на арабском Востоке, картина мира Аристотеля дожила до 16 века.

Основоположником гелиоцентризма по праву считается Николай Коперник (1473−1543). Он сумел преодолеть преклонение перед авторитетами и догмой, в которую превратился геоцентризм. Итогом его длительных размышлений о порядке и красоте мироустройства стал трактат «О вращениях небесных сфер», увидевший свет в 1543 году, в год смерти самого ученого.

Революционная идея Коперника состояла в том, что в центре мира находится Солнце, вокруг которого движутся планеты, — и среди них Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от солнечной системы находится сфера звезд. Земля, таким образом, была низведена до ранга рядовой планеты, а видимые движения планет и звезд объяснялись суточным и годичным обращением Земли вокруг Солнца. Однако, как и у античных ученых, движения небесных тел оставались у Коперника равномерными и круговыми. Принять гелиоцентризм Копернику помогло представление об относительном характере движения, известное еще в античности.

В основе системы Коперника лежали два принципа:

• — допущение подвижности Земли
• — признание центрального положения Солнца в системе.

С помощью основных движений Земли — годичного и суточного — впервые получила объяснение смена времен года и смена дня и ночи.

Преимущество теории Коперника по сравнению с теорией Птолемея состояло в логической простоте, стройности и практической применимости. Коперник считал, что «природа не терпит лишнего» и стремится возможно меньшим числом причин обеспечить возможно большее число следствий.

Для того, чтобы как-то смягчить впечатление от своего нововведения, Коперник указывал на то, что размеры сферы звезд и удаленность ее от солнечной системы столь колоссальны, что вся солнечная система, вместе с подвижной теперь уже Землей, может практически рассматриваться как центр Вселенной, как единая точка.

Благодаря системе Коперника движение стало рассматриваться как естественное свойство небесных объектов, в том числе Земли. Движение всей Вселенной подчинялось общим закономерностям, единой механике.

Благодаря Копернику Земля более не противопоставлялась «божественным» планетам и звездам и приобрела равный с ними статус. Дело, начатое Коперником, было продолжено монахом одного из неаполитанских монастырей, итальянским ученым Джордано Бруно (1548−1600). На развитие его взглядов большое влияние оказала натурфилософия Николая Кузанского, в которой отрицалась возможность для любого тела быть центром Вселенной, поскольку Вселенная бесконечна, а бесконечность центра не имеет. Объединив философско-космологические взгляды Николая Кузанского и гелиоцентрические выводы Коперника, Бруно создает собственную естественно-философскую картину бесконечной Вселенной. Концепция Бруно изложена в его трудах «О причине, начале и едином», «О бесконечности, вселенной и мирах» и др.

Вслед за Кузанцем Бруно отрицал существование какого бы то ни было центра Вселенной. Он утверждал бесконечность Вселенной во времени и пространстве. Бруно писал о колоссальных различиях расстояний до разных звезд и сделал вывод, что соотношение их видимого блеска может быть обманчивым. Ученый утверждал изменяемость (эволюцию) небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними космическим веществом. Идею изменяемости он распространял и на Землю, утверждая, что поверхность нашей Земли изменяется за большие промежутки времени, в течение которых моря превращаются в континенты, а континенты — в моря.

Интересным и перспективным было и утверждение ученого об общности элементов, составляющих и Землю, и все другие небесные тела. В основе всех вещей лежит единая, неизменная, первичная материальная субстанция. Исходя из этого единства, Бруно предположил, что в бесконечно развивающейся Вселенной должно существовать и бесконечное число очагов разума, множество обитаемых миров.

За высказанные еретические идеи, противоречащие церковным догматам, Дж. Бруно был приговорен инквизицией к сожжению на костре, что и было приведено в исполнение в Риме в 1600 году.

Коперниканская революция повлекла за собой и революцию в механике, зачинателем которой был Галилео Галилей (1564−1642).

Механические процессы интересовали Галилея на протяжении всей его жизни. Он первый построил экспериментально-математическую науку о движении — динамику, законы которой вывел в результате обобщения поставленных им научных опытов.

Галилей предложил новую идею — движение по инерции. Ранее господствовало аристотелевское понимание движения, согласно которому тело движется благодаря внешнему на него воздействию, а когда последнее прекращается, тело останавливается. Галилей же предложил принцип инерции, согласно которому если на тело не производится внешнего воздействия, то оно либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения сколь угодно долго.

Галилей открыл законы свободного падения тел: независимость скорости такого падения от массы тела, определил, что путь, пройденный падающим телом, пропорционален квадрату времени падения.

Галилей построил теорию равномерно-ускоренного движения, открыл законы колебания маятника.

Он показал также, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и силы тяготения, есть парабола.

Метод исследования Галилея носит название экспериментально-теоретического. Суть его заключается в количественном анализе наблюдаемых частных явлений и постепенном мысленном приближении этих явлений к некоторым идеальным условиям, в которых законы, управляющие этими явлениями, могли бы проявиться в чистом виде.

Кроме открытия законов движения Галилей сделал и ряд астрономических открытий с помощью сконструированного им телескопа (на основе изобретенной в Голландии подзорной трубы). С него началась новая эра в наблюдательной астрономии. Он открыл существование огромного количества новых звезд на Млечном пути, установил, что звезды удалены от нас неизмеримо дальше планет, так как планеты в телескоп увеличивались и имели вид кружков, в то время как звезды при любом увеличении оставались точками; он увидел реальную поверхность Луны, которая оказалась не гладкой идеальной сферой, но была покрыта неровностями, горами, пропастями и обрывами (Галилей даже оценил высоту лунной горы в 7 км); он обнаружил на диске Солнца темные образования («пятна»), которые перемещались, что позволило Галилею утверждать, что и Солнце вращается вокруг своей оси; он открыл четыре спутника Юпитера, благодаря чему Земля перестала быть единственной планетой, имеющий спутник.

Всеми своими открытиями Галилей доказывал правоту гелиоцентрической системы Коперника. Симпатии Галилея гелиоцентризму нашли свое отражение в его работе «Диалог о двух системах мира — Птолемеевой и Коперниковой», которая привлекла внимание инквизиции. В 1633 году Галилей был вызван в Рим, где под угрозой применения пыток 69-летнего ученого заставили отречься от коперниканских «заблуждений». Лишь спустя 350 лет после смерти, в октябре 1992 года он был реабилитирован католической церковью: осуждение было признано ошибочным, а учение — правильным.