XV. Особенности коперниковой системы

 

Несмотря на все свои значительные преимущества, гелиоцентрическая система Коперника в том виде, как она выразилась в его сочинении, заключала в себе значительные астрономические погрешности. Эти недостатки вызваны были тем, что Коперник не порвал окончательно с аристотелевой физикой, т. е. не критически воспринял целый ряд старых представлений. Но в этом следует обвинять не его самого, а его время, так как тогда физика, механика и другие дисциплины не ушли далеко вперед по сравнению с античной наукой.

Одним из важнейших недостатков системы Коперника было признание не двух родов движения Земли (около о си и около Солнца), а трех, причем третье он называл «движением по склонению». Он считал, что оно совершается в обратном направлении относительно порядка зодиакальных созвездий, т. е. от востока к западу, и служит для объяснения смены времён года, для приведения во всякий момент, оси Земли в положение, параллельное тому, какое эта ось занимала прежде. Вот почему Коперник считал нужным придумать это последнее движение.

Коперник впервые показал, что смена времен года может быть объяснена лишь при условии, когда земная ось при движении вокруг Солнца постоянно остается параллельной себе. Но он не знал механического закона инерции, открытого почти через столетие Галилеем, и поэтому он, подобно другим ученым своего времени, находился под влиянием аристотелевого учения об естественных и насильственных движениях. Согласно этому учению, какое‑нибудь тело может обращаться вокруг другого тела только тогда, когда оно поддерживается каким‑нибудь твердым телом, например, хрустальной сферой, в поверхность которой оно вставлено. В таком случае к центру вращения будет обращена постоянно одна и та же сторона тела при всех положениях; какие, будут принимать соответствующие точки сферы во время ее вращательного движения. Выходит, таким образом, что Земля должна находиться по отношению к Солнцу в таком же положении, как Луна по отношению к Земле, т. е. она должна иметь постоянно одни и те же части обращенными к дневному светилу. Но так как этого нет, то Коперник предположил, что сверх вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Солнца наша Земля наделена третьим движением, благодаря которому она принимает такие постепенные положения, что ось остается постоянно параллельного самой себе.

Таким образом Коперник не знал еще, что два движения Земли (вокруг оси и вокруг Солнца) совершенно незави‑ с и м ы одно от другого. Эта независимость вытекает из замечательных опытов Галилея над инерцией тел.

В то время как Земля движется вокруг Солнца, ось земная не меняет своего направления и остается параллельной своему прежнему положению в пространстве.

Преемники Коперника довольно скоро заметили эту его ошибку и отбросили третье движение Земли, вследствие чего гелиоцентрическая система мира приняла более простой, более естественный вид.

 

Фиг. 33. Коперниково объяснение времени года. Рисунок из его книги, показывающий, что ось вращения Земли FH остается во время обращения вокруг Солнца «параллельной самой себе» и сохраняет с плоскостью земной орбиты постоянный наклон. А, В, С, D – центры Земли в начале четырех времен года, т. е. около 23 декабря, 21 марта, 22 июня и 22 сентября.

 

Трудно было устранить другую астрономическую погрешность системы Коперника, касавшуюся характера движения небесных тел.

Дело в том, что, заменяя своею, гелиоцентрическою системой мира геоцентрическую систему, Коперник все‑таки не только не изгнал еще идеи об эпициклах, лежащей в основе птолемеевой системы, но и сам пытался при помощи эпициклов объяснить наблюдаемые неравномерности в скорости движения планет. Он целиком сохранил положение о равномерном круговом движении планет, которое для него, как и для других астрономов того времени имело еще силу неопровержимой истины.

Как мы видели, Коперник решительно отказался от эпициклов, когда дело шло о разъяснении «второго неравенства», т. е. главных, наиболее загадочных особенностей планетных движений – обратных направлений, стояний и узлов. Однако сделанное Коперником допущение, что Земля движется вокруг Солнца, не дало возможности объяснить «первое неравенство» – неравномерность скорости движения планет. Он не знал, что это неравенство вызвано тем, что планеты (в том числе и Земля) обращаются вокруг Солнца не‑ по кругам, а по эллипсам, и следовательно представляет собой свойство планетных движений. Он думал, что это только кажущееся явление, порожденное круговым движением светил, и поэтому в его планетную систему вторглась некоторая сложность и запутанность.

Допуская, подобно древним астрономам, что движение планет вокруг Солнца является равномерно – круговым, Коперник должен был давать каждой планетной орбите особый центр. Выходило, что планеты движутся по эксцентрическим орбитам, т. е. Солнце находится не в геометрическом (общем) центре планетных орбит, а «сбоку», в известном расстоянии от этого центра (эксцентриситет земной орбиты Коперник нашел равным 1/30). Однако это допущение оказалось недостаточным для объяснения «первого‑ неравенства», и поэтому Коперник должен был прибегнуть к помощи теории эпициклов, т. е. рассматривать видимое неравномерное движение каждой планеты вокруг Солнца как результат сложения некоторых равномерных движений. Птолемеева система требовала больших эпициклов для объяснения основных движений («второго неравенства») планет, в соответствии с движением Земли вокруг Солнца, и эти‑то главные эпициклы Коперник отбросил. Но для истолкования неравномерной скорости планетных движений («первого неравенства»), в соответствии с эллиптичностью орбит, он оставил меньшие эпициклы.

Всего Коперник сохранил в своей системе 34 эпицикла, вместо свыше 80 эпициклов в одном из последних вариантов птолемеевой системы, и в этом сокращении числа кругов он видел большое преимущество своей системы. «Достаточно всего 34 кругов, чтобы объяснить все строение мира, весь сложный танец светил», – с удовлетворением подчеркивал он в своей предварительной рукописной работе. Из этих 34 кругов четыре потребовалось ему для Луны, три для Солнца, семь для Меркурия (движение которого особенно неправильно) и по пяти для каждой из остальных планет. Таким образом, хотя система Коперника низвергла геоцентризм Птолемея, ее нельзя противопоставить птолемеевой системе эпициклов: она являлась не только гелиоцентрической, но и эпициклической, ибо допускала равномерно – круговое движение.

Поэтому при вычислении эфемерид, т. е. положения планет для отдельных моментов, система Коперника не имела тогда существенных преимуществ перед системой Птолемея. Оба вычислительных метода почти совпадали. По старой системе мира сперва определяли положение планеты на эпицикле, затем положение центра эпицикла на окружности деферента и, наконец, из этих двух величин выводилось положение планеты на небесной сфере. По новой же системе сперва устанавливалось положение Земли и положение планеты на их орбитах, а затем путем соединения этих двух положений получалось геоцентрическое, т. е. видимое с Земли положение планеты на небосводе.

Это совпадение вычислительных методов, вытекавшее из принципа равномерно – кругового движения небесных тел, было одной из важнейших причин неуспеха системы Коперника у профессиональных астрономов, для которых решающим было практическое значение теории. Тихо Браге (1546–1601) при точности своих наблюдений легко заметил, что круговые пути не соответствуют истинному положению вещей, но был не в силах разрешить этот вопрос. Как мы далее увидим, только Кеплер после долгих и утомительных попыток нашел, что планетные орбиты имеют форму эллипсов, весьма близких друг к другу, и таким образом освободил систему Коперника от его крупнейшего недочета.

Однако вначале ученых смущали не столько астрономические недочеты системы Коперника, сколько ее «кажущаяся» физическая несостоятельность, т. е. ее резкое противоречие основам аристотелевского учения о движении, которое учеными того времени признавалось неоспоримым.

Например, как мы знаем, Аристотель учил, что за исключением равномерного кругового движения светил и отвесных движений вверх и вниз тяжелых и легких земных тел, все прочие движения насильственны и должны прекращаться сами собой; и далее, что круговое движение, как совершеннейшее, присуще одним только небесным телам. Коперник, находившийся всецело под влиянием господствовавшей тогда аристотелевой физики, признает все это. Но несмотря на это, он решительно отвергал различие между небесными телами и Землей, считая, что круговое движение, свойственное всем небесным телам, должно быть присуще и Земле. Он смело отбросил освященное церковью аристотелевское представление о разделении мира на две совершенно различные части – «небо» и «Землю». Тем самым он подорвал старое учение о материи и движении и сделал большой шаг к созданию современной физики и механики.

Аристотелевское представление о тяжелости считалось неопровержимым доказательством того, что Земля является центром вселенной. Согласно этому представлению тяжесть является стремлением к центру мира, а так как наблюдать силу тяжести можно было только на Земле, то отсюда вытекало, что центр Земли есть центр мира. Коперник смело отбросил это укоренившееся воззрение на тяжесть, смутно угадывая закон всемирного тяготения. Он высказал весьма революционный для того времени взгляд, что тяжесть представляет собой не стремление к центру мира, а⁴стремление частей одних к другим в каждом небесном теле отдельно. По его мнению, тяжесть есть свойство всех веществ, где бы они не находились, так что центр мира здесь не играет никакой роли, – здесь важно лишь относительное расположение частей того или иного вещества. «Мне кажется, – писал Коперник, – что тяжесть есть не что иное, как такое естественное стремление всех малейших частиц, вследствие которого они сливаются в единое целое, принимая шаровидную форму. Это стремление к соединению присуще, быть может, и Солнцу, и Луне, и другим небесным светилам и составляет вероятную причину их шаровидности».

Правда, объясняя этим стремлением сплоченность Земли и других мировых тел, Коперник не упоминал о существовании подобного же стремления между различными небесными светилами. Он не призывал на помощь никакой «силы» для объяснения движения планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, а следуя за Аристотелем, называл эти движения «естественными». Но не подлежит сомнению, что Коперник признавал какое‑то влияние или действие Солнца на обращающиеся вокруг него планеты. Это видно хотя бы из следующего его замечания: «Таким образом Солнце, как бы восседая на престоле царском, управляет вращающимся вокруг него семейством светил».

Чрезвычайно важно то, что доводы Коперника устранили одну из важнейших «физических» основ аристотелево – пто‑ лемеевой системы – геоцентризм. Из доводов Коперника вытекало, что только земные однородные тела стремятся к центру Земли; согласно же прежних воззрений, к центру Земли стремятся все тела вообще. Все это оказало огромное влияние на творца современной механики Галилея и послужило исходным пунктом в его борьбе с аристотелизмом.

Вследствие низкого развития инструментальной техники, во времена Коперника было очень мало таких фактов, которые могли быть использованы для непосредственного доказательства правильности гелиоцентрической системы мира. Поэтому он поневоле должен был аргументировать логическими доводами, ограничиться чисто принципиальными соображениями. Из этих соображений видно, что Коперник глубоко чувствовал свою правду, был непоколебимо убежден в истинности своей системы, заложившей основы нового мировоззрения. Коперник не оставил без разбора все имевшиеся доводы против движения Земли, доказывая их полнейшую несостоятельность.

Аристотель говорил, что если бы Земля двигалась вокруг какого‑нибудь тела, то это должно было бы сказаться в параллаксе неподвижных звезд, – кажущемся изменении их положения на небосводе. Именно, в течение года звезды должны были бы казаться смещенными, сдвинутыми со своих мест, вследствие того, что земной наблюдатель смотрел бы на них из различных точек земной орбиты. Так как наблюдения не подтверждали существования такого видимого перемещения звезд, то в этом обстоятельстве Аристотель, Птолемей и другие астрономы видели несомненное доказательство неправильности представления о годовом движении Земли. Но Коперник был настолько убежден в правильности своей системы мира, что в отсутствии заметного параллакса звезд увидел не отрицание движения Земли в мировом пространстве, а подтверждение взгляда о чрезвычайно больших размерах вселенной. Он совершенно правильно отметил, что отдаленность неподвижных звезд так велика, что в сравнении с ней даже земная орбита представляется совершенно ничтожной, и что именно поэтому звезды не имеют заметных параллаксов.

Особенно подробно разбирал Коперник возражения, высказанные Птолемеем против движения Земли и основывавшиеся на началах аристотелевой физики, – на воззрении, что тело, предоставленное самому себе, стремится к состоянию покоя. Птолемей считал, что в случае вращения Земли с запада на восток облака и прочие носящиеся над Землей предметы отставали бы от вращающейся земной поверхности, т. е. двигались бы в обратную сторону, с востока на запад. Но Коперник указал, что это возражение совершенно неосновательно, ибо все тела участвуют в суточном движении Земли: они следуют за Землей в ее вращении и поэтому не могут оставаться позади Земли при ее движении. Что же касается утверждения Птолемея, что в случае вращения Земли вокруг ее оси всякое тело, брошенное кверху, не упало бы на прежнее место, то Коперник отверг его указанием на составной характер движения падающего тела. Именно, свободно падающие тела вследствие своей тяжести направляются к центру земного шара по перпендикуляру, но в то же время участвуют в круговом движении вместе с этим шаром, так как являются его частью.

Весьма веским казалось указание Птолемея, что если бы Земля вращалась, то она должна была бы разлетаться на куски вследствие огромной скорости своего вращения. Коперник старался отвести это возражение при помощи общепринятого тогда аристотелевского учения об естественных и насильственных движениях. Он подчеркивал, что Земля могла бы подвергнуться такой катастрофе лишь в том случае, если бы ее вращение было бы не натуральное, а вынужденное, вызванное внешними причинами, но ничто не мешает считать вращение Земли движением натуральным.

Коперник писал: «Если допустим движение Земли около оси, то должны также допустить, что движение это не есть насильственное, а натуральное. Все принужденное, насильственное, вызванное посторонними причинами, может разрываться, разложиться; все же естественное сохраняет неизменно первоначальный свой вид. Поэтому напрасно Птолемеево опасение относительно разрыва Земли и рассеяния ее в пространстве. Если действительно это может воспоследовать от вращения Земли, то тем более это могло бы случиться вследствие суточного вращения небесной сферы, скорость которого, по причине громадного расстояния этой сферы от Земли, должна бы быть неизмеримо больше, чем скорость вращения Земли».

Решающих доказательств как суточного вращения, так и годичного обращения Земли Коперник не мог еще привести. Лишь ученым позднейших столетий удалось получить такие доводы, которые возвысили гелиоцентрическую систему мира на ступень неопровержимой истины. Коперник мог противопоставить нападкам своих многочисленных противников лишь чисто логические соображения, доводы разума, ссылаясь главным образом на гораздо большую простоту своей системы. Он советывал «брать пример с природы, которая не производит ничего лишнего, ничего бесполезного, а напротив, из одной причины выводит много следствий». В связи с этим принципиальным соображением Коперник писал: «Более вероятно представление, что Земля вращается вокруг своей оси, чем предположение, что все планеты со всеми своими различными расстояниями, все блуждающие кометы и все бесконечное воинство неподвижных звезд совершают одно и то же равномерное суточное движение вокруг Земли».

Но Коперник не ограничивался подчеркиванием простоты своей системы мира. Например, подобно Аристарху, он мог привести в доказательство своей теории то обстоятельство, что Солнце, вне всякого сомнения, гораздо больше Земли и других небесных тел (планет). На основании своих вычислений Коперник пришел к заключению, что Солнце по меньшей мере в 164 раза больше Земли (это число оказалось очень сильно преуменьшенным), так что движение Солнца вокруг Земли действительно должно было показаться чрезвычайно «невероятным». Поэтому, отведя Солнцу место в центре всей планетной системы, Коперник заметил: «Действительно, в каком другом более прекрасном месте этого храма можно было бы поместить это светило?»

Одно из важнейших доказательств того, что Солнце действительно находится в центре движения планет, Коперник совершенно правильно видел в переменном характере видимой величины или яркости планет. Например, планеты

Сатурн, Юпитер и Марс (особенно это относится к последней планете) наиболее ярки во время своего противостояния (когда Земля находится между ними и Солнцем) и, наоборот, наименее ярки во время соединения (когда Солнце находится между ними и Землей). Ибо в первом случае планеты ближе всего к Земле, а во втором – наиболее отдалены от нее, чего, конечно, не могло быть, если бы они обращались вокруг Земли, – они бы в этом случае всегда находились от нас на приблизительно одинаковых расстояниях.

Необходимо отметить, что картина мира, нарисованная Коперником, еще очень далека от картины мира современной науки. Например, он не знал, что все мировые тела вместе с Солнцем находятся в безостановочном движении, что Солнце является всего лишь одной из звезд и, следовав тельно, не может быть центром вселенной и т. д. О звездах Коперник говорил очень мало, ибо он не знал еще ни об их величине, ни об их расстояниях от Земли и т. п., ограничиваясь лишь замечанием: «Сфера неподвижных звезд включает самое себя и все остальное, – поэтому неподвижна, как место вселенной, по отношению к которому определяется движение и положение всех остальных светил, в совокупности взятых». При этом Коперник, как и античные астрономы, считал, что вселенная должна иметь совершеннейшую форму и что потому она, подобно Земле, шарообразна. Таким образом в системе Коперника, сменившей все геоцентрические системы мира, сохранился целый ряд пережитков старой астрономии.

Вследствие этого та система мира, которая обыкновенно называется коперниковой, в некоторых существенных пунктах весьма отлична от оригинального учения Коперника, от подлинной теории этого астронома. Но при своем открытии новая истина чрезвычайно редко является законченной, – в своей завершенной форме она обыкновенно представляет собой завоевание целой эпохи, результат деятельности нескольких, если даже не многочисленных исследователей и мыслителей. Да и сам Коперник хорошо понимал, что он еще очень далек от полной удачи, что его система нуждается в дальнейшем улучшении, развитии и т. д. Свое завершение эта система получила лишь в работах Кеплера и Ньютона, открывших истинный вид кривых линий, по которым движутся планеты. Но хотя эти ученые проникли в тайны небесных движений глубже Коперника, только последний дал ключ для этого, и поэтому и теперь еще истинная система мира справедливо называется системой Коперника.

Для истории человеческой мысли важно то обстоятельство, что Коперник являет собой исключительный образ теоретического новаторства, что он установил новые исходные позиции в науках о природе. Важно то, что он смело шел против «очевидности», против устаревших традиций, против «авторитетов» и т. д., и таким образом вывел астрономию из тупика на широкую дорогу развития. К тому же Коперник в сущности внес такие значительные поправки в учение Аристотеля о физических явлениях, что именно благодаря ему началось сокрушение аристотелианства, а значит и схоластики, богословия и т. д.

Во всяком случае Коперник, несмотря на то, что находился под влиянием некоторых аристотелевских представлений о механических, физических и других явлениях, был так непоколебимо убежден в истинности своей системы, что решительно порвал с геоцентризмом и вполне уверенно обосновал учение о движении Земли. Эта теоретическая смелость сыграла крупнейшую революционную роль в естествознании, и она несомненно служит весьма убедительным доказательством величия Коперника, его гениальности.