Господь бог, Птолемей и проблема алгоритма

Господь бог, Птолемей и проблема алгоритма

В конце античности, во II веке уже нашей эры астроном, математик и астролог Клавдий Птолемей собрал воедино работы своих предшественников, обработал их и, опираясь на физику несравненного Аристотеля, изложил окончательно геоцентрическую систему мира с неподвижной Землей в центре. Птолемей отказался от концентрических сфер, двигавших небесные тела, и построил свою модель, используя комбинацию дифферентов: эксцентров с наложенными на них эпициклами. Сейчас мы объясним, что это такое.

Дело в том, что еще до великого Гиппарха астрономы знали, что Солнце и Луна вовсе не равномерно совершают свой путь. И вместе с тем принцип совершенного движения, каким явилось равномерное движение по окружности, по-прежнему считался незыблемым. Опять факты пришли в противоречие с предрассудком и люди отдали предпочтение предрассудкам. «Факты не соответствуют теории? Что ж, тем хуже для фактов». Сколько раз еще этот девиз догмы прозвучит в науке.

И в I веке, и в X, и в XX… В разных науках…

Древнегреческие ученые вышли из создавшегося противоречия очень остроумно. Еще Аполлоний Пергский в III веке до нашей эры для объяснения неравномерности движения светил ввел понятие эксцентра, то есть окружности, по которой равномерно движется Солнце и центр которой не совпадает с положением Земли. Теперь земному наблюдателю движение дневного светила покажется неравномерным. Но только покажется.

Другое объяснение неравномерности движения тот же Аполлоний предложил с помощью комбинации равномерных движений по окружностям. Здесь по солнечной орбите вокруг Земли — по дифференту — двигалось не само Солнце, а центр малой окружности — эпицикла. Если сложить оба движения, получалось движение Солнца по эксцентру.

Задачей Птолемея было создать модель, наиболее близко иллюстрирующую наблюдаемое движение небесных тел по небосводу. И при этом не нарушить важнейшие принципы, гласящие: 1. Земля неподвижно покоится в центре вселенной. 2. Наблюдаемые движения небесных тел суть истинные движения. 3. Все движения происходят по окружностям. 4. Движение может быть только равномерным. Если же наблюдаемое движение таковым не является, это значит лишь, что центр окружности равномерного движения смещен относительно наблюдателя. 5. Сфера неподвижных звезд совершает один оборот в сутки, сообщая свое движение остальным небесным телам.

Птолемей составил довольно сложную схему, сумев обойти нерушимый принцип равномерности круговых движений. И хотя многие его допущения и ограничения были искусственны и противоречили законам природы, созданная модель объясняла основные особенности наблюдаемых движений небесных тел. Это была прекрасная схема. Непревзойденный математический аппарат, использующий все достижения математиков античной эпохи, позволил по ней предвычислять феномены. Причем результаты предвычислений подтверждались наблюдениями. Чего еще оставалось желать?

Победившую к началу нашей эры новую христианскую идеологию общества модель Птолемея тоже устраивала на первых порах. И после греческих вольнодумств двойная догма о геоцентризме и неподвижности Земли была на долгие годы передана христианскому миру. Тесно связанная с антропоцентризмом, она была введена в каноны религии.

Труд Птолемея был венцом достижений античной астрономии. Последующие века были периодом падения науки и возврата к мифам. Только мифам не языческим с пантеоном бесшабашных богов, а к аскетическим, отрицающим радости земной жизни, мифам христианства. Если жизнь человека является лишь переходной стадией к вечному загробному существованию, то к чему заниматься изучением движения светил? Астрономические и космогонические представления европейцев средних веков поражают своей наивностью и даже какой-то преднамеренной глупостью. Словно и не было никаких античных философов. Даже Птолемей казался слишком революционным.

Начиная с VII века новая мощная сила преобразила мировую культуру. Поднялись и стали набирать силу арабские страны. Бурно начали развиваться в них науки, в том числе и астрономия. Правда, никаких оригинальных моделей строения вселенной в странах Востока не возникло. В большинстве из них развивались геометрические построения Птолемея. Но трудно сегодня сказать, что осталось бы от завоеваний человеческого ума, не сохрани их арабские ученые, математики и астрономы. Между тем и в Европе, охваченной мглой невежества, постепенно вновь начинали наливаться соком сомнения плоды истины. Сначала толкуя, а затем и критикуя догматы религии в многочисленных ересях, европейские философы учились. К эпохе Возрождения из пыли забвения извлекались на свет сочинения древних авторов, с восхищением изучались, подготавливая почву для революции Н. Коперника. И вот в 1543 году в типографии города Нюрнберга из-под пресса был вынут последний лист тысячного экземпляра книги с длинным латинским названием, которое в переводе означало: «Николая Коперника из Торуни шесть книг об обращениях небесных сфер».

В трактате Коперника постулировалась система мира, состоящая из тех же концентрических планетных сфер, что были и у древних греков. Только в центре находилась не Земля, а Солнце. Впрочем, так ли уж это ново? Были ведь уже и Пифагор, и Аристарх… А у Н. Коперника даже обожествленность круговых движений и сфера неподвижных звезд остались в новой системе неизменными. Отвергнув эксцентрики и экванты, помогавшие К. Птолемею и его последователям приводить в соответствие расчеты с результатами наблюдений, Н. Коперник вынужден был оставить эпициклы. Причем результаты предвычислений по новой модели были не лучше, чем по добрым старым правилам Птолемея. Должно было пройти более полувека, прежде чем «гениальный безумец» И. Кеплер превратил орбитальные окружности в эллипсы и избавил навсегда человечество от дополнительных геометрических построений.

Со многим не могли согласиться современники Н. Коперника. Не могли понять они и того, каким образом удавалось такому огромному, массивному телу, как Земля, вертеться, не вызывая ураганного ветра и не отклоняя траекторию падения пушечного ядра. Чтобы устранить эти противоречия, науке понадобился Г. Галилей. Немалой трудностью новой теории было и отсутствие звездного параллакса. Ведь если Земля движется вокруг Солнца, говорили оппоненты Н. Копернику, то наблюдателю должно казаться, что и «неподвижные» звезды описывают кружки. А этого же нет?!

Н. Коперник очень расстраивался, что не может ничего возразить на подобные упреки. Он успокаивал себя тем, что расстояние до звездной сферы так велико, что параллакс просто незаметен. Однако утешение это было слабое, и враги злорадствовали. Пройдет почти триста лет, прежде чем первые звездные параллаксы будут открыты В. Струве и Ф. Бесселем.

И все же, несмотря на неточность предвычислений, на отсутствие доказательств, неоспоримых и весомых, новая система была революционна. И это понимали многие. А главное, она была созвучна наступающей эпохе. Наступило время решительного поворота от схоластики, от догмы и мистики к науке. За плечами у народов осталось время фундаментальной критики аристотелизма. Количество накопленных культурных ценностей должно было привести к качественным переменам. И первой ласточкой наступающей весны в мировой науке явилась гелиоцентрическая система Коперника.

Главная идея польского астронома заключалась в том, что видимые движения небесных тел не истинны, а лишь кажутся таковыми наблюдателям с поверхности Земли. Кажутся, ибо сам он (наблюдатель) уносится вращающимся и летящим вокруг Солнца земным шаром. Коперник пишет, что он не раз обращался в поисках лучшего объяснения планетных движений к различным авторам, пока не нашел у древних философов мнения о движении самой Земли. Его-то он и принял к руководству, разрабатывая математически и астрономически новую систему, способную в той же мере объяснить наблюдаемые явления, что и испытанная временем система Птолемея. Судя по конкретному тексту сочинения, задача Н. Коперника была простой — выработать новый алгоритм, не более. Но и сам автор новой теории, и большинство просвещенной публики понимали, какой громадной силы философский и, можно сказать, гносеологический заряд был заложен в невинном алгоритме.

Даже в том виде, в каком новая система впервые появилась из-под печатного пресса, даже несмотря на рудименты, она уже имела ряд преимуществ перед Птолемеевой. Одним махом модель Коперника разрешила непреодолимый для старой теории вопрос о движении внутренних планет — Меркурия и Венеры. Поскольку обе планеты появлялись всегда как утренние или вечерние звезды, то есть были довольно жестко связаны с Солнцем, Птолемею пришлось их привязать к дневному светилу и совершенно произвольно заставить двигаться вместе с ним. Это вызывало изумление. Почему же остальные планеты могут вольно блуждать по небу, где им вздумается?

Система Н. Коперника просто снимала этот вопрос. Поскольку обе планеты лежат внутри орбиты Земли, они должны следовать за Солнцем в моменты его восхода или захода, при наблюдении их с Земли.

Книга Н. Коперника написана очень трудным языком. И потому, несмотря на революционность содержания, воспринята была современниками довольно спокойно. Немногие ее прочли. Еще меньше людей поняли. Понадобилось немало времени и драматических событий, прежде чем человечество отвело этому трактату надлежащее место в истории.

Блестящим популяризатором и пропагандистом нового учения стал Д. Бруно, провозгласивший множественность обитаемых миров. Его гипотеза подрывала основы догматического библейского мироздания. А вывод И. Кеплером эллиптической формы для планетных орбит, а также два его остальных закона окончательно выбросили на свалку идей принципиальные взгляды Пифагора — Платона — Аристотеля, считавших, что идеальным небесным телам свойственны лишь идеальные круговые движения. А ведь тех же взглядов придерживался и сам Н. Коперник. Законы И. Кеплера не только устранили одно из существенных возражений противников новой теории — неравномерность скоростей движения планет по орбитам, но и разбили хрустальные сферы. Мир стал безграничным. Примерно в то же время Г. Галилей, направивший зрительную трубу на небо, положил начало наблюдательной астрономии. Он увидел спутники Юпитера, словно повторяющие в миниатюре гелиоцентрическую систему. Но главное, он сумел выразить процесс движения математически, связав механику с математикой и подкрепив результаты расчетов исследовательскими, а потом и демонстрационными экспериментами. Фактически Г. Галилей создал, оттолкнувшись от идей Н. Коперника, первый образец новой науки, которую мы сегодня называем физикой.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.