Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев
Автор полагает, что это поучительная история и время мы тратим не зря.
Клавдий Птолемей был умнейшим человеком, блестящим математиком. Он разрабатывал свою систему не потому, что ему хотелось выдумать что-нибудь сложное. Факты, результаты наблюдений того времени, вынуждали его сделать вывод, что Земля неподвижна, а все остальное (деференты и эпициклы) являлось следствием этого утверждения. При этом Птолемей допускал, что в принципе Земля может двигаться вокруг Солнца и вращаться вокруг своей оси. Но факты, известные ему, говорили об обратном.
Что же это за факты?
Земля была, очевидно, огромной и тяжелой. Звезды казались огненными и (наверное), как огонь, легкими. Это был довод (правда, косвенный) в пользу того, чтобы разместить Землю в центре мира.
Птолемей знал о существовании центробежной силы. Он рассуждал так: если бы Земля вращалась, центробежная сила должна была бы отбрасывать все незакрепленные предметы с ее поверхности. В принципе он был прав: если бы масса Земли с ее тяготением была поменьше, а скорость вращения — побольше, так и было бы. И вес всех предметов на Земле действительно немного уменьшен благодаря ее вращению, сегодня мы это знаем благодаря опытам. Но во времена Птолемея еще не существовала физика в сегодняшнем понимании, не были известны формулы для закона тяготения и центробежной силы, и решить эту задачу он не мог.
Было у Птолемея еще одно замечательное рассуждение. Подбросьте камень, говорил он. Если Земля вращается, она повернется, пока камень в воздухе, и камень упадет в другом месте! Кроме того, если Земля вращается, мы бы видели, как облака и птицы уносятся в одну сторону, противоположную направлению вращения.
Птолемей не знал об эффекте инерции. Хотя в его времена был доступен простой эксперимент. Всадник, скачущий с постоянной скоростью, может подбрасывать и ловить камень, который вовсе не уносится назад, пока находится в воздухе: он движется в горизонтальном направлении по инерции, сохраняя скорость, которую ему придала скачущая лошадь, пока он был в руке всадника. Что касается облаков, то Птолемей считал, что все пространство Вселенной заполнено воздухом. В те времена сложно было предположить, что тонкая воздушная оболочка нашей планеты (атмосфера) вращается вместе с Землей, а между небесными телами царит безвоздушное пространство.
Повтор опыта Птолемея в 1804 году подтверждает вращение Земли.
У Птолемея был еще один довод. Давайте выкопаем глубокую яму, предлагал он, и уроним камень над ее серединой. Если Земля вращается, то, пока камень падает, Земля успеет повернуться, и камень упадет не посередине ямы, а ближе к одной из стенок. А если яма будет очень глубокой, камень должен налететь на стенку. Но ничего подобного не происходит. Не значит ли это, что никакого вращения Земли нет?..
Поразительно, что Птолемей и тут был прав. Другое дело, что любую задачу надо доводить до конкретных чисел: какой глубины должна быть яма, чтобы при данной скорости вращения Земли ожидаемый эффект был заметен? Спустя почти тысячу семьсот лет, в 1804 году, такой эксперимент поставил немецкий физик, астроном и геодезист Иоганн Бенценберг (1777–1846), бросая камень в глубокую шахту. Эффект был обнаружен: камень действительно налетал на стенку шахты, что могло быть только в том случае, если Земля вращается вокруг своей оси.
Ограниченные возможности наблюдений и экспериментов не позволили Птолемею доказать, что Земля вращается вокруг своей оси. Но тогда вступали в действие жесткие законы логики. Если Земля неподвижна, то должна вращаться вся грандиозная твердая небесная сфера радиусом в сто миллионов километров, совершая один оборот за звездные сутки. Представить такую чудовищно раскрученную конструкцию было сложно, но тут было всего два варианта: вращается либо Земля, либо небесная сфера. А опыты и наблюдения не подтверждали вращения Земли, как считал Птолемей.
Система Птолемея с ее деферентами и эпициклами оказалась невероятно сложной. Но она работала! С ее помощью можно было вычислить, например, на фоне какого созвездия та или иная планета будет наблюдаться через несколько месяцев или даже лет. Приходило время, и наблюдатель мог убедиться, что расчеты оказались правильными. Система, которая была совершенно неверна по сути, при этом давала верные результаты.
Более того, эта система была научной. В ее основе лежали не выдумки, догадки и умозрительные рассуждения, а жесткие логические выводы из результатов наблюдений. Этим она отличалась от предыдущих картин мира.
Замечательно, что сама наука, которая непрерывно проверяет сама себя, ставит новые опыты и совершенствует наблюдения, со временем доказала неверность системы Птолемея. Появились и доказательства движения Земли вокруг Солнца, и доказательства вращения Земли вокруг своей оси. Но это было гораздо позже. До этого времени система Птолемея использовалась в Европе как базовая система мира на протяжении почти пятнадцати веков.
3. Вселенная с центральным Солнцем
…Отбросив темный вздор бессчетных лжедогадок,
Там, среди хаоса, ты распознал порядок
И, высшее познав, не скрыл от нас того,
Что мы вращаемся вкруг Солнца своего!..
Андреас Грифиус, «К портрету Коперника»
Итак, из наблюдений, выполненных греками две тысячи лет назад, следовало, что в центре мира находится шарообразная неподвижная Земля. Неужели никто не думал иначе?
Были и такие. В их числе нужно назвать замечательного человека, жившего задолго до Птолемея. Его звали Аристарх (320–230 годы до нашей эры).
На берегу Средиземного моря в городе Александрии (основанном учеником Аристотеля Александром Македонским) в те времена существовал первый в истории человечества университет — Мусейон. Здесь жили ученые, поэты, философы, находившиеся на содержании государства. Здесь читались лекции, писались книги. Аристарх был преподавателем Мусейона. Как ученый он тоже занимался изучением устройства Вселенной.
Аристарх придумал способ, как определить, во сколько раз Солнце дальше Луны. То, что Луна ближе Солнца, было известно со времен Аристотеля (на самом деле еще раньше) — Аристотель объяснил солнечные затмения тем, что Луна может загородить Солнце, а значит, Солнце находится дальше. Аристарх, основываясь на соображениях Аристотеля (Луна — это шар, освещаемый Солнцем с одной стороны), предложил дождаться, когда на небе будет наблюдаться ровно половина лунного диска. Астрономы называют такую фазу Луны первой четвертью, если Солнце находится к западу от Луны, и последней четвертью, если Солнце — к востоку от нее. Но если освещена ровно половина шара Луны, это означает, что угол между направлением Луна — Солнце и направлением Луна — Земля — прямой. Построим треугольник, предлагал Аристарх, с вершинами на
