Модель світу очами предків

Уже в давнину люди хотіли отримати відповіді на такі важливі питання, як «що таке наша Земля?», «Які її розміри?», «Яке її місце у Всесвіті?» і т. д. Але пошуки відповідей виявилися довгими і важкими.

«Перші відповіді на питання» як влаштований навколишній світ? Стародавні люди складали на основі своїх безпосередніх вражень, — так, не відчуваючи жодних рухів Землі, люди, природно, припустили, що вона нерухома . Спостерігаючи, як Сонце, Місяць, весь небосхил обертаються навколо Землі, вони сприйняли це як незаперечний факт. У них не було підстав сумніватися в тому, що Земля плоска. І, нарешті, таким логічним здавалося припущення, що вона розташована в центрі світу …

У Стародавньому Вавилоні сформувалося уявлення, ніби Земля має вигляд опуклого круглого острова, що плаває у світовому океані. На земну поверхню нібито спирається небо — твердий кам’яний звід, до якого прикріплені зірки і планети і за яким здійснює свою щоденну прогулянку Сонце. Примітно, що у стародавніх шумерів слово «на» означало і «небо» і «камінь». Пізніше основні елементи цієї вавилонської моделі світу зустрічаються і у стародавніх євреїв; її, зокрема, дотримувалися і автори Біблії. Наприклад, у книзі Іова говориться, ніби-то «Бог … розпростер небеса тверді, як дзеркало лите» (Іов, 37, 18). «Ймовірно, у Стародавній Греції вперше спробували науково пояснити ці явища, розгадати справжню причину їх появи. Так видатний мислитель Геракліт Ефеський (близько 544-470 рр.. До нашої ери) висловив припущення про безперервний розвиток світу. Згідно Демокріта (близько 460-370 рр.. До нашої ери), Всесвіт складається з нескінченної кількості світів, що утворюються внаслідок зіткнення атомів, причому одні світи народжуються, інші знаходяться в стані розквіту, треті руйнуються. Демокріт припускав, що Чумацький Шлях є скупченням великої кількості зірок.

У Піфагора зустрічається думка про те, що Земля має форму кулі і що вона висить у просторі без ніякої підтримки. Аристотель (384-322 рр.. До нашої ери) у своїй праці «Про небо» вже призводить величину земного кола, з чого випливає, що радіус Землі в сучасній мірою дорівнює приблизно 10 000 кілометрів.

Аристотель писав, що планета складається з землі, води, повітря та вогню, тоді як небесні тіла складаються з іншої, незнищуваної форми матерії — ефіру. Вчений стверджував, що згадані чотири «стихії» розташовуються одна над одною у вигляді концентричних сфер. Кожен елемент, змістившись зі свого «природного» місця, прагне знову зайняти його. Тому, мовляв, у природі і спостерігаються рух важких елементів вниз (до «центру Всесвіту»), а легких — вгору, де вони переходять у стан спокою. Аристотель і його послідовники виступали проти вже існувавших на той час уявлень про можливе обертанні Землі навколо своєї осі і її рух в просторі. Вони висунули здавалося в той час незаперечні докази: якби Земля оберталася навколо своєї осі, то виникав би зустрічний вітер, який здував би все з її поверхні в бік заходу, а рух Землі неминуче був би виявлений по зміні протягом року кутової відстані між довільно взятою на небі парою зірок.

Зараз відомо: земна атмосфера в рівній мірі бере участь у добовому обертанні Землі, відстані ж до зірок виявилися настільки великі, що в Аристотеля не було ніяких шансів визначити подібні зміни.

Збереглася до наших днів робота Аристарха Самоського (близько 320-230 рр.. До нашої ери). Йому вдалося виміряти кутову відстань Місяця від Сонця в першій чверті. Він також зробив спробу визначити розміри і відстані до Місяця і Сонця. За Аристархом, відстань від Землі до Місяця — 19 радіусів Землі, а до Сонця ще в 19 разів більша. Мабуть, маючи на увазі більші порівняно з Землею розміри Сонця, Аристарх і висловив припущення, «що нерухомі зірки і Сонце не змінюють свого місця в просторі, що Земля рухається по колу навколо Сонця», як про це повідомляв пізніше і Архімед.

У II столітті до нашої ери найбільший античний астроном Гіппарх визначив розміри Місяця з винятковою точністю. За Гиппархом, радіус Місяця дорівнює 0,27 земних радіусів, що мало відрізняється від прийнятого нині. Відстань до Місяця цей видатний астроном визначив в 59 радіусів Землі (справжнє середнє значення — 60,3). Проте відстань до Сонця з часу Птолемея і аж до XVII століття приймалася рівною 1120, тобто приблизно в 20 разів менше істинної.

Перші спроби побудувати модель світу, в якій пояснювалися б рухи планет, були зроблені Евдоксом Кнідським (близько 408-353 рр.. До нашої ери) і Аристотелем. Але шедевром античної астрономії стала праця видатного олександрійського вченого Клавдія Птолемея (II століття нашої ери) «Альмагест», в якому була побудована нова теорія планетних рухів.

У той час всі інші науки про природу були ще тільки у зародковому стані. Астрономи ж, завдяки Птолемею, вже мали метод, що дозволяв з достатньою для того часу точністю розрахувати положення планет на небі на будь-яке число років вперед!

У геоцентричній моделі світу Птолемея одна планета рухається з кутовою швидкістю по малій окружності — епіциклу, центр якого, тобто інша «середня планета», звертається з кутовою швидкістю по деференту навколо Землі. Через складання обох рухів планета в просторі описує петлеподібну криву — гіпоциклоїду, що в проекції на небесну сферу при цілком певних значеннях кутових швидкостей, а також величинах відносин радіусу епіциклом до радіусу деферента для кожної з планет повністю пояснювало її рух на небі. Ці значення Птолемей визначив з великою точністю.

У зв’язку з особливостями руху планети Меркурій і Венера були названі нижніми. Марс, Юпітер і Сатурн — верхніми планетами. У системі світу Птолемея центри епіциклів нижніх планет завжди розташовані на прямій, що з’єднує Землю з Сонцем, а кожна з верхніх планет знаходиться на епіциклі строго в тому ж напрямку, в якому відносно Землі знаходиться Сонце, інакше кажучи, радіуси-вектори епіциклів Марса, Юпітера і Сатурна завжди паралельні між собою. Видно також, що верхня планета, займаючи на небі положення, протилежне Сонцю (протистояння планети), знаходиться в найближчому до Землі стані — в перигеї (від грецького «пери» — поблизу). У момент же з’єднання планети з Сонцем, коли напрями на обидва світила збігаються, планета знаходиться в апогеї — у найбільш віддаленій від Землі точці (від грецького «апо» — далеко).

Виникає питання: якщо система Птолемея помилкова, оскільки вона грунтувалася на неправильному уявленні про нерухому Землю як центр всесвіту, то чому розрахунки, проведені на її основі, дають правильні результати? Адже саме тому вона використовувалася астрономами майже 1400 років. Відповідь на поставлене питання очевидна: це система кінематична. Птолемей не пояснював (та й не міг пояснити), чому рух планети саме такий, яким він його описував. Але кожен рух відносний. І, як це не парадоксально звучить, Птолемей описав і змоделював рух кожної з планет зовсім правильно — так, як його дійсно бачить спостерігач із Землі. Епіцикл верхньої планети і є відображення руху Землі навколо Сонця.

За допомогою даних Птолемея було важко узгодити між собою відомості про положення тієї або іншої планети, розділених проміжком часу в кілька сотень років. Тому його система все більше ускладнювалася, в неї вводили безліч додаткових епіциклів, що зробило її виключно громіздкою. Явно суперечила спостереженнями побудована Птолемеєм теорія руху Місяця. У результаті перевантажена епіциклом модель Птолемея звалилася. Відбулася революція в поглядах на світ і місце Землі у Всесвіті .