Гелиоцентризм [а] (также известный как гелиоцентрическая модель ) — замененная астрономическая модель, в которой Земля и планеты вращаются вокруг Солнца в центре Вселенной . Исторически гелиоцентризм противопоставлялся геоцентризму , который помещал Землю в центр. Представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца , было предложено еще в третьем веке до нашей эры Аристархом Самосским [1] , на которого повлияла концепция, представленная Филолаем Кротонским (ок. 470 – 385 до н. э.). В V веке до нашей эры греческие философы Филолай и Гикет неоднократно высказывали мысль, что Земля имеет сферическую форму и вращается вокруг «мистического» центрального огня, и что этот огонь регулирует Вселенную. [2] Однако в средневековой Европе гелиоцентризм Аристарха привлек мало внимания — возможно, из-за утраты научных трудов эллинистического периода . [б]
Лишь в шестнадцатом веке математическая модель гелиоцентрической системы была представлена математиком , астрономом и католическим священнослужителем эпохи Возрождения Николаем Коперником , что привело к Коперниканской революции . В следующем столетии Иоганн Кеплер представил эллиптические орбиты , а Галилео Галилей представил подтверждающие наблюдения, сделанные с помощью телескопа .
Благодаря наблюдениям Уильяма Гершеля , Фридриха Бесселя и других астрономов стало ясно, что Солнце, хотя и находится рядом с барицентром Солнечной системы , не находится ни в каком центре Вселенной.
Хотя сферичность Земли была широко признана в греко-римской астрономии, по крайней мере, с 4-го века до нашей эры, [4] суточное вращение Земли и годовая орбита вокруг Солнца никогда не были общепризнанными до Коперниканской революции .
Хотя движущаяся Земля была предложена, по крайней мере, с 4-го века до нашей эры в пифагореизме , а полностью развитая гелиоцентрическая модель была разработана Аристархом Самосским в 3-м веке до нашей эры, эти идеи не смогли заменить представление о статичной сферической Земле, и со 2-го века нашей эры преобладающей моделью, которую унаследовала средневековая астрономия, была геоцентрическая модель , описанная в «Альмагесте » Птолемея .
Система Птолемея представляла собой сложную астрономическую систему, позволяющую рассчитывать положения планет с достаточной степенью точности. [5] Сам Птолемей в своем «Альмагесте» говорит, что любая модель для описания движения планет — это всего лишь математический аппарат, и поскольку не существует реального способа узнать, какая из них верна, самой простой моделью, которая получает правильные числа, должна быть использовал. [6] Однако он отверг идею вращающейся Земли как абсурдную, поскольку считал, что она создаст огромные ветры. В рамках его модели расстояния до Луны, Солнца, планет и звезд можно было определить, рассматривая небесные сферы орбит как смежные реальности, что давало расстояние до звезд менее 20 астрономических единиц , [7] регрессию, поскольку Аристарх Самосский Гелиоцентрическая схема столетия назад обязательно располагала звезды как минимум на два порядка дальше.
Проблемы системы Птолемея были хорошо известны в средневековой астрономии, и растущие усилия по ее критике и улучшению в период позднего средневековья в конечном итоге привели к коперниканскому гелиоцентризму, развитому в астрономии эпохи Возрождения.
Первую негеоцентрическую модель Вселенной предложил пифагорейский философ Филолай ( ум. 390 до н. э.), который учил, что в центре Вселенной находился «центральный огонь», вокруг которого вращались Земля , Солнце , Луна и планеты. в равномерном круговом движении. Эта система постулировала существование противоземли, коллинеарной Земле и центральному огню, с тем же периодом обращения вокруг центрального огня, что и у Земли. Солнце вращалось вокруг центрального огня один раз в году, а звезды были неподвижны. Земля сохраняла ту же скрытую сторону по отношению к центральному огню, что делало и его, и «противоземлю» невидимыми с Земли. Пифагорейская концепция равномерного кругового движения оставалась неоспоримой примерно в течение следующих 2000 лет, и именно к пифагорейцам обратился Коперник, чтобы показать, что идея движущейся Земли не была ни новой, ни революционной. [8] Кеплер дал альтернативное объяснение «центрального огня» пифагорейцев как Солнца, «поскольку большинство сект намеренно скрывали свои учения». [9]
Гераклид Понтийский (4 век до н. э.) говорил, что вращение Земли объясняет кажущееся ежедневное движение небесной сферы. Раньше считалось, что он считал, что Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца, которое в свою очередь (вместе с другими планетами) вращается вокруг Земли. [10] Макробий (395–423 гг. н.э.) позже описал это как «египетскую систему», заявив, что «она не ускользнула от мастерства египтян » , хотя других свидетельств того, что она была известна в Древнем Египте , нет . [11] [12]
Первым человеком, который, как известно, предложил гелиоцентрическую систему, был Аристарх Самосский ( ок. 270 г. до н.э.) . Подобно своему современнику Эратосфену , Аристарх рассчитал размеры Земли и измерил размеры и расстояния до Солнца и Луны . По своим оценкам он пришел к выводу, что Солнце в шесть-семь раз шире Земли, и полагал, что более крупный объект будет иметь наибольшую силу притяжения.
Его сочинения о гелиоцентрической системе утеряны, но некоторые сведения о них известны из краткого описания его современника Архимеда и из разрозненных упоминаний более поздних писателей. Описание Архимедом теории Аристарха дано в книге Архимеда « Счетчик песка» . Все описание состоит всего из трех предложений, которые Томас Хит переводит следующим образом: [13]
Вы [царь Гелон] знаете, что «Вселенная» — это название, данное большинством астрономов сфере, центр которой является центром Земли, а ее радиус равен прямой линии между центром Солнца и центром Земли. центр земли. Это общепринятая версия (τά γραφόμενα), как вы слышали от астрономов. Но Аристарх выпустил книгу, состоящую из некоторых гипотез , в которой, как следствие сделанных предположений, оказывается, что Вселенная во много раз больше, чем только что упомянутая «Вселенная». Его гипотезы заключаются в том, что неподвижные звезды и Солнце остаются неподвижными, что Земля вращается вокруг Солнца по окружности, Солнце лежит в середине орбиты и что сфера неподвижных звезд, расположенная примерно на той же орбите, центр, как у Солнца, настолько велик, что круг, по которому, по его мнению, вращается Земля, имеет такое же отношение к расстоянию неподвижных звезд, как центр сферы относится к ее поверхности.
- Счетчик песка ( Аренарий I, 4–7) [13]
Аристарх, по-видимому, считал звезды очень далекими, поскольку знал, что в противном случае их параллакс [14] наблюдался бы в течение года. На самом деле звезды находятся так далеко, что звездный параллакс стал возможен только тогда, когда в 1830-х годах были разработаны достаточно мощные телескопы .
Никаких упоминаний о гелиоцентризме Аристарха не известно ни в каких других произведениях до нашей эры . Самые ранние из немногих других древних упоминаний встречаются в двух отрывках из сочинений Плутарха . В них упоминается одна деталь, не указанная явно в отчете Архимеда [15], а именно, что согласно теории Аристарха Земля вращается вокруг своей оси. Первое из этих упоминаний встречается в книге «На лице на орбите Луны» : [16]
Только не подавайте, мой добрый друг, на меня в суд за нечестие в стиле Клеанта , который считал долгом греков обвинить в нечестии Аристарха Самосского за то, что он привел в движение Очаг Вселенной, это Это результат его попытки спасти явления, предположив, что небо остается в покое, а земля вращается по наклонному кругу, в то время как она вращается в то же время вокруг своей собственной оси.
— На лице в сфере Луны ( De facie in orbe lunae , ок. 6, стр. 922 F – 923 A.)
Лишь разрозненные фрагменты сочинений Клеанта сохранились в цитатах других писателей, но в «Жизнеописаниях и мнениях выдающихся философов» Диоген Лаэртий перечисляет «Ответ Аристарху» (Πρὸς Ἀρίσταρχον) как одну из работ Клеанта [17] и некоторых ученых [18]. ] предположили, что именно здесь Клеанф обвинил Аристарха в нечестии.
Второе упоминание Плутарха находится в его «Платонических вопросах» : [19]
Привел ли Платон в движение Землю, как он сделал это с Солнцем, Луной и пятью планетами, которые он называл орудиями времени из-за их вращения, и нужно ли было представить, что Земля, «которая вращается вокруг ось, протянутая от полюса к полюсу через всю вселенную», изображалась не скрепленной и покоящейся, а вращающейся и вращающейся (στρεφομένην καὶ ἀνειλουμένην), как впоследствии утверждали Аристарх и Селевк , причем первый утверждал, что это всего лишь гипотеза (ὑποτιθέμενος μόνον), последняя как определенное мнение (καὶ ἀποφαινόμενος)?
- Платонические вопросы ( Platonicae Quaestiones viii. I, 1006 C)
Остальные упоминания о гелиоцентризме Аристарха чрезвычайно кратки и не несут никакой дополнительной информации, кроме той, которую можно почерпнуть из уже цитированных. Те, в которых Аристарх явно упоминается по имени, встречаются у Аэция « Мнения философов » , Секста Эмпирика « Против математиков » [19] и у анонимного схолиаста Аристотеля. [20] Другой отрывок из « Мнений философов » Аэция сообщает, что астроном Селевк подтвердил движение Земли, но не упоминает Аристарха. [19]
Поскольку Плутарх мимоходом упоминает «последователей Аристарха», вполне вероятно, что в классический период были и другие астрономы, которые также поддерживали гелиоцентризм, но чьи работы были утеряны. Единственным другим астрономом древности, известным по имени, который, как известно, поддерживал гелиоцентрическую модель Аристарха, был Селевк из Селевкии (р. 190 г. до н.э.), эллинистический астроном, который процветал через столетие после Аристарха в Империи Селевкидов . [21] Селевк был сторонником гелиоцентрической системы Аристарха. [22] Селевк, возможно, доказал гелиоцентрическую теорию, определив константы геометрической модели гелиоцентрической теории и разработав методы расчета положений планет с использованием этой модели. Возможно, он использовал ранние тригонометрические методы, доступные в его время, поскольку был современником Гиппарха . [23] В арабском переводе сохранился фрагмент произведения Селевка, на который ссылался Разес (р. 865). [24]
С другой стороны, его объяснение могло включать в себя явление приливов и отливов , [25] которые, по его предположению, были вызваны притяжением к Луне и вращением Земли вокруг Земли и центра масс Луны .
До Коперника в Европе время от времени высказывались предположения о гелиоцентризме. В римском Карфагене язычник Марсиан Капелла (V век нашей эры) высказал мнение, что планеты Венера и Меркурий не вращаются вокруг Земли, а вращаются вокруг Солнца . [26] Модель Капеллы обсуждалась в раннем средневековье различными анонимными комментаторами 9-го века [27] , и Коперник упоминает его как оказавшего влияние на его собственную работу. [28]
Арьябхата (476–550) в своем великом опусе «Арьябхатия» (499) предложил планетарную модель, в которой считалось, что Земля вращается вокруг своей оси , а периоды планет даны по отношению к Солнцу. [29] Его непосредственные комментаторы, такие как Лалла и другие более поздние авторы, отвергли его новаторский взгляд на вращающуюся Землю. [30] Утверждалось, что расчет арьябхатты был основан на базовой гелиоцентрической модели, в которой планеты вращаются вокруг Солнца. [31] [32] хотя это было опровергнуто. [33] По общему мнению, синодическая аномалия (в зависимости от положения Солнца) не подразумевает физически гелиоцентрическую орбиту (такие поправки также присутствуют в поздневавилонских астрономических текстах), и что система Арьябхаты не была явно гелиоцентрической. [34] Он также сделал множество астрономических расчетов, таких как время солнечных и лунных затмений и мгновенное движение Луны. [35] Среди первых последователей модели Арьябхаты были Варахамихира , Брахмагупта и Бхаскара II .
Какое-то время мусульманские астрономы принимали систему Птолемея и геоцентрическую модель, которые использовал аль-Баттани , чтобы показать, что расстояние между Солнцем и Землей варьируется. [36] [37] В 10 веке аль-Сиджи признал, что Земля вращается вокруг своей оси . [38] [39] Согласно более позднему астроному аль-Бируни , аль-Сиджи изобрел астролябию под названием аль-Зураки, основываясь на убеждении некоторых из его современников, что видимое движение звезд было вызвано движением Земли, а не что небосвода . [39] [40] Исламские астрономы начали критиковать модель Птолемея, в том числе Ибн аль-Хайсам в его «Аль-Шукук 'ала Баталамиус» («Сомнения относительно Птолемея», ок. 1028 г.), [41] [42] который нашел противоречия в Модель Птолемея, но аль-Хайсам оставался приверженцем геоцентрической модели. [43]
Аль-Бируни обсуждал возможность того, вращается ли Земля вокруг своей оси и вращается вокруг Солнца, но в своем Масудическом каноне (1031 г.) [44] он выразил веру в геоцентрическую и стационарную Землю. [45] Он знал, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси, это согласовывалось бы с его астрономическими наблюдениями, [46] но считал это проблемой естествознания , а не математики. [39] [47]
В XII веке негелиоцентрические альтернативы системе Птолемея были разработаны некоторыми исламскими астрономами, такими как Нур ад-Дин аль-Битруджи , который считал модель Птолемея математической, а не физической. [48] [49] Его система распространилась по большей части Европы в 13 веке, а дебаты и опровержения его идей продолжались до 16 века. [49]
Астрономическая школа Мараги в Персии эпохи Ильханидов развила «нептолемеевские» планетарные модели, включающие вращение Земли . Известными астрономами этой школы являются Аль-Урди (ум. 1266), Аль-Катиби (ум. 1277), [50] и Аль-Туси (ум. 1274).
Используемые аргументы и доказательства напоминают те, которые использовал Коперник для обоснования движения Земли. [51] [52] Критика Птолемея, развитая Аверроэсом и школой Мараги, явно касается вращения Земли , но не привела к явному гелиоцентризму. [53] Наблюдения школы Мараги были дополнительно улучшены в Самаркандской обсерватории эпохи Тимуридов при Кушджи (1403–1474).
Европейская наука в период позднего средневековья активно воспринимала астрономические модели, разработанные в исламском мире, и к 13 веку была хорошо осведомлена о проблемах модели Птолемея. В XIV веке епископ Николь Орем обсуждал возможность вращения Земли вокруг своей оси, а кардинал Николай Кузанский в своем «Учёном невежестве» задавался вопросом, есть ли какие-либо основания утверждать, что Солнце (или любая другая точка) является центром Земли. вселенная. Параллельно мистическому определению Бога Куза писал, что «Таким образом, ткань мира ( machina mundi ) будет как бы иметь свой центр везде, а окружность — нигде», [54], вспоминая Гермеса Трисмегиста . [55]
В Индии Нилакантха Сомаяджи (1444–1544) в своей «Арьябхатиябхасье» , комментарии к «Арьябхатии» Арьябхаты , разработал вычислительную систему для геогелиоцентрической планетарной модели, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращается вокруг Земли, подобно система , позже предложенная Тихо Браге . В «Тантрасамграхе» (1501 г.) Сомаяджи дополнительно пересмотрел свою планетную систему, которая была математически более точной в предсказании гелиоцентрических орбит внутренних планет, чем модели Тихона и Коперника , [56] [57] , но не предложил каких-либо конкретных моделей Вселенная. [58] Планетарная система Нилаканты также включала вращение Земли вокруг своей оси. [59] Большинство астрономов Керальской школы астрономии и математики, похоже, приняли его планетарную модель. [60] [61]
Некоторые историки утверждают, что идея обсерватории Мараге , в частности математические устройства, известные как лемма Урди и пара Туси , повлияли на европейскую астрономию эпохи Возрождения и, таким образом, были косвенно восприняты европейской астрономией эпохи Возрождения и, следовательно, Коперником . [47] [62] [63] [64] [65] Коперник использовал такие устройства в тех же планетарных моделях, что и в арабских источниках. [66] Точная замена экванта двумя эпициклами , использованная Коперником в «Комментариолах», была найдена в более ранней работе Ибн аль-Шатира (ок. 1375 г.) из Дамаска. [67] Модели Луны и Меркурия Коперника также идентичны моделям Ибн аль-Шатира. [68]
Хотя влияние критики Птолемея со стороны Аверроэса на мысль эпохи Возрождения очевидно и явно, утверждение о прямом влиянии школы Мараги, постулированное Отто Э. Нойгебауэром в 1957 году, остается открытым вопросом. [53] [69] [70] [ нужна ссылка ] Поскольку пара Туси использовалась Коперником в его переформулировке математической астрономии, существует растущее согласие о том, что он каким-то образом осознал эту идею. Одним из возможных путей передачи мог быть путь через византийскую науку , которая перевела некоторые работы ат-Туси с арабского языка на византийский греческий язык . Несколько византийских греческих рукописей, содержащих чету Туси, до сих пор сохранились в Италии. [71] Проект «Математическая генеалогия» предполагает, что существует «генеалогия» Насир ад-Дин аль-Туси → Шамс ад-Дин аль-Бухари → Григорий Хиониад → Мануэль Бриенний → Теодор Метохит → Григорий Палама → Нилос Кабасилас → Деметриос Кидонес → Гемист Плетон → Базилиос Виссарион → Иоганн Региомонтан → Доменико Мария Новара да Феррара → Николай (Миколай Коперник) Коперник. [72] Леонардо да Винчи (1452–1519) написал «Il only non si move». («Солнце не движется.») [73] и был учеником ученика Виссариона по проекту «Математическая генеалогия». [74] Было высказано предположение, что идея пары Туси, возможно, пришла в Европу, оставив мало рукописных следов, поскольку это могло произойти без перевода какого-либо арабского текста на латынь. [75] [47]
Другие ученые утверждали, что Коперник вполне мог развивать эти идеи независимо от поздней исламской традиции. [76] [77] [78] [79] Коперник явно ссылается на нескольких астрономов « исламского золотого века » (с 10 по 12 века) в De Revolutionibus : Альбатегниуса (Аль-Баттани) , Аверроэса (Ибн Рушда), Фибита (Сабита ). Ибн Курра) , Арзахеля (Аз-Заркали) и Альпетрагиуса (Аль-Битруджи) , но он не выказывает осведомленности о существовании кого-либо из более поздних астрономов школы Мараги. [80]
Утверждалось, что Коперник мог независимо открыть пару Туси или взять идею из « Комментария Прокла к Первой книге Евклида » [81] , который цитировал Коперник. [82] Другим возможным источником знаний Коперника об этом математическом устройстве являются «Вопросы о спере» Николь Орем , которая описала, как возвратно-поступательное линейное движение небесного тела может быть произведено комбинацией круговых движений, подобных тем, которые предложены аль- Туси. [83]
Состояние знаний по планетарной теории, полученное Коперником, обобщено в «Theoricae Novae Planetarum » Георга фон Пейербаха (напечатано в 1472 году Региомонаном ). К 1470 году точность наблюдений Венской астрономической школы, членами которой были Пейербах и Региомонтан, была достаточно высока, чтобы сделать неизбежное развитие гелиоцентризма, и действительно возможно, что Региомонтан действительно пришел к явной теории гелиоцентризма раньше. его смерть в 1476 году, примерно за 30 лет до Коперника. [84]
Николай Коперник в своей книге De Revolutionibus orbium coelestium («О вращении небесных сфер», впервые напечатанной в 1543 году в Нюрнберге) представил обсуждение гелиоцентрической модели Вселенной во многом так же, как Птолемей во II веке представил свою геоцентрическая модель в его «Альмагесте» . Коперник обсудил философское значение предложенной им системы, разработал ее в геометрических деталях, использовал избранные астрономические наблюдения для получения параметров своей модели и написал астрономические таблицы, которые позволяли вычислять прошлые и будущие положения звезд и планет. При этом Коперник переместил гелиоцентризм из философских рассуждений в предсказательную геометрическую астрономию. В действительности система Коперника предсказывала положение планет не лучше, чем система Птолемея. [85] Эта теория решила проблему ретроградного движения планет , утверждая, что такое движение было только воспринимаемым и видимым, а не реальным : это был эффект параллакса , когда объект, мимо которого проходит человек, кажется, движется назад против горизонта. Этот вопрос был решен и в геоцентрической системе Тихон ; последний, однако, исключив главные эпициклы , сохранил в качестве физической реальности нерегулярное возвратно-поступательное движение планет, которое Кеплер охарактеризовал как « крендель ». [86]
Коперник процитировал Аристарха в ранней (неопубликованной) рукописи De Revolutionibus (которая сохранилась до сих пор), заявив: «Филолай верил в подвижность Земли, и некоторые даже говорят, что Аристарх Самосский придерживался такого же мнения». [87] Однако в опубликованной версии он ограничивается тем, что отмечает, что в трудах Цицерона он нашел изложение теорий Гикета и что Плутарх предоставил ему отчет о пифагорейцах , Гераклиде Понтийском , Филолае и Экфанте . Эти авторы предложили движущуюся Землю, которая, однако, не вращалась вокруг центрального Солнца.
Первые сведения о гелиоцентрических взглядах Николая Коперника были распространены в рукописи, завершенной незадолго до 1 мая 1514 года. [88] В 1533 году Иоганн Альбрехт Видманштеттер прочитал в Риме серию лекций, излагающих теорию Коперника. Лекции с интересом слушали Папа Климент VII и несколько католических кардиналов . [89]
В 1539 году Мартин Лютер якобы сказал:
«Говорят о новом астрологе, который хочет доказать, что земля движется и вращается вместо неба, солнца и луны, точно так же, как если бы кто-то, двигаясь в карете или корабле, мог бы считать, что он сидит неподвижно и неподвижно. отдыхай, пока земля и деревья ходили и двигались. Но так обстоят дела в наши дни: когда человек хочет быть умным, он должен… изобрести что-то особенное, и то, как он это делает, должно быть самым лучшим. Дурак хочет повернуться! все искусство астрономии перевернуто вверх ногами, однако, как говорит нам Священное Писание, Иисус Навин повелел стоять на месте солнцу, а не земле». [90]
Об этом было сообщено в контексте разговора за обеденным столом, а не в качестве официального заявления о вере. Меланхтон , однако, в течение многих лет выступал против этой доктрины. [91] [92]
Николай Коперник опубликовал окончательное изложение своей системы в книге «De Revolutionibus» в 1543 году. Коперник начал писать ее в 1506 году и закончил в 1530 году, но не публиковал ее до года своей смерти. Хотя он имел хорошую репутацию в Церкви и посвятил книгу Папе Павлу III , опубликованная форма содержала неподписанное предисловие Осиандера, защищающего систему и утверждающего, что она полезна для вычислений, даже если ее гипотезы не обязательно верны. Возможно, из-за этого предисловия работа Коперника вызвала очень мало споров о том, может ли она оказаться еретической в течение следующих 60 лет. Среди доминиканцев рано высказывалось предложение запретить преподавание гелиоцентризма, но в то время из этого ничего не вышло.
Через несколько лет после публикации De Revolutionibus Жан Кальвин произнес проповедь, в которой осудил тех, кто «извращает порядок природы», говоря, что «солнце не движется, а вращается и вращается земля». [93] [д]
До публикации De Revolutionibus наиболее широко принятая система была предложена Птолемеем , в которой Земля была центром Вселенной, а все небесные тела вращались вокруг нее. Тихо Браге , возможно, самый опытный астроном своего времени, выступал против гелиоцентрической системы Коперника и за альтернативу геоцентрической системе Птолемея: геогелиоцентрическую систему, теперь известную как система Тихона , в которой Солнце и Луна вращаются вокруг Земли, Меркурия. и Венера вращается вокруг Солнца внутри орбиты Солнца вокруг Земли, а Марс, Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца за пределами орбиты Солнца вокруг Земли.
Тихо ценил систему Коперника, но возражал против идеи движущейся Земли на основе физики, астрономии и религии. Аристотелевская физика того времени (до современной ньютоновской физики оставалось еще столетие) не предлагала физического объяснения движения такого массивного тела, как Земля, тогда как она могла легко объяснить движение небесных тел, постулируя, что они созданы из другого рода. вещество, называемое эфиром , которое двигалось естественным образом. Так Тихо сказал, что система Коперника «... умело и полностью обходит все лишнее или несогласованное в системе Птолемея. Она ни в каком пункте не нарушает принципов математики. Однако она приписывает Земле это неповоротливое, ленивое тело». , непригодное для движения, движение столь же быстрое, как движение эфирных факелов, и притом тройное движение». [98] Точно так же Тихо не согласился с огромными расстояниями до звезд, которые Аристарх и Коперник предполагали, чтобы объяснить отсутствие какого-либо видимого параллакса. Тихо измерил видимые размеры звезд (теперь известно, что они иллюзорны) и использовал геометрию, чтобы вычислить, что для того, чтобы иметь такие видимые размеры и находиться так далеко, как того требует гелиоцентризм, звезды должны быть огромными (намного больше, чем Солнца; размер земной орбиты или больше). По поводу этого Тихо писал: «Выведите эти вещи, если хотите, геометрически, и вы увидите, сколько нелепостей (не говоря уже о других) сопровождает это предположение [о движении Земли] путем умозаключения». [99] Он также сослался на «оппозицию системы Коперника авторитету Священного Писания более чем в одном месте» как на причину, по которой можно было бы захотеть отвергнуть ее, и заметил, что его собственная геогелиоцентрическая альтернатива «не оскорбляет ни принципы физики, ни принципы физики». ни Священное Писание». [100]
Астрономы-иезуиты в Риме поначалу были невосприимчивы к системе Тихо; самый известный, Клавиус , заметил, что Тихо «сбивает с толку всю астрономию, потому что он хочет, чтобы Марс был ниже Солнца». [101] Однако после того, как появление телескопа выявило проблемы с некоторыми геоцентрическими моделями (например, продемонстрировав, что Венера вращается вокруг Солнца), система Тихона и вариации этой системы стали популярными среди геоцентристов, а астроном-иезуит Джованни Баттиста Риччоли продолжал использовать Тихо физику, звездную астрономию (теперь с телескопом) и религию для аргументации против гелиоцентризма и в защиту системы Тихо вплоть до семнадцатого века.
Джордано Бруно (ум. 1600) — единственный известный человек, защищавший гелиоцентризм Коперника в свое время. [102] Используя измерения, сделанные в обсерватории Тихо, Иоганн Кеплер разработал свои законы движения планет между 1609 и 1619 годами. [103] В «Новой астрономии» (1609) Кеплер построил диаграмму движения Марса относительно Земли, если бы Земля находилась в центр его орбиты, что показывает, что орбита Марса будет совершенно несовершенной и никогда не будет следовать по одному и тому же пути. Чтобы решить проблему кажущегося происхождения орбиты Марса из идеального круга, Кеплер получил как математическое определение, так и, независимо, соответствующий эллипс вокруг Солнца, чтобы объяснить движение Красной планеты. [104]
Между 1617 и 1621 годами Кеплер разработал гелиоцентрическую модель Солнечной системы в Epitome astronomiae Copernicanae , в которой все планеты имеют эллиптические орбиты. Это обеспечило значительно повышенную точность предсказания положения планет. Идеи Кеплера не были сразу приняты, и, например, Галилей их проигнорировал. В 1621 году «Epitome astronomia Copernicanae» была внесена в список запрещенных книг Католической церкви, несмотря на то, что Кеплер был протестантом.
Галилей смог посмотреть на ночное небо с помощью недавно изобретенного телескопа. Свои открытия о том, что вокруг Юпитера вращаются спутники и что Солнце вращается, он опубликовал в своих трудах «Sidereus Nuncius» (1610) [105] и «Письма о солнечных пятнах » (1613) соответственно. Примерно в это же время он также объявил, что Венера демонстрирует полный спектр фаз (что удовлетворяет аргументу, выдвинутому против Коперника). [105] Поскольку астрономы-иезуиты подтвердили наблюдения Галилея, иезуиты отошли от модели Птолемея и обратились к учению Тихо. [106]
В своем « Письме к великой княгине Кристине » 1615 года Галилей защищал гелиоцентризм и утверждал, что он не противоречит Священному Писанию. Он занял позицию Августина в отношении Священного Писания: не понимать каждый отрывок буквально, если рассматриваемое место Писания находится в библейской книге стихов и песен, а не в книге наставлений или истории. Авторы Священного Писания писали с точки зрения земного мира, и с этой точки зрения Солнце действительно восходит и заходит. Фактически, именно вращение Земли создает впечатление движения Солнца по небу. В феврале 1615 года видные доминиканцы, в том числе Томасо Каччини и Никколо Лорини, довели до сведения инквизиции сочинения Галилея о гелиоцентризме, поскольку они, по всей видимости, нарушали Священное Писание и постановления Тридентского собора . [107] [108] [109] [110] Кардинал и инквизитор Роберт Беллармин был призван вынести решение, и в апреле он написал, что рассматривать гелиоцентризм как реальное явление было бы «очень опасной вещью», раздражающей философов и теологов и причиняющей вред «Святую Веру, выдавая Священное Писание за ложь». [111]
В январе 1616 г. монсеньор. Франческо Инголи адресовал Галилею эссе, оспаривающее систему Коперника. Позже Галилей заявил, что, по его мнению, это эссе сыграло важную роль в запрете коперниканства, последовавшем в феврале. [112] По словам Мориса Финоккьяро, Инголи, вероятно, была уполномочена инквизицией написать экспертное заключение по этому противоречию, и это эссе послужило «главным прямым основанием» для запрета. [113] В эссе основное внимание уделялось восемнадцати физическим и математическим аргументам против гелиоцентризма. В первую очередь он заимствован из аргументов Тихо Браге и в нем особо упоминается проблема, заключающаяся в том, что гелиоцентризм требует, чтобы звезды были намного больше Солнца. Инголи писал, что большое расстояние до звезд в гелиоцентрической теории «ясно доказывает… неподвижные звезды имеют такой размер, что они могут превосходить или равняться размеру орбиты самой Земли». [114] Инголи включил в эссе четыре богословских аргумента, но предложил Галилею сосредоточиться на физических и математических аргументах. Галилей не писал ответа Инголи до 1624 года. [115]
В феврале 1616 года инквизиция собрала комитет богословов, известный как определители, которые представили свой единодушный доклад, осуждающий гелиоцентризм как «глупый и абсурдный с точки зрения философии и формально еретический, поскольку он во многих местах явно противоречит смыслу Священного Писания». Инквизиция также установила, что движение Земли «получает такое же суждение в философии и... что касается теологической истины, то оно, по крайней мере, ошибочно в вере». [116] [117] Беллармин лично приказал Галилею
полностью воздерживаться от преподавания или защиты этого учения и мнения или от его обсуждения... полностью отказаться... от мнения, что солнце стоит на месте в центре мира, а земля движется, и впредь не придерживаться, учить, или защищать его любым способом, устно или письменно.
- Беллармин и судебный запрет инквизиции против Галилея, 1616 г. [118]
В марте 1616 года, после судебного запрета инквизиции против Галилея, папский магистр Священного дворца , Конгрегация Индекса и Папа запретили все книги и письма, защищающие систему Коперника, которую они называли «ложным пифагорейским учением, полностью противоречащим Священному учению». Священное Писание». [118] [119] В 1618 году Святая канцелярия рекомендовала разрешить использование модифицированной версии « De Revolutionibus » Коперника для использования в календарных расчетах, хотя оригинальная публикация оставалась запрещенной до 1758 года. [119]
Папа Урбан VIII призвал Галилея опубликовать плюсы и минусы гелиоцентризма. Ответ Галилея « Диалог о двух главных мировых системах» (1632 г.) явно защищает гелиоцентризм, несмотря на его заявление в предисловии о том, что:
Я постараюсь показать, что все эксперименты, которые можно провести на Земле, являются недостаточными средствами для заключения о ее подвижности, но безразлично применимы к Земле, подвижной или неподвижной... [120]
и его прямое заявление,
Я мог бы весьма разумно поставить вопрос о том, существует ли такой центр в природе или нет; поскольку ни вы, ни кто-либо другой никогда не доказал, является ли Мир конечным и образным, или же бесконечным и бесконечным; тем не менее, признавая на данный момент, что она конечна, имеет конечную сферическую фигуру и, следовательно, имеет свой центр... [120]
Некоторые священнослужители также интерпретировали книгу как характеризующую Папу как простака, поскольку его точку зрения в диалоге отстаивал персонаж Симпличио . Урбан VIII стал враждебно относиться к Галилею и его снова вызвали в Рим. [121] Суд над Галилеем в 1633 году включал в себя проведение тонких различий между «обучением» и «поддержанием и защитой истины». За продвижение гелиоцентрической теории Галилей был вынужден отречься от коперниканства и последние несколько лет своей жизни был помещен под домашний арест. По словам Дж. Л. Хейлброна, информированные современники Галилея «понимали, что упоминание о ереси в связи с Галилеем или Коперником не имеет общего или богословского значения». [122]
В 1664 году папа Александр VII опубликовал свой Index Librorum Prohibitorum Alexandri VII Pontificis Maximi jussu editus (Индекс запрещенных книг, опубликованный по приказу Александра VII, PM ), в который вошли все предыдущие осуждения гелиоцентрических книг. [123]
Первый космологический трактат Рене Декарта , написанный между 1629 и 1633 годами и озаглавленный «Мир» , включал гелиоцентрическую модель, но Декарт отказался от нее в свете трактовки Галилея. [124] В своих «Принципах философии» (1644 г.) Декарт представил механическую модель , в которой планеты не движутся относительно своей непосредственной атмосферы, а формируются вокруг вихрей пространства-материи в искривленном пространстве ; они вращаются под действием центробежной силы и возникающего в результате этого центростремительного давления . [125] Дело Галилея в целом мало что сделало для замедления распространения гелиоцентризма по Европе, поскольку « Воплощение коперниканской астрономии » Кеплера становилось все более влиятельным в ближайшие десятилетия. [126] К 1686 году модель была достаточно хорошо известна, и широкая публика читала о ней в «Беседах о множественности миров» , опубликованных во Франции Бернаром ле Бовье де Фонтенеллем и переведенных на английский и другие языки в ближайшие годы. Его назвали «одним из первых великих популяризаций науки». [124]
В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , в которой дано объяснение законов Кеплера с точки зрения всемирного тяготения и того, что стало известно как законы движения Ньютона . Это поставило гелиоцентризм на прочную теоретическую основу, хотя гелиоцентризм Ньютона был несколько современным. Уже в середине 1680-х годов он признал «отклонение Солнца» от центра тяжести Солнечной системы. [127] Для Ньютона это был не совсем центр Солнца или любого другого тела, которое можно было бы считать покоящимся, но «общий центр тяжести Земли, Солнца и всех планет следует считать центром Мира», и этот центр тяжести «либо покоится, либо движется равномерно вперед по прямой». Ньютон принял альтернативу «покоя», учитывая общее мнение, что центр, где бы он ни находился, находится в покое. [128]
Между тем, католическая церковь оставалась против гелиоцентризма как буквального описания, но это никоим образом не подразумевало противостояние всей астрономии; действительно, ему нужны были данные наблюдений для ведения своего календаря. В поддержку этих усилий было разрешено использовать сами соборы в качестве солнечных обсерваторий, называемых меридианами ; то есть их превратили в «обратные солнечные часы », или гигантские камеры-обскуры , в которых изображение Солнца проецировалось из отверстия в окне фонаря собора на линию меридиана. [129]
В середине 18 века оппозиция Церкви начала угасать. Аннотированный экземпляр «Начал» Ньютона был опубликован в 1742 году двумя католическими математиками, отцами Ле Сёром и Жакье из францисканских минимов, с предисловием, в котором говорилось, что работа автора предполагает гелиоцентризм и не может быть объяснена без теории. В 1758 году католическая церковь исключила общий запрет книг, пропагандирующих гелиоцентризм, из « Индекса запрещенных книг» . [130] Обсерватория Римского колледжа была основана Папой Климентом XIV в 1774 году (национализирована в 1878 году, но вновь основана Папой Львом XIII как Ватиканская обсерватория в 1891 году). Несмотря на прекращение активного сопротивления гелиоцентризму, католическая церковь не сняла запрет на нецензурированные версии « De Revolutionibus » Коперника или «Диалог» Галилея . Дело возобновилось в 1820 году, когда магистр Священного дворца (главный цензор католической церкви) Филиппо Анфосси отказался лицензировать книгу католического каноника Джузеппе Сеттеле, поскольку в ней открыто рассматривался гелиоцентризм как физический факт. [131] Сеттеле обратился к папе Пию VII . После того, как вопрос был пересмотрен Конгрегацией Индекса и Священной канцелярией, решение Анфосси было отменено. [132] Пий VII утвердил указ в 1822 году Священной Конгрегации инквизиции, разрешающий печать гелиоцентрических книг в Риме. « О революции » Коперника и «Диалог Галилея» впоследствии были исключены из следующего издания «Индекса» , вышедшего в 1835 году.
Три очевидных доказательства гелиоцентрической гипотезы были предоставлены в 1727 году Джеймсом Брэдли , в 1838 году Фридрихом Вильгельмом Бесселем и в 1851 году Леоном Фуко . Брэдли обнаружил звездную аберрацию, доказав относительное движение Земли. Бессель доказал, что параллакс звезды больше нуля, измерив параллакс 0,314 угловых секунд звезды под названием 61 Лебедя . В том же году Фридрих Георг Вильгельм Струве и Томас Хендерсон измерили параллаксы других звезд, Веги и Альфы Центавра . Опыты, подобные экспериментам Фуко, были выполнены В. Вивиани в 1661 г. во Флоренции и Бартолини в 1833 г. в Римини. [133]
Уже в Талмуде греческая философия и наука под общим названием «греческая мудрость» считались опасными. Тогда и позже на какое-то время их поместили под запрет. Первым еврейским ученым, описавшим систему Коперника, хотя и без упоминания Коперника по имени, был Махарал из Праги в своей книге «Беэр ха-Гола» (1593 г.). Махарал приводит аргумент радикального скептицизма , утверждая, что ни одна научная теория не может быть надежной, что он иллюстрирует новомодной теорией гелиоцентризма, опровергающей даже самые фундаментальные взгляды на космос. [134]
Коперник упоминается в книгах Давида Ганса (1541–1613), работавшего с Браге и Кеплером. Ганс написал две книги по астрономии на иврите : короткую «Маген Давид» (1612 г.) и полную «Нехмад веНаим» (опубликованную только в 1743 г.). Он объективно описал три системы: системы Птолемея, Коперника и Браге, не принимая чью-либо сторону. Джозеф Соломон Дельмедиго (1591–1655) в своем «Элиме» (1629) говорит, что аргументы Коперника настолько сильны, что только идиот не примет их. [135] Дельмедиго учился в Падуе и был знаком с Галилеем. [136]
Настоящая полемика по поводу модели Коперника внутри иудаизма возникает только в начале XVIII века. Большинство авторов в этот период приняли коперниканский гелиоцентризм, против которого выступили Дэвид Ньето и Тобиас Кон , которые выступали против гелиоцентризма на том основании, что он противоречит Священному Писанию. Ньето просто без особой страсти отверг новую систему на этих основаниях, тогда как Кон зашел так далеко, что назвал Коперника «первенцем сатаны», хотя он также признал, что ему было бы трудно выдвинуть одно конкретное возражение, основанное на отрывок из Талмуда. [137]
В XIX веке два ученика Хатам Софера написали книги, получившие от него одобрение [ кто? ] , хотя один поддерживал гелиоцентризм, а другой - геоцентризм. Один из них, комментарий к Бытию под названием «Яфеа ле-Кец» [138] , написанный Р. Исраэлем Дэвидом Шлезингером, сопротивлялся гелиоцентрической модели и поддерживал геоцентризм. [139] Другой, Мэй Менучот [140] , написанный Р. Элиезером Липманом Нойзацем, способствовал принятию гелиоцентрической модели и других современных научных взглядов. [141]
Начиная с 20-го века большинство евреев не подвергали сомнению науку гелиоцентризма. Исключение составляют Шломо Бенизри [142] и Р.М. Шнеерсон из Хабада , которые утверждали, что вопрос о гелиоцентризме и геоцентризме устарел из-за относительности движения . [143] Последователи Шнеерсона в Хабаде продолжают отрицать гелиоцентрическую модель. [144]
В 1783 году астроном-любитель Уильям Гершель попытался определить форму Вселенной, исследуя звезды в телескопы, сделанные своими руками . Гершель был первым, кто предложил модель Вселенной, основанную на наблюдениях и измерениях. [145] В то время доминирующим предположением в космологии было то, что Млечный Путь — это вся Вселенная, и это предположение с тех пор было доказано наблюдениями. [146] Гершель пришел к выводу, что оно имело форму диска , но предположил, что Солнце находилось в центре диска, что сделало модель гелиоцентрической. [147] [148] [149] [150]
Увидев, что звезды, принадлежащие Млечному Пути, окружают Землю, Гершель тщательно подсчитал звезды заданной видимой величины и, обнаружив, что числа одинаковы во всех направлениях, пришел к выводу, что Земля должна быть близка к центру Млечного Пути. Однако в методологии Гершеля было два недостатка : звездная величина не является надежным показателем расстояния до звезд, а некоторые области, которые он принял за пустое пространство, на самом деле были темными, затемняющими туманностями, закрывавшими ему обзор центра Млечного Пути. . [151]
Модель Гершеля оставалась относительно неоспоримой в течение следующих ста лет с небольшими усовершенствованиями. Якоб Каптейн ввел движение, плотность и светимость в подсчет звезд Гершеля, что все еще подразумевало почти центральное расположение Солнца. [147]
Уже в начале 19 века Томас Райт и Иммануил Кант предположили, что нечеткие пятна света, называемые туманностями, на самом деле представляют собой далекие «островные вселенные», состоящие из множества звездных систем . [152] Ожидалось, что форма галактики Млечный Путь будет напоминать такие «острова вселенных».
Однако «научные аргументы были выдвинуты против такой возможности», и эта точка зрения была отвергнута почти всеми учеными до начала 20-го века, после работы Харлоу Шепли о шаровых скоплениях и измерений Эдвина Хаббла в 1924 году. После Шепли и Хаббла показал, что Солнце не является центром Вселенной, космология перешла от гелиоцентризма к галактоцентризму , который утверждает, что Млечный Путь является центром Вселенной. [153]
Наблюдения Хаббла за красным смещением света от далеких галактик показали, что Вселенная расширяется и ацентрична. [148] В результате вскоре после того, как был сформулирован галактоцентризм, от него отказались в пользу модели Большого взрыва ацентрически расширяющейся Вселенной. Дальнейшие предположения, такие как принцип Коперника , космологический принцип , темная энергия и темная материя , в конечном итоге приводят к нынешней модели космологии, Lambda-CDM .
Понятие абсолютной скорости, в том числе и «покоя» как частного случая, исключается принципом относительности , также исключающим любой очевидный «центр» Вселенной как естественное начало координат. Даже если обсуждение ограничивается Солнечной системой , Солнце находится не в геометрическом центре орбиты какой-либо планеты, а скорее примерно в одном из фокусов эллиптической орбиты . Более того, поскольку массой планеты нельзя пренебрегать по сравнению с массой Солнца, центр тяжести Солнечной системы немного смещается от центра Солнца. [128] (Массы планет, в основном Юпитера , составляют 0,14% массы Солнца.) Следовательно, гипотетический астроном на внесолнечной планете наблюдал бы небольшое «колебание» в движении Солнца. [154]
В современных расчетах термины «геоцентрическая» и «гелиоцентрическая» часто используются для обозначения систем отсчета . [155] В таких системах можно выбрать начало координат в центре масс Земли, системы Земля-Луна, Солнца, Солнца плюс большие планеты или всей Солнечной системы. [156] Прямое восхождение и склонение являются примерами геоцентрических координат, используемых в наземных наблюдениях, а гелиоцентрические широта и долгота используются для орбитальных расчетов. Это приводит к таким терминам, как «гелиоцентрическая скорость » и «гелиоцентрический угловой момент ». В этой гелиоцентрической картине любая планета Солнечной системы может использоваться в качестве источника механической энергии, поскольку движется относительно Солнца. Меньшее тело ( искусственное или естественное ) может получить гелиоцентрическую скорость за счет гравитации - этот эффект может изменить механическую энергию тела в гелиоцентрической системе отсчета (хотя она не изменится в планетарной). Однако такой выбор «геоцентрических» или «гелиоцентрических» систем является всего лишь вопросом вычислений. Оно не имеет философского значения и не представляет собой отдельной физической или научной модели . С точки зрения общей теории относительности инерциальные системы отсчета вообще не существуют, и любая практическая система отсчета представляет собой лишь приближение к реальному пространству-времени, которое может иметь более высокую или меньшую точность. Некоторые формы принципа Маха считают, что система покоя по отношению к удаленным массам во Вселенной обладает особыми свойствами. [ нужна ссылка ]
Известно, что все исламские астрономы от Сабита ибн Курры в девятом веке до Ибн аш-Шатира в четырнадцатом, а также все натурфилософы от аль-Кинди до Аверроэса и позже принимали... греческую картину мира как состоящую из две сферы, из которых одна, небесная сфера... концентрически охватывает другую.