Представления о строении мира астрономия. Работа: Развитие представлений о Вселенной

У древнего земледельца, привязанного к своему клочку земли, круг наблюдения и опыта не мог быть большим. О мире он судил только на основе того, что непосредственно ощущал, видел своими глазами. Он считал, что мир разделен на две совершенно различные части - это Земля и небо.

Земля казалась ему небольшой и плоской, над которой, как крыша дома, высилась хрустальная «твердь небесная». Над «твердью» будто бы находятся «верхние воды», которые иногда через отверстия в небе изливаются, по воле бога, на Землю, в виде дождя. По небу вокруг Земли движутся Солнце, Луна и другие небесные светила.

При таких представлениях легко было притти к заключению, что все в мире сотворено для человека, что человек - «венец творения», что только для людей Солнце, Луна и звезды изливают свой свет на Землю. При этом каждый древний народ не только считал Землю средоточием всей вселенной, но склонен был полагать, что то именно место, где он обитал, есть центр мира. Например, китайцы до сих пор называют свою страну Срединным царством; инки Перу говорили, что центр мира находится в храме Куцко, название которого значит «пуп». Такой наивный, ограниченный, типично геоцентрический взгляд на мир вполне соответствовал непосредственным зрительным впечатлениям .

В том или ином виде мы встречаем этот взгляд у всех народов древнего мира - египтян, греков и т. д. Даже вавилонская астрономия, несмотря на свое довольно высокое развитие, все же не пришла к новому, более правильному воззрению на небо и Землю, на строение вселенной. В древнейших вавилонских сочинениях мы читаем, что Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном, а небо - просто твердый купол, опирающийся на земную поверхность. На этом куполе прикреплены небесные светила, причем он отделяет воды, находящиеся «внизу» (океан, обтекающий земной остров), от вод, находящихся «наверху» (дождевых вод). Солнце восходит утром, выходя из небесных ворот, а вечером, заходя, проходит через западные ворота и ночью движется где-то под Землей.

Это примитивное воззрение на строение всего мира не подвергалось в Вавилоне никакому изменению, несмотря на продолжавшееся развитие науки о небе. Но это нас не удивит, если мы вспомним, что вавилонская (как и египетская и пр.) астрономия являлась наукой жрецов. Она была лишь вспомогательным средством для составления календаря и выработки культового ритуала и всецело оставалась в плену религиозных идей, неразрывно связанных с антропогеоцентрическим мировоззрением.

Вавилонское представление о вселенной оказало влияние на библейское описание мира. В европейско-христианских священных книгах всюду проводится взгляд, что Земля играет исключительную роль во всем мире, который создан и существует только для человека. О небесах в библии, например, говорится, что они «тверды как литое зеркало» (книга Иова, XXXVII, 18) и что они утверждены на колоннах - «потряслась земля, дрогнули и подвиглись основания небес» (Вторая книга царств, XXII, 8), «столпы небес дрожат» (книга Иова, XXVI, 41). Что же касается вопроса, на чем Земля держится, то одна и та же «священная» книга Иова в различных местах дает противоречивые представления: то Земля утверждена на некотором основании - «где ты был, когда я полагал основание Земли», «на чем утверждены основания ее и кто положил краеугольный камень» (XXXIX, 4, 6), то проглядывает иной взгляд - «он распростер север над пустотой, повесил Землю ни на чем» (XXVI, 7).

Представление об исключительном положении Земли в мире лежало в основе не только всякой религии, но и астрологии, считавшей, что по движению планет и их положению среди зодиакальных созвездий можно предсказывать будущее народов, судьбу отдельных личностей и т. д.

Громадное, всеобъемлющее влияние Солнца на все происходящие на Земле процессы, на жизнь растений и животных очень рано было замечено людьми. Так же давно было найдено, что по положению звезд на небе можно определить время года, и поэтому казалось, что от звезд, а не только от Солнца, зависит, например, урожай. Все это в конце концов привело к мысли, что все земные события зависят от наступления тех или иных небесных явлений и что, следовательно, по небесным светилам можно предсказывать все события человеческой жизни. Поэтому в древнем Египте, в Вавилоне, Ассирии и других древних странах астрология была очень популярна. Астрологи-жрецы производили наблюдения небесных светил не только для календаря, но и для астрологических гаданий.

Христианская церковь в первые века недружелюбно относилась к астрологии или звездочетству, как к «языческому учению», признающему предопределение и, следовательно, противоречащему идее свободной воли и ответственности за грехи. Однако в эпоху Возрождения астрология достигла широкого распространения в Западной Европе и даже стала обязательным предметом преподавания в ряде университетов, что вполне гармонировало с антропогеоцентрическим мировоззрением.

Библейская картина вселенной , весьма напоминающая представление о мире древних вавилонян. Земля покоится на столбах и окружена «нижними водами». Над нею находится твердое небо, образующее небесный океан - «высшие воды». К «тверди» прикреплены светила; в ней также имеются «окошки», из которых льется дождевая вода, когда они открыты.(Оригинальный рисунок автора).

Если Земля в качестве обиталища «венца творения» - человека занимает особенное положение во вселенной, а небесные светила созданы только для Земли и ее обитателей, то, по мнению астрологов, можно допустить, что планеты (в число планет астрологи включали также Солнце и Луну) влияют на всё происходящее на Земле и на судьбу отдельных людей. Поэтому при королях, полководцах и т. п. была особая должность астролога, который составлял гороскопы, т. е. предсказания будущих событий на основании расположения планет среди созвездий во время рождения человека и в другие важные моменты его жизни. Астрология и астрономия в то время были тесно связаны, причем астрология являлась источником существования для астрономов. К тому же в основании той и другой лежало одно и то же антропогеоцентрическое представление о мире.

Это наивное представление вполне удовлетворяло потребности древнего земледелия, охоты, промыслов и мореплавания, пока опыт людей был ограничен.

Уже в древнейшие времена перед человеком встал вопрос: куда Солнце девается после захода на западе? Как мы видели, вавилоняне, которым небо представлялось твердой полусферой, считали, что Солнце восходит утром через восточные «небесные ворота» и заходит вечером через западные. Фалес, Анаксимандр и другие греческие мыслители, жившие между 600-500 гг. до хр. эры в ионийских городах на берегах Малой Азии, уже не ограничивались старым вопросом: что есть над нами и вокруг нас? Они пошли по новому пути, поставив еще один вопрос: что находится под нами?

Из наблюдений того, что некоторые звезды не заходят, а описывают полный круг над горизонтом, другие же погружаются под него и восходят вновь, они оторвались от видимых впечатлений и пришли к заключению, что небо шарообразно. Но если это так, если кроме одного куполообразного «потолка» над Землей существует еще полусфера под ней, т. е. если небо имеет форму полной сферы, то нечего и говорить о «небесных воротах». С этой точки зрения необходимо, чтобы шарообразное, сферическое небо вращалось вокруг оси, в силу чего и происходит восход и закат светил. Отсюда следовало, что Земля не лежит на чем-нибудь, а изолирована со всех сторон в пространстве, и когда Солнце; заходит на западе, оно описывает на невидимой части небесной сферы вторую половину своего кругового пути.

Однако продолжал еще существовать взгляд, что Земля плоская, что она является диском или тонким цилиндром, на верхней поверхности которого обитают люди. Анаксимандр (610-547 гг. до хр. эры) внес в это представление весьма важную поправку: он мысленно увеличил размеры небесной сферы и уменьшил размеры Земли, так что наивное, примитивное представление об ограничении Земли небом исчезло. Выходило, таким образом, что плоская Земля, окруженная воздушной оболочкой, свободно висит в пространстве, что одинаково удаленная от каждой точки небесной сферы почти бесконечных размеров, она не может упасть ни наверх, ни вниз и поэтому остается в «равновесии» в центре всего мира. Конечно, в течение долгого времени эта идея Анаксимандра казалась головокружительной, так как она порывала с привычными представлениями.

После того как весь мир стал представляться сферой, был сделан дальнейший шаг: появились идеи о том, что и Земля не плоский диск и не цилиндр, а шар. Ведь если Земля плоская, то горизонт должен быть во всех местах один и тот же, а вследствие этого вид звездного неба всюду должен быть одинаковым, земные же предметы с любой точки должны быть видны целиком сверху и донизу. А между тем греческие мореплаватели заметили, что звезды, поднимающиеся над южной частью горизонта у берегов Африки, совсем не видны у берегов Черного моря, т. е. в более северных странах; это указывало на то, что Земля имеет изогнутую поверхность, что положение горизонта в разных местах различно. Вместе с тем греки, проживающие на островах и плававшие по морям, не могли не обратить внимания на то, что при приближении к берегу сначала видны верхушки высоких предметов (гор, кораблей, зданий и т. д.), затем средние и наконец нижние; это вело к мысли, что у Земли должна существовать некоторая выпуклость, заслоняющая от нас нижние части предметов.

Основоположником учения о том, что Земля есть шар, свободно висящий в мировом пространстве, считается Пифагор - философ и математик VI века до хр. эры. По своему значению и смелости это представление может быть поставлено в ряд с учением о движении Земли или с открытием закона всемирного притяжения. Во всяком случае оно является одним из величайших достижений научной мысли древности вообще .

Далее возник вопрос и о размерах шарообразной Земли. Этот вопрос впервые был решен, и притом поразительно просто, греческим ученым Эратосфеном (276-196 до хр. эры). Эратосфен установил, что в день летнего солнцестояния в Александрии, в полдень, Солнце отстояло от зенита (от высшей точки небосвода) на 7,2°, т. е. на одну пятидесятую долю окружности. В тот же день, южнее, в Сиене (теперь здесь город Ассуан), лежащем на одном меридиане с Александрией, Солнце освещало дно колодцев, т. е. там Солнце находилось как раз в зените, прямо над головой. Эти два города отстоят друг от друга на 5 000 стадий. Поэтому Эратосфен считал, что если это расстояние составляет одну пятидесятую часть окружности земного шара, то вся окружность его составляет 250 000 стадий.

Выдвинув представление о сферической форме небесного свода, ионийская философская школа в лице Анаксимандра сделала первый шаг по пути отречения от непосредственных впечатлений. Между прочим, один из представителей этой школы Анаксимен (VI век до хр. эры) считал небесную сферу твердой и прозрачной, а потому и невидимой. По мнению этого философа, которое очень долго владело умами людей, небесная «твердь» вращается вокруг оси, а звезды вбиты в нее, наподобие золотых гвоздей. Однако один из наиболее замечательных представителей ионийской школы, Анаксагор (500-428 до хр. эры), совершенно отвергал мысль о прикреплении небесных светил к твердому, хрустальному небесному своду. Звезды он считал состоящими из той же материи, что и Земля, а именно каменными массами, причем одни из них накалены и светят, а другие холодны и темны. В связи с этой идеей о единстве земной и небесной материи Анаксагор говорил, что Солнце состоит из расплавленного вещества, похожего на земное вещество. В подтверждение этого Анаксагор приводил в качестве примера падающие с неба метеориты. Он описал один «небесный камень», упавший в его время во Фракии и равный по величине мельничному жернову. Он полагал, что этот кусок железа, упавший при дневном свете на Землю, ведет свое происхождение от Солнца. Это якобы и доказывает, что наше дневное светило состоит из раскаленного железа.

Анаксагор, далее, утверждал, что по своей величине Солнце во много раз больше, чем весь Пелопонес, а Луна приблизительно равна Пелопонесу. Луна настолько велика, что на ней умещаются горы и долины, причем - подобно Земле - она является местопребыванием живых существ; свой свет это темное тело получает от Солнца; оно затмевается, когда попадает в тень, отбрасываемую Землей. Характерно при этом, что на вопрос: если небесные тела подобно земным телам тяжелы, то почему они не падают на Землю? - Анаксагор отвечал, что причина этого заключается в их круговом движении около Земли. Значит, с точки зрения этого мыслителя, небесные тела не падают на Землю потому, что их круговое движение имеет перевес над силой падения, влекущей тела вниз. В связи с этим он сравнивал движение Луны вокруг Земли с движением камня в праще, быстрое вращение которой уничтожает стремление камня упасть на Землю (это, вероятно, древнейшее дошедшее до нас понятие о центробежной силе).

Долгое время Анаксагор скрывал эти свои взгляды или излагал их лишь своим ближайшим ученикам. Когда же эти взгляды стали известны благодаря распространению его сочинения «О природе» (из него до нас дошло лишь несколько отрывков), он сделался жертвой мракобесия - был заключен в темницу как безбожник и приговорен к смертной казни по обвинению в том, что осмелился устанавливать законы божеству, а Солнце считать не божественным светилом, а раскаленным камнем, горячим метеоритом. Лишь благодаря настоятельным хлопотам его могущественного ученика и друга Перикла смертная казнь Анаксагору была заменена изгнанием из родной страны: он был отпущен с обязательством навсегда оставить Афины.

Определение окружности Земли по Эратосфену . В момент наблюдения, произведенного Эратосфеном, лучи Солнца в точке S - Сиене направлены к центру Земли, вследствие чего вертикально поставленный стержень не отбрасывает тени. В это же время в точке А - Александрии, находящейся на том же меридиане, солнечные лучи образуют с направлением к центру Земли АО угол а , равный 7,2°, т. е. соответствующий 1 / 50 окружности. Ввиду параллельности солнечных лучей угол а равен углу b , а последний соответствует AS , равной расстоянию между обоими городами и составляющей 1 / 50 окружности Земли.

Как видно из сказанного, Анаксагор еще в те далекие времена высказал в основном правильные взгляды о Земле, Солнце, звездах, метеоритах, центробежной силе и т д. Особенно важно следующее.

Анаксагор считал, что все видоизменения тел» есть не что иное, как соединение или разъединение мельчайших, невидимых глазу частиц материи. Он писал: «Ничто не возникает вновь и не уничтожается; всё сводится к сочетанию или разъединению вещей, существующих от века; вернее было бы признать возникновение сочетанием, а прекращение-разъединением».

Это представление о материи несомненно оказало влияние на великого древнегреческого материалиста Демокрита (460-370 или 360 г. до хр. эры), который разработал атомистическую теорию мира , сыгравшую колоссальную роль в развитии естествознания и философии.

Согласно этой теории Демокрита, вселенная безначальна и никогда и никем не была создана; всё, что было, есть и будет, обусловлено необходимостью, зависит от определенных причин, а не от прихоти каких-то сверхъестественных, божественных существ. Вселенная состоит из неделимых, качественно-тождественных мельчайших частиц - атомов, которые извечно находятся в непрерывном движении. Атомы, различаясь по форме, меняют свое взаимное положение, а для того, чтобы это было возможно, пространство должно быть вообще пусто. Переменой взаимного положения атомов вызвано всякое видоизменение, так что многообразие вещей зависит от числа, формы и соединения атомов. Число атомов бесконечно велико и формы их бесконечно различны, но качественно эти частички совершенно тождественны. При движении в бесконечном пространстве они сталкиваются, и это вызывает вихри, из которых образуются небесные тела, различные миры. Демокрит учил, что в бесконечном пространстве бесконечное число сочетаний, соединений атомов может образовать бесчисленное количество миров .

В общем, Демокрит рисовал себе такую картину вселенной: вселенная бесконечна, ее материя вечна, а количество миров бесчисленно, некоторые из миров похожи друг на друга, другие - совершенно отличны. Эти тела не есть постоянное; они возникают и исчезают, мы их видим в различных стадиях развития. Белесоватую мерцающую полосу на небе, издревле называемую Млечным Путем, Демокрит принимал за скопление колоссального количества весьма тесно расположенных звезд. Звезды он называл очень далекими солнцами; о Луне говорил, что она похожа на Землю, имеет горы, долины и т. д.

«Отец церкви» Ипполит (около 220 г. хр. эры) в своем сочинении «Опровержение всех ересей» так излагает демокритовское представление о вселенной: «Миры (по мнению Демокрита) бесчисленны и различны по величине. В некоторых из них нет ни солнца, ни луны, в других - солнце к луна больше по размерам наших, а в некоторых - их большее число. Расстояния между мирами не равны, между некоторыми большие, между другими меньшие, и одни миры еще растут, другие находятся уже в расцвете, третьи разрушаются, и в одно и то же время в одних местах миры возникают, в других разрушаются. Погибают же они друг от друга, сталкиваясь между собой. Некоторые миры не имеют животных и растений и вовсе лишены влаги... Наш мир находится в расцвете, не будучи в состоянии более принимать что-либо извне».

Таким образом, Демокрит не видел существенной разницы между нашим миром и другими мирами. Земля для него - лишь одни из бесконечного числа миров, т. е. - лишь одно из космических тел. Демокрит пытался объяснить, что Земля возникла от сгущения атомов в центре мирового вихря, образовавшегося вследствие постоянных столкновений атомов. Он полагал, что вначале Земля была мала и легка и поэтому находилась в движении; с течением времени она стала больше и тяжелее - отчего перешла в неподвижное состояние и только стала вращаться вокруг своей оси.

Хотя по Демокриту Земля находится в центре вселенной, - все его учение о природе звезд, образовании миров и т. п. совершенно непримиримо с существом геоцентрического мировоззрения .

Взгляды Демокрита были явно атеистичны, и поэтому они считались «опасными» для народных масс. Чтобы помешать их распространению, аристократы и реакционеры не стеснялись в средствах. Например, Платон и его ученики скупали сочинения Демокрита и уничтожали их (до нас дошли лишь незначительные отрывки из них). В результате этого смелые материалистические идеи Демокрита имели лишь незначительное влияние в ту эпоху, когда они возникли.

Эти идеи были использованы и развиты выдающимся мыслителем Эпикуром (341-270 до хр. эры) - одним из столпов античного материализма. Этот философ отстаивал учение о бесчисленности миров и ясно показал, что из этого учения необходимо вытекает представление о пространственной бесконечности вселенной .

Бесконечность вселенной Эпикур выводил из того, что «вселенная» означает «всесодержащая», так что вне ее ничего нет и быть не может. Он утверждал: «Вселенная бесконечна, пространство не имеет ни низа, ни верха, ни какого-нибудь окончания; вселенная бесконечна, потому что всё ограниченное имеет нечто вне себя; внешнее ведь предполагает другое рядом с собой, с чем и можно было бы его сравнить, но именно такого другого нет рядом со вселенной и ни с чем поэтому ее нельзя сопоставить. Таким образом, нет ничего внешнего, и поэтому у вселенной нет границ - следовательно, она - бесконечна и неограниченна».

Так же подходил к этому вопросу горячий последователь Эпикура великий римский поэт Лукреций Кар (99-55 гг. до хр. эры), который в своей философской поэме «О природе вещей» изложил основные идеи античного материализма. В этом атеистическом произведении Лукреций говорит: «Если должны мы признать, что нет ничего за вселенной, нет и краев у нее и нет ни конца, ни предела. И безразлично, в какой ты находишься части вселенной: где бы ты ни был, везде, с того места, что ты занимаешь, все бесконечной она остается во всех направлениях». Между прочим, Лукреций правильно подчеркнул то обстоятельство, что из представления о бесконечности мирового пространства логически вытекает отрицание идеи о центральном положении Земли или какого-либо другого пункта вселенной. Он писал: «...не верь утвержденью, что всё устремляется к какому-то центру вселенной», ибо «...центра ведь нету нигде у вселенной, раз ей никакого нету конца».

Если античная натурфилософия выдвинула учение о бесчисленности миров и о пространственной бесконечности вселенной, то античная астрономия, наоборот, старалась еще больше утвердить геоцентризм и, следовательно, поддерживала учение о пространственной конечности вселенной. В связи с этим противоречием натурфилософы-материалисты и астрономы-практики обычно просто совершенно игнорировали друг друга, не пытаясь даже согласовать свои различные точки зрения. В проигрыше, однако, оказались материалисты, хотя их идеи никогда не были совершенно забыты в древнем мире. Но эти идеи, опровергавшие религиозное мировоззрение, не могли добиться такого распространения, какое получила идеалистическая философия, развитая Сократом, Платоном и Аристотелем. Эти философы оказали огромное влияние на последующее развитие мысли, но они не способствовали прогрессу наших знаний о вселенной, так как ставили науке определенные пределы. Например, Сократ (469 - 399 гг. до хр. эры) строго завещал своим ученикам не заниматься вопросами о движении небесных светил, о их расстояниях от Земли, о их (происхождении и т. д., считая эти вопросы неразрешимыми. По сообщению его любимейшего ученика Ксенофонта, он уверял, что «всё это навсегда останется тайной для смертного, и, конечно, самим богам прискорбно видеть старания человека разгадать то, что угодно было им навсегда скрыть от него непроницаемой завесой».

С точки зрения прогресса естественно-научного миропонимания древнегреческая идеалистическая философия, достигшая наивысшего развития в учении Аристотеля, несомненно являлась шагом назад по сравнению с учением Демокрита. Эта философия по самому существу своему служила оправданием религиозного мировоззрения . Она была облечена густой оболочкой анимизма, крайнего антропоморфизма, наивной телеологии и прочих атрибутов поповщины (почему и была использована христианскими богословами).

Г.А.Гурев СИСТЕМЫ МИРА

Слайд 2: По Аристотелю мир является вечным и неизменным. Отрицал вращение Земли, считал звезды и планеты связанными с вращающимися вокруг общего центра хрустальными сферами. Вселенная из 56 хрустальных сфер, самая внешняя -звездная

Рафаэль Санти. Аристотель и Платон

Слайд 3: Клавдий Птолемей. Он разработал геоцентрическую систему мира, создал теорию видимого движения Луны и пяти известных планет

Клавдий Птолемей Представление о строении Вселенной.Иллюстрация Камиля Фламмариона

Слайд 4: ГЕОЦЕНТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПТОЛЕМЕЯ Планеты обращаются вокруг неподвижной Земли. Есть дополнительные круговые движения по эпициклам

Слайд 5: Система Птолемея изложена в его главном труде «Альмагест» («Великое математическое построение астрономии в XIII книгах»)- энциклопедии астрономических знаний древних

Титульный лист Альмагеста

Слайд 6

Научная революция- закономерный периодически повторяющийся процесс, качественного перехода от одного способа познания к другому, отражающему более глубинные связи и отношения природы.

Слайд 7: Выделяют:

Коперниканскую научную революцию Ньютоновскую Дарвиновскую научную революцию

Слайд 8: Первая научная революция

Первая научная революция произошла в 16 веке. Основоположник- Николай Коперник, автор Гелиоцентрической системы Мира

Слайд 9: Причины:

Необходимость усовершенствования Птолемеевской геоцентрической системы Необходимость реформы календаря Необходимость уточнения звёздных карт

10

Слайд 10: Николай Коперник (1473-1543), великий польский астроном, создатель гелиоцентрической системы мира

11

Слайд 11: Гелиоцентрическая система мира Коперника

12

Слайд 12

В центре Вселенной неподвижное Солнце Годичное Вращение Луны и Земли вокруг Солнца Планеты движутся по круговым орбитам равномерно

13

Слайд 13

Джордано Бруно (1548-1600), подхватил революционное начинание Коперника и довел его до логического конца - до концепции множественности миров в бесконечном пространстве.

14

Слайд 14: Галилео Галилей (1564 – 1642), итальянский физик и астроном, создатель телескопа, сделавший открытия, подтвердившие учение Коперника

15

Слайд 15: В России учение Коперника смело поддержал Михайло Васильевич Ломоносов (1711-1765). При наблюдении прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 году открыл у нее атмосферу

16

Слайд 16: Вторая научная революция

Вторая научная революция произошла в 17 веке. Связана с именами: И. Кеплера, И. Ньютона. Кеплер (1571-1630): установил 3 закона движения планет вокруг Солнца, разработал теорию солнечных и лунных затмений, способы их предсказания, уточнил расстояние между Землей и Солнцем.

17

Слайд 17: Иоганн Кеплер (1571-1630)-немецкий ученый, развив учение Коперника, открыл законы движения планет

18

Слайд 18: Законы небесной механики Кеплера:

19

Слайд 19: 1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце

20

Слайд 20: 2. Скорость движения планеты по орбите непостоянна, она тем больше, чем ближе планета к Солнцу

21

Слайд 21: 3. Квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их среднего расстояния до него

22

Слайд 22: Исаак Ньютон (1643-1727) открыл закон всемирного тяготения и три закона классической механики

Интегральное и дифференциальное исчисление Работы по оптике, открытие спектрального состава света

23

Слайд 23: Законы Ньютона

Тело находится в состоянии покоя или прямолинейно и равномерно движется, пока на него не действует сила. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и направлено по направлению действия этой силы. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие.

24

Слайд 24: Закон Всемирного тяготения

Для всех планет имеет место притяжение к Солнцу и друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и прямопропорциональной только их массе, независимо от других свойств тела. F тяж. = G * m 1 * m 2 / r 2

25

Слайд 25: механистическая картина мира

Все тела природы состоят из материальных частиц, жестких и обладающих весом, пренебрежимо малых размеров. Между материальными частицами действуют силы притяжения (закон всемирного тяготения Ньютона) и силы отталкивания. Материальные частицы подчиняются законам механики Ньютона. Пространство и время абсолютны, т.е. не зависят от материи.

26

Слайд 26: Третья научная революция

П роизошла в 1 9 веке. Механистическая картина мира утрачивает свое значение. Дифференциация наук. Возникают общая химия, физика, биология.

27

Слайд 27: Законы термодинамики

1. Всё тепло, получаемое телом, идёт на увеличение внутренней энергии тела и на совершение работы против внешних сил. 2. Невозможно полностью превратить тепло, отдаваемое телом, в работу. 3. Никаким естественным или искусственным способом нельзя достичь абсолютного нуля температур. Законы термодинамики

28

Слайд 28: Была разработана теория электромагнитных явлений (Майкл Фарадей, Дж. Максвелл)

29

Слайд 29: Достижения в химии

Развитие технической химии (металлургия, стеклоделие, бумага) и открытие новых химических веществ (висмут, платина, фосфор). Атомно-молекулярная теория строения вещества (М.В. Ломоносов). Теория строения химических соединений (А.М. Бутлеров), учение о валентности и химической связи. Стереохимия – теория пространственного строения органических соединений. Открытие Д.И. Менделеевым (1869) периодической системы хим.элементов и периодического закона.

30

Последний слайд презентации: Развитие представлений о строении мира: Достижения в биологии

Идея единства живой природы и единство плана строения живых существ. Концепция эволюции органического мира (Ж.Б. Ламарк) Теория эволюции (Ч. Дарвин) Клеточная теория (М. Шлейден, Т. Шванн) становление генетики (законы наследственности Г. Менделя)

Приложение 1

Геоцентрическая система строения мира (от Аристотеля до Птолемея).

Первая научно обоснованная теория строения мира была разработана Аристотелем и опубликована в 355г до НЭ в книге “О небе”. Признавая шарообразность Земли, Луны и небесных тел, отказывается от движения Земли и ставит ее в центр, так как считал, что звезды должны были бы описывать круги, а не находиться на месте (что было доказано лишь в 18 веке). Система получила название геоцентрической (Гея - Земля).

С развитием астрономии и получении более точных знаний о движении планет, система была доработана Гиппархом и окончательно кинематически разработана к 150г НЭ александрийским астрономом Клавдием Птолемеем (87-165) в сочинении, состоящем из 13 книг “Великое математическое построение астрономии” (Альмагест). Для объяснения движения планет, применив систему эпициклов и деферентов.

По теории Птолемея:

Земля неподвижна и находится в центре мира;

планеты вращаются по строго круговым орбитам;

движение планет равномерно.

Гелиоцентрическая система строения мира (Коперника).

Идея поместить в центр Солнечной системы не Землю а Солнце принадлежит Аристарху Самосскому (310-230) впервые определившему расстояние до Луны, Солнца и их размеры. Но заключений и доказательств о том, что Солнце больше и вокруг движутся планеты было явно недостаточно. "Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют свои места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в её центре" - писал Архимед. В работе "О размерах и взаимных расстояниях Солнца и Луны" Аристарх Самосский, принимая гипотезу о суточном вращении Земли, зная диаметр Земли (по Эратосфену) и считая Луну в 3 раза меньше Земли, на основе собственных наблюдений рассчитал, что Солнце - одна, ближайшая из звезд - в 20 раз дальше от Земли, нежели Луна (на самом деле - в 400 раз) и больше Земли по объему в 200-300 раз.

Только в эпоху Возрождения польский ученый Николай Коперник (1473-1543) обосновал гелиоцентрическую систему строения мира к 1539г в книге “Об обращении небесных сфер” (1543г), объяснив суточное движение светил вращением Земли и петлеобразное движение планет их обращением вокруг Солнца, рассчитав расстояния и периоды обращения планет. Однако сферу неподвижных звезд он оставил, отодвинув её в 1000 раз дальше, чем Солнце.

Подтверждение гелиоцентрической системы мира.

В трудах Галилео Галилея Галилей - открыл смену фаз Венеры, доказывающую ее вращение вокруг Солнца. Открыл 4 спутника Юпитера, доказав что не только Земля может быть центром.

В трудах Иоганна Кеплера открывает движение планет.

В трудах Исаака Ньютона опубликовывает закон всемирного тяготения.

В трудах М.В. Ломоносов не только высмеивает идеи геоцентризма в стихах, но и открывшего атмосферу на Венере.

I. Введение.

II. Картина мира.

III. Движение планет.

IV. Первые модели мира.

VI. Система Птолемея.

VII. Мир Коперника.

VIII. Солнце и звезды.

IX. Галактика.

X. Звездные миры.

XI. Вселенная.

XII. Заключение.

I. Введение.

Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над этими и многими другими вопросами, стремился понять, и осмыслить устройство того большого мира, в котором мы живем.

Самые ранние представления людей о нем сохранились в сказках и легендах. Прошли века и тысячелетия, прежде чем возникла и получила глубокое обоснование и развитие наука о Вселенной, раскрывшая нам замечательную простоту, удивительный порядок мироздания. Недаром еще в древней Греции ее называли Космосом, а это слово первоначально означало «порядок» и «красоту».

II. Картина мира.

В древнеиндийской книге, которая называется «Ригведа», что значит «Книга гимнов», можно найти описание - одно из самых первых в истории человечества - всей Вселенной как единого целого. Согласно «Ригведе», она устроена не слишком сложно. В ней имеется, прежде всего, Земля. Она представляется плоской безграничной поверхностью - «обширным пространством». Эта поверхность покрыта сверху небом. А небо - это голубой, усеянный звездами «свод». Между небом и Землей - «светящийся воздух».

От науки это было очень далеко. Но важно здесь другое. Замечательна и грандиозна сама дерзкая цель - объять мыслью всю Вселенную. Отсюда берет истоки уверенность в том, что человеческий разум способен осмыслить, понять, разгадать ее устройство, создать в своем воображении полную картину мира.

III. Движение планет.

Наблюдая за годичным перемещением Солнца среди звезд, древние люди научились заблаговременно определять наступление того или иного времени года. Они разделили полосу неба вдоль эклиптики на 12 созвездий, в каждом из которых Солнце находится примерно месяц. Как уже отмечалось, эти созвездия были названы зодиакальными. Все они за исключением одного носят названия животных.

С предутренним восходом того или иного созвездия древние люди связывали свои сельскохозяйственные работы, и это отражено в самих названиях созвездий. Так, появление на небе созвездия Водолея указывало на ожидаемое половодье, появление Рыб - на предстоящий ход рыбы для метания икры. С утренним появлением созвездия Девы начиналась уборка хлеба, которая проводилась преимущественно женщинами. Спустя месяц на небе появилась соседнее созвездие Весы, в это время как раз происходило взвешивание и подсчет урожая.

Еще за 2000 лет до н. э. древние наблюдатели заметили среди зодиакальных созвездий пять особых светил, которые, постоянно меняя свое положение на небе, переходят из одного зодиакального созвездия в другое. В последствии греческие астрономы назвали эти светила планетами, т. е. «блуждающими». Это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, сохранившие в своих названиях до наших дней имена древнеримских богов. К блуждающим светилам были причислены также Луна и Солнце.

Вероятно, прошло много столетий, прежде чем древним астрономам удалось установить определенные закономерности в движении планет и, прежде всего, установить промежутки времени, по истечении которых положение планеты на небе по отношению к Солнцу повторяется. Этот промежуток времени позже был назван синодическим периодом обращения планеты. После этого можно было делать следующий шаг - строить общую модель мира, в которой для каждой из планет было бы отведено определенное место и, пользуясь которой, можно было бы заранее предсказать положение планеты на несколько месяцев или лет вперед.

По характеру своего движения на небесной сфере по отношению к Солнцу планеты (в нашем понимании) подразделяются на две группы. Меркурий и Венера названы внутренними или нижними, остальные - внешними или верхними.

Угловая скорость Солнца больше скорости прямого движения верхней планеты. Поэтому Солнце постепенно обгоняет планету. Как и для внутренних планет, в момент, когда направление на планету и на Солнце совпадает, наступает соединение планеты с Солнцем. После того как Солнце обгонит планету, она становится видимой перед его восходом, во второй половине ночи. Момент, когда угол между направлением на Солнце и направлением на планету составляет 180 градусов, называется противостоянием планеты. В это время она находится в середине дуги своего попятного движения. Удаление планеты от Солнца на 90 градусов к востоку называется восточной квадратурой, а на 90 градусов к западу - западной квадратурой. Все упомянутые здесь положения планет относительно Солнца (с точки зрения земного наблюдателя) называются конфигурациями.

При раскопках древних городов и храмов Вавилонии обнаружены десятки тысяч глиняных табличек с астрономическими текстами. Их расшифровка показала, что древние вавилонские астрономы внимательно следили за положением планет на небе; они сумели определить их синодические периоды обращения и использовать эти данные при своих расчетах.

IV. Первые модели мира.

Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов древнего Востока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственными зрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласно которым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. Внутри Земли будто бы находится «царство мертвых». Небо - это твердый купол, опирающийся на земную поверхность и отделяющий «нижние воды» (океан, обтекающий земной остров) от «верхних» (дождевых) вод. На этом куполе прикреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнце восходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западные ворота, а ночью оно движется под Землей.

Согласно представлениям древних египтян, Вселенная имеет вид большой долины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небо уподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах, на ней в виде светильников подвешены звезды.

В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земля имеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбах поддерживается круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнул центральный столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтому все реки в Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтому все небесные светила движутся с востока на запад.

И лишь в греческих колониях на западных берегах Малой Азии (Иония), на юге Италии и в Сицилии в четвертом веке до нашей эры началось бурное развитие науки, в частности, философии, как учения о природе. Именно здесь на смену простому созерцанию явлений природы и их наивному толкованию приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать их истинные причины.

Одним из выдающихся древнегреческих мыслителей был Гераклит Эфесский (около 530 - 470 гг. до н. э.). Это ему принадлежат слова: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим...» Тогда же Пифагор Самосский (ок. 580 - 500 гг. до н. э.) высказал мысль о том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет форму шара. Вселенная представлялась Пифагору в виде концентрических, вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна. Дальше всех находилась сфера неподвижных звезд.

Первую теорию строения мира, объясняющую прямое и попятное движение планет, создал греческий философ Евдокс Книдский (около 408 - 355 гг. до н. э.). Он предложил, что у каждой планеты имеется не одна, а несколько сфер, скрепленных друг с другом. Одна из них совершает один оборот в сутки вокруг оси небесной сферы по направлению с востока на запад. Время обращения другой (в обратную сторону) предполагалось равным периоду обращения планеты. Тем самым объяснялось движение планеты вдоль эклиптики. При этом предполагалось, что ось второй сферы наклонена к оси первой под определенным углом. Комбинация с этими сферами еще двух позволяла объяснить попятное движение по отношению к эклиптике. Все особенности движения Солнца и Луны объяснялось с помощью трех сфер. Звезды Евдокс разместил на одной сфере, вмещающей в себя все остальные. Таким образом, все видимое движение небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.

Уместно напомнить, что представление о равномерном, круговом, совершенно правильном движении небесных тел высказал философ Платон. Он же высказал предположение, что Земля находится в центре мира, что вокруг нее обращается Луна, Солнце, далее утренняя звезда Венера, звезда Гермеса, звезды Ареса, Зевса и Кроноса. У Платона впервые встречаются названия планет по имени богов, полностью совпадающие с вавилонскими. Платон впервые сформулировал математикам задачу: найти, с помощью каких равномерных и правильных круговых движений можно «спасти явления, представляемые планетами». Другими словами, Платон ставил задачу построить геометрическую модель мира, в центре которой, безусловно, должна была находиться Земля.

Усовершенствованием системы мира Евдокса занялся ученик Платона Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.). Так как взгляды этого выдающегося философа - энциклопедиста безраздельно господствовали в физике и астрономии в течение почти двух тысяч лет, то остановимся на них поподробнее.

Аристотель, вслед за философом Эмпедоклом (около 490 - 430 гг. до н. э.), предположил существование четырех «стихий»: земли, воды, воздуха и огня, из смешения которых будто бы произошли все тела, встречающиеся на Земле. По Аристотелю, стихии вода и земля естественным образом стремятся двигаться к центру мира («вниз»), тогда как огонь и воздух движутся «вверх» к периферии и тем быстрее, чем ближе они к своему «естественному» месту. Поэтому в центре мира находится Земля, над ней расположены вода, воздух и огонь. По Аристотелю, Вселенная ограничена в пространстве, хотя ее движение вечно, не имеет ни конца, ни начала. Это возможно как раз потому, что, кроме упомянутых четырех элементов, существует еще и пятая, неуничтожимая материя, которую Аристотель назвал эфиром. Из эфира будто бы и состоят все небесные тела, для которых вечное круговое движение - это естественное состояние. «Зона эфира» начинается около Луны и простирается вверх, тогда как ниже Луны находится мир четырех элементов.

Вот как описывает свое понимание мироздания сам Аристотель:

«Солнце и планеты обращаются около Земли, находящейся неподвижно в центре мира. Наш огонь, относительно цвета своего, не имеет никакого сходства со светом солнечным, ослепительной белизны. Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир во время обращения вокруг Земли. Кометы суть скоропреходящие явления, которые быстро рождаются в атмосфере и столь же быстро исчезают. Млечный Путь есть не что иное, как испарения, воспламененные быстрым вращением звезд около Земли... Движения небесных тел, вообще говоря, происходят гораздо правильнее, чем движения замечаемые на Земле; ибо, так как тела небесные совершеннее любых других тел, то им приличествует самое правильное движение, и вместе с тем самое простое, а такое движение может быть только круговым, потому что в этом случае движение бывает вместе с тем и равномерным. Небесные светила движутся свободно подобно богам, к которым они ближе, чем к жителям Земли; поэтому светила при движении своем не нуждаются в отдыхе и причину своего движения заключают в самих себе. Поэтому высшие области неба, более совершенные, содержащие в себе неподвижные звезды, имеют наиболее совершенное движение - всегда вправо. Что же касается части неба, ближайшей к Земле, а поэтому и менее совершенной, то эта часть служит местопребыванием гораздо менее совершенных светил, каковы планеты. Эти последние движутся не только вправо, но и влево, и притом по орбитам, наклоненным к орбитам неподвижных звезд. Все тяжелые тела стремятся к центру Земли, а так как всякое тело стремится к центру Вселенной, то поэтому и Земля должна находиться неподвижно в этом центре».

При построении своей системы мира Аристотель использовал представления Евдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты и которые вращаются вокруг Земли. По Аристотелю, первопричиной этого движения является «первый двигатель» - особая вращающаяся сфера, расположенная за сферой «неподвижных звезд», которая и приводит в движение все остальное. По этой модели лишь одна сфера в каждой из планет вращается с востока на запад, остальные три - в противоположном направлении. Аристотель считал, что действие этих трех сфер должно компенсироваться дополнительными тремя внутренними сферами, принадлежащими той же планете. Именно в этом случае на каждую последующую (по направлению к Земле) планету действует лишь суточное вращение. Таким образом, в системе мира Аристотеля движение небесных тел описывалось с помощью 55 твердых хрустальных сферических оболочек.

Позже в этой системе мира было выделено восемь концентрических слоев (небес), которые передавали свое движение друг другу. В каждом таком слое насчитывалось семь сфер, движущих данную планету.

Во времена Аристотеля высказывались и другие взгляды на строение мира, в частности, что не Солнце обращается вокруг Земли, а Земля вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца. Против этого Аристотель выдвинул серьезный аргумент: если бы Земля двигалась в пространстве, то это движение приводило бы к регулярному видимому перемещению звезд на небе. Как мы знаем, этот эффект (годичное параллактическое смещение звезд) был открыт лишь в середине 19 века, через 2150 лет после Аристотеля...

На склоне своих лет Аристотель был обвинен в безбожии и бежал из Афин. На самом деле в своем понимании мира он колебался между материализмом и идеализм. Его идеалистические взгляды и, в частности, представление о Земле как центре мироздания было приспособлено для защиты религии. Вот почему в середине второго тысячелетия нашей эры борьба против взглядов Аристотеля стала необходимым условием развития науки...

V. Первая гелиоцентрическая система.

Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в противостоянии, а также Венера во время попятного движения значительно ярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставаться всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и другие представления о строении мира.

Так, Гераклит Понтийский (388 - 315 гг. до н. э.) предполагал, что Земля движется «...вращательно, около своей оси, наподобие колеса, с запада на восток вокруг собственного центра». Он высказал также мысль, что орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.

Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский (около 310 - 230 гг. до н. э.). Выдающийся древнегреческий ученый Архимед (около 287 - 212 гг. до н.э.) в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»), обращаясь к Гелону Сиракузскому, писал о взглядах Аристарха так:

«Ты знаешь, что по представлению некоторых астрономов мир имеет форму шара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длине прямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих «Предложениях», написанных им против астрономов, отвергая это представление, приходит к заключению, что мир гораздо больших размеров, чем только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижных звезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность, описываемая по его предположению, Землей, находится к расстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности».

VI. Cистема Птолемея.

Становление астрономии как точной науки началось благодаря работам выдающегося греческого ученого Гиппарха. Он первый начал систематические астрономические наблюдения и их всесторонний математический анализ, заложил основы сферической астрономии и тригонометрии, разработал теорию движения Солнца и Луны и на ее основе - методы предвычисления затмений.

Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является неравномерным. Поэтому он стал на точку зрения, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к центру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и Луны на небе на любой день года. Что же касается планет, то, по замечанию Птолемея, он «не сделал других попыток объяснения движения планет, а довольствовался приведением в порядок сделанных до него наблюдений, присоединив к ним еще гораздо большее количество своих собственных. Он ограничился указанием своим современникам на неудовлетворительность всех гипотез, при помощи которых некоторые астрономы думали объяснить движение небесных светил».

Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых хрустальных сфер, предположенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям с помощью эпициклов и деферентов, предложенных еще до Гиппарха Аполлоном Пергским. Классическую форму теории эпициклических движений придал Клавдий Птолемей.

Главное сочинение Птолемея «Математический синтаксис в 13 книгах» или, как его назвали позже арабы, «Альмагест» («Величайшее») стал известным в средневековой Европе лишь в XII в. В 1515 г. он был напечатан на латинском языке в переводе с арабского, а в 1528 г. в переводе с греческого. Трижды «Альмагест» издавался на греческом языке, в 1912 г. он издан на немецком языке.

«Альмагест» - это настоящая энциклопедия античной астрономии. В этой книге Птолемей сделал то, что не удавалось сделать ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было рассчитать положение той или другой планеты на любой наперед заданный момент времени. Это ему далось нелегко, и в одном месте он заметил:

«Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение...»

«Установив» Землю в центре мира, Птолемей представил видимое сложное и неравномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простых равномерных круговых движений.

Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу - эпициклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит по окружности большого круга, названого деферентом. Для лучшего совпадения теории с данными наблюдений пришлось предположить, что центр деферента смещен по отношению к центру Земли. Но этого было недостаточно. Птолемей был вынужден предположить, что движение центра эпицикла по деференту является равномерным (т. е. его угловая скорость движения постоянна), если рассматривать это движение не из центра деферента и не из центра Земли, а с некоторой «выравнивающей точки», названной позже эквантом.

Комбинируя наблюдения с расчетами, Птолемей методом последовательных приближений получил, что отношения радиусов эпициклов к радиусам деферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что для предвычисления положения планеты на небе не было необходимости знать расстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов и деферентов.

При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тот факт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются от эклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он «наклонил» плоскости деферентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов. Для Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх и вниз с помощью небольших вертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то время особенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпициклов. Система мира Птолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентрической.

Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления теории с наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим кругам. По Птолемею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние планеты совершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике, т. е. за год. Поэтому радиусы эпициклов этих планет, направленные к планетам, всегда параллельны направлению с Земли на Солнце. У нижних планет - Меркурия и Венеры - период обращения по эпициклу равен промежутку времени, а течении которого планета возвращается к исходной точке на небе. Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферента картина обратная. У Меркурия и Венеры они равны году, поэтому центры их эпициклов всегда лежат на прямой, соединяющей Солнце и Землю. Для внешних планет они определяются временем, в течение которого планета, описав полную окружность на небе, возвращается к тем же звездам.

Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление о возможном движении Земли. Он писал:

«Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешает допустить, что небо неподвижно, а Земля вращается около своей оси от запада к востоку, и что она делает такой оборот каждые сутки. Правда, говоря о светилах, ничто не мешает для большей простоты допустить это, если принимать в расчет только видимые движения. Но эти люди не сознают, до какой степени смешно такое мнение, если присмотреться ко всему, что совершается вокруг нас и в воздухе. Если мы согласимся с ними, - чего в действительности нет, - что самые легкие тела вовсе не движутся или движутся так же, как и тела тяжелые, между тем как, очевидно, воздушные тела движутся с большей скоростью, чем тела земные; если бы мы согласились с ними, что предметы самые плотные и самые тяжелые имеют собственное движение, быстрое и постоянное, тогда как на самом деле они с трудом движутся от сообщаемых им толчков, - все - таки эти люди должны были бы сознаться, что Земля вследствие своего вращения имела бы движение значительно быстрее всех тех, какие происходят вокруг нее, ибо она совершала бы такую большую, окружность в такой малый промежуток времени. Таким образом, тела, которые поддерживали бы Землю, казались бы всегда движущимися по противоположному с ней направлению, и никакое облако, ничто летящее или брошенное никогда не казалось бы направляющимся к востоку, ибо Земля опередила бы всякое движение в этом направлении».

С современной точки зрения можно сказать, что Птолемей слишком переоценил роль центробежной силы. Он также придерживался ошибочного утверждения Аристотеля, что в поле тяжести тела падают со скоростями, пропорциональными их массам...

В целом же, как заметил А. Паннекук, «Математическое сочинение» Птолемея «было карнавальным шествием геометрии, праздником глубочайшего создания человеческого ума в представлении Вселенной.. труд Птолемея предстает перед нами как великий памятник науки античной древности...».

После высокого расцвета античной культуры на европейском континенте наступил период застоя и регресса. Этот мрачный промежуток времени продолжительностью более тысячи лет был назван средневековьем. Ему предшествовало превращение христианства в господствующую религию, при которой не было места для высокоразвитой науки античной древности. В это время произошел возврат к наиболее примитивным представлениям о плоской Земле.

И лишь начиная с XI в., под влиянием роста торговых отношений, с усилением в городах нового класса – буржуазии, духовная жизнь в Европе начала пробуждаться. В середине XIII в. философия Аристотеля была приспособлена к христианской теологии, отменены решения церковных соборов, запрещавших натурфилософские идеи великого древнегреческого философа. Взгляды Аристотеля на устройство мира вскоре стали неотъемлемыми элементами христианской веры. Теперь уже нельзя было сомневаться в том, что Земля имеет форму шара, установленного в центре мира, и что вокруг него обращаются все небесные светила. Система Птолемея стала как бы дополнением к системе Аристотеля, помогающей проводить конкретные расчеты положений планет.

Основные параметры своей модели мира Птолемей определил в высшей степени искусно и с высокой точностью. Со временем, однако, астрономы начали убеждаться в том, что между истинным положением планеты на небе и расчетным существуют расхождения. Так, в начале 12 века планета Марс оказалась на два градуса в стороне от того места, где ей надлежало быть по таблицам Птолемея.

Чтобы объяснить все особенности движения планет на небе, приходилось вводить для каждой из них до десяти и более эпициклов со всё уменьшающимися радиусами так, чтобы центр меньшего эпицикла обращался по кругу большего. К 16 веку движение Солнца, Луны и пяти планет объяснялось с помощью более чем 80 кругов! И всё же наблюдения, разделённые большими промежутками времени, было трудно «подогнать» под эту схему. Приходилось вводить новые эпициклы, несколько изменять их радиусы, смещать центры деферентов по отношению к центру Земли. В конечном итоге геоцентрическая система Птолемея, перегруженная эпициклами и эквантами, рухнула от собственной тяжести...

VII. Мир Коперника.

Книга Коперника, вышедшая в год его смерти, в 1543 году, носила скромное название: «О вращении небесных сфер». Но это было полное ниспровержение взглядов Аристотеля на мир. Сложная махина прозрачных хрустальных полых сфер отошла в прошлое. С этого времени началась новая эпоха в нашем понимании Вселенной. Продолжается она и поныне.

Благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает надлежащее ему положение в центре планетной системы. Земля же никакой не центр мира, а одна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца. Так все стало на свои места. Строение Солнечной системы было наконец разгадано.

Дальнейшие открытия астрономов пополнили семью больших планет. Их девять: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. В таком порядке они занимают свои орбиты вокруг Солнца. Открыто множество малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. Но это не изменило новой Коперниковой картины мира. Напротив, все эти открытия только подтверждают и уточняют ее.

Теперь мы понимаем, что живем на небольшой планете, похожей на шар. Земля вращается вокруг Солнца по орбите, не слишком отличающейся от окружности. Радиус этой окружности близок к 150 миллионам километров.

Расстояние от Солнца до Сатурна - самой дальней из известных во времена Коперника планет - приблизительно в десять раз больше радиуса земной орбиты. Это расстояние совершенно правильно определил еще Коперник. Размеры Солнечной системы - расстояние от Солнца до орбиты девятой планеты, Плутона, еще почти в четыре раза больше и составляет приблизительно 6 миллиардов километров.

Такова картина Вселенной в нашем непосредственном окружении. Это и есть мир по Копернику.

Но Солнечная система еще не вся Вселенная. Можно сказать, что это только наш маленький мирок. А как же далекие звезды? О них Коперник не рисковал высказывать никакого определенного мнения. Он просто оставил их на прежнем месте, не дальней сфере, где были они у Аристотеля, и лишь говорил, и совершенно правильно, что расстояние до звезд во множество раз больше размеров планетных орбит. Как и античные ученые, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным этой сферой.

VIII. Солнце и звезды.

В ясную безлунную ночь, когда ничто не мешает наблюдению, человек с острым зрением увидит на небосводе не более двух - трех тысяч мерцающих точечек. В списке, составленном во 2 веке до нашей эры знаменитым древнегреческим астрономом Гиппархом и дополненном позднее Птолемеем, значится 1022 звезды. Гевелий же, последний астроном, производивший такие подсчеты без помощи телескопа, довел их число до 1533.

Но уже в древности подозревали о существовании большого числа звезд, невидимых глазом. Демокрит, великий ученый древности, говорил, что белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называем Млечным Путем, есть в действительности соединение света множества невидимых по отдельности звезд. Споры о строении Млечного Пути продолжались веками. Решение - в пользу догадки Демокрита - пришло в 1610 году, когда Галилей сообщил о первых открытиях, сделанных на небе с помощью телескопа. Он писал с понятным волнением и гордостью, что теперь удалось «сделать доступными глазу звезды, которые раньше никогда не были видимыми и число которых, по меньшей мере, в десять раз больше числа звезд, известных издревле».

Но и это великое открытие все еще оставляло мир звезд загадочным. Неужели все они, видимые и невидимые, действительно сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца?

Еще до открытия Галилея была высказана совершенно неожиданная, по тем временам замечательно смелая мысль. Она принадлежит Джордано Бруно, трагическая судьба которого всем известна. Бруно выдвинул идею о том, что наше Солнце - это одна из звезд Вселенной. Всего только одна из великого множества, а не центр всей Вселенной. Но тогда и любая другая звезда тоже вполне может обладать своей собственной планетной системой.

Если Коперник указал место Земли отнюдь не в центре мира, то Бруно и Солнце лишил этой привилегии.

Идея Бруно породила немало поразительных следствий. Из нее вытекала оценка расстояний до звезд. Действительно, Солнце - это звезда, как и другие, но только самая близкая к нам. Поэтому - то оно такое большое и яркое. А на какое расстояние нужно отодвинуть светило, чтобы и оно выглядело так, как, например, Сириус? Ответ на этот вопрос дал голландский астроном Гюйгенс (1629 - 1695). Он сравнил блеск этих двух небесных тел, и вот что оказалось: Сириус находится от нас в сотни раз дальше, чем Солнце.

Чтобы лучше представить, сколь велико расстояние до звезды, скажем, что луч света, пролетающий за одну секунду 300 тысяч километров, затрачивает на путешествие от Сириуса к нам несколько лет. Астрономы говорят в этом случае о расстоянии в несколько световых лет. По современным уточненным данным, расстояние до Сириуса - 8,7 световых лет. А расстояние от нас до солнца всего 8 световых минут.

Конечно, разные звезды отличаются друг от друга (это и учтено в современной оценке расстояния до Сириуса). Поэтому определение расстояний до них и сейчас часто остается очень трудной, а иногда и просто неразрешимой задачей для астрономов, хотя со времени Гюйгенса придумано для этого немало новых способов.

Замечательная идея Бруно и основанный на ней расчет Гюйгенса стали решительным шагом к овладению тайнами Вселенной. Благодаря этому границы наших знаний о мире сильно раздвинулись, они вышли за пределы Солнечной системы и достигли звезд.

IX. Галактика.

С XVII века важнейшей целью астрономов стало изучение Млечного Пути - этого гигантского собрания звезд, которые Галилей увидел в свой телескоп. Усилия многих поколений астрономов - наблюдателей были нацелены на то, чтобы узнать, каково полное число звезд Млечного Пути, определить его действительную форму и границы, оценить размеры. Лишь в XIX веке удалось понять, что это единая система, заключающая в себе все видимые звезды. На равных правах со всеми входит в эту систему и наше Солнце, а с ним Земля и планеты. Причем располагаются они далеко не в ее центре, а на ее окраине.

Потребовались еще многие десятилетия тщательных наблюдений и глубоких раздумий, прежде чем перед астрономами раскрылось во всей полноте строение Галактики. Так стали называть звездную систему, которую мы видим, - конечно, изнутри - как полосу Млечного Пути. (Слово «галактика» образовано от новогреческого «галактикос», что значит «млечный».)

Оказалось, что Галактика имеет довольно правильное строение и форму, несмотря на видимую клочковатость Млечного Пути, на беспорядочность, с которой, как нам кажется, рассеяны звезды по небу. Она состоит из диска, гало и короны. Диск представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. Он образован звездами, которые внутри этого объема движутся по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики.

Диаметр диска измерен - он составляет приблизительно 100 тысяч световых лет. Это означает, что свету потребуется сто тысяч лет, чтобы пересечь диск из конца в конец по диаметру. Вот сколь огромна Галактика! А число звезд в диске - приблизительно сто миллиардов.

В гало содержится сравнимое с этим число звезд (слово «гало» означает «круглый».). Они заполняют слегка сплюснутый сферический объем и движутся не по круговым, а по сильно вытянутым орбитам. Плоскости этих орбит проходят через центр Галактики. По разным направлениям они распределены более или менее равномерно.

Диск и окружающее его гало погружены в корону. Если радиусы диска и гало сравнимы между собой по величине, то радиус короны в пять, а может быть, и в десять раз больше. Почему «может быть»? Да потому, что она невидима - из нее не исходит никакого света. Как же узнали тогда о ней астрономы?

Все тела в природе создают тяготение и испытывают его действие. Об этом говорит Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном. Вот и о короне узнали не по свету, а по создаваемому ею тяготению. Оно действует на видимые звезды, на излучающие свет облака газа. Наблюдая за движением этих тел, астрономы и заметили: на них кроме диска и гало действует что-то еще.

Детальное изучение этого «нечто» и позволило, в конце концов, обнаружить корону, которая создает дополнительное тяготение. Она оказалась очень массивной - в несколько раз больше массы всех звезд, входящих в диск и гало.

Таковы сведения, полученные советским астрономом Я. Эйнасто и его сотрудниками в Тартуской обсерватории.

Конечно, изучать невидимую корону очень трудно. Из-за этого и не слишком точны пока оценки ее размеров и массы. Но ее главная загадка в другом: мы не знаем, из чего она состоит. Мы не знаем, есть ли в ней звезды, пусть даже и какие-то необычные, совсем не излучающие свет.

Сейчас многие предполагают, что ее масса складывается вовсе не из звезд, а из мельчайших элементарных частиц - нейтрино. Эти частицы известны физикам уже давно, но и сами по себе они тоже в значительной степени остаются загадочными. Неизвестно о них, можно сказать, самое главное: есть ли у них масса покоя, то есть такая масса, которой частица обладает в состоянии, когда она не движется, а стоит на месте. Большинство элементарных частиц такую массу имеют.

Это, например, электроны, протоны, нейтроны, из которых состоят все атомы. А вот у фотона, кванта света, ее нет. Фотоны существуют лишь в движении. Нейтрино могли бы служить материалом для короны, но лишь в том случае, если у них есть масса покоя.

Легко представить себе, с каким нетерпением ожидают астрономы вестей из физических лабораторий, где ставятся сейчас специальные эксперименты, чтобы выяснить, есть ли у нейтрино масса покоя или нет. Возможно, именно физики и разгадают загадку невидимой короны.

X. Звездные миры.

К началу нашего века границы разведанной Вселенной раздвинулись настолько, что включили в себя Галактику. Многие, если не все, думали тогда, что эта огромная звездная система и есть вся Вселенная в целом.

Но вот в 20-е годы были построены новые крупные телескопы, и перед астрономами открылись совершенно неожиданные горизонты. Оказалось, что за пределами Галактики мир не кончается. Миллиарды звездных систем, галактик, похожих на нашу и отличающихся от нее, рассеяны тут и там по просторам Вселенной.

Фотографии галактик, сделанные с помощью самых больших телескопов, поражают красотой и разнообразием форм: это и могучие вихри звездных облаков, и правильные шары, а иные звездные системы вообще не обнаруживают никаких определенных форм, они клочковаты и бесформенны. Все эти типы галактик - спиральные, эллиптические, неправильные, - получившие названия по своему виду на фотографиях, открыты американским астрономом Э. Хабблом в 20-30-е годы нашего века.

Исследования последних лет показали, что многие крупные спиральные галактики обладают - как и наша Галактика - протяженными и массивными невидимыми коронами. Это очень важно: ведь если так, то, значит, чуть ли не вся масса Вселенной (или, во всяком случае, подавляющая ее часть) - это загадочная, невидимая, но тяготеющая «скрытая» масса.

Многие, а может быть, и почти все галактики собраны в различные коллективы, которые называют группами, скоплениями и сверхскоплениями, смотря по тому, сколько их там. В группу может входить всего три или четыре галактики, а в сверхскопление - до тысячи или даже нескольких десятков тысяч. Наша Галактика, туманность Андромеды и еще более тысячи таких же объектов входят в так называемое Местное сверхскопление. Оно не имеет четко очерченной формы.

Приблизительно так же устроены и другие сверхскопления, лежащие далеко от нас, но довольно отчетливо различимые в современные крупные телескопы.

До недавнего времени астрономы полагали, что эти объекты - самые крупные образования во Вселенной и что какие-либо еще большие системы отсутствуют. Но вот выяснилось, что это не так.

Несколько лет назад астрономы составили удивительную карту Вселенной. На ней каждая галактика представлена всего лишь точкой. На первый взгляд они рассеяны на карте хаотично. Если же приглядеться внимательно, то можно обнаружить группы, скопления и сверхскопления, которые выглядят здесь цепочками точек. Но что поразительнее всего, карта позволяет обнаружить, что некоторые такие цепочки соединяются и пересекаются, образуя какой-то сетчатый или ячеистый узор, напоминающий кружева или, может быть, пчелиные соты с размерами ячеек в 100-300 миллионов световых лет.

Покрывают ли такие «сетки» всю Вселенную, еще предстоит выяснить. Но несколько отдельных ячеек, очерченных сверхскоплениями, удалось подробно изучить. Внутри них галактик почти нет, все они собраны в «стенки».

Ячейка - это предварительное, рабочее название для самого крупного образования во Вселенной. Более крупных систем в природе нет. Это показывает карта Вселенной. Астрономия достигла, наконец, завершения одной из самых грандиозных своих задач: вся последовательность, или, как еще говорят, иерархия, астрономических систем теперь целиком известна. И все же...

XI. Вселенная.

Больше всего на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себя все планеты, звезды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки. Дальность действия современных телескопов достигает нескольких миллиардов световых лет.

Планеты, звезды, галактики поражают нас удивительным разнообразием своих свойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная, Вселенная в целом?

Ее главное свойство - однородность. Об этом можно сказать и точнее. Представим себе, что мы мысленно выделили во Вселенной очень большой кубический объем, с ребром в 500 миллионов световых лет. Подсчитаем, сколько в нем галактик. Произведем такие же подсчеты для других, но столь же гигантских объемов, расположенных в различных частях Вселенной. Если все это проделать и сравнить результаты, то окажется, что в каждом из них, где бы их ни брать, содержится одинаковое число галактик. То же самое будет и при подсчете скоплений или даже ячеек.

Вселенная предстает перед нами всюду одинаковой - «сплошной» и однородной. Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этом люди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальной простоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслитель Паскаль (1623-1662) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он утверждал однородность мира.

В однородном мире все «места» равноправны и любое из них может претендовать на то, что оно - центр мира. А если так, то, значит, никакого центра мира вовсе не существует.

У Вселенной есть и еще одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже и не догадывались. Вселенная находится в движении - она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.

Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 - 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определенным законам.

Фридман открыл подвижность звездной Вселенной. Это было теоретическое предсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 - 1929 годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.

Он обнаружил, что далекие галактики и целые их коллективы движутся, удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.

Конечно, это не означает, что галактики разбегаются именно от нас. Иначе мы вернулись бы к старым воззрениям, к докоперниковой картине мира с Землей в центре. В действительности общее расширение Вселенной происходит так, что все они удаляются друг от друга, и из любого места картина этого разбегания выглядит так, как мы видим ее с нашей планеты.

Если Вселенная расширяется, то, значит, в далеком прошлом скопления были ближе друг к другу. Более того: из теории Фридмана следует, что пятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звезд, ни галактик еще не было, и все вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состояния и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, какой мы видим и знаем ее сейчас.

Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной - космология.

XII. Заключение.

Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И ее расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И,наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной?

Есть ли она еще где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют.

Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать все новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1) Космос: Сборник. Научно - популярная литература/ Сост. Ю. И. Коптев и С. А. Никитин; Вступ. ст. академика Ю. А. Осипьяна; Оформл. и макет В. Итальянцева; Рис. Е. Азанова, Н. Котляровского, В. Цикоты. - Л.: Дет. лит.,1987. - 223 с., ил.

2) И. А. Климишин. Астрономия наших дней. - М.: «Наука».,1976. - 453 с.

3) А. Н. Томилин. Небо Земли. Очерки по истории астрономии/ Научный редактор и автор предисловия доктор физико-математических наук К. Ф. Огородников. Рис. Т. Оболенской и Б. Стародубцева. Л., «Дет. лит.», 1974. - 334 с., ил.

4) Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н. П. Ерпылев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Педагогика, 1986. - 336с., ил.