Что объясняет теория геоцентрической системы
Система мира Птолемея
Объяснение видимых движений планет и других небесных тел осложняется тем, что все эти движения наблюдаются нами с Земли, а ничто в наблюдениях небесных или земных явлений не указывает прямо и определенно на то, движется ли сама Земля или она неподвижна. Поэтому у древних астрономов были две точки зрения на этот вопрос:
Но допущение движения Земли слишком противоречило обычным впечатлениям и религиозным взглядам. Поэтому вторая точка зрения не могла получить подробного математического развития, и на долгое время в астрономии утвердилось мнение о неподвижности Земли.
Кто такой Птолемей?
Клавдий Птолемей – знаменитый александрийский астроном, математик и географ II века нашей эры, один из крупнейших ученых древности. В течении целого тысячелетия в области астрономии с Птолемеем никто не мог сравниться. Не сохранилось каких-либо упоминаний о его жизни и деятельности у историков этого периода. Также остались неизвестны даже примерные даты рождения и смерти Птолемея, также как и какие-либо факты его биографии.
Но благодаря своим трудам он остался в истории. К большой удаче современных историков, практически все его основные сочинения сохранились.
Собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона Птолемей изложил в своем труде «Великое построение», больше известном под названием «Альмагест» (до европейцев его труд донесли арабы, так звучит в переводе с греческого «мэгистос» — величайший) – труд из 13 книг.
В «Альмагест» изложена геоцентрическая система мира, согласно которой Земля находится в центре мироздания, а все небесные тела обращаются вокруг нее.
Геоцентрическая система мира Птолемея
В основе своей модели Птолемей использовал математические расчеты, сделанные Евдоксом Книдским, Гиппархом, Аполлонием Пергским и самим Птолемеем. Свои положения Птолемей подтверждал опытами. Других мнений и взглядов он не признавал.
Ключевые положения, на которых строится система Птолемея
Птолемей в своей работе отразил основные принципы движения светил, а также методы и расчеты, которыми пользовался для анализа процессов, происходящих в космосе (в границах, известных на то время).
Принцип движения светил
Каждая планета, согласно Птолемею, равномерно движется по кругу (эпициклу), центр которого движется по другому кругу (деференту). Это позволяет объяснить видимую неравномерность движения планет и в некоторой степени изменение их яркости.
Геоцентрическая система мира
Сама планета в системе Птолемея равномерно движется по эпициклу. С целью описать вновь открываемые неравномерности в движениях планет и Луны были введены новые дополнительные эпициклы — вторые, третьи и т.д. Планета располагалась на последнем. Теория Птолемея позволяла предвычислять сложные петлеобразные движения планет (их ускорения и замедления, стояния и попятные движения). На основе сформированных Птолемеем астрономических таблиц расположение планет можно было рассчитать с весьма высокой по тем временам точностью ( имелась погрешность менее 10′).
Кроме того, в рамках геоцентризма было необъяснимо, почему базовый период обращения по первому эпициклу для верхних планет был в точности равен году и почему Меркурий и Венера никогда не отходят далеко от Солнца, вращаясь вокруг Земли синхронно с ним.
Движение планеты по деференту у Птолемея представлялось равномерным не по отношению к центру деферента, а по отношению к особой точке, симметричной с центром Земли относительно центра деферента.
Таким образом, из основных свойств планетных движений, концепция которых была определена Птолемеем, можно выделить несколько очень важных закономерностей:
Звездный каталог
Птолемей дополнил звездный каталог Гиппарха; число звёзд в нем увеличено до 1022. Положения звёзд из каталога Гиппарха Птолемей, по-видимому, скорректировал, приняв для прецессии (прецессия — явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы) неточное значение 1˚ в столетие (правильное значение
Астрономические инструменты Птолемея
Здесь же описаны астрономические инструменты, которыми пользовался Птолемей:
Закат геоцентрического мировозрения
Система Птолемея не только объясняла видимые движения планет, но и позволяла вычислять их положения на будущее время с точностью, удовлетворявшей несовершенным наблюдениям невооруженным глазом. Поэтому, хотя и неверная в своей основе, она сначала не вызывала серьезных возражений, а впоследствии открытые возражения против нее жестоко подавлялись христианской церковью.
К началу XVI в. система Птолемея была настолько сложна, что не могла уже удовлетворить тем требованиям, которые предъявлялись к астрономии практической жизнью, в первую очередь мореплаванием.
По данным опроса, проведённого в 2011 году Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ), 32 % россиян полагают, что Солнце вращается вокруг Земли!
В ходе научной революции XVII века геоцентризм постепенно был оставлен учёными; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира.
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира
Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея и других астрономов, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном.
Интересно! По данным опроса, проведённого в 2011 году Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ), 32 % россиян полагают, что Солнце вращается вокруг Земли!
Видео
Геоцентрическая система мира
Геоцентрическая система мира (от др.-греч. Γῆ, Γαῖα — Земля) — представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды. Альтернативой геоцентризму является гелиоцентрическая система мира и множество современных космологических моделей Вселенной.
Содержание
Развитие геоцентризма
С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала какая-то опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). «Отец философии» Фалес Милетский в качестве этой опоры видел естественный объект — мировой океан. Анаксимандр Милетский предположил, что Вселенная является центрально-симметричной и в ней отсутствует какое-либо выделенное направление. Поэтому у находящейся в центре Космоса Земли отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не последовал за учителем, полагая, что Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Такого же мнения придерживался и Анаксагор. Точку зрения Анаксимандра разделяли пифагорейцы, Парменид и Птолемей. Не ясна позиция Демокрита: согласно разным свидетельствам, он последовал Анаксимандру или Анаксимену.
Анаксимандр считал Землю имеющей форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп считали Землю плоской, наподобие крышки стола. Принципиально новый шаг сделал Пифагор, который предположил, что Земля имеет форму шара. В этом ему последовали не только пифагорейцы, но также Парменид, Платон, Аристотель. Так возникла каноническая форма геоцентрической системы, впоследствии активно разрабатываемая древнегреческими астрономами: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси.
Что касается порядка следования светил, то Анаксимандр считал звёзды расположенными ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Анаксимен впервые предположил, что звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. В этом ему следовали все последующие учёные (за исключением Эмпедокла, поддержавшего Анаксимандра). Возникло мнение (впервые, вероятно, у Анаксимена или пифагорейцев), что чем больше период обращения светила по небесной сфере, тем оно выше. Таким образом, порядок расположения светил оказывался таким: Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звёзды. Сюда не включены Меркурий и Венера, потому что у греков были разногласия на их счёт: Аристотель и Платон помещали их сразу за Солнцем, Птолемей — между Луной и Солнцем. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики считали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры. Это мнение поддерживали эпикурейцы, его ярко изложил Лукреций в поэме «О природе вещей».
Обоснование геоцентризма
Древнегреческие учёные по-разному, однако, обосновывали центральное положение и неподвижность Земли. Анаксимандр, как уже указывалось, в качестве причины указывал сферическую симметрию Космоса. Его не поддерживал Аристотель, выдвигая контрдовод, приписанный впоследствии Буридану: в таком случае человек, находящийся в центре комнаты, в которой у стен находится еда, должен умереть с голоду (см. Буриданов осёл). Сам Аристотель обосновывал геоцентризм следующим образом: Земля является тяжёлым телом, а естественным местом для тяжёлых тел является центр Вселенной; как показывает опыт, все тяжёлые тела падают отвесно, а поскольку они движутся к центру мира, Земля находится в центре. Кроме того, орбитальное движение Земли (которое предполагал пифагореец Филолай) Аристотель отвергал на том основании, что оно должно приводить к параллактическому смещению звёзд, которое не наблюдается.
Ряд авторов приводит и другие эмпирические доводы. Плиний Старший в своей энциклопедии «Естественная история» обосновывает центральное положение Земли равенством дня и ночи во время равноденствий и тем, что во время равноденствия восход и заход наблюдается на одной и той же линии, а восход солнца в день летнего солнцестояния находится на той же линии, что и заход в день зимнего солнцестояния. С астрономической точки зрения, все эти доводы, конечно, являются недоразумением. Немногим лучше и доводы, приводимые Клеомедом в учебнике «Лекции по астрономии», где он обосновывает центральность Земли от противного. По его мнению, если бы Земля находилась к востоку от центра Вселенной, то тени на рассвете были бы короче, чем на закате, небесные тела при восходе казались бы больше, чем при заходе, а продолжительность от рассвета до полудня была бы меньше, чем от полудня до заката. Поскольку всего этого не наблюдается, Земля не может быть смещена к востоку от центра мира. Аналогично доказывается, что Земля не может быть смещена к западу. Далее, если бы Земля располагалась севернее или южнее центра, тени на восходе Солнца простирались бы в северном или южном направлении, соответственно. Более того, на рассвете в дни равноденствий тени направлены точно в направлении захода Солнца в эти дни, а на восходе в день летнего солнцестояния тени указывают на точку захода Солнца в день зимнего солнцестояния. Это также указывает на то, что Земля не смещена к северу или югу от центра. Если бы Земля была выше центра, то можно было бы наблюдать меньше половины небосвода, в том числе менее шести знаков зодиака; как следствие, ночь всегда была бы длиннее дня. Аналогично доказывается, что Земля не может быть расположена ниже центра мира. Таким образом, она может находиться только в центре. Примерно такие же доводы в пользу центральности Земли приводит и Птолемей в Альмагесте, книга I. Разумеется, доводы Клеомеда и Птолемея доказывают только, что Вселенная гораздо больше Земли, и поэтому также являются несостоятельными.
Птолемей пытается также обосновать и неподвижность Земли (Альмагест, книга I). Во-первых, если бы Земля смещалась от центра, то наблюдались бы только что описанные эффекты, а раз их нет, Земля всегда находится в центре. Другим доводом является вертикальность траекторий падающих тел. Отсутствие осевого вращения Земли Птолемей обосновывает следующим образом: если бы Земля вращалась, то «…все предметы, не опирающиеся на Землю, должны казаться совершающими такое же движение в обратном направлении; ни облака, ни другие летающие или парящие объекты никогда не будут видимы движущимися на восток, поскольку движение Земли к востоку будет всегда отбрасывать их, так что эти объекты будут казаться движущимися на запад, в обратном направлении». Несостоятельность этого довода стала ясна только после открытия основ механики.
Объяснение астрономических явлений с позиций геоцентризма
Наибольшей трудностью для древнегреческой астрономии являлось неравномерность движения небесных светил (особенно попятные движения планет), поскольку в пифагорейско-платоновской традиции (которой в значительной степени следовал и Аристотель), они считались божествами, которым надлежит совершать только равномерные движения. Для преодоления этой трудности создавались модели, в которых сложные видимые движения планет объяснялись как результат сложений нескольких равномерных движений по окружностям. Конкретным воплощением этого принципа являлись поддержанная Аристотелем теория гомоцентрических сфер Евдокса-Каллиппа и теория эпициклов Аполлония Пергского, Гиппарха и Птолемея. Впрочем, последний был вынужден частично отказаться от принципа равномерных движений, введя модель экванта.
Отказ от геоцентризма
В ходе научной революции XVII века выяснилось, геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном.
Геоцентризм и религия
Уже одна из первых идей, оппозиционных геоцентризму (гелиоцентрическая гипотеза Аристарха Самосского) привела к реакции со стороны представителей религиозной философии: стоик Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места «Очаг мира», имея в виду Землю; неизвестно, впрочем, увенчались ли старания Клеанфа успехом. В Средневековье, поскольку христианская церковь учила, что весь мир создан Богом ради человека (см. Антропоцентризм), геоцентризм также успешно адаптировался к христианству. Этому способствовало также буквальное прочтение Библии.
Интересные факты
Геоцентрическая система мира в античности
Кстати, судя по опросам, около 30% жителей современной Земли до сих пор считают, что Солнце крутится вокруг нее. И думают так не только жители беднейших африканских стран, но и вполне себе россияне и американцы. И это несмотря на то что астрономию изучают в старших классах средней школы.
Говоря кратко, если встать на равнине и посмотреть по сторонам, видно, что Земля плоская, а Солнце и Луна вращаются вокруг нее. Это такая очевидная картина мира, что ранним античным философам даже не приходило в голову ее оспаривать.
Все тела падают вниз, если не встречают препятствия, а вот Земля остается на месте. Очевидно, что падать ей что-то мешает. У древних греков были по этому поводу следующие теории в хронологическом порядке :
Пифагор первым предположил, что Земля имеет форму сферы. Обосновал эту идею Аристотель. Он заметил, что лунное затмение случается, если Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой: тень от Земли падает на полную Луну и скрывает ее сияние. Эта тень всегда круглая, а потому она может падать только от шара.
Земля в центре Вселенной
Аристотель заметил, что все тяжелые тела падают отвесно вниз. Он считал, что они стремятся к центру мира. Земля — самое тяжелое из тел. Поэтому она и находится в центре, это естественное мироустройство. Пифагорейцы считали, что Земля может двигаться по орбите, но Аристотель это отвергал. Он утверждал, что если бы Земля двигалась, то можно было увидеть Луну с разных сторон. Раз этого не происходит, планета неподвижна, а спутник движется. Надо заметить, что в этом он был прав. Но Аристотель не предполагал, что небесные тела могут двигаться вокруг разных астрономических объектов.
Из-за наклона земной оси место, где встает Солнце, в течение года смещается. Единственные дни, когда оно встает в одной и той же точке — это примерно неделя в середине зимы или лета. Время, которое называется солнцестоянием. Для Плиния Старшего это явление было доказательством центрального положения Земли.
Клеомед же опровергал все возможные сомнения в геоцентризме. Если бы Земля находилась к востоку от центра, то на восходе тени были короче, чем на закате, а это не так. А если бы она была сдвинута к северу или югу, тени простирались не строго по оси восток-запад, а смещались южнее или севернее. К сожалению, эта теория подразумевает, что существует некоторый центр Вселенной, вокруг которого движется Солнце, а это не так.
Тот же Клеомед опровергал и возможность сравнительного расположения Земли выше или ниже центра: если бы точка отсчета находилась там, тогда было видно больше или меньше половины небосвода соответственно. А раз всего это не происходит, то Земля находится точно в центре. Он не учитывал, что небосвод — это не купол, а звезды к нему не приколочены.
Птолемей приводил аналогичные доводы в пользу геоцентрической модели. Кроме того, он объяснял, почему Земля не вращается вокруг своей оси: при движении в автомобиле (или телеге, учитывая время жизни создателя теории) любые незакрепленные предметы скатываются назад. Это явление называется инерцией.
Философ считал, что с предметами на Земле происходило бы то же самое, если она вращалась, то облака не смогли двигаться на восток: их за долю секунды сносило назад. Этого не происходит, поэтому неподвижная планета находится в центре координат. Опровергнуть эту теорию смогли только в XIX веке, с открытием первого закона Ньютона. Если тело движется равномерно и прямолинейно, инерции не возникает.
Другие небесные тела
Преимущество геоцентрической системы в том, что она просто, понятно и, с точки зрения античных знаний, логично объясняет устройство Вселенной. Луна действительно вращается вокруг Земли, не падая на нее, а Солнце и другие звезды остаются на месте, поэтому кажутся тоже вращающимся по орбите.
Но вот когда дело доходит до планет, начинаются проблемы. Они вращаются вокруг Солнца, как и Земля, но делают это с разной скоростью, поэтому кажется, что планеты движутся петлями по странной траектории. В античной астрономии это называлось ретроградным движением.
Такое их поведение не могло не выпасть из стройной теории. Тем более, в античности планеты считались вечными богами, а им не пристало суетиться и бегать то вперед, то назад. Чтобы объяснить их движение, философ Аполлон Пергский разработал теорию эпицикликов. Чтобы ее объяснить, можно представить себе гончарный круг. В центре его стоит Земля, а недалеко от края находится небольшой циркуль. Круг вращается, а циркуль движется одновременно и вместе с ним, и сам по себе. Его стержень — это планета. Она то приближается к Земле, то отдаляется от нее.
Теория эпицикликов неверна с точки зрения астрономии, но она неплохо позволяла описывать и с высокой степенью точности предсказывать взаимодействие планет. Это представление продержалось до XVI века.
Астрономия в средние века
С концом античности, приходом христианства и падением Рима геоцентрическая теория подзабылась. Но ей на смену пришел не гелиоцентризм, а идея плоского мира. В VI веке нашей эры византийский купец Косьма Индикоплов выпустил книгу «Христианская топография». В ней мир описывался с идеалистической библейской точки зрения. Автор утверждал:
Эта теория полна аллегорий, и к реальной географии она имеет мало отношения. Вместо таблиц и математических расчетов она строится на представлениях об идеальном христианском мироустройстве. Так что уже через два века популярность книги пошла на спад.
К сожалению, византийские ученые не достигли уровня развития своих греческих предков. Теория геоцентризма была почти забыта и развивалась не в западном мире, а на исламском востоке.
Сочинения Аристотеля и Птолемея были переведены на арабский еще в VIII веке нашей эры. На многие годы, пока в Европе продолжались темные века, именно арабы стали хранителями античных знаний.
Исламские ученые внесли свой вклад в теорию геоцентризма. Они пытались определить, на каком расстоянии от Земли находятся небесные тела. Астроном Джафир ибн Афлах создал теорию, согласно которой ближе всего к Земле Луна, потом Солнце, а за ними идут звезды и планеты.
Математики Андалузии, которая в XIII веке принадлежала арабам, протестовали против теории эпициклов. Она противоречила идеям Аристотеля о том, что Земля находится в центре мира и является единственной точкой вращения Вселенной. Астрономы пытались доказать, что на самом деле планеты движутся по кругу, но не в той же плоскости, в которой находится Земля, а потому и кажется, что они совершают возвратные движения. К сожалению, эта теория противоречила всем наблюдениям и доказать ее не удалось.
В Европу теория геоцентризма вернулась только в эпоху Возрождения. Тогда астрономию по сочинениям древних греков начали изучать в университетах. Ученые того времени изучали возможность вращения Земли, но сочли, что это невозможно. К XV веку астрономия в Европе была столь же развита, как на востоке. И на это же время пришел ее закат.
Возникновение гелиоцентризма
В XVI веке польский астроном Николай Коперник предположил, что в планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Это открытие стало началом научной революции в мире познания. Впервые в истории ученые стали не пытаться подвести окружающий мир под собственные представления о нем, а наблюдать действительность, какой она есть. С гелиоцентризма начинается современная наука.
Противником Коперника был датчанин Тихо Браге. Он не принял гелиоцентризм в полном виде, но и полностью отказаться от него не смог, потому предложил гео-гелицентрическую систему: в центре мира находится Земля, вокруг нее вращаются Луна и Солнце, а остальные планеты движутся вокруг звезды.
Теории Браге и Коперника соперничали следующие десятилетия, пока гелиоцентризм не победил окончательно. Этому помогло и изобретение телескопа, и открытие закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном.
Конечно, геоцентрическая система мира в астрономии неверна с точки зрения современности, но это была первая попытка научно объяснить космические явления. Античной философии приходилось бороться со сказками и аллегориями, на этом фоне геоцентризм, при всем своем несовершенстве, выглядит вершиной научной мысли. Он заложил основы для всей современной астрономии.