Гелиоцентризм [a] (также известный как гелиоцентрическая модель ) — это устаревшая астрономическая модель, в которой Земля и планеты вращаются вокруг Солнца в центре Вселенной . Исторически гелиоцентризм противостоял геоцентризму , который помещал Землю в центр. Представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца, было предложено еще в 3 веке до нашей эры Аристархом Самосским [1] , на которого повлияла концепция, представленная Филолаем Кротонским (ок. 470–385 гг. до н. э.). В 5 веке до нашей эры греческие философы Филолай и Гикетас в разных случаях высказывали мысль о том, что Земля имеет шарообразную форму и вращается вокруг «мистического» центрального огня , и что этот огонь регулирует вселенную. [2] Однако в средневековой Европе гелиоцентризм Аристарха привлекал мало внимания — возможно, из-за утраты научных трудов эллинистического периода . [b]
Лишь в XVI веке математик эпохи Возрождения , астроном и католический священнослужитель Николай Коперник представил математическую модель гелиоцентрической системы , что привело к коперниканской революции . В 1576 году Томас Диггес опубликовал модифицированную систему Коперника. Его модификации близки к современным наблюдениям. В следующем столетии Иоганн Кеплер ввел эллиптические орбиты , а Галилео Галилей представил подтверждающие наблюдения, сделанные с помощью телескопа .
С наблюдениями Уильяма Гершеля , Фридриха Бесселя и других астрономов было установлено, что Солнце, хотя и находится вблизи барицентра Солнечной системы , не является центром Вселенной. Современная астрономия не выделяет никакого центра.
Хотя сферичность Земли была широко признана в греко-римской астрономии , по крайней мере, с IV века до н. э. [4], суточное вращение Земли и годичная орбита вокруг Солнца не были общепризнанными до Коперниканской революции .
Хотя гипотеза о движущейся Земле выдвигалась по крайней мере с IV века до н. э. в пифагореизме , а полностью разработанная гелиоцентрическая модель была разработана Аристархом Самосским в III веке до н. э., эти идеи не смогли заменить представление о статической сферической Земле, и со II века н. э. преобладающей моделью, которая была унаследована средневековой астрономией, стала геоцентрическая модель, описанная в « Альмагесте » Птолемея .
Система Птолемея была сложной астрономической системой, которая смогла вычислить положения планет с достаточной степенью точности. [5] Сам Птолемей в своем Альмагесте говорит, что любая модель для описания движения планет является всего лишь математическим приемом, и поскольку нет фактического способа узнать, какая из них верна, следует использовать простейшую модель, которая дает правильные числа. [6] Однако он отверг идею вращения Земли, столь же абсурдную, как, по его мнению, она создаст огромные ветры. В 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] регрессия, поскольку гелиоцентрическая схема Аристарха Самосского столетиями ранее обязательно размещала звезды по крайней мере 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 появлению гелиоцентризма Коперника, разработанного в астрономии эпохи Возрождения .
Первая негеоцентрическая модель вселенной была предложена пифагорейским философом Филолаем ( ум. 390 г. до н. э.), который учил, что в центре вселенной находится «центральный огонь», вокруг которого Земля , Солнце , Луна и планеты вращаются в равномерном круговом движении . Эта система постулировала существование контрземли , коллинеарной с Землей и центральным огнем, с тем же периодом обращения вокруг центрального огня, что и Земля. Солнце вращалось вокруг центрального огня один раз в год, а звезды были неподвижны. Земля сохраняла ту же скрытую сторону по отношению к центральному огню, делая и его, и «контрземлю» невидимыми с Земли. Пифагорейская концепция равномерного кругового движения оставалась неоспоримой в течение примерно следующих 2000 лет, и именно к пифагорейцам Коперник ссылался, чтобы показать, что представление о движущейся Земле не было ни новым, ни революционным. [8] Кеплер дал альтернативное объяснение «центрального огня» пифагорейцев как Солнца, « поскольку большинство сект намеренно скрывали свои учения ». [9]
Гераклид Понтийский (IV в. до н. э.) сказал, что вращение Земли объясняет видимое 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 нет других доказательств того, что она была известна в Древнем Египте . [11] [12]
Первым человеком, который, как известно, предложил гелиоцентрическую систему, был Аристарх Самосский ( ок. 270 г. до н. э.) . Как и его современник Эратосфен , Аристарх вычислил размер Земли и измерил размеры и расстояния до Солнца и Луны . Из своих оценок он пришел к выводу, что Солнце в шесть-семь раз шире Земли, и считал, что более крупный объект будет иметь наибольшую силу притяжения.
Его труды о гелиоцентрической системе утеряны, но некоторые сведения о них известны из краткого описания его современника Архимеда и из разрозненных ссылок более поздних авторов. Описание Архимедом теории Аристарха дано в его книге « The Sand Reckoner» . Полное описание состоит всего из трех предложений, которые Томас Хит переводит следующим образом: [13]
Ты [царь Гелон] знаешь, 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. Это общее мнение (τά γραφόμενα), как ты слышал от астрономов. Но Аристарх вынес книгу, состоящую из определенных гипотез , в которой, как представляется, в результате сделанных предположений, вселенная во много раз больше, чем "вселенная", только что упомянутая. Его гипотезы состоят в том, что неподвижные звезды и Солнце остаются неподвижными, что Земля вращается вокруг Солнца по окружности, причем Солнце лежит в середине орбиты , и что сфера неподвижных звезд, расположенная примерно в том же центре, что и Солнце, настолько велика, что окружность, по которой, как он предполагает, вращается Земля, находится в такой же пропорции к расстоянию до неподвижных звезд, в какой центр сферы находится по отношению к ее поверхности.
— Песчаный счетовод ( Аренарий I, 4–7) [13]
Аристарх, вероятно, считал, что звезды находятся очень далеко, поскольку он знал, что их параллакс [14] в противном случае наблюдался бы в течение года. Звезды на самом деле находятся так далеко, что звездный параллакс стал обнаруживаться только тогда, когда в 1830-х годах были разработаны достаточно мощные телескопы .
Никаких ссылок на гелиоцентризм Аристарха не известно ни в каких других трудах до нашей эры . Самые ранние из немногих других древних ссылок встречаются в двух отрывках из трудов Плутарха . В них упоминается одна деталь, не указанная явно в отчете Архимеда [15] — а именно, что теория Аристарха предполагала вращение Земли на оси. Первая из этих ссылок встречается в «О лице в сфере Луны» : [16]
Только, мой добрый друг, не возбуждай против меня дела за нечестие в духе Клеанфа , который считал, что долг греков обвинить Аристарха Самосского в нечестии за приведение в движение Очага Вселенной, поскольку это было следствием его попытки спасти явления, предположив, что небо остается в покое, а Земля вращается по косой окружности, вращаясь в то же время вокруг своей оси.
— О лице в сфере Луны ( De facie in orbe lunae , гл. 6, стр. 922 F – 923 A.)
Сохранились лишь разрозненные фрагменты сочинений Клеанфа в цитатах других авторов, но в «Жизнеописаниях и мнениях выдающихся философов » Диоген Лаэртский упоминает «Ответ Аристарху» (Πρὸς Ἀρίσταρχον) как одно из произведений Клеанфа [17] , и некоторые ученые [18] предположили, что именно в этом месте Клеанф обвинил Аристарха в нечестии .
Второе упоминание Плутарха содержится в его «Платоновских вопросах» : [19]
Привел ли Платон Землю в движение, как он сделал это с Солнцем, Луной и пятью планетами, которые он назвал инструментами времени из-за их вращения, и было ли необходимо представить, что Земля, «которая имеет форму шара вокруг оси, протянутой от полюса до полюса через всю вселенную», не представлялась удерживаемой вместе и находящейся в покое, но вращающейся и вращающейся (στρεφομένην καὶ ἀνειλουμένην), как впоследствии утверждали Аристарх и Селевк , причем первый утверждал это только как гипотезу (ὑποτιθέμενος μόνον), последний — как определенное мнение (καὶ ἀποφαινόμενος)?
- Платонические вопросы ( Platonicae Quaestiones viii. I, 1006 C)
Оставшиеся ссылки на гелиоцентризм Аристарха чрезвычайно кратки и не дают никакой дополнительной информации, кроме той, что можно почерпнуть из уже процитированных. Те, в которых Аристарх упоминается явно по имени, встречаются в « Мнениях философов » Аэция , «Против математиков » Секста Эмпирика [19] и анонимном схолиасте Аристотеля. [ 20] Другой отрывок в «Мнениях философов » Аэция сообщает, что астроном Селевк подтвердил движение Земли, но не упоминает Аристарха. [19]
Поскольку Плутарх упоминает «последователей Аристарха» мимоходом, вполне вероятно, что в классический период были и другие астрономы , которые также придерживались гелиоцентризма, но чьи работы были утеряны. Единственным другим астрономом античности, известным по имени, который, как известно, поддерживал гелиоцентрическую модель Аристарха, был Селевк из Селевкии (р. 190 г. до н. э.), эллинистический астроном, процветавший столетие после Аристарха в империи Селевкидов . [21] Селевк был сторонником гелиоцентрической системы Аристарха. [22] Селевк, возможно, доказал гелиоцентрическую теорию, определив константы геометрической модели для гелиоцентрической теории и разработав методы вычисления положений планет с использованием этой модели. Он мог использовать ранние тригонометрические методы, которые были доступны в его время, поскольку он был современником Гиппарха . [23] Фрагмент произведения Селевка сохранился в арабском переводе, на который ссылался Разес (р. 865). [24]
С другой стороны, его объяснение могло включать явление приливов [25] , которое, как он предположительно предполагал, было вызвано притяжением к Луне и вращением Земли вокруг центра масс Земли и Луны .
В Европе до Коперника время от времени высказывались предположения о гелиоцентризме. В римском Карфагене язычник Марциан Капелла (V в. н. э.) 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 IX в. [27], и Коперник упоминает его как человека, повлиявшего на его собственную работу. [28] Также Макробий (420 г. н. э.) описал гелиоцентрическую модель. [29]
Арьябхата (476–550) в своем главном произведении «Арьябхатия» (499), на которое оказала влияние греческая астрономия, [30] предложил планетарную модель, в которой Земля считалась вращающейся вокруг своей оси , а периоды планет были даны относительно Солнца. [31] Его непосредственные комментаторы, такие как Лалла и другие более поздние авторы, отвергли его новаторскую точку зрения о вращении Земли. [32] Утверждалось, что расчеты Арьябхаты были основаны на базовой гелиоцентрической модели, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, [33] [34] хотя это было опровергнуто. [35] Общее мнение заключается в том, что синодическая аномалия (зависящая от положения Солнца) не подразумевает физическую гелиоцентрическую орбиту (такие поправки также присутствуют в поздних вавилонских астрономических текстах), и что система Арьябхаты не была явно гелиоцентрической. [36] Он также сделал много астрономических вычислений, таких как время солнечных и лунных затмений и мгновенное движение Луны. [37] Ранними последователями модели Арьябхаты были Варахамихира , Брахмагупта и Бхаскара II .
Некоторое время мусульманские астрономы принимали систему Птолемея и геоцентрическую модель, которые использовались аль-Баттани , чтобы показать, что расстояние между Солнцем и Землей меняется. [38] [39] В 10 веке ас-Сиджзи признал, что Земля вращается вокруг своей оси . [40] [41] По словам более позднего астронома аль-Бируни , ас-Сиджзи изобрел астролябию под названием аль-зураки, основанную на вере некоторых его современников в то, что видимое движение звезд было вызвано движением Земли, а не небесного свода . [41] [42] Исламские астрономы начали критиковать модель Птолемея, включая Ибн аль-Хайтама в его «Аш-Шукук ала Баталамиус » («Сомнения относительно Птолемея», ок. 1028 г.) [43] [44], который нашел противоречия в модели Птолемея, но аль-Хайтам остался приверженцем геоцентрической модели. [45]
Аль-Бируни обсуждал возможность вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, но в своем Масудском каноне (1031) [46] он выразил свою веру в геоцентрическую и неподвижную Землю. [47] Он знал, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси, это согласовывалось бы с его астрономическими наблюдениями [48], но считал это проблемой естественной философии, а не математики. [41] [49]
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. [50] [51] Его система распространилась по большей части Европы в XIII веке, а дебаты и опровержения его идей продолжались до XVI века. [51]
Марагинская школа астрономии в Персии эпохи Ильханидов продолжила разработку «нептолемеевских» планетарных моделей, включающих вращение Земли . Известными астрономами этой школы являются Аль-Урди (ум. 1266), Аль-Катиби (ум. 1277), [ 52] и Аль-Туси (ум. 1274).
Аргументы и доказательства, использованные при этом, напоминают те, которые использовал Коперник для подтверждения движения Земли. [53] [54] Критика Птолемея, развитая Аверроэсом и школой Мараги, явно касается вращения Земли , но не приводит к явному гелиоцентризму. [55] Наблюдения школы Мараги были дополнительно улучшены в Самаркандской обсерватории эпохи Тимуридов под руководством Кушджи (1403–1474).
В Индии Нилаканта Сомаяджи (1444–1544) в своей «Арьябхатиябхашье» , комментарии к «Арьябхатии» Арьябхаты , разработал вычислительную систему для геогелиоцентрической планетарной модели, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращается вокруг Земли, похожую на систему, позже предложенную Тихо Браге . В « Тантрасамграхе» (1501) Сомаяджи дополнительно пересмотрел свою планетную систему, которая была математически более точной в предсказании гелиоцентрических орбит внутренних планет, чем модели Тихо и Коперника , [56] [57] но не предложил никаких конкретных моделей Вселенной. [58] Планетная система Нилаканты также включала вращение Земли вокруг своей оси. [59] Большинство астрономов керальской школы астрономии и математики , по-видимому, приняли его планетарную модель. [60] [61]
Марциан Капелла (V в. н. э.) высказал мнение, что планеты Венера и Меркурий не вращаются вокруг Земли, а вращаются вокруг Солнца. [62] Модель Капеллы обсуждалась в раннем Средневековье различными анонимными комментаторами IX в. [63] и Коперник упоминает его как человека, повлиявшего на его собственную работу. [64] Макробий (420 г. н. э.) описал гелиоцентрическую модель. [65] Иоанн Скот Эриугена (815-877 г. н. э.) предложил модель, напоминающую модель Тихо Браге. [65]
В XIV веке епископ Николь Орем обсуждал возможность вращения Земли вокруг своей оси, в то время как кардинал Николай Кузанский в своем труде «Ученое невежество» задавался вопросом, есть ли основания утверждать, что Солнце (или любая другая точка) является центром вселенной. Параллельно с мистическим определением Бога Кузанский писал, что «Таким образом, ткань мира ( machina mundi ) будет иметь свой центр везде, а окружность нигде», [66] вспоминая Гермеса Трисмегиста . [67]
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, таким образом, Коперником . [49] [68] [69] [70] [71] Коперник использовал такие устройства в тех же планетарных моделях, которые встречаются в арабских источниках. [72] Точная замена экванта двумя эпициклами , использованная Коперником в «Комментарии», была найдена в более ранней работе Ибн аш-Шатира (ок. 1375 г.) из Дамаска. [73] Лунная и Меркуриальная модели Коперника также идентичны моделям Ибн аш-Шатира. [74]
Хотя влияние критики Птолемея Аверроэсом на мысль эпохи Возрождения ясно и явно, утверждение о прямом влиянии школы Мараги, выдвинутое Отто Э. Нойгебауэром в 1957 году, остается открытым вопросом. [55] [75] [76] [ необходима цитата ] Поскольку пара Туси использовалась Коперником в его переформулировании математической астрономии, растет консенсус, что он каким-то образом узнал об этой идее. Одним из возможных путей передачи могла быть византийская наука , которая перевела некоторые работы ат-Туси с арабского на византийский греческий . Несколько византийских греческих рукописей, содержащих пару Туси, все еще сохранились в Италии. [77] Проект «Математическая генеалогия» предполагает, что существует «генеалогия» Насир ад-Дин аль-Туси → Шамс ад-Дин аль-Бухари → Григорий Хиониад → Мануэль Вриенниос → Теодор Метохит → Григорий Палама → Нилос Кабасил → Деметриос Кидонес → Гемист Плетон → Василий Бессарион → Иоганнес Региомонтан . нас → Доменико Мария Новара да Феррара → Николай (Миколай Коперник) Коперник. [78] Леонардо да Винчи (1452–1519) написал « Il sole non si move » («Солнце не движется») . [79] Он был учеником ученика Виссариона, согласно проекту «Генеалогия математики » . [80] Было высказано предположение, что идея пары Туси могла попасть в Европу, оставив после себя мало рукописных следов, поскольку она могла возникнуть без перевода какого-либо арабского текста на латынь. [81] [49]
Другие ученые утверждали, что Коперник вполне мог развить эти идеи независимо от поздней исламской традиции. [82] [83] [84] [85] Коперник явно ссылается на нескольких астрономов «исламского золотого века » (10–12 вв.) в «De Revolutionibus» : Альбатегниуса (Аль-Баттани) , Аверроэса (Ибн Рушд), Тебита (Сабита ибн Курра) , Арзахеля (Аль-Заркали) и Альпетрагиуса (Аль-Битруджи) , но он не показывает осведомленности о существовании кого-либо из более поздних астрономов школы Мараги. [86]
Утверждалось, что Коперник мог независимо открыть пару Туси или взять эту идею из « Комментария к первой книге Евклида» Прокла , [87] на который ссылался Коперник. [88] Другим возможным источником знаний Коперника об этом математическом устройстве являются « Вопросы о силе» Николая Орезма , который описал, как возвратно-поступательное линейное движение небесного тела может быть получено комбинацией круговых движений, подобных тем, которые предложил аль-Туси. [89]
Состояние знаний о планетарной теории, полученных Коперником, обобщено в работе Георга фон Пейербаха Theoricae Novae Planetarum (напечатанной в 1472 году Региомонтаном ). К 1470 году точность наблюдений Венской школы астрономии, членами которой были Пейербах и Региомонтан , была достаточно высока, чтобы сделать неизбежной разработку гелиоцентризма, и, действительно, возможно, что Региомонтан пришел к явной теории гелиоцентризма до своей смерти в 1476 году, примерно за 30 лет до Коперника. [90]
Николай Коперник в своем труде De revolutionibus orbium coelestium («О вращении небесных сфер», впервые напечатанном в 1543 году в Нюрнберге ) представил обсуждение гелиоцентрической модели Вселенной во многом таким же образом, как Птолемей во II веке представил свою геоцентрическую модель в своем Альмагесте . Коперник обсудил философские последствия своей предложенной системы, разработал ее в геометрических деталях, использовал избранные астрономические наблюдения для выведения параметров своей модели и составил астрономические таблицы, которые позволяли вычислять прошлые и будущие положения звезд и планет. Сделав это, Коперник перенес гелиоцентризм из философских спекуляций в предсказательную геометрическую астрономию. В действительности система Коперника не предсказывала положения планет лучше, чем система Птолемея. [91] Эта теория решила вопрос о планетарном ретроградном движении , утверждая, что такое движение было только воспринимаемым и кажущимся, а не реальным : это был эффект параллакса , поскольку объект, мимо которого вы проходите, кажется движущимся назад по отношению к горизонту. Этот вопрос был также решен в геоцентрической системе Тихона ; последняя, однако, исключая основные эпициклы , сохранила в качестве физической реальности нерегулярное движение планет вперед и назад, которое Кеплер охарактеризовал как « крендель ». [92]
Коперник цитировал Аристарха в ранней (неопубликованной) рукописи De Revolutionibus (которая сохранилась до наших дней), утверждая: « Филолай верил в подвижность Земли, и некоторые даже говорят, что Аристарх Самосский придерживался этого мнения » . [93] Однако в опубликованной версии он ограничивается указанием на то, что в работах Цицерона он нашел изложение теорий Гикета и что Плутарх предоставил ему изложение пифагорейцев , Гераклида Понтийского , Филолая и Экфанта . Эти авторы предлагали движущуюся Землю, которая, однако, не вращалась вокруг центрального солнца.
Первые сведения о гелиоцентрических взглядах Николая Коперника были распространены в рукописи, завершенной некоторое время до 1 мая 1514 года. [94] В 1533 году Иоганн Альбрехт Видманштеттер прочитал в Риме серию лекций, излагающих теорию Коперника. Лекции с интересом выслушали Папа Климент VII и несколько католических кардиналов . [95]
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 двигался в карете или на корабле, он мог бы утверждать, что он сидит неподвижно и покоится, в то время как Земля и деревья ходят и движутся. Но так обстоят дела в наши дни: когда человек хочет быть умным, он должен… придумать что-то особенное, и способ, которым он это делает, должен быть наилучшим! Глупец хочет перевернуть все искусство астрономии с ног на голову. Однако, как говорит нам Священное Писание, так Иисус Навин приказал стоять на месте солнцу, а не земле » . [96]
Это было сообщено в контексте разговора за обеденным столом, а не формального заявления веры. Меланхтон , однако, выступал против этой доктрины в течение ряда лет. [97] [98]
Николай Коперник опубликовал окончательное изложение своей системы в De Revolutionibus в 1543 году. Коперник начал писать ее в 1506 году и закончил в 1530 году, но не опубликовал ее до года своей смерти. Хотя он был на хорошем счету у 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 быть еретической в течение следующих 60 лет. Среди доминиканцев было раннее предложение запретить учение гелиоцентризма, но в то время из этого ничего не вышло.
Спустя несколько лет после публикации « De Revolutionibus» Жан Кальвин прочитал проповедь, в которой осудил тех, кто «извращает порядок природы», заявив, что «солнце не движется, а вращается и вертится Земля». [99] [d]
До публикации « О вращении планет » наиболее широко принятая система была предложена Птолемеем , в которой Земля была центром Вселенной, а все небесные тела вращались вокруг нее. Тихо Браге , возможно, самый выдающийся астроном своего времени, выступал против гелиоцентрической системы Коперника и за альтернативу геоцентрической системе Птолемея: геогелиоцентрическую систему, ныне известную как система Тихона , в которой Солнце и Луна вращаются вокруг Земли, Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца внутри орбиты Солнца вокруг Земли, а Марс, Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца вне 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 появления современной ньютоновской физики оставалось еще столетие) не предлагала физического объяснения движению массивного тела, подобного Земле, в то время как она могла легко объяснить движение небесных тел, постулируя, что они состоят из другого вида субстанции, называемой эфиром , которая движется естественным образом. Итак, Тихо сказал, что система Коперника « ...искусно и полностью обходит все, что является излишним или несогласным в системе Птолемея. Ни в одном пункте она не нарушает принципа математики. Тем не менее, она приписывает Земле, этому неповоротливому, ленивому телу, неспособному к движению, движение столь же быстрое, как движение эфирных факелов, и притом тройное движение » . [104] 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 эти видимые размеры и быть так далеко, как того требует гелиоцентризм, звезды должны быть огромными (намного больше Солнца; размером с орбиту Земли или больше). По этому поводу Тихо писал: « Выведите эти вещи геометрически, если хотите, и вы увидите, сколько нелепостей (не говоря уже о других) сопровождают это предположение [о движении Земли] путем вывода » . [105] Он также сослался на «противоречия системы Коперника авторитету Священного Писания в более чем одном месте » как на причину, по которой кто-то может захотеть отвергнуть ее, и заметил, что его собственная геогелиоцентрическая альтернатива « не оскорбляет ни принципы физики, ни Священное Писание ». [106]
Астрономы - иезуиты в Риме поначалу не восприняли систему Тихо; наиболее известный из них, Клавий , заметил, что Тихо « запутывает всю астрономию, потому что он хочет, чтобы Марс находился ниже Солнца ». [107] Однако после того, как появление телескопа выявило проблемы с некоторыми геоцентрическими моделями (например, продемонстрировав, что Венера вращается вокруг Солнца), система Тихо и ее вариации стали популярны среди геоцентристов, и астроном-иезуит Джованни Баттиста Риччоли продолжил использовать физику, звездную астрономию (теперь с помощью телескопа) и религию, чтобы выступать против гелиоцентризма и за систему Тихо вплоть до XVII века.
Джордано Бруно (ум. 1600) — единственный известный человек, защищавший гелиоцентризм Коперника в свое время. [108] В 1584 году Бруно опубликовал два важных философских диалога ( «La Cena de le Ceneri» и «De l'infinito universo et mondi» ), в которых он выступал против планетарных сфер ( Кристоф Ротманн сделал то же самое в 1586 году, а Тихо Браге — в 1587 году) и подтверждал принцип Коперника.
В частности, чтобы поддержать точку зрения Коперника и выступить против возражения, согласно которому движение Земли воспринималось бы посредством движения ветров, облаков и т. д., в «La Cena de le Ceneri» Бруно предвосхищает некоторые аргументы Галилея о принципе относительности. [109] Обратите внимание, что он также использует пример, теперь известный как корабль Галилея . [110]
В течение семи лет суда в Риме Бруно содержался в заключении, последнее из которых было заключено в башне Нона .
Бруно защищал себя так же, как и в Венеции, настаивая на том, что он принимает догматические учения Церкви, но пытаясь сохранить основу своих космологических взглядов. В частности, он твердо придерживался своей веры в множественность миров , хотя его увещевали отказаться от нее. [111] Учение об этой вере было одним из обвинений, выдвинутых против него инквизицией . [112] Его судом руководил инквизитор кардинал Беллармин , который потребовал полного отречения, от которого Бруно в конечном итоге отказался. 20 января 1600 года папа Климент VIII объявил Бруно еретиком, и инквизиция вынесла ему смертный приговор. Согласно переписке Гаспара Шоппа из Бреслау , он, как говорят, сделал угрожающий жест в сторону своих судей и ответил: [113]
Maiori forsan cum timore sendentiam in mefertis quam ego accipiam («Возможно, вы произносите этот приговор мне с большим страхом, чем я его принимаю»). [114]
Он был передан светским властям. 17 февраля 1600 года на Кампо деи Фиори (центральная римская рыночная площадь), обнаженный, с «языком, заключенным в тюрьму из-за его злых слов», он был сожжен заживо на костре . [115] [116] Его прах был брошен в реку Тибр . В 400-ю годовщину смерти Бруно, в 2000 году, Папа Иоанн Павел II принес общие извинения за «применение насилия, которое некоторые совершили во имя истины». [117]
Используя измерения, сделанные в обсерватории Тихо, Иоганн Кеплер разработал свои законы движения планет между 1609 и 1619 годами. [118] В Astronomia nova (1609) Кеплер составил схему движения Марса относительно Земли, если бы Земля находилась в центре его орбиты, которая показывает, что орбита Марса была бы совершенно несовершенной и никогда не следовала бы по одному и тому же пути. Чтобы решить кажущуюся выводимость орбиты Марса из идеальной окружности, Кеплер вывел как математическое определение, так и, независимо, соответствующий эллипс вокруг Солнца, чтобы объяснить движение красной планеты. [119]
Между 1617 и 1621 годами Кеплер разработал гелиоцентрическую модель Солнечной системы в «Epitome astronomiae Copernicanae» , в которой все планеты имеют эллиптические орбиты. Это значительно повысило точность предсказания положения планет. Идеи Кеплера не были сразу приняты, и Галилей, например, проигнорировал их. В 1621 году «Epitome astronomia Copernicanae» была помещена в список запрещенных книг Католической церкви, несмотря на то, что Кеплер был протестантом.
Галилей смог посмотреть на ночное небо с помощью недавно изобретенного телескопа. Он опубликовал свои наблюдения о том, что Юпитер вращается вокруг лун , а Солнце вращается в своих работах Sidereus Nuncius (1610) [120] и Letters on Sunspots (1613) соответственно. Примерно в это же время он также объявил, что Венера демонстрирует полный спектр фаз (удовлетворяя аргумент, который был выдвинут против Коперника). [120] Поскольку иезуитские астрономы подтвердили наблюдения Галилея, иезуиты отошли от модели Птолемея и перешли к учениям Тихо. [121]
В своем « Письме к великой княгине Кристине » 1615 года Галилей защищал гелиоцентризм и утверждал, что он не противоречит Священному Писанию . Он занял позицию Августина относительно Писания: не воспринимать каждый отрывок буквально, когда рассматриваемое писание находится в библейской книге поэзии и песен, а не в книге наставлений или истории. Авторы 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, включая Томазо Каччини и Никколо Лорини, представили труды Галилея о гелиоцентризме вниманию инквизиции, поскольку они, по-видимому, нарушали Священное Писание и постановления Тридентского собора . [122] [123] [124] [125] Кардинал и инквизитор Роберт Беллармин был призван вынести решение и написал в апреле, что рассмотрение гелиоцентризма как реального явления было бы «очень опасным делом», раздражающим философов и теологов и наносящим вред «Святой Вере, представляя Священное Писание ложным». [126]
В январе 1616 года монсеньор Франческо Инголи направил Галилею эссе, в котором оспаривал систему Коперника. Галилей позже заявил, что, по его мнению, это эссе сыграло важную роль в запрете коперниканства, последовавшем в феврале. [127] По словам Мориса Финоккьяро, Инголи, вероятно, был заказан инквизицией для написания экспертного мнения по этому спору, и эссе предоставило «главную прямую основу» для запрета. [128] Эссе было сосредоточено на восемнадцати физических и математических аргументах против гелиоцентризма. Оно заимствовало в основном из аргументов Тихо Браге и в нем примечательно упоминалась 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... что неподвижные звезды имеют такой размер, что они могут превосходить или быть равными размеру орбиты самой Земли » . [129] Инголи включил в эссе четыре теологических аргумента, но предложил Галилею сосредоточиться на физических и математических аргументах. Галилей не писал ответа Инголи до 1624 года. [130]
В феврале 1616 года инквизиция собрала комитет теологов, известных как квалификаторы, которые представили свой единогласный доклад, осуждающий гелиоцентризм как «глупый и абсурдный в философии, и формально еретический, поскольку он явно противоречит во многих местах смыслу Священного Писания». Инквизиция также определила, что движение Земли «получает такое же суждение в философии и ... в отношении теологической истины оно, по крайней мере, ошибочно в вере». [131] [132] Беллармин лично приказал Галилею
...полностью воздержаться от преподавания или защиты этого учения и мнения или от обсуждения его... полностью отказаться... от мнения, что солнце стоит неподвижно в центре мира, а земля движется, и впредь не придерживаться, не преподавать и не защищать его каким-либо образом, ни устно, ни письменно.
— Беллармин и предписание инквизиции против Галилея, 1616 г. [133]
В марте 1616 года, после предписания инквизиции против Галилея, папский магистр Священного дворца , Конгрегация индекса и Папа запретили все книги и письма, пропагандирующие систему Коперника, которую они назвали «ложной пифагорейской доктриной, полностью противоречащей Священному Писанию». [133] [134] В 1618 году Священная канцелярия рекомендовала разрешить использование измененной версии « De Revolutionibus » Коперника в календарных расчетах, хотя оригинальная публикация оставалась запрещенной до 1758 года. [134]
Папа Урбан VIII призвал Галилея опубликовать плюсы и минусы гелиоцентризма. Ответ Галилея, Диалог о двух главных мировых системах (1632), явно отстаивал гелиоцентризм, несмотря на его заявление в предисловии, что,
Я постараюсь показать, что все эксперименты, которые могут быть проведены на Земле, недостаточны для заключения о ее подвижности, но одинаково применимы к Земле, подвижной или неподвижной... [135]
и его прямое заявление,
Я мог бы вполне рационально поставить под сомнение, существует ли такой центр в природе или нет; поскольку ни вы, ни кто-либо другой никогда не доказали, является ли Мир конечным и фигурным, или же бесконечным и преходящим; тем не менее, допуская, что он конечен и имеет конечную сферическую форму, и что в связи с этим он имеет свой центр... [135]
Некоторые церковники 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. [136] Суд над Галилеем в 1633 году включал проведение тонких различий между «обучением» и «утверждением и защитой как истинного». За продвижение гелиоцентрической теории Галилей был вынужден отречься от коперниканства и был помещен под домашний арест на последние несколько лет своей жизни. По словам Дж. Л. Хейлброна, информированные современники Галилея « понимали, что ссылка на ересь в связи с Галилеем или Коперником не имела общего или теологического значения » . [137]
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. [138]
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. [139] В своих «Принципах философии» (1644) Декарт представил механическую модель , в которой планеты не движутся относительно своей непосредственной атмосферы, а образуются вокруг вихрей пространственно-материи в искривленном пространстве ; они вращаются из-за центробежной силы и возникающего в результате центростремительного давления . [140] Дело Галилея в целом мало что сделало для замедления распространения гелиоцентризма по Европе, поскольку «Краткое изложение коперниканской астрономии» Кеплера становилось все более влиятельным в последующие десятилетия. [141] К 1686 году модель была достаточно хорошо установлена, 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 последующие годы. Ее называли «одной из первых великих популяризаций науки». [139]
В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , в котором дал объяснение законам 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 современного вида. Уже в середине 1680-х годов он осознал «отклонение Солнца» от центра тяжести Солнечной системы. [142] Для Ньютона не было точно центра 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 находится в покое, либо движется равномерно вперед по прямой линии». Ньютон принял альтернативу «в покое» ввиду общего согласия, что центр, где бы он ни находился, находится в покое. [143]
Между тем, католическая церковь оставалась против гелиоцентризма как буквального описания, но это никоим образом не подразумевало противодействие всей астрономии; действительно, ей нужны были данные наблюдений, чтобы поддерживать свой календарь. В поддержку этого усилия она позволила использовать сами соборы в качестве солнечных обсерваторий, называемых меридианами ; т. е. они были превращены в «обратные солнечные часы », или гигантские камеры-обскуры , где изображение Солнца проецировалось из отверстия в окне фонаря собора на меридиональную линию. [144]
В середине XVIII века оппозиция Церкви начала сходить на нет. Аннотированная копия « Начал» Ньютона была опубликована в 1742 году отцами Ле Сёром и Жакье из ордена францисканских минимов, двумя католическими математиками, с предисловием, в котором говорилось, что работа автора предполагает гелиоцентризм и не может быть объяснена без этой теории. В 1758 году Католическая Церковь сняла общий запрет на книги, пропагандирующие гелиоцентризм, из Индекса запрещенных книг . [145] 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 неотцензурированные версии « О вращении небесных сфер » Коперника или «Диалога Галилея» . Дело возобновилось в 1820 году, когда Магистр Священного дворца (главный цензор католической церкви) Филиппо Анфосси отказался лицензировать книгу католического каноника Джузеппе Сеттеле, потому что она открыто трактовала гелиоцентризм как физический факт. [146] Сеттеле обратился к папе Пию VII . После того, как вопрос был пересмотрен Конгрегацией индекса и Священной канцелярией, решение Анфосси было отменено. [147] В 1822 году Пий VII одобрил указ Священной конгрегации инквизиции , разрешающий печать гелиоцентрических книг в Риме. « О вращении небесных сфер » Коперника и «Диалог» Галилея впоследствии были исключены из следующего издания «Индекса » , когда оно появилось 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 открыл звездную аберрацию, доказав относительное движение Земли. Бессель доказал, что параллакс звезды больше нуля, измерив параллакс 0,314 угловых секунд звезды 61 Лебедя . В том же году Фридрих Георг Вильгельм Струве и Томас Хендерсон измерили параллаксы других звезд, Веги и Альфы Центавра . Эксперименты, подобные экспериментам Фуко, были выполнены В. Вивиани в 1661 году во Флоренции и Бартолини в 1833 году в Римини. [148]
Уже в Талмуде греческая философия и наука под общим названием «греческая мудрость» считались опасными. Они были запрещены тогда и позже в течение некоторых периодов. Первым еврейским ученым, который описал систему Коперника, хотя и не упомянул Коперника по имени, был Махарал из Праги в своей книге «Беэр ха-Голах» (1593). Махарал приводит аргумент радикального скептицизма , утверждая, что ни одна научная теория не может быть надежной, что он иллюстрирует новомодной теорией гелиоцентризма, расстраивающей даже самые фундаментальные взгляды на космос. [149]
Коперник упоминается в книгах Давида Ганса (1541–1613), который работал с Браге и Кеплером. Ганс написал две книги по астрономии на иврите : короткую, «Маген Давид» (1612), и полную, «Нехмад веНаим» (опубликованную только в 1743). Он объективно описал три системы: Птолемея, Коперника и Браге, не принимая ни одну из сторон. Иосиф Соломон Дельмедиго (1591–1655) в своем «Элиме» (1629) говорит, что аргументы Коперника настолько сильны, что только идиот не примет их. [150] Дельмедиго учился в Падуе и был знаком с Галилеем. [151]
Фактический спор о модели Коперника в иудаизме возникает только в начале 18 века. Большинство авторов в этот период приняли гелиоцентризм Коперника, с оппозицией со стороны Дэвида Ньето и Тобиаса Кона , которые выступали против гелиоцентризма на том основании, что он противоречил писанию. Ньето просто отверг новую систему на этих основаниях без особой страсти, 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 отрывке из Талмуда. [152]
В 19 веке двое учеников Хатама Софера написали книги, которые были одобрены им [ кем? ], хотя один поддерживал гелиоцентризм, а другой геоцентризм. Один, комментарий к Книге Бытия под названием Яфеа ле-Кец [153], написанный Р. Израилем Дэвидом Шлезингером, выступал против гелиоцентрической модели и поддерживал геоцентризм. [154] Другой, Мей Менучот [155], написанный Р. Элиезером Липманном Нойзацем, поощрял принятие гелиоцентрической модели и других современных научных взглядов. [156]
С 20-го века большинство евреев не подвергали сомнению науку гелиоцентризма. Исключения включают Шломо Бенизри [157] и Р.М.М. Шнеерсона из Хабада , которые утверждали, что вопрос гелиоцентризма против геоцентризма устарел из-за относительности движения . [158] Последователи Шнеерсона в Хабаде продолжают отрицать гелиоцентрическую модель. [159]
В 1783 году астроном-любитель Уильям Гершель попытался определить форму Вселенной, исследуя звезды через свои самодельные телескопы . Гершель был первым, кто предложил модель Вселенной, основанную на наблюдениях и измерениях. [160] В то время доминирующим предположением в космологии было то, что Млечный Путь был всей Вселенной, предположение, которое с тех пор было опровергнуто наблюдениями. [161] Гершель пришел к выводу, что она имеет форму диска , но предположил, что Солнце находится в центре диска, что сделало модель гелиоцентрической. [162] [163] [164] [165]
Видя, что звезды, принадлежащие Млечному Пути, по-видимому, окружают Землю, Гершель тщательно подсчитал звезды заданных видимых величин, и, обнаружив, что числа были одинаковы во всех направлениях, пришел к выводу, что Земля должна быть близка к центру Млечного Пути. Однако в методологии Гершеля было два недостатка : величина не является надежным показателем расстояния до звезд, и некоторые из областей, которые он ошибочно принял за пустое пространство, на самом деле были темными, затемняющими туманностями, которые блокировали его вид на центр Млечного Пути. [166]
Модель Гершеля оставалась относительно нетронутой в течение следующих ста лет, с небольшими усовершенствованиями. Якобус Каптейн ввел движение, плотность и светимость в подсчет звезд Гершеля, что по-прежнему подразумевало близкое к центру расположение Солнца. [162]
Еще в начале XIX века Томас Райт и Иммануил Кант предположили, что размытые пятна света, называемые туманностями, на самом деле являются далекими «островными вселенными», состоящими из множества звездных систем . [167] Ожидалось, что форма галактики Млечный Путь будет напоминать такие «островные вселенные».
Однако «научные аргументы были выстроены против такой возможности», и эта точка зрения отвергалась почти всеми учеными вплоть до начала 20-го века, с работой Харлоу Шепли по шаровым скоплениям и измерениями Эдвина Хаббла в 1924 году. После того, как Шепли и Хаббл показали, что Солнце не является центром Вселенной, космология перешла от гелиоцентризма к галактоцентризму , который утверждает, что Млечный Путь является центром Вселенной. [168]
Наблюдения Хаббла за красным смещением в свете от далеких галактик показали, что Вселенная расширяется и является ацентрической. [163] В результате, вскоре после того, как был сформулирован галактоцентризм, он был отвергнут в пользу модели Большого взрыва ацентрической расширяющейся Вселенной. Дальнейшие предположения, такие как принцип Коперника , космологический принцип , темная энергия и темная материя , в конечном итоге приводят к современной модели космологии, Лямбда-CDM .
Концепция абсолютной скорости, включая нахождение «в состоянии покоя» как частный случай, исключается принципом относительности , также устраняя любой очевидный «центр» Вселенной как естественное начало координат. Даже если обсуждение ограничивается Солнечной системой , Солнце не находится в геометрическом центре орбиты любой планеты, а скорее приблизительно в одном из фокусов эллиптической орбиты. Более того, в той степени, в которой массой планеты нельзя пренебречь по сравнению с массой Солнца, центр тяжести Солнечной системы немного смещен в сторону от центра Солнца. [143] (Масса планет, в основном Юпитера , составляет 0,14% от массы Солнца.) Поэтому гипотетический астроном на экзопланете наблюдал бы небольшое «колебание» в движении Солнца. [169]
В современных расчетах термины «геоцентрический» и «гелиоцентрический» часто используются для обозначения систем отсчета . [170] В таких системах можно выбрать начало в центре масс Земли, системы Земля–Луна, Солнца, Солнца плюс больших планет или всей Солнечной системы. [171] Прямое восхождение и склонение являются примерами геоцентрических координат, используемых в наземных наблюдениях, в то время как гелиоцентрическая 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 она движется относительно Солнца. Меньшее тело ( искусственное или естественное ) может получить гелиоцентрическую скорость из-за гравитационной помощи — этот эффект может изменить механическую энергию тела в гелиоцентрической системе отсчета (хотя она не изменится в планетарной). Однако такой выбор «геоцентрических» или «гелиоцентрических» систем отсчета является всего лишь вопросом вычисления. Он не имеет философских последствий и не представляет собой отдельную физическую или научную модель . С точки зрения общей теории относительности инерциальные системы отсчета вообще не существуют, и любая практическая система отсчета является лишь приближением к реальному пространству-времени, которое может иметь большую или меньшую точность. Некоторые формы принципа Маха рассматривают систему отсчета, покоящуюся относительно удаленных масс во Вселенной, как имеющую особые свойства. [ необходима цитата ]
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 более поздних, принимали... греческую картину мира, состоящего из двух сфер, одна из которых, небесная сфера... концентрически охватывает другую.