Астрономические приборы и механические часы как посредники между сферами науки и ремесла

Оглавление:

Введение

Наука — это бесконечный поход в поисках неизвестного, неустанное проникновение в непознаваемое, неукротимое стремление познать мир, в котором мы живем. Наука унесла людей далеко, в самые дикие уголки Земли и даже на Луну. С помощью телескопа, микроскопа и других научных инструментов наука дала нам возможность заглянуть в глубины космоса и мир галактик, в светящиеся недра Земли, которая лежит на многие мили под нашими ногами, в вечное движение молекул, атомов, в совершенную модель кристаллов и льда толщиной с динозавра, в мир простейших живых существ и тайны жизни на Земле, в удивительный мир живой клетки с ее саморегуляцией и внутренней схемой.

Самым важным из открытий, сделанных человеком, является осознание того, что природу можно изучать научно.

Считается, что наука зародилась в Древней Греции, хотя китайцы сделали ряд важных открытий, особенно в астрономии, раньше греков и независимо от них. При римлянах наука в Европе пришла в упадок, но арабы в Северной Африке сохранили знания, накопленные их предшественниками. Только в эпоху Возрождения в Европе возродился дух открытий, и человек обратился к сокровищнице древнегреческих и латинских текстов. Но в гораздо большей степени, чем любое другое событие, возникновению новой науки способствовала публикация книги Николая Коперника «Об инверсии небесных сфер» (1534). Коперник заложил основы нового научного метода, продемонстрировав строгость и простоту объяснений, показав относительность положений и скоростей тел, а также неразличимость местоположения человечества — Земли — во Вселенной. Эти принципы до сих пор лежат в основе научного познания мира.

Гелиоцентризм в Древней Греции

Еще в древности было замечено, что Луна, как и Солнце, движется достаточно быстро по отношению к звездам, а значит, имеет собственное движение. Иногда происходили удивительные явления: солнце «исчезало» во время солнечных затмений, или луна становилась очень темной в периоды полнолуния. Тогда они еще не знали, что солнечное затмение происходит, когда Луна проходит между Солнцем и Землей и отбрасывает тень на Землю, а лунное затмение происходит, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой линии и Луна находится в тени Земли.

Древние греки знали, что пять ярких планет — Меркурий, Венера, Маркс, Юпитер и Сатурн — движутся относительно звезд, что делает их принципиально разными. Поскольку взаимное расположение звезд оставалось неизменным в течение длительного времени, считалось, что звезды прикреплены к хрустальной сфере, вращающейся вокруг Земли.

Евдокс Книдский (родился около 480 года до н.э.) заложил научные основы астрономии. Он попытался объяснить движение Солнца и планет, предположив, что они равномерно вращаются по идеальным кругам, центры которых находятся вблизи центра Земли, но не совпадают с ним, т.е. они движутся вокруг Земли между ее поверхностью и сферой, называемой неподвижными звездами.

Аристотель (4 век до н.э.) и Птолемей (2 век н.э.) считали, что Земля находится в центре мира. Эта древняя система идей была усовершенствована Птолемеем (ок. 90-160 гг.).

В его системе предполагалось, что все небесные орбиты имеют форму идеального круга, но поскольку наблюдаемые движения планет не соответствовали идее движения по окружности с постоянной скоростью, эту систему пришлось усложнить. Поэтому были введены эпициклы — небольшие круги, по которым двигались планеты, — центры которых, в свою очередь, вращались вокруг Земли по основным кругам (деферентам).

Создать полную картину мира выпало на долю Клавдия Птолемея в знаменитом в веках сочинении «Тринадцать книг математического построения», которое дошло до нас под названием «Великое построение», или в арабском варианте названия «Альмагест» («Величайший…»). Большая часть этой книги посвящена изложению геоцентрической системы мира, в которой центральное место занимает шарообразная Земля.

И этой теории астрономы придерживались на протяжении 14 веков.

Некоторые древнегреческие философы, в первую очередь Аристарх Самосский (320-250 гг. до н.э.), предположили, что Земля движется вокруг Солнца. Аристарх был предвестником гелиоцентрической теории мира. Его идея о двойном движении Земли (вокруг своей оси и вокруг Солнца) не осталась незамеченной учеными. Птолемей обсуждает эту идею в «Альмагесте» и не согласен с ней.

Однако гелиоцентрическая теория, согласно которой Солнце находится в центре, в целом отвергалась до XVI века, когда польский каноник Николай Коперник сделал свое замечательное открытие.

Гелиоцентрическая система в версии Коперника

Когда Коперник — почти 500 лет назад — выразил свою твердую уверенность в том, что Земля движется вокруг Солнца, Лютер воскликнул: «Этот безумец хочет перевернуть всю астрономическую науку с ног на голову. Но, как записано в Писании, именно солнцу, а не земле Иисус Навин повелел остановить солнце». В 1508 г. Коперник писал: «То, что кажется нам движением солнца, реально не потому, что оно движется, а потому, что движется земля».

Размышляя над птолемеевской системой мира, Коперник был поражен ее сложностью и искусственностью, и, изучая труды древних философов, особенно Никиты Сиракузского и Филолая, он пришел к выводу, что Солнце, а не Земля, должно быть неподвижным центром Вселенной, но поддерживал идеальные круговые орбиты и даже счел необходимым сохранить эпициклы и деференты древности для объяснения неравномерности движения.

Коперник кратко сформулировал свою идею гелиоцентрической системы в «Малом комментарии».

В ней Коперник вводит семь аксиом для объяснения и описания движения планет гораздо более простым способом, чем теория Птолемея:

Орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
центр земли не является центром вселенной, только центр масс и орбиты луны;
все планеты движутся по орбитам, центром которых является солнце, и поэтому солнце является центром мира;
расстояние между Землей и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землей и неподвижными звездами;
суточное движение Солнца является мнимым и обусловлено эффектом вращения Земли, которая раз в 24 часа вращается вокруг своей оси, которая всегда остается параллельной самой себе;
Земля (вместе с Луной, а также другими планетами) вращается вокруг Солнца, и поэтому те движения, которые, как кажется, совершает Солнце (суточное движение, а также годовое движение, когда Солнце движется по зодиаку) — не что иное, как эффект движения Земли;
именно движение Земли и других планет объясняет их положение и особенности движения планет.

Эти заявления полностью противоречили господствующей в то время геоцентрической системе. Хотя с сегодняшней точки зрения модель Коперника недостаточно радикальна. Все их орбиты круговые, а движение равномерное, поэтому эпициклы пришлось сохранить, хотя и в меньшем объеме, чем у Птолемея.

В этой работе Коперник опускает математические доказательства своей теории, «поскольку они предназначены для более обширного труда». Эта работа стала его бессмертным трудом «О вращениях небесных сфер».

Как Коперник увидел Солнечную систему после того, как предположил суточное вращение Земли? Неподвижная твердь, солнце, которое может быть либо неподвижным, либо двигаться по эклиптике — кривой, прикрепленной к тверди. Что касается вращения Земли, то здесь есть две возможности: Ось вращения является неподвижной (Земля остается на одном месте) или движущейся.

Если ось вращения Земли считается неподвижной, то плоскость, проведенная через центр Земли перпендикулярно оси вращения, будет постоянной. Но эта плоскость также пересекает небосвод по фиксированной кривой (небесный экватор). Таким образом, точка весеннего равноденствия, которая находится на пересечении двух фиксированных кривых, должна оставаться постоянной, и поэтому прецессия невозможна. Но он есть. Поскольку эклиптика неподвижна, небесный экватор должен двигаться. Другими словами, существование прецессии можно объяснить только подвижностью Земли. Таким образом, подвижность Земли — это не результат чисто математического построения, а вполне реальный факт, доказанный существованием прецессии.

Перед Коперником стояла задача определить природу движения Земли как твердого тела. Из всех движений твердого тела Николай Коперник знал только вращательное движение; он также знал правила их суммирования, поэтому создал модель движения Земли, названную теорией тройного движения.

Первое вращение Земли является годовым: центр Земли в плоскости эклиптики описывает круг вокруг Солнца.

Второе вращение Земли Коперник назвал убывающим и считал, что от него зависит смена времен года.

Третье вращение Коперника представляет собой знакомое нам суточное вращение вокруг земной оси.

Остальная часть «Малого комментария» посвящена движениям Луны и планет. В этом он исходил из того, что сейчас называется принципом Коперника: Относительное движение двух тел не изменяется, если к обоим телам добавить одинаковое движение.

Механизм вращения планет также остался прежним — вращение сфер, к которым прикреплены планеты. Но тогда ось Земли должна была вращаться в процессе годового вращения, описывая конус; для объяснения смены времен года Копернику пришлось ввести третье (обратное) вращение Земли вокруг оси, перпендикулярной эклиптике, которым он также объяснил причину предшествующих равноденствий. На границе мира Коперник поместил сферу неподвижных звезд. Строго говоря, модель Коперника даже не была гелиоцентрической, поскольку он не поместил Солнце в центр планетарных сфер.

Реальное движение планет, особенно Марса, некруговое и неравномерное, и изобретенные эпициклы долгое время не могли согласовать модель с наблюдениями. По этой причине таблицы Коперника, поначалу более точные, чем таблицы Птолемея, вскоре значительно разошлись с результатами наблюдений, что привело в замешательство и обескуражило восторженных сторонников новой системы. Точные гелиоцентрические (рудольфовские) таблицы были позже опубликованы Иоганном Кеплером, который открыл истинную форму планетных орбит (эллипс), а также осознал и математически выразил нерегулярность их движения.

Но модель мира Коперника была колоссальным прогрессом и сокрушительным ударом по архаичным авторитетам. Опускание Земли до уровня обычной планеты определенно подготовило (вопреки Аристотелю) ньютоновскую комбинацию земных и небесных законов природы.

Он уверенно предсказал, что Венера и Меркурий имеют лунные фазы. После изобретения телескопа Галилей подтвердил это предсказание.

Придавая Земле и рассматриваемой планете движения, соответствующие движению Земли, но только в противоположном направлении, мы, так сказать, останавливаем Землю. Затем, в дополнение к уже имеющемуся движению вокруг Солнца, планета имеет еще одно круговое движение, которое мы увидим в виде движения по эпициклу. Размер этого эпицикла, видимого по окружности Земли, которую он описывает вокруг Солнца, зависит от расстояния планеты от Земли: Чем дальше планета, тем меньше будет эпицикл. Таким образом, Коперник смог расположить все планеты вокруг Солнца в соответствии с их расстоянием от него. В результате «…порядок и размеры небесных тел, всех сфер и даже самих небес будут настолько связаны, что ничто в любой части не может быть переставлено без того, чтобы не произвести путаницу в других частях и во всей вселенной».

Небесные сферы в рукописи Коперника «De revolutionibus orbium coelestium»

Книга «De revolutionibus orbium coelestium» была опубликована в Нюрнберге в 1543 году; она состояла из 6 частей (книг) и была переписана под руководством профессора Ретикуса, лучшего ученика Коперника.

В предисловии к книге Коперник пишет:

«Учитывая, насколько абсурдной должна казаться эта доктрина, я долго не решался напечатать свою книгу, думая, не лучше ли последовать примеру пифагорейцев и других, которые передавали свои доктрины только своим друзьям и распространяли их только по традиции».

Структура главного труда Коперника напоминает «Альмагест» в несколько сокращенном виде (6 книг вместо 13). В первой части говорится о сферическом строении мира и Земли, а вместо утверждения о неподвижности Земли включена другая аксиома: Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, и «мнение древних» убедительно опровергается. С гелиоцентрической позиции он без труда объясняет ретроградное движение планет.

По содержанию первую книгу можно разделить на две части. Главы с первой по одиннадцатую посвящены качественному (описательному) изложению гелиоцентрической системы мира, сопровождаемому убедительной критикой основных положений геоцентризма.

Главы с двенадцатой по четырнадцатую содержат основные теоремы из планиметрии и тригонометрии, необходимые автору для построения математической теории движения планет, основанной на гелиоцентрической системе.

Во второй главе первой книги Коперник доказывает, что Земля шарообразна, приводя аргументы древних ученых, а также свои собственные.

Четвертая глава заканчивается предложением: «Поэтому я считаю необходимым сначала тщательно исследовать, каково отношение земли к небесам, чтобы, исследуя высшее, мы не забыли о ближайшем и в таком заблуждении не приписали небесному то, что приличествует земле».

Это предложение лучше всего характеризует исследовательское кредо великого натуралиста, которое выражалось в том, что каждое явление требует детального анализа и исследования, и что ничто видимое нельзя принимать на веру. Здесь хорошо видно фундаментальное различие между подходом Коперника и Птолемея к геометрической картине Вселенной.

Вся работа Николая Коперника основана на едином принципе, свободном от предрассудков геоцентризма. Это принцип относительности механического движения, согласно которому все движение относительно. Понятие движения бессмысленно без выбора системы отсчета, в которой оно рассматривается. Это четко сформулировано в пятой главе. Из этого принципа следует, что наблюдатель, находясь на земле, не может непосредственно видеть движение самой земли, но его можно обнаружить косвенно по движению звездного неба.

В седьмой и восьмой главах дается убедительная критика геоцентризма древних астрологов. Если бы Земля вращалась вокруг своей оси, она бы развалилась на куски из-за центробежного действия, что было известно уже в древности. Поскольку ее не существует, из этого следует, — заключил Птолемей, — что Земля неподвижна, а все небесное движется вокруг нее». Но в этом случае, по мнению Коперника, небеса распались бы еще быстрее, поскольку небесная сфера с ее многочисленными звездами намного больше Земли, и поэтому центробежное воздействие на нее еще сильнее. Не означает ли это, говорит Коперник, что небосвод неподвижен, а Земля, будучи маленькой частицей во Вселенной, имеет суточное вращение? Эти рассуждения Коперника были вызывающими, революционными для своего времени, поскольку он отверг точку зрения старых столпов науки, сбил небеса с их пьедестала и подчинил земные и небесные явления одним и тем же законам.

Чтобы объяснить кинематику небесной сферы, Коперник ввел три движения, которыми обладает Земля. Они описаны в одиннадцатой главе первой книги.

Таким образом, первая книга дает нам полное описание природы революционного учения Коперника, освободившего науку от ошибочных определений геоцентризма. Научные положения Коперника поразили весь научный мир того времени своей новизной и ясностью. Но нужно было не только выдвигать эти блестящие идеи. Также необходимо было дать как можно более строгое обоснование всем предложениям, сделанным в первой книге.

Во второй книге даются сведения по сферической тригонометрии и правила вычисления видимых положений звезд, планет и солнца на небосводе, заканчивая звездным каталогом, который содержит координаты 1025 звезд и повторяет в несколько измененном виде каталог «Альмагеста».

В третьей книге обсуждаются годовое движение Земли и прецессия (прецессия равноденствий), и Коперник правильно объясняет смещение земной оси, которое вызывает пересечение экватора с эклиптикой.

В четвертой — о Луне, в пятой — он дает полное развитие гелиоцентрической теории планетных движений со всеми математическими и числовыми доказательствами, а в шестой — излагает теорию видимого движения планет по широте, т.е. их перемещения по эклиптике. Книга также содержит, оценки размеров Солнца и Луны, расстояний до них и до планет (близких к истинным), и теорию затмений.

Таким образом, мы видим, что работа «О вращениях небесных сфер» по сути является более обширной и детальной разработкой, с математическими доказательствами, положений, упомянутых в «Малом комментарии».

Коперник основывал свои расчеты на наблюдениях эллинистического периода, арабов, а также на современных наблюдениях, включая его собственные. Но для непосредственных преемников Коперника, как бы они ни относились к принципам его учения, последние книги «De revolutionibus» послужили основой для построения новых планетарных эфемерид.

Значение гелиоцентризма в истории науки

Главной заслугой Коперника было утверждение, что видимое движение солнца и звезд обусловлено не их вращением вокруг земли, а суточным вращением самой земли вокруг своей оси и ее годовой орбитой вокруг солнца. Таким образом, идея гелиоцентризма, высказанная в древности Аристархом Самосским, приобрела научную форму и отвергла геоцентрическую доктрину Клавдия Птолемея, которая до сих пор преобладала и была официально поддержана Отцами Церкви.

Теория, разработанная Коперником, позволила ему впервые в истории небесной науки сделать обоснованные выводы о действительном положении планет в Солнечной системе и с большой точностью определить их относительные расстояния от Солнца.

Каждое определение доктрины Коперника было великим открытием, важным не только для астрономии, но и для всего естествознания. Но еще более важным было значение теории Коперника для революции в мировоззрении человечества, которую она прямо или косвенно вызвала.

Ибо почему Церковь поддерживала геоцентрическую модель мира согласно Птолемею и учению Аристотеля, согласно которому, опять же, земля вместе с «подлунным миром», непосредственно окружающим ее, находится в центре всего, будучи состоящей из самых тяжелых элементов, ни один из которых не может быть вечным; «надлунный» мир обладает качествами «чистоты» и «нетленности», которые так отличают его от земного? Ведь эти заявления не затрагивали догмы Священного Писания о том, что Бог создал человека «по образу и подобию своему» и что все в природе приспособлено для его существования: земля покоится в центре мира для его обитания; солнце движется вокруг него, чтобы снабжать человека светом и теплом; дождь увлажняет его поля и т.д., но только землетрясения, наводнения, бури посылаются Богом в наказание за грехи.

И над такими привычными, освященными веками, традиционными и церковными представлениями о таком целевом устройстве мира нависает угроза: если земля не занимает центрального, главенствующего положения в мире, а является одной из многих планет, вращающихся вокруг солнца, можем ли мы рассматривать мир как нечто созданное исключительно и ради главного обитателя земли — человека? А учение Коперника не могло не вызвать сомнений в истинности и непоколебимости библейской догмы. Это был удар, который новое учение нанесло по самой чувствительной точке богословия. И этот удар имел далеко идущие последствия, важные не только для дальнейшего развития астрономии, естествознания, науки в целом, но и для радикального изменения образа мышления, подхода к изучению законов окружающего нас мира, без чего был бы немыслим стремительный процесс научного естествознания, начавшийся вскоре после публикации гениального произведения Коперника, процесс научной революции нового времени, справедливо названной коперниканской.

Прекрасным примером сближения научных знаний и религиозных учений является возникновение научного мировоззрения в рамках гелиоцентрической модели. Таким образом, для обоснования своей концепции Коперник опирался на древнее представление о том, что Земля и все планеты движутся вокруг некоего «центрального огня». Из-под его пера вышли астрологические исследования о влиянии планет на судьбы людей.

Заключение

Гелиоцентрическая система Коперника, которую он описал в 1543 году в своей знаменитой работе «О вращениях небесных сфер», стала важной вехой в развитии человеческой мысли. Публикация этой работы положила начало новой эре в астрономии.

Создавая свое учение о движении Земли, Коперник объяснял ее кажущуюся неподвижность относительностью движения и покоя: «Так при движении корабля в спокойную погоду все, что находится снаружи, представляется матросам движущимся, как бы отражая движение корабля, а сами наблюдатели, наоборот, считают себя в покое вместе со всем, что находится с ними. То же самое, несомненно, может произойти и с движением Земли, так что мы будем думать, будто вся Вселенная вращается вокруг нее».

Теория Коперника, вероятно, является самой важной научной теорией во всей истории человечества, поскольку она коренным образом изменила представление человека о своем месте в мире. До Коперника человек считал Землю и себя центром Вселенной. Она свергла Землю с ее главной позиции — неподвижного положения в центре Солнечной системы. После публикации работ Коперника человек понял, что он всего лишь крошечное пятнышко, затерянное в бескрайних просторах Вселенной.

В настоящее время учение Коперника о движении Земли не представляет чисто академического интереса. При запуске космических ракет и полетах астронавтов мы должны учитывать вращение нашей планеты и ее орбитальное движение вокруг Солнца.

Список литературы

Концепции современного естествознания // Лыхин А.Ф. // — М.: ТК Велби, издательский проспект, 2006.
Концепции современного естествознания // Е.Ф. Солопов // — М.: Владос, 2001.
Концепции современного естествознания // Горелов А.А. // — М.: Центр, 1997.
Николай Коперник // — М.: Знание, 1973.
Белый Ю.А., Веселовский И.А. Николай Коперник (1473-1543) — М.: Наука, 1974.
Замечательные ученые // под редакцией С.П. Капицы — М.: Наука, 1980.
Радость познания // Наука и Вселенная // т.1. под ред. А.Д. Суханова, Г.С. Хромова — М.: Мир, 1983.

На странице рефераты по философии вы найдете много готовых тем для рефератов по предмету «Философия».

Здесь темы курсовых работ по философии

Читайте дополнительные лекции: