Roger Orrit - Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод.

Философ науки Норвуд Рассел Хэнсон (1924-1967) считал, что Птолемей пытался сделать хорошую мину при плохой игре и решить проблемы, пожертвовав целостным видением. Астрономия Птолемея была «сборником инструментов для счета», которым не хватало единства. Поэтому Птолемея можно считать «небесным инженером-подрядчиком, ловко и изобретательно приспосабливающим свои методы к любой новой задаче». Среди этих математических и геометрических инструментов были эпициклы и деференты, эксцентрики и экванты.

Эпициклы и деференты являются одним из самых ярких примеров того, с какой изобретательностью греки подходили к решению, казалось бы, неразрешимых задач. Птолемей и другие древние астрономы были абсолютно уверены, что планеты движутся по окружности. Однако наблюдение за небом в определенные периоды года приводило к невероятным результатам. Планеты, которые двигались вперед на протяжении нескольких ночей наблюдений, в определенный момент останавливались или даже начинали перемещаться в обратном направлении, и только потом продолжали движение вперед. Решить проблему помогли математические и геометрические уловки.

В III веке до н. э. Гиппарху пришла в голову гениальная мысль скомбинировать разные круговые движения, чтобы объяснить этот странный завиток. По его мнению, планеты вращались вокруг Земли по двум кругам: первый называется эпициклом, его центр вращается вокруг Земли по второму кругу, деференту (рис. 1). Эта комбинация показывает, что орбита планеты описывает несколько петель, прежде чем совершить полный оборот вокруг Земли (рис. 2). Эту хитроумную идею использовал и Птолемей, добавив эпициклы, называемые малыми, при помощи которых хотел добиться максимальной точности некоторых орбит, например Солнца.

РИС. 1

РИС. 2

РИС.З

Чтобы объяснить возвратное движение планет, в модели Птолемея предполагалось, что они движутся вокруг Земли, сочетая две круговые траектории — деферент и эпицикл (рис. 1). Таким образом, планета должна была описать несколько петель, прежде чем проделать полный оборот вокруг Земли (рис. 2). Аномалии, наблюдавшиеся при движении по орбитам, объяснялись эксцентриситетом Земли относительно центра (рис. 3). Также постоянная угловая скорость, с которой якобы двигались планеты, могла быть заметна только из некоторых воображаемых точек, называемых эквантами, но не с Земли.

Еще одним математическим понятием, которое использовал Птолемей, был эксцентриситет. Планеты могли вращаться по кругу так, что их центры вращений не совпадали с центром Земли (рис. 3).

Чтобы данные, полученные астрономами, совпадали с их представлением о Вселенной, они предположили, что Земля находится немного в стороне от центра планетарных орбит. Орбита каждой планеты круговая, но центры орбит не обязательно совпадают. Это было еще одним отступлением от аристотелевской модели мира, в которой все сферы планет имели один центр (Землю).

Но это не все уловки, которые использовал Птолемей, чтобы сохранить видимое соответствие наблюдений теоретической картине. Стоит упомянуть и об эквантах. Как объяснялось выше, планеты должны были двигаться с постоянной угловой скоростью. Поскольку результаты наблюдений противоречили этому принципу, Птолемей предположил, что существуют точки, называющиеся эквантами, с которых можно видеть равномерное движение планет. Эти точки не совпадают с центром Земли, именно поэтому движение может казаться неравномерным. Из точки экванта видно, что планеты движутся с постоянной скоростью, но не по кругу. С Земли — по кругу, но неравномерно. Введение понятия экванта должно было сохранить центральное место Земли во Вселенной.

Система Птолемея была очень сложной и очень подробной. Благодаря его способности предсказывать события и придумывать необходимые уточнения, чтобы поддерживать совпадение с наблюдениями, эта теория высоко ценилась вплоть до эпохи Возрождения, хотя была на самом деле ошибочной. Арабские астрономы опирались на работы Птолемея, трактуя получаемые данные согласно его геометрическим представлениям. Впоследствии достижения арабских ученых в развитии астрономии стали востребованы и на Западе, и начиная с XIII— XIV веков в Европе появились переводы их сочинений.

По легенде, Альфонсо X Мудрый, изучив таблицы, которые астрономы разработали согласно учению Птолемея, сказал, что если бы Господь спросил его мнения до создания мира, он бы посоветовал все сделать гораздо проще. В то время существовало несоответствие между физико-механическими представлениями Аристотеля и астрономией — сложнейшей дисциплиной, опирающейся на изощренный математический аппарат, способный объяснить любые несовпадения теории с результатами наблюдений.

Александрия была основана в Египте Александром Македонским в 332 году до н. э. после освобождения египтян от персидского владычества. В 280 году до н. э. Птолемей Сотер I, македонский военачальник, сопровождавший Александра Великого в завоеваниях и унаследовавший после его смерти Египет, создал Мусейон, центр образования и науки. Очень скоро он стал главным научным центром античности, сместив с этого пьедестала Афины. Мусейон состоял из нескольких зданий с садами, а часть его была отдана под Александрийскую библиотеку, в которой хранились почти все знания того времени. В Мусейоне работали такие математики, как Архимед и Евклид, астроном Аристарх Самосский, специалист по механике и автор произведения «Об автоматах» Герои Александрийский и женщина-математик Гипатия. Одним из самых известных ученых Мусейона был египтянин Клавдий Птолемей, о чьей жизни, как ни парадоксально, до нас не дошло никаких сведений, кроме того, что он сам описал в сочинениях. Птолемей был не только астрономом, но и картографом и составил самые подробные карты своего времени. Также в числе его заслуг — каталогизация 1022 звезд.

Пожар в Александрийском Мусейоне, гравюра 1876 года, на которой изображен Александрийский маяк слева и библиотека справа.

С похожими трудностями столкнулся и Николай Коперник. Изучив труды Птолемея, он решил: