2.7.5 Кінематика

Удосконалення календаря вимагало уточнення й перегляду теорії руху небесних тіл. Розвиток мореплавання й техніки визначення географічних координат за допомогою астрономічних спостережень потребувало перевірки й уточнення астрономічних ефемерид світил.

Першу послідовну схему планетної системи створив Клавдій Птолемей. Він вважав, що в центрі Всесвіту розташована Земля, а навколо неї обертаються сім сфер, які спричинюють рух семи планет.

2.7.5.1 Основні передумови геліоцентризму

Німецький астроном і математик Регіомонтан (його "Ефемериди" вийшли у світ у 1474 p.), істотно спростивши астрономічні обчислення за допомогою тригонометрії, висунув ідею, що птолемеївську теорію можна звільнити від епіциклів і деферентів, якщо замінити описи п'яти планет (крім Землі), що обертаються поблизу Сонця по епіциклах і деферентах, на еквівалентну систему планет, що обертаються навколо Сонця по ексцентричних колах. Це був прямий шлях до створення геогеліоцентричної системи, від якої залишався лише один крок до "чистого" геліоцентризму.

На думку відомого історика науки Т. Куна, серед інших передумов геліоцентризму слід згадати "досягнення в хімічному аналізі "падаючих каменів" в епоху середньовіччя.

2.7.5.2 М. Коперник і його геліоцентрична система світу

Найбільшим мислителем, на долю якого випало почати велику революцію в астрономії, що спричинила до революції у всьому природознавстві, був геніальний польський астроном Миколай Коперник (1473—1543). Ще наприкінці XV ст. у Коперника після ознайомлення й глибокого вивчення "Альмагеста" замилування математичним генієм Птолемея перейшло в сумніви щодо істинності цієї теорії, а потім і в переконання про існування глибоких протиріч у геоцентризмі. Він почав пошуки інших фундаментальних астрономічних ідей, вивчав твори, що збереглися, або виклади вчень давньогрецьких математиків і філософів.

Коперник першим глянув на весь тисячолітній досвід розвитку астрономії очима людини епохи Відродження — сміливого, упевненого, творчого новатора. Гіпотеза Коперника була гранично простою. Треба поміняти в старій птолемеївській системі Землю й Сонце місцями, залишивши тільки Місяць обертатися навколо Землі. Але ця проста гіпотеза була недоступною для розуміння більшістю сучасників Коперника. Перший раз в історії науки спостерігач був позбавлений свого привілейованого становища, і обговорювалося питання про картину, що спостерігається в іншій (яка рухається відносно спостерігача) координатній системі. Такий крок був революційним не тільки з погляду церкви — Земля й людина перестали бути головними у Всесвіті, але і з погляду механіки — ніколи ще відносність руху не використовувалася для вирішення конкретних задач. Помістивши центр планетної системи на Сонце, Коперник відразу ж спростив її схему. Уперше була зарахована до рангу "рухливих зірок" Земля зі своїм супутником Місяцем. На величезній відстані від планетної системи знаходиться сфера зірок. Його висновок про дивовижну віддаленість цієї сфери диктувався геліоцентричним принципом; тільки так міг Коперник погодити його з видимою відсутністю в зірок зміщень за рахунок руху самого спостерігача разом із Землею, (тобто відсутністю в них паралаксів).

Система Коперника була простішою і точнішою, ніж система Птолемея. її відразу ж почали використовувати на практиці. Зокрема, на її основі склали "Присські таблиці", уточнили тривалість тропічного.року й провели в 1582 р. давно назрілу реформу календаря — було запроваджено новий, або григоріанський, стиль. (Його було введено в дію 5 жовтня, яке стало 15-м, 1582 р. з ініціативи папи Григорія ХНІ на основі проекту, запропонованого Луїджі Лілліо).

Революційне значення геліоцентричного принципу полягало в тому, що він подав рух усіх планет як єдину систему, пояснив багато незрозумілих раніше ефектів. Так, за допомогою уявлення про річний і добовий рух Землі теорія Коперника відразу ж пояснила головні особливості заплутаних видимих рухів планет (зворотні рухи, стояння, петлі) і виявила причину добового руху небозводу. Петлеподібні рухи планет тепер пояснювалися річним рухом Землі навколо Сонця. У відмінностях розмірів петель (і, отже, радіусів відповідних епіциклів) Коперник правильно побачив відображення орбітального руху Землі: планета, що спостерігається із Землі, повинна описувати видиму петлю тим меншу, чим далі вона від Землі. Завдяки системі Коперника вперше було пояснено загадкову колись послідовність розмірів перших епіциклів у верхніх планет, запроваджених Птолемеем. їх розміри зменшувалися у міру віддалення планети від Землі. Рух по цих епіциклах, так само як і рух по деферентах для нижніх планет, відбувався з одним періодом, що дорівнював періоду обертання Сонця навколо Землі. Усі ці річні кола геоцентричної системи виявилися зайвими в системі Коперника.

Уперше було пояснено зміну пір року: Земля рухається навколо Сонця, зберігаючи незмінним у просторі положення осі свого добового обертання.

Більше того, це глибоке пояснення видимих явищ дозволило Копернику вперше в історії астрономії порушити питання про визначення справжніх відстаней планет від Сонця. Коперник виявив, що величини цих відстаней обернені до радіусів перших епіциклів для зовнішніх планет і рівновеликі щодо радіусів деферентів — для внутрішніх. (Цікаво, що вважаючи задачу'визначення відстаней до тіл Сонячної системи нерозв'язною, Птолемей не здогадувався, що насправді вирішення цієї задачі вже містилося в прихованому вигляді в його системі).

У такий спосіб Коперник одержує дуже точні відносні відстані від планет до Сонця.

Теорія Коперника була логічно стрункою, чіткою і простою. Вона спроможна раціонально пояснити те, що раніше взагалі оголошувалося незбагненним або пояснювалося штучно, зв'язати в єдине ціле всі явища, що раніше вважалися зовсім непов'язаними. Це — її безсумнівні достоїнства; вони свідчили про істинність геліоцентризму. Найбільш проникливі мислителі зрозуміли це відразу.

І вже не настільки важливим було те, що Коперник, віддаючи данину античним і середньовічним традиціям, не заперечував колові рівномірні рухи небесних тіл, центральне положення Сонця у Всесвіті, скінченність Всесвіту, обмежував світ єдиною планетною системою. Допускаючи лише колові рівномірні рухи,. Коперник відкинув еквант — можливо, найбільш дотепну знахідку Птолемея. Це був, певною мірою, навіть деякий принциповий крок назад. Коперник зберіг епіцикли й деференти. Принцип колових рівномірних рухів змусив його для досить точного опису руху планет зберегти понад три десятки епіциклів.

А проте теорія Коперника містила в собі колосальний творчий, світоглядний і теоретико-методологічний потенціал. її історичне значення важко переоцінити. Вона підірвала ядро (геоцентричну систему) релігійно-феодального світогляду, основи старої (первинної) наукової картини світу; стала базою революційного становлення нового наукового світогляду, нової (другої) механістичної картини світу; вона стала однією з найважливіших передумов революції у фізиці (так званої ньютоніанської революції) і створення першої природничо-наукової фундаментальної теорії класичної механіки; сприяла розробці нової, наукової методології пізнання природи.