Суть и значение теории Николая Коперника

Кафедральный собор Успения Богородицы во Фромборке, в котором служил отец Николай, — одна из главных святынь польского католичества. Собор был окружён крепкой стеной с оборонительными башнями и мог, если надо, служить крепостью. Коперник выбрал для жилья не слишком уютное место — северо-западную башню соборной стены. На ее верхнем этаже он и устроил свой кабинет. Оттуда был выход на широкую крепостную стену с хорошим обзором. По ней можно было пройти к соседней башне, на которой была подходящая площадка для наблюдений другой части неба. Коперник собственноручно изготовил из дерева угломерные астрономические инструменты, подобные описанным в «Альмагесте». Среди них «трикветрум» — шарнирный треугольник, одна из планок которого наводилась на светило, а по другой велся отсчет, «гороскопий», или солнечный квадрант, — вертикальная плоскость с выступающим стерженьком в верхнем углу. Прибор устанавливался по линии север-юг и позволял по направлению полуденной тени в моменты солнцестояний судить о наклоне эклиптики к небесному экватору. Не менее важным инструментом была армиллярная сфера — вложенные друг в друга поворотные кольца, которые служили моделью небесных координат и давали возможность получать отсчёты по нужным направлениям.

Фромборк с точки зрения погодных условий и географического положения не был благоприятным местом для наблюдений, тем не менее Коперник много наблюдал, о чём можно судить по упоминаниям в его главном труде «О вращении небесных сфер».

Цель наблюдений Коперника заключалась не в открытии новых небесных явлений. Астрономы Средневековья занимались тем, что измеряли положения светил и сравнивали свои данные с результатами расчётов по схемам Птолемея. Многие поколения астрономов подправляли систему птолемеевых эпициклов, чтобы предсказывать положения планет более надёжно. В результате точность предсказаний оставляла желать лучшего, а Вселенная Птолемея усложнилась так, что было ясно — Бог не мог создать мир таким несуразным. В записи Коперника о наблюдении им Марса в противостоянии (по отношению к Солнцу) 5 июня 1512 г. сказано: «Марс превышает расчет больше чем на 2 градуса». Как и другие астрономы, он думал об улучшении расчетных схем.

Первоначально и Коперник стремился сделать модель Птолемея более стройной и простой. В простоте, был он уверен, кроется истина. Путь к упрощению подсказал сам Птолемей, на страницах «Альмагеста» отвергнувший вращение и обращение Земли вокруг Солнца. Но то, что было несуразно полторы тысячи лет назад, стало предметом раздумий Коперника.

Движение Земли просто объясняло многие явления: годовое движение Солнца по эклиптике, прецессию земной оси (если уподобить Землю покачивающемуся волчку), «привязанность» Меркурия и Венеры к Солнцу, необычайную яркость Марса во время его противостояний и, наконец, петлеобразное движение планет (мы наблюдаем движущиеся планеты с движущейся Земли).

Тогда Коперник «принял на себя труд прочитать книги всех философов, которые только мог достать, желая найти, не высказывал ли когда кто-нибудь мнения, что у мировых сфер существуют движения, отличные от тех, которые предполагают преподающие в математических школах…». И он нашел у Цицерона, что мнения о вращении Земли вокруг оси придерживались пифагорейцы Экфант и Гикет. Аристотель сообщал о ее орбитальном движении согласно воззрениям пифагорейца Филолая. Коперник, к сожалению, не знал гелиоцентрической системы Аристарха Самосского, поскольку рассказ Архимеда о ней был опубликован в Европе после его смерти. Авторитет античных ученых укрепил Коперника в желании довести до конца гелиоцентрическую теорию.

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». Рукописное сочинение появилось около 1515 г. оно не было опубликовано 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 XVI 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.

«О вращении небесных сфер».

В «Малом комментарии» Коперник не дает математических доказательств своей теории, замечая, что «они предназначены для более обширного сочинения». Это сочинение — «О вращении небесных сфер. Шесть книг» («De revolutionibns orbium coelestium») — издано в Регенсбурге, в 1543 г., оно разделено на шесть частей и печаталось под наблюдением лучшего и любимейшего ученика Коперника, Ретикуса. Автор имел отраду видеть и держать в руках это творение хоть на смертном одре.

В первой части говорится о шарообразности мира и Земли, а также изложены правила решения прямоугольных и сферических треугольников; во второй даются основания сферической астрономии и правила вычисления видимых положений звезд и планет на небесном своде. В третьей говорится о прецессии или предварении равноденствий, с объяснением ее попятным движением линии пересечения экватора с эклиптикой. В четвертой — о Луне, в пятой о планетах вообще, и в шестой — о причинах изменения широт планет.

Написание «главной книги жизни» заняло больше 20 лет упорного труда. Астроном считал, что разработка гипотезы должна быть непременно доведена до чисел, больше того — до таблиц, чтобы полученные с ее помощью данные можно было сравнить с действительными движениями светил.

В начале книги Коперник вслед за Птолемеем излагает основы действий с углами на плоскости и, главное, на сфере, относящиеся к сферической тригонометрии. Здесь учёный внес в эту науку много нового, выступив как незаурядный математик и вычислитель. Среди прочего Коперник приводит таблицу синусов (правда, это название не применяет) с шагом в десять угловых минут. Но, оказывается, это лишь выдержка из более обширных и точных таблиц, которые он вычислил для своих расчетов. Их шаг составляет одну угловую минуту, а точность — семь десятичных знаков! Для этих таблиц Копернику потребовалось вычислить 324 тыс. величин. Эта часть сочинения и подробные таблицы были позже изданы отдельной книгой.

Книга «О вращениях» содержит описания астрономических приборов, а также новый, более точный, чем у Птолемея, каталог неподвижных звезд. В ней разбирается видимое движение Солнца, Луны и планет. Поскольку Коперник использовал только круговые равномерные движения, ему пришлось потратить много сил на поиски таких соотношений размеров системы, которые бы описывали наблюдаемые движения светил. После всех усилий его гелиоцентрическая система оказалась ненамного точнее птолемеевской. Сделать точной ее удалось только Кеплеру и Ньютону.

Книга также была снабжена анонимным предисловием, которое, как установил позднее И. Кеплер, было написано лютеранским богословом Осиандером. Последний, желая завуалировать прямые противоречия между Библией и учением Коперника, пытался представить его только как «удивительную гипотезу», не связанную с действительностью, но упрощающую вычисления. Однако истинное значение системы Коперника не только для астрономии, но и для науки вообще, было вскоре широко понято.

Значение учения Коперника для развития науки безмерно велико: оно произвело настоящую революцию не только в астрономии, но и во всем человеческом мировоззрении. Действительно, со взглядом на строение Солнечной системы неразрывно связан вопрос о положении Земли, а с ней и человека во Вселенной. Следовательно, астрономия входит как существенный элемент в миропонимание, обнимающее как философские, так и религиозные вопросы.

До Коперника, почти в течение 15 веков, Земля считалась единственным неподвижным телом Вселенной, центральной и важнейшей частью мироздания; все религии считали, что небесные светила созданы для Земли и человечества. Согласно же учению Коперника Земля — рядовая планета, движущаяся вокруг Солнца вместе с другими, ей подобными, телами. Поскольку Земля лишилась своего центрального положения и стала такой же, как и все остальные наблюдавшиеся на небе планеты, утверждение церковников о противоположности «земного» и «небесного» потеряло смысл. Возникла новая идея — о единстве мира, о том, что «небо» и «земля» подчиняются одним и тем же законам. Человек перестал быть «венцом творения», а превратился в обитателя одной из планет Солнечной системы. Из учения Коперника следовал общий вывод о том, что видимость есть только одно из проявлений многогранной действительности, ее внешняя сторона, а истинный механизм явлений лежит гораздо глубже.

Учение Коперника заставило пересмотреть и другие отрасли естествознания, в частности, физику, и освободить науку от устаревших и схоластических традиций, тормозивших ее развитие. После Коперника исследование природы, по существу, освободилось от религии и развитие науки пошло гигантскими шагами. Ф. Энгельс писал: «Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости и как бы повторило лютеровское сожжение папской буллы, было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает своё летосчисление освобождение естествознания от теологии…» .

Новое научное мировоззрение завоевывало свои права в ожесточенной борьбе со старым мировоззрением, ярыми приверженцами которого были религиозные фанатики и реакционные ученые. Вначале все они отнеслись терпимо к учению Коперника, считая его систему мира лишь простой геометрической схемой, более удобной, чем система Птолемея, для вычисления положений светил на небе. Церковь не обратила внимания на философские следствия самой возможности постановки Земли в один ряд с другими планетами. Но уже к началу XVII в. религиозные круги хорошо поняли всю опасность для них учения Коперника и предприняли против него ожесточенное гонение. В 1616 году декретом инквизиции книга «О вращении небесных сфер» была внесена «впредь до исправления» в «Индекс запрещенных книг» и оставалась под запретом до 1832 года.