L5. Система Коперника и формирование естествознание Нового Времени
НЕПРОВЕРЕННЫЙ КОНСПЕКТ
Для Вашего удобства конспект был написан во время лекции, доработан после неё и опубликован в максимально короткие сроки. Лектором курса конспект ещё не проверялся. Возможны ошибки, неточности. В дальнейшем конспект планируется дополнить и исправить.
На следующей неделе будет контрольная работа!
Николай Коперник
Родился в городе Торм, Пруссия. Его дядя был епископом, он постарался дать возможность племяннику получить хорошее образование. Коперник увлёкся астрономией в Краковском университете, затем продолжил обучение в Италии. Он поступает в Бомонский университет, где изучает греческий язык. Там, в этот период, работают известные математики: Лука Пачолли, Дель Ферро. Коперник знакомится с Наварли, который обращает его внимание на несоответствие системы Птолемея с реальными наблюдениями обращения Луны вокруг Земли. Коперник задумывается о реформе астрономии.
Дядя желает, чтобы Коперник получил полезное образование, поэтому тот изучает медицину, продолжает углубленное изучение греческого и каноническое право. Затем он в Феррари получает степень доктора, что было важно для его последующей карьеры. Но Коперник любит астрономию, и она становится его последующим увлечением до конца жизни.
Коперник возвращается в Пруссию и работает у дяди. Большую часть жизни Коперник посвятил административной деятельности. Коперник организовывает оборону городов во время войн, в которых участвовала Пруссия, занимается реформами финансов. Но все знают Коперника, как автора новой астрономической системы.
Первые идеи о новой астрономической системе родились у Коперника в 1815 году в небольшой статье "Малый комментарий относительно гипотез, установленных о небесных движениях". Здесь Коперник показывает, что его не устраивает в системе Птолемея.
С точки зрения соответствия наблюдаемого положения небесных тел система Птолемея вполне устраивала. Копернику не нравится то, что эта система не соответствует основным античным аксиомам астрономии: движение должно быть равномерным и по окружности. С точки зрения Коперника планеты двигаются не вокруг Земли и не равномерно и лишь иногда (квантованно) — по окружности. Коперник поставил себе задачу разработать новую систему, которая бы устраняла эти "костыли".
Но основные труды Коперника, итог его работы, как астронома, изложены в его сочинении "О вращении небесных сфер", которое вышло в свет уже после его смерти в 1843 году. Сам труд был написан ещё в 1936. Учение понравилось многим, труд Коперника попросили прислать в Рим, где этот труд тоже встречает одобрение.
Период Ренессанса — период увлечения греческой культурой и наукой. Греки во многих семьях были учителями.
Но затем у Коперника появился ученик Георг фон Лаухен, известный как Рэтик. Он узнал об учении Коперника, специально поехал к нему из Виттенберга, став его пламенным последователем, и загорелся желанием опубликовать его труд. Но возникают проблемы: виттенбергский профессор Йоганн Шоннен заподозрил Коперника в плагиата Региа Монтана, поэтому разрешил опубликовать только побочную математическую часть учения. В Виттенберге это событие бросило тень на репутацию Коперника.
Рэтик кое-как договорился с Осиандром, чтобы издать труд Коперника. Но Осиандр, как богослов, видит проблемы, которые могут возникнуть при чтении физиками труда Коперника. Он предлагает переписать предисловие так, чтобы труд представлялся не как модель устройство мира, а как просто удобная математическая гипотеза для улучшения астрономических вычислений. Коперник постарался отстоять введение, послав ответное письмо со страницами посвящения труда Осиандру и пояснительной запиской, почему стоит использовать именно его введение, однако Осиандр его проигнорировал и заменил вступление на своё, опубликовав книгу Коперника.
Главные вклад Коперника: прежние астрономы не могли передать настоящии пропорции космического мира. Особенностью системы Птолемея было то, что из неё нельзя было определить, в каком порядке расположены планеты, хотя их расположения давались хорошо. Система Птолемея базировалась на отношении радиуса эпицикла планеты к радиусу Дифферента. Они оперировали угловыми координатами, позволяя определять только угловые положения планет, но не расстояния до них.
Коперник недоумевает: если Бог создал Вселенную, он не мог построить мир на основе случайностей, которыми оперировал Птолемей. Он стал пересматривать учения древних астрономов. Он нашёл в них разные идеи, в том числе и идею гелиоцентризма. Правда эта идея высказывалась не Аристархом, а его предшественником Филалаем.
Коперник пришёл к выводу, что если допустить движение Земли и других планет вокруг Солнца, то всё выстраивается в стройный логический ряд. Все характеристики движения планет будут связаны так, что нельзя будет ничего переставить. Копернику удалось построить новую астрономическую систему с новой системой отсчёта. Но в построении своей книги он следует Птолемею, даже по структуре, и многое у него берёт.
Преимущества системы Коперника
1. RT симметрия
Пропорциональная зависимость между радиусом орбиты и периодом. Чем дальше платена находится от Солнца, тем больше её период обращения.
2. Проблема Венеры и Меркурия
Известная проблема, что центры эпициклов Венеры и Меркурия совпаадют с положением Солнца и никогда они не уходят от Солнца слишком далеко. Почему так? Птолемей не давал ответа.
Коперник ответил, что орбиты Венеры и Меркурия находятся ниже орбиты Земли, поэтому эти планеты будут отклоняться от Солнца (по угловому расстоянию) всегда меньше, чем Земля и планеты на более высоких орбитах.
3. Движение планет действительно по окружностям
Птолемей использовал эпициклы, поэтому планеты двигались очень странным образом, далеко не по окружностям.
Коперник свёл систему к простому циклическому движению по круговым орбитам и с равномерной скоростью. Коперник отказался и от кванта. Но для этого пришлось прибегнуть снова к эпициклам.
Критика системы Коперника
Из-за наличия, опять же, своих костылей, система Коперника была не точнее и не проще системы Птолемея. Главный её изъян: Система Коперника давала кинематику без динамики. Коперник предлагал некое объяснение, но оно выглядело неубедительно в глазах современников. Он использовал теорию Импэтуса и пояснял, что планета вращается вокруг Солнца, потому что она — круглая. Но это звучало абсурдно для физиков того времени: все тяжёлые тела стремятся к своему естественному месту. Как это отдельные части Земли движутся по прямой, а некоторые — по вращательному движению? Это неестественно для больших тел.
Систему Коперника изучали, как интересную, но не физическую модель. Которая позволяет избавиться от кванта и решить много разных проблем, но некорректна с точки зрения физики.
У Коперника появились последователи. В то время знаменитый датский астроном Тихо Браге, всю жизнь посвятивший астрономии, имеющий лучшую обсерваторию, в течение десятилетий проводивший наблюдения, сразу обратил внимание: попытка Коперника представить Землю движущейся, противоречит физике Аристотеля. Как это Земля движется? Почему это для неё естественно?
Из системы Коперника вытекало то, что Марс, оказывается, к нам ближе, чем Солнце. По Птолемею Марс находился за Солнцем. Браге провёл измерения и пришёл к выводу, что в гипотезе Коперника между Марсом и Землёй наблюдался бы параллакс масс. Но он не нашёл его. Поэтому Браге посчитал систему Коперника ошибочной. Но прошло два года, когда Браге обнаружил, что нужно скорректировать свои расчёты, учтя рефракцию лучей в атмосфере Земли. После учёта ошибок, расчёты сошлись с системой Коперника.
Но что делать с отсутствием звёздного параллакса? Браге рассчитал, какое расстояние должно быть для отсустствия звёздного параллакса в системе Коперника — и оно его ужаснуло. Настолько оно было огромным.
Брагге пришёл к необычному выводу: будет гелио-геоцентрическая модель. Планеты двигаются вокруг Солнца, а Солнце вращается вокруг Земли.
Однако давайте посмотрим на другого, более важного для астрономии представителя того времени.
Галилео Галилей
Получил образование и место доцента в Пизанском унверситете. Там же пишет своё первое произведение "de Motum", "о движении". Там выдвигались гипотезы для ответов на вопросы: почему тела ускоряются при падении?
Галилей, опираясь на своих предшественников, выдвигает предположение, что основное отличие планет друг от друга — это тяжесть. Основной принцип, почему одни тела двигаются вокруг других, основывается на их тяжести. В своей работе "de Motum" фактически разрушается теория Аристотеля о естественном движении тел. Здесь уже вырисовывается идея гомогенности пространства
Галилей пытается математически вычислить закон падения. В результате двух совершённых подряд ошибок, он получает правильный результат, что скорость пропорциональна квадрату времени.
В этой же работе Галилей выдвигает идею круговой инерции. Здесь Галилей действует, прежде всего, как математик. Он говорит:
Если тело получает некий импэтус, то, двигаясь в противоположном направлении к своему естественному месту, она уменьшает свой импэтус. Если она двигается от своего естественного места, импэтус увеличивается. Но если удалить тела на какое-то бесконечно-большое расстояние от центра и придать ему малый импэтус, то этот импэтус практически не расходуется, поэтому так сильно удалённые друг от друга планеты вращаются по окружности, а не падают на Солнце.
Мы видим здесь некую математическую идеализацию.
Джордано Бруно наткнулся на труд Коперника в монастырской библиотеке. Джордано Бруно принял систему Коперника не как учёный, а с некоторых философских позиций. С точки зрения многих античных авторов Солнце представляло собой некое божество, Бруно хотел возвратить эту герметическую, почти оккультную, традицию.
И Галилея, и Бруно привлекает в системе Коперника геометрическая красота.
Обнаружение пятен на Солнце
Галилей позволил решить эту проблему. Нужно было доказать, что пятна — не абберации телескопа, не побочный эффект от линз, а они на самом деле есть на Солнце.
Спутники Юпитера
Юпитер — оказывается, тоже центр для вращения своих спутников. Значит, центром может быть не только Земля. И они подчинаются RT-симметрии.
Открытие фаз Венеры
Открыты фазы Венеры.
Критика
Галилей начал в своих работах аппелировать к Священному Писанию. На него посыпалась критика: Галилей влезает в богословие, в область, где он некомпетентен. Физики-иезуиты, последователи Аристотеля, говорили, что система Коперника и Галилея — абсурдна.
Галилей выдвигает свою точку зрения на видение науки и религии.
Священное писание, конечно, не может заблуждаться. Но могут заблуждаться его толкователи. И многое сказанное там — иносказательно, метафорично. Ествественно-научные вопросы для Священного Писания не особо важны. Оно писалось на основе опыта людей того времени, поэтому нельзя высказывания людей того времени на основе их устаревших мировоззрений считать мерилом Истины. Относительно природы споров быть не может: природа неизменна, она не нарушает собственных законов. Тут не может быть разных толкований. Чувства и умозаключения обязательно приведут к Истине. Бог для того и дал нам разум и чувства, чтобы мы познали Природу.
Поскольку две истины не могут противоречить друг другу, то когда мы сталкиваемся с несоответствием вещей из Писания с реальным опытом и наблюдением, мы должны дать правильное толкование Писания, а не отвергать Истину.
Галилей говорит, что опыт и умозаключения дают правильный результат, это встречает вопрос: а разве Аристотель не говорил, что опыт — это основа знаний? Тут Галилей делает ошибку: человеку свойственно ошибаться.
Галилей и сам совершал ошибки: он не учёл в своей теории приливы и отливы, он не учёл изменчивость и динамичность научных знаний. Галилей считал же, что научные знания "высечены в камне".
В 1623 году два важных события происходят в жизни Коперника
На папский престол восходит почитатель Галилея: кардинал Барберрини. Галилей перестаёт бояться и начинает работать над своей основной книгой.
У Галилея встречается в его работе платонизм: свойства вещей выражаются их математическими характеристиками.
Лозунг математического естествознания произнесён Галилеем: Природа говорит языком математики. Галилей начал ставить эксперименты, доказывающие, что то, что верно математически, верно и физически. По его мнению, материя может быть идеальной, ведь она создана Богом. Поэтому в мире Природы всё может подчиняться математическим законам, поэтому эксперименты будут это доказывать.
Галилей и Коперник посещают папу, но тому не до этого — война в самом разгаре. Тем не менее, в 1632 году Галилей печатает свой диалог. Три персонажа: Сальвиатти (сторонник Галилея), Симпличио (простак, последователь Аристотеля) и Сагредо (нейтральный персонаж, точка зрения зрителя) разговаривают между собой, каждый день оспаривая разные аргументы естествознания. На четвёртый день был самый "разносящий" аргумент: идея приливов и отливов, доказывающий работу системы Галилея.
Итог был ироничным. Недруги Галилея представили Папе диалог, сказав, что Симпличио — это он. Это сформировало предвзятое отношение Папы к Галилею. Ему в обвинение поставили, что он начал пропагандировать, хотя обещал, что не будет этого делать. Также он неверно трактовал Священное Писание. И Галилей отрёкся от своей идеи, так как не хотел терять связь с церковью. Только в конце жизни он пишет свой последний труд по механике, где описывает теорию движения, формулы движения маятника, начала сопромата.
Итоги трудов Галилея для истории естествознания
Математизация физики
Выдвижение эксперимента, как метода доказательства того, что математическая конструкция и наблюдаемое соответствуют друг другу
Метод идеализации
Физика должна ответить не на вопрос почему, а на вопрос как. Надо найти закон движения, а не объяснить причину этого движения
Изменяется взгляд на материю: она может быть точной, подчинаться математическим закономерностям
Толчок в развитии экспериментальной физики
Использование бесконечно-малых величин в своих расчётах, это привело к их использовании в математическом анализе
Минусы системы Галилея
Остаётся на принципах античной астрономии:
Круговые движения
Нет обоснования, почему Земля движется
Нет системности
Last updated
