double arrow

Коперниковская революция. Небесная механика Кеплера

Под коперниканской революцией понимается смена парадигм с модели мироздания Птолемея, которая постулировала, что Земля является центром вселенной, на гелиоцентрическую модель с Солнцем в центре нашей солнечной системы. Это событие стало одной из стартовых точек начала научной революции XVI столетия. Учение Коперника было равносильно революционной перестройке не только в астрономии и естествознании, но и в методах научного исследования и познания. Оно привело к радикальным изменениям образа мышления естествоиспытателей, повернув его от привычных и закостенелых догм к непосредственному исследованию реального мира.

В 1543 году Николай Коперник опубликовал свой трактат "Об обращениях небесных сфер" (1543), в котором он изложил гелиоцентрическую модель представления Вселенной. Потребовалось около 200 лет для того, чтобы эта модель заменила модель Птолемея.

Говорить, что новизна предложений Коперника состоит в простом изменении положения Земли и Солнца — это значило бы, что мы сделали муху из слона в развитии человеческой мысли. Если бы предложение Коперника не оказывало влияния за пределами астрономии, оно бы не задержалось так долго в признании, и ему бы не так усиленно сопротивлялись.

В своём труде "Об обращениях небесных сфер" Коперник показал, что движение небес может быть объяснено без утверждения, что Земля находится в геометрическом центре системы. Это привело к выводу, что мы можем отказаться от предположения, что мы наблюдаем Вселенную из особого положения. Хотя Коперник инициировал научную революцию, он, конечно, не завершил её. Он продолжал верить в небесные сферы, и помог совсем немного для прямых наблюдений и доказательства того, что его теория ближе к истине, чем система Птолемея.

Тихо Браге датский астроном, оставаясь в рамках геоцентрической системы, способствовал научной революции, показав, что небесные сферы в лучшем случае являются математической абстракцией, а не физическими объектами, поскольку большая комета 1577 прошла сквозь сферу нескольких планет, и кроме того, сферы Марса и Солнца пересекают друг друга. Браге и его помощники сделали также многочисленные кропотливые замечания, которые позволили Иоганну Кеплеру вывести свои законы движения планет. Пересмотренная гелиоцентрическая система Кеплера дала гораздо более точное описание движения планет, чем система Птолемея.

Галилео Галилей. Начиная со своего первого использования телескопа для астрономических наблюдений в 1610 году, Галилео Галилей оказал сильную поддержку системе Коперника, наблюдая фазы Венеры (предсказанные Коперником, а не Птолемеем) и спутники Юпитера (которые показали, что видимые аномалии орбиты Луны по теории Коперника не являются уникальными). Галилей также пишет классическую работу в защиту гелиоцентрической системы: Диалог о двух системах мира (1632), которая привела к процессу над ним и к его домашнему аресту инквизицией.

Джордано Бруно. В этот же период многие учёные, вдохновлённые Коперником, такие как Томас Диггес и Джордано Бруно, отстаивали существование бесконечного числа или, по крайней мере, достаточно большого числа вселенных около других звёзд, представляющих собой далёкие от нас солнечные системы. Вопреки мнению Коперника и Кеплера (а также Галилея-агностика), к середине XVII века эта гипотеза стала широко признанной, отчасти благодаря поддержке Рене Декарта.

Исаак Ньютон. Коперниковская революция была, возможно, завершена Ньютоном, чьи Математические начала натуральной философии (1687) дали последовательное физическое объяснение, и показали, что планеты находятся на своих орбитах благодаря привычной нам силе тяжести. Ньютон смог вывести законы Кеплера как хорошее приближение своей теории и получить ещё более точные прогнозы движения с учетом гравитационного взаимодействия между планетами.

Метафорическое использование. Сходство с Коперником имел философ Иммануил Кант, который разработал новую философию, названную трансцендентальным идеализмом. Некоторые более поздние философы назвали его вклад новой «Коперниковской революцией». В теории познания Кант сделал акцент на активность сознания, он поместил человека в центр всего концептуального и эмпирического опыта. Своими трудами он смог преодолеть характерный для XVII и XVIII веков тупик рационализма-эмпиризма. Это был поистине революционный вклад в философию и методологию научного исследования.

Влияние. На протяжении более тысячелетия католическая церковь главенствовала не только в религии, но и в политике и науке. Церковь поддерживала популярную теорию геоцентризма, хотя видные богословы, такие как святой Фома Аквинский и святой Альберт Великий были осведомлены о гелиоцентрической теории. Идеи Коперника, составляющие фундамент гелиоцентрического учения, разрушили до основания принципы церковно-теологического мировоззрения и опровергли церковную картину мироздания, основанную на геоцентрической доктрине Птолемея. Своим творчеством Коперник оказал огромное влияние на всё последующее развитие естественных наук. Естествознание после Коперника развивается всё с большей и большей скоростью, проникая всё дальше в окружающий бесконечный мир.

Небесная механика - раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Небесная механика занимается предвычислением положения Луны и планет, предсказанием места и времени затмений, в общем, определением реального движения космических тел. Естественно, что небесная механика в первую очередь изучает поведение тел Солнечной системы — обращение планет вокруг Солнца, спутников вокруг планет, движение комет и других малых небесных тел. Тогда как перемещение далеких звёзд удается заметить, в лучшем случае, за десятилетия и века, движение членов Солнечной системы происходит буквально на глазах — за дни, часы и даже минуты. Поэтому его изучение стало началом современной небесной механики, рождённой трудами И. Кеплера (1571—1630) и И. Ньютона (1643—1727). Кеплер впервые установил законы планетного движения, а Ньютон вывел из законов Кеплера закон всемирного тяготения и использовал законы движения и тяготения для решения небесно-механических проблем, не охваченных законами Кеплера. После Ньютона прогресс в небесной механике в основном заключался в развитии математической техники для решения уравнений, выражающих законы Ньютона. Таким образом, принципы небесной механики — это «классика» в том смысле, что и сегодня они такие же, как во времена Ньютона. Применение результатов небесной механики к движению искусственных спутников и космических кораблей составляет астродинамику.

Законы Кеплера. Чтобы изучать движение небесных тел, познакомимся с силой гравитации. Лучше всего это сделать на примере взаимного движения двух тел: компонентов двойной звезды или Земли вокруг Солнца (для простоты предполагая, что другие планеты отсутствуют). К таким системам применимы законы Кеплера. В основе их лежит тот факт, что оба взаимодействующих тела движутся в одной плоскости. Это означает, что и сила гравитации всегда лежит в той же плоскости.

Закон эллипсов. Первый закон Кеплера утверждает, что планеты Солнечной системы движутся по эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце. Фактически этот закон справедлив только для системы из двух тел, например для двойной звезды. Но и в Солнечной системе он выполняется довольно точно, поскольку на движение каждой планеты в основном влияет массивное Солнце, а все остальные тела влияют несравненно слабее.

Закон площадей. Если отмечать не только положение планеты, но и время, то можно узнать не только форму орбиты, но и характер движения планеты по ней. Оно подчиняется второму закону Кеплера, утверждающему, что линия, соединяющая Солнце и планету (или компоненты двойной звезды), за равные интервалы времени «заметает» равные площади. Например, эта линия между Солнцем и Землей каждые сутки заметает 2·1014 квадратных километров. Из закона площадей следует, что Солнце притягивает планету строго по прямой, соединяющей их центры. Верно и обратное: для любой центральной силы справедлив второй закон Кеплера.

Гармонический закон. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Справедливо не только для планет, но и для их спутников. Гармонический закон утверждает, что период обращения планеты зависит только от ее расстояния от Солнца и не зависит от ее массы. Значит, все тела, движущиеся по одной орбите, должны иметь одинаковую скорость.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: