Вопрос 18. Гелиоцентрическая система Коперника. Законы Кеплера

Гелиоцентрическая система мира — представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Противоположность геоцентрической системе мира. Возникло в античности, но получило широкое распространение с конца эпохи Возрождения.

В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого — перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике. Солнце считается неподвижным относительно звёзд.

Николай Коперник родился 19 февраля 1473 г. в Торуни, торговом городе на Висле. Отец будущего астронома, тоже Николай был богатым купцом, мать, Барабара, урождённая Ваченроде, - дочерью главы городского суда. Николай был в семье четвёртым, младшим ребёнком в семье. Когда ему исполнилось десять лет, отец умер во время эпидемии чумы, и заботу о детях взял на себя брат матери Лукаш Вачеронде, который в 1489 г. был избран вармийским епископом. В 1491 г. он определил Николая и его старшего брата Анджея в Краковский университет, где они проучились четыре года. После Кракова братья продолжили образование в Италии, куда Лукаш послал их для получения степени доктора церковного права.

Получив степень доктора канонического права, 30-летний Коперник возвратился в Польшу и был избран каноником Вармии. Он жил в кафедральном соборе Успения богородицы во Фромборке. Коперник выбрал для жилья не слишком уютное место - северо-западную башню соборной стены. На верхнем этаже он и устроил свой кабинет. Оттуда был выход на широкую крепостную стену с хорошим обзором. По ней можно было пройти к соседней башне, на которой была подходящая площадка для наблюдений другой части неба. Коперник собственноручно изготовил из дерева угломерные астрономические инструменты. Фромборк с точки зрения погодных условий и географического не был благоприятным местом для наблюдений, тем не менее Коперник много наблюдал, о чём можно судить по его упоминаниям в его главном труде “О вращения небесных сфер”.

Цель наблюдений Коперника заключалась не в открытии новых небесных явлений. Астрономы Средневековья занимались тем, что измеряли положения светил и сравнивали свои данные с результатами расчётов по схемам Птолемея. Многие поколения астрономов подправляли систему птолемеевых эпициклов, чтобы предсказывать положения планет более точно. В результате точность оставляла желать лучшего, а Вселенная Птолемея усложнилась так, что стало ясно - Бог не мог создать мир таким несуразным.

Первоначально Коперник стремился сделать модель Птолемея более стройной и простой. В простоте, был он уверен, кроется истина.

Путь к упрощению подсказал сам Птолемей, на страницах “Альмагеста" отвергнувший вращение и обращение Земли вокруг Солнца. Но то, что было несуразно полторы тысячи лет назад, стало предметом раздумий Коперника.

Движение Земли просто объясняло многие явления: годовое движение Солнца по эклиптике, прецессию земной оси, “привязанность” Меркурия и Венеры к Солнцу, необычайную яркость Марса во время его противостоянии и, наконец, петлеобразное движение планет.

Тогда Коперник «принял на себя труд прочитать книги всех философов, которые только смог достать, желая найти, не высказывал ли когда кто-нибудь мнения, что у мировых сфер существуют движения, отличные от тех, которые предполагают преподающие в математических школах…». И он нашёл у Цицерона, что мнения о вращении Земли вокруг оси придерживались пифагорейцы Экфант и Гикет. Аристотель сообщал о её орбитальном движении согласно воззрениям пифагорейца Филолая. Коперник, к сожалению, не знал гелиоцентрической системы Аристарха Самосского, поскольку рассказ Архимеда о ней был опубликован в Европе после его смерти. Авторитет античных ученых укрепил Коперника в желании довести до конца гелиоцентрическую теорию.

Геоцентрические системы Евдокса и Птолемея не позволяли измерить расстояния до планет. В гелиоцентрической Коперника впервые появилась возможность рассчитать реальные пропорции Солнечной системы, пользуясь радиусом земной орбиты как астрономической единицей. Коперник понял, что если мы смотрим на планеты, находясь на движущейся Земле, то планеты кроме движений по своим орбитам получают дополнительное круговое движение. С Земли оно будет видно в форме эпицикла. Размер эпицикла равен диаметру орбиты нашей планеты. Поэтому чем дальше от нас планета, тем меньшим будет казаться её эпицикл, и по его угловым размерам можно будет судить о её удаленности. В системе Коперника «последовательность и величины светил, все сферы и даже само небо окажутся так связанными, что ничего нельзя будет переставить ни в какой части, не производя путаницы в остальных частях и по всей Вселенной».

Казалось бы, дело сделано, новая гипотеза строения мира готова, осталось только опубликовать её. Но сочинение “О вращениях небесных тел. Шесть книг” - заняло больше 20 лет упорного труда. Эта книга содержит описания астрономических приборов, а также новый, более точный, чем у Птолемея каталог неподвижных звёзд. В ней разбирается видимое движение Солнца, Луны и планет. Поскольку Коперник использовал только круговые равномерные движения, ему пришлось потратить много сил на поиски таких соотношений размеров системы, которые бы описывали наблюдаемые движения светил. После всех его усилий его гелиоцентрическая система оказалась ненамного точнее птолемеевской. Сделать точной её удалось только Кеплеру и Ньютону.

Книга «О вращениях небесных сфер» вышла весной 1543 г., когда её автор тяжело заболел.

Коперник умер 24 мая и был похоронен под плитами Фромборского кафедрального собора.

На пьедестале памятника Коперника в Варшаве высечены такие слова: «Остановивший Солнце, сдвинувший Землю». В них вся суть открытия Коперника. Ему удалось убедить людей в том, что они живут не в надежном неподвижном центре мира, а обитают на одной из планет, обращающейся вокруг Солнца. Нужно было обладать титаническим разумом и великой свободой мысли, чтобы сделать этот шаг - упразднить различие между земным и небесным.

Вопрос 19. Механическая картина мира.

Основоположниками создания механической картины мира были такие ученые, как Кеплер, Галилей, Декар и Ньютон. В основу этой картины мира были положены законы Ньютона и атомизм древних греков. Основным понятием в механической картине мира было «движение», которое считалось фундаментальным законом миросоздания.

Открытия законов механики Ньютоном позволили сформировать стройную логическую систему НКМ, поэтому она получила название «механической». Согласно механической теории Ньютона, гравитационные силы связывают все тела природы, т.е. осуществляют общее взаимодействие.

Законы тяготения определяют отношение материи к пространству и всех материальных тел друг к другу. Тяготение создает реальное единство Вселенной. Это универсальный закон природы, на основе которого была предложена теория строения солнечной системы.

В МКМ материя была представлена в виде атомов, т.е. имела корпускулярное строение. Считалось, что взаимодействие между телами осуществляется по принципу дальнодействия, т.е. оно происходит на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников, мгновенно и с неограниченной скоростью.

Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени, как особых средств вмещающих взаимодействующие тела. Пространство представлялось большим «черным ящиком», в котором вмещаются все тела в мире, и если бы тела исчезли, оно оставалось бы существовать самостоятельно. Время представлялось абстрактно, в образе текущей реки, существующее абсолютно независимо от материи и пространства. Жизнь и разум в МКМ не обладали никакой качественной спецификой. И если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать.

МКМ сыграла огромную роль в развитии науки и техники. С конца ХVΙΙ и до начала ХΙХ веков она рассматривалась в качестве универсальной. На ее основе были разработаны земная, небесная, и молекулярная механика. Использование законов механики в экспериментальной физике и на практике способствовало бурному развитию техники и положило начало научно- техническому прогрессу (НТП).

Вплоть до конца ХΙХ века на базе классической механики развивались все естественные науки. Но в ХΙХ веке стали накапливаться эмпирические данные, которые не укладывались в русло МКМ. Сокрушительный удар по принципам механики был нанесен открытием в области электричества, магнетизма, волновой теории света, тепловых явлений и т.д. Все это привело к пересмотру представлений о материи, движении, пространства и смене МКМ.

Вопрос 20. Электромагнитная картина мира.

Во 2-ой половине ХIХ века Максвелл открыл существование электрических и магнитных полей, которые связаны между собой и способны превращаться в друг друга. Это открытие изменило представление о пространстве. Английский ученый Фарадей в 50-60 г.г. и 19 в. доказал, что всю нашу солнечную систему охватывают электрические и магнитные линии, которые он назвал электромагнитным полем. Появился новый тип физической реальности – поле. Значит пустого пространства нет. Это открытие изменило представление о материи. Материя была представлена в виде единого абсолютно непрерывного электромагнитного поля с силовыми точечными центрами, обладающими электрическими зарядами и волнообразными движениями в нем. Движение понималось как распространение колебаний в поле и описывались не законами механики, а законами электродинамики. Изменились взгляды и на взаимодействия между телами и Ньютоновское дальнодействие заменилось на близкодействие. Согласно принципу близкодействия любые взаимодействия между телами передаются полем, от точки к точке, непрерывно и с конечной скоростью. Пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи сущностями, поэтому стало учитываться время, которое связано с процессами происходящими в электромагнитном поле.

Электромагнитная картина мира объясняла большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежних МКМ. Главная ее заслуга, что она вскрыла материальное единство мира.

Однако дальнейшие научные открытия обнаружили противоречия между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 году было открыто явление, свидетельствующее о делении атома и установлено, что одни химическое элементы могут превращаться в другие. На этой основе датский физик Нельсон Бор разработал эмпирическую модель атома, где устойчивость атомов можно было объяснить с использованием понятия кванта (квант – мельчайшая порция энергии), которое было введено немецким физиком Планком. Эти открытия меняли взгляды на материю, и это привело к пересмотру научной картины мира.

Дата добавления: 2015-04-23