Геоцентрическая картина мира

Геоцентрическая картина мира

Введение

Гиппарх, александрийский  ученый, живший во 2 веке до н. э., и другие астрономы его времени уделяли  много внимания наблюдениям за движением  планет. Эти движения представлялись им крайне запутанными. В самом деле, направления движения планет по небу как бы описывают по небу петли. Эта  кажущаяся сложность в движении планет вызывается движением Земли  вокруг Солнца - ведь мы наблюдаем планеты  с Земли, которая сама движется. И  когда Земля " догоняет" другую планету, то кажется, что планета  как бы останавливается, а потом  движется назад. Но древние астрономы  думали, что планеты действительно  совершают такие сложные движения вокруг Земли.Во 2 веке н.э. александрийский астроном Птолемей выдвинул свою "систему мира". Он пытался объяснить устройство Вселенной с учетом видимой сложности движения планет. Считая Землю шарообразной, а размеры ее ничтожными по сравнению с расстоянием до планет и тем более звезд. Птолемей, однако, вслед за Аристотелем утверждал, что Земля - неподвижный центр Вселенной. Так как Птолемей считал Землю центром Вселенной, его система мира была названа геоцентрической. Вокруг земли по Птолемею, движутся ( в порядке удаленности от Земли) Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звезды. Но если движение Луны, Солнца, звезд круговое, то движение планет гораздо сложнее. Каждая из планет, по мнению Птолемея, движется не вокруг Земли, а вокруг некоторой точки. Точка эта в свою очередь движется по кругу, в центре которого находится Земля. Круг, описываемый планетой вокруг движущейся точки, Птолемей назвал эпициклом, а круг, по которому движется точка около Земли.

Развитие геоцентризма

Геоцентрическая система  мира (от _gr. 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.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). Первый древнегреческий философ 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 Земле отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, т.е. 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, однако, 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, 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 ученые по-разному, однако, обосновывали центральное положение  и неподвижность Земли. Анаксимандр, как уже указывалось, в качестве причины указывал сферическую симметрию  Космоса. Его не поддерживал Аристотель. Аристотель обосновывал геоцентризм  следующим образом: Земля является тяжёлым телом, а естественным местом для тяжёлых тел является центр  Вселенной; как показывает опыт, все  тяжелые 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. 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 с рассвета до полудня была бы меньше, чем от полудня до заката. Поскольку всего этого не наблюдается, Земля не может быть смещена к западу 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.

Система Птолемея

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».

Птолемей пытается также  обосновать и неподвижность Земли (Альмагест, книга I).

“Установив” Землю в  центре мира, Птолемей представил видимое  сложное и неравномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простых равномерных круговых движений.Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу - эпициклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит по окружности большого круга, названого деферентом (рис.1.). Для лучшего совпадения теории с данными наблюдений пришлось предположить, что центр деферента смещен по отношению к центру Земли. Но этого было недостаточно.

.

Птолемей был вынужден предположить, что движение центра эпицикла по деференту является равномерным ( т. е. его угловая скорость движения постоянна), если рассматривать это  движение не из центра деферента О и не из центра Земли Т, а с некоторой “выравнивающей точки” Е, названной позже эквантом (рис. 2.).

Комбинируя наблюдения с  расчетами, Птолемей методом последовательных приближений получил, что отношения - радиусов эпициклов к радиусам деферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что  для предвычисления положения планеты на небе не было необходимости знать расстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов и деферентов.

При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тот  факт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются  от эклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он “наклонил” плоскости деферентов к эклиптике  и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов. Для Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх и вниз с помощью небольших вертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то время особенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпициклов. Система мира Птолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентрической.

Рис.3  Геоцентрическая  система Птолемея

Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления  теории с наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим кругам. По Птолемею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние  планеты совершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике, т. е. за год. Поэтому радиусы эпициклов  этих планет, направленные к планетам, всегда параллельны направлению  с Земли на Солнце. У нижних планет - Меркурия и Венеры - период обращения  по эпициклу равен промежутку времени, а течении которого планета возвращается к исходной точке на небе. Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферента картина обратная. У Меркурия и Венеры они равны году. Поэтому центры их эпициклов всегда лежат на прямой, соединяющей солнце и Землю. Для внешних планет они определяются временем, в течении которого планета, описав полную окружность на небе, возвращается к тем же звездам. Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление о возможном движении Земли. Птолемей слишком переоценил роль центробежной силы. Он также придерживался ошибочного утверждения Аристотеля, что в поле тяжести тела падают со скоростями, пропорциональными их массам.

После высокого расцвета античной культуры на европейском континенте наступил период застоя и регресса. Этот мрачный промежуток времени  продолжительностью более тысячи лет  был назван средневековьем. Ему предшествовало превращение христианства в господствующую религию, при которой не было места  для высокоразвитой науки античной древности. В это время произошел  возврат к наиболее примитивным  представлениям о плоской Земле.

И лишь начиная с XI в. под  влиянием роста торговых сношений, с усилием в городах нового класса - буржуазии. Духовная жизнь  в Европе начала пробуждаться. Теперь уже нельзя было сомневаться в  том, что Земля имеет форму  шара, установленного в центре мира, и что вокруг него обращаются все  небесные светила. Система Птолемея стала как бы дополнением к  Аристотелю, помогающим проводить конкретные расчеты положений планет. Основные параметры своей модели мира Птолемей определил в высшей степени искусно и с высокой точностью. Со временем, однако, астрономы начали убеждаться в том, что между истинным положением планеты на небе и расчетным существуют расхождения. Так, в начале 12 века планета Марс оказалась на два градуса в стороне от того места, где ей надлежало быть по таблицам Птолемея. Чтобы объяснить все особенности движения планет на небе, приходилось вводить для каждой из них до десяти и более эпициклов со всё уменьшающимися радиусами. К 16 веку движение Солнца, Луны и пяти планет объяснялось с помощью более чем 80 кругов! Приходилось вводить новые эпициклы. В конечном итоге геоцентрическая система Птолемея, перегруженная эпициклами и эквантами, рухнула от собственной тяжести. 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.  Заключение

Трудно представить, чтобы  в природе совершались такие  запутанные движения, да еще вокруг воображаемых точек. Такое искусственное  построение потребовалось Птолемею для того чтобы, основываясь на ложном представлении о неподвижности  Земли, расположенной в центре Вселенной, объяснить видимую сложность  движения планет. Птолемей был блестящим  для своего времени математиком. Но он разделял взгляд Аристотеля, который считал, что Земля неподвижна и только она может быть центром Вселенной. Система мира Аристотеля-Птолемея казалась современникам правдоподобной. Она давала возможность заранее вычислять движение планет на будущее время - это было необходимо для ориентировки в пути во время путешествий и для календаря. Эту ложную систему признавали почти полторы тысячи лет. Также эту систему признавало Христианская религия. В основу своего миропонимания христианство положило библейскую легенду о сотворении мира Богом за шесть дней. По этой легенде Земля является "сосредоточием" Вселенной, а небесные светила созданы для того, чтобы освещать Землю и украшать небесный свод. Всякое отступление от этих взглядов христианство беспощадно преследовало. Система мира Аристотеля - Птолемея, ставившая Землю в центр мироздания, как нельзя лучше отвечала христианскому вероучению.

Таблицы, составленные Птолемеем, позволяли определить заранее положение  планет на небе. Но с течением времени  астрономы обнаружили расхождение  наблюдаемых положений планет с предвычисленными. На протяжении веков думали, что система мира Птолемея просто недостаточно совершенна и пытаясь усовершенствовать ее, вводили для каждой планеты новые и новые комбинации круговых движений.

Система Птоломея ничего общего с религией не имеет, а является математической моделью картины мира. Библия вообще ничего не сообщает о движении планет.