Презентация "Системы мира"

Системы мира

Античные философы

С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. Землю от падения удерживала некая опора: черепахи, слоны, киты. «Отец философии» Фалес Милетский считал такой опорой мировой океан. Анаксимандр Милетский: Земля свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Имеет форму цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Звёзды расположены ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Левкипп, Анаксагор и у ченик Анаксимандра Анаксимен. Плоская Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Анаксимен: звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. Пифагор , предположил, что Земля имеет форму шара . Его последователи - Парменид, Платон и Аристотель. Каноническая форма геоцентрической системы: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси. Аристотель : выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры.

• Аристотель (384-322 гг. до н.э)
• Аристотель (384-322 гг. до н.э)

• Птолемей (87-165 н.э.)
• Птолемей (87-165 н.э.)

Геоцентрическая система

мира

Система мира по Аристотелю

Первые представления об устройстве мира были выдвинуты и обоснованы великим древнегреческим ученым Аристотелем . Небо отделено от Земли и не имеет с ней ничего общего. На Земле четыре основных элемента – воздух, земля, огонь и вода – претерпевают непрерывные взаимопревращения: различные предметы возникают, какое-то время существуют, а затем распадаются. На небе же ничто не изменяется.

Единственное изменяющееся светило – Луна. Лунная сфера (т. е. неподвижная сфера, которая вместе с закрепленной на ней Луной вращается вокруг Земли) представляет собой границу между не подверженными разрушению небесами и изменчивым миром Земли, названным «подлунной сферой». Неизменные же небесные тела состоят из особого, пятого, элемента – чистого и неизменного эфира – квинтэссенции.

Аристотель обосновал, что Земля является центром Вселенной. Действительно, естественным движением всех тяжелых элементов должно было быть движение по направлению к центру (падение вниз), что соответствовало реальности, ведь если бы такого центра не было, падение предметов продолжалось бы вечно, без остановки. Из-за стремления элементов к центру мира Земля получила форму шара. Лёгкие элементы, напротив, стремились от центра, но не уходили за границы «подлунной сферы».

Земля не должна была двигаться ни вокруг своей оси, ни вокруг Солнца, ибо это нарушало бы закон естественного движения самого тяжелого элемента. Если бы Земля действительно осуществляла такое движение, то она меняла бы свое положение относительно сферы неподвижных звезд. В таком случае наблюдалось бы перемещение звезд на небе. Но поскольку такой эффект не наблюдался, Земля не могла двигаться!

Выводы:

В центре Вселенной - неподвижная Земля. Вокруг Земли вращаются твердые прозрачные сферы, к которым прикреплены Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. На восьмой сфере Аристотель разместил все звезды, а на девятой сфере был своего рода небесный мотор, который и вращал все остальные сферы.

Система мира по Птолемею

Первая «система мира», которая объясняла видимое движение небесных светил и планет.

Центром вселенной Птолемей, подобно Аристотелю, считал Землю, именно поэтому его система мира была названа геоцентрической (др.-греч. Γαία –земля). Вокруг Земли движутся Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звезды.

Клавдий Птолемей

Но если движение Луны, Солнца и звезд круговое, то движение планет было гораздо сложнее. Наблюдения показали, что направления движения планет как бы описывают по небу петли. (В действительности это вызвано движением Земли вокруг Солнца. Когда «Земля» догоняет другую планету, то кажется, что наблюдаемая планета как бы останавливается, а потом движется назад)

Причина: планеты движутся по малой окружности – эпициклу с постоянной скоростью, а центр эпицикла, в свою очередь, по большой окружности – деференту. Таким образом, каждая из планет движется не вокруг Земли, а вокруг определённой точки, которая, в свою очередь, движется по кругу (деференту), в центре которого и находится Земля.

С течением времени обнаруживались все большие расхождения наблюдаемых положений планет с вычисленными ранее. Вводили все новые комбинации круговых движений, но это лишь усложняло систему Птолемея.

Значение вычислений Птолемея: возможность составлять календари, помогали путешественникам ориентироваться в пути, служили расписанием сельскохозяйственных работ.

Система мироздания считалась верной почти полторы тысячи лет.

• А.Самосский (III в. до н.э.) Самаркандска я школа Н. Коперник (1473-1543 гг.)
• А.Самосский (III в. до н.э.)
• Самаркандска я школа
• Н. Коперник (1473-1543 гг.)

Гелио-

центрическая система

мира

Мысли о том, что Земля движется вокруг некоего центра всего мира, возникла еще в головах древних греков. Были предположения о вращении Земли вокруг своей оси, а также о движении Марса и Венеры вокруг Солнца, которое вместе с ними вращается вокруг нашей планеты.

Догадки о движении Земли существовали и у пифагорейцев, но подлинно гелиоцентрическая система была предложена в начале III века до н. э. Аристархом Самосским. Считается, что Аристарх пришёл к гелиоцентризму исходя из установленного им факта, что Солнце по размерам много больше Земли (единственный дошедший до нас труд учёного).

Естественно было предположить, что меньшее тело обращается вокруг большего, а не наоборот. Существовавшая до этого геоцентрическая система мира  оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Она позволяла также установить порядок следования светил.

Аристарх Самосский

Выводы :

• Все планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. Земля совершает оборот вокруг светила за один год, вращаясь вокруг оси за одни сутки.
• В связи с отсутствием видимых годичных параллаксов звезд он предположил, что орбита нашей планеты представляется точкой относительно расстояний до звезд., т.е. звезды удалены на огромное расстояние.

После II века н. э. в эллинистическом мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной теории Птолемея .

Параллакс — угол, отмеченный символом π

Годичные параллаксы звезд (смещение близких звезд на фоне далеких). Параллакс тем меньше, чем дальше от нас звезда.

Попятные движения планет имеют место по той же самой причине, что и годичные параллаксы звёзд, они могут быть названы годичными параллаксами планет.

Средние века:  гелиоцентрическая система мира практически забыта. Исключение - астрономы Самаркандской школы, основанной Улугбеком в первой половине XV века. Некоторые из них отвергали философию Аристотеля как физический фундамент астрономии и считали вращение Земли вокруг оси физически возможным. Есть указания, что некоторые из самаркандских астрономов рассматривали возможность не просто осевого вращения Земли, но движения её центра, а также разрабатывали теорию, в которой Солнце считается вращающимся вокруг Земли, но все планеты вращаются вокруг Солнца (что можно назвать гео-гелиоцентрической системой мира).

Раннее Возрождение:  о подвижности Земли писал Николай Кузанский , но его суждение было сугубо философским.

Достаточно неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи . В 1450 г. появился латинский перевод «Псаммита» Архимеда, где упоминается гелиоцентрическая система Аристарха Самосского. С этим произведением был хорошо знаком ведущий европейский астроном Ренессанса Региомонтан. В частной переписке он отметил, что «движение звёзд должно претерпевать крохотные изменения за счёт движения Земли». Однако в своих опубликованных трудах Региомонтан оставался геоцентристом. Движение Земли упоминались и на рубеже XV и XVI вв. В 1499 г. эту гипотезу обсуждал итальянский профессор Франческо Капуано, причём имелось в виду не только вращательное, но и поступательное движение Земли (без конкретизации центра движения). В 1501 г. итальянский гуманист Джорджо Валла упоминал о пифагорейской доктрине о движении Земли вокруг Центрального огня и утверждал, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца.

Были и другие предположения о движении Земли, но системы как таковой не существовало. И только в XVI веке гелиоцентризм возродился окончательно, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений.

Как и его предшественники, Николай Коперник стремился сделать модель Птолемея более стройной и простой. Многочисленные астрономические наблюдения и их сравнение с данными Птолемеевой системы убеждали в том, что на самом деле не Земля, а Солнце должно быть неподвижным центром Вселенной.

В 1508 г. Коперник: «То, что нам кажется движением Солнца, на самом деле происходит не из-за того, что оно движется, а потому что движется Земля». Исходя из этого положения, Коперник весьма просто объяснил всю кажущуюся запутанность движений планет и предложил радикально новую – гелиоцентрическую (др-греч.Hēlios – Солнце) систему мира.

После тридцати лет упорного труда, долгих наблюдений и сложных математических расчетов он убедительно доказал, что Земля — это только одна из планет, и что все планеты обращаются вокруг Солнца.

Труд Коперника «Об обращениях небесных сфер. Шесть книг» (весна 1543 г.),: содержит описания астрономических приборов, более точный, чем у Птолемея каталог неподвижных звёзд;

разбирается видимое движение Солнца, Луны и планет.

« Петлю», которую описывает планета, объясняли при помощи дифферентов и эпициклов. В действительности, когда Земля «догоняет» другую планету, то кажется, что наблюдаемая планета как бы останавливается, а потом движется назад .

Первое печатное изображение Солнечной системы (страница из книги Коперника)

Гелиоцентрическая система

Основные утверждения

гелиоцентрической системы Коперника

• орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
• центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;
• все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;
• расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
• суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе.

Но…

• центром планетной системы у Коперника было не Солнце, а центр земной орбиты;
• из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.
• видимо, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.

Коперник умер 24 мая 1543 г., и был похоронен под плитами Фромборского кафедрального собора.

На пьедестале памятника Копернику в Варшаве высечены такие слова: «Остановивший Солнце, сдвинувший Землю».

Титульнаястраница « De revolutionibusorbiumcoelestium

Большинство современников из теории Коперника «вырвали» только математический аппарат для астрономических вычислений и практически игнорировали его новую гелиоцентрическую космологию. Это произошло, возможно, потому, что предисловие для его книги писал лютеранский богослов, и в предисловии было сказано, что движение Земли является остроумным вычислительным приёмом, но понимать Коперника буквально не следует. Многие в XVI веке так и считали, что это мнение самого Коперника. И только в 70-е — 90-е годы XVI в. астрономы стали проявлять интерес к новой системе мира. У Коперника появились как сторонники (в том числе философ Джордано Бруно; богослов Диего де Цунига, который использует представление о движении Земли для интерпретации некоторых слов Библии), так и оппоненты (астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, философ Фрэнсис Бэкон).

Однако, противники гелиоцентризма настаивали на аргументах, опровергающих теорию Коперника:

Суждения против вращения Земли вокруг собственной оси :

Учёные XVI века уже могли оценить линейную скорость вращения: около 500 м/сек на экваторе.

• Вращаясь, Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые неминуемо разорвали бы её на части.
• Если бы Земля вращалась, все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса.
• Если бы Земля вращалась, любой брошенный предмет отклонялся бы в сторону запада, а облака плыли бы, вместе с Солнцем, с востока на запад.
• Небесные тела движутся, потому что они состоят из невесомой тонкой материи, но какая сила может заставить двигаться огромную тяжёлую Землю?

Против поступательного движения Земли.

• Отсутствие улучшений в точности Прусских таблиц по сравнению с Альфонсинскими, основанными на теории Птолемея.
• Отсутствие годичных параллаксов звёзд.

Выход:

Тихо Браге предложил гео-гелиоцентрическую систему мира, в которой в центре мира находится неподвижная Земля, вокруг него вращаются Солнце, Луна и звёзды, однако планеты вращаются вокруг Солнца. Начиная с конца XVI в. именно эта комбинированная система мира (по существу, модернизированная форма геоцентрической теории) становится главным конкурентом гелиоцентризма .

Тихо Браге

1546 – 1601

Система мира Тихо Браге

Развитие

Д. Бруно (1548-1600)

гелио-

Г.Галилей (1564-1642)

центрической системы

И. Кеплер (1571-1630)

мира

И.Ньютон (1643-1727)

Таким образом, в ходе научной революции XVII-XVIII вв. выяснилось, что геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений К оперником , телескопические открытия Галилея , открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном . Это был важный шаг на пути постижения человечеством истинной картины мироздания.

Николай Коперник.

Польский астроном, математик, механик, экономист, каноник эпохи Возрождения. Автор гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции.

Джордано Бруно.

Итальянский монах – доминиканец, философ –пантеист и поэт; автор многочисленных трактатов. Признан выдающимся мыслителем эпохи Возрождения и великим представителем эзотеризма.

Галилео Галилей.

Итальянский физик, механик, астроном, философ, математик. Основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики.

Исаак Ньютон.

Иоганн Кеплер.

Английский физик, математик, механик и астроном, один из создателей классической физики. Самостоятельную научную деятельность начал в 1664 году, составив перечень из 45 проблем в человеческой жизни и природе, которые пока не были решены

Немецкий математик, астроном, механик, оптик, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы. Его привлекали кометы. Подметив, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца, высказал догадку, что хвосты образуются под действием солнечных лучей .

Подтверждение и развитие гелиоцентрической системы мира

  Джордано Бруно развил гелиоцентрическую теорию Коперника. Высказывал ряд догадок: об отсутствии материальных небесных сфер, о безграничности Вселенной, о том, что звёзды — это далёкие солнца, вокруг которых вращаются  планеты , о существовании неизвестных в его время  планет  в пределах нашей  Солнечной системы . Отвечая противникам гелиоцентрической системы, Бруно привёл ряд физических доводов в пользу того, что движение Земли не сказывается на ход экспериментов на её поверхности, В противоположность бытовавшим в то время мнениям, он полагал кометы небесными телами, а не испарениями в земной атмосфере. Бруно отвергал средневековые представления о противоположности между  Землё й  и небом, утверждая физическую однородность мира (учение о  5 элементах , из которых состоят все тела, —  земля ,  вода ,  огонь ,  воздух  и  эфир ). Он предположил возможность жизни на других планетах.

Джордано Бруно 1548 – 1600

Путешествуя по Европе, Джордано Бруно выступал с лекциями, участвовал в диспутах, работал над созданием философских трактатов. Однако неизменно наталкивался на стену непонимания и жесткие требования прекратить распространение своих убеждений. Джордано был ярым противником церкви, которая, по его мнению, не давала развиваться самому важному — науке.

Обвиненный инквизицией в ереси, Бруно отказался признать ложными главные из своих теорий и был приговорен католической церковью к смертной казни, а затем сожжен на костре на площади Кампо ди Фьоре Рима в феврале 1600 года.

Последние слова Бруно: « Я умираю мучеником добровольно и знаю, что моя душа с последним вздохом вознесётся в рай».

Известный итальянский ученый  Галилео Галилей  поддерживал теорию Коперника, опираясь на собственные наблюдения. Он также утверждал, что Земля никогда не занимала место между Меркурием (либо Венерой) и Солнцем, что указывало на вращение этих двух планет вокруг звезды по орбитам, находящимся внутри земной. Обратное утверждение доказывало расположение орбиты Земли внутри орбит внешних планет. Из-за своих убеждений в 1633 году 70-летний Галилей был подвержен инквизиционному процессу, в результате которого он оказался под «домашним арестом» вплоть до своей смерти в 78 лет.

Объяснил пепельный свет Луны отражением солнечного света Землёй

1609 г .

При наблюдении звёзд в телескоп их видимые размеры не меняются

Млечный Путь состоит из большого количества звёзд, неразличимых невооружённым глазом

Галилео Галилей 1564 – 1642

Ученик Браге – немецкий физик Иоганн Кеплер сделал открытия в пользу гелиоцентризма :  

• Плоскости планетарных орбит Солнечной системы пересекаются в точке нахождения Солнца, что делало его центром их вращения, а не центр земной орбиты, как предполагал Коперник.
• Орбитальная скорость нашей планеты периодически изменяется, также как и других планет.
• Орбиты планет эллиптические, причем скорость движения небесных тел по ним напрямую зависела от расстояния до Солнца, что делало его не только геометрическим , но и динамическим центром планетарной системы (I закон Кеплера).
• Отрезок, соединяющий планету и Солнце, за равные промежутки времени описывает равные площади. (Закон площадей – II закон Кеплера).
• Квадраты периодов обращений планет относятся как кубы больших полуосей их орбит (III закон Кеплера).

Законы Кеплера подробно и математическим языком описывали законы движения планет Солнечной системы, по сей день служат астрономам для определения орбит удаленных космических тел

• Составил самые точные таблицы планетных движений;
• Ввел понятие «орбита» (еще Коперник предполагал, что планеты переносятся с помощью твердых сфер, как у Аристотеля).

Иоганн Кеплер

(1571-1630)

Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики.

Уточнил III закон Кеплера, что позволило определить массу и плотность планет и Солнца. Установил, что наиболее близкие к Солнцу планеты отличаются наибольшей плотностью.

Теоретически обосновал возможность создания искусственного спутника Земли.

Научное объяснение гелиоцентрической системы мира

Все планеты, находящиеся друг от друга на колоссальных расстояниях, оказываются связанными в одну систему.

Исаак Ньютон 1643 – 1727

Земля представляет собой шар, расширенный у экватора и сплюснутый у полюсов, а также зависимость приливов и отливов от действия Луны и Солнца на воды морей и океанов.

Трудности ньютоновской теории: необъяснимое дальнодействие - непонятно, как сила притяжения передавалась через совершенно пустое пространство, причём, бесконечно быстро. По существу, ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания.

Гелиоцентризм и религия

Духовенство Русской православной церкви выступало с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XX в. До 1815 г. c одобрения цензуры издавалось школьное пособие, в котором гелиоцентрическая система называлась «ложной системой философической» и «возмутительным мнением». Уральский епископ Арсений в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую». Последним произведением, в котором критиковалась гелиоцентрическая система, стала вышедшая в 1914 г. книга священника Иова Немцева. Он утверждал, что «круг земли неподвижен, а солнце ходит», а свои утверждения оправдывал с помощью цитат из Библии.

Однако, по данным опроса, проведённого в 2011 г. Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ) 32% россиян согласны с тем, что Солнце вращается вокруг Земли.

С дальнейшим развитием науки ученые получали все больше аргументов в пользу гелиоцентризма. Так в 1728 г. астроном из Англии Джеймс Брэдли впервые при помощи наблюдения подтвердил теорию о движения Земли по орбите вокруг Солнца, открыв так называемую аберрацию света. Последняя означает небольшое размытие изображение звезды с одной стороны как следствие движения наблюдателя. Позже было обнаружено ежегодное колебание частоты импульсов, испускаемых пульсарами, а также эффект Доплера для звезд, что доказывает периодичное изменение расстояние Земли до данных космических объектов.

Аберрация света  - изменение направления распространения света (излучения) при переходе от одной  системы отсчёта  к другой. Видимое положение звезды, наблюдаемой с Земли, зависит от скорости Земли. Эффект обычно намного меньше, чем показано.

А в 1821 и 1837 г.г. российско-немецкий ученый Фридрих Вильгельм Струве впервые смог пронаблюдать примерные годичные параллаксы звёзд, окончательно утверждающие идею о гелиоцентрической системе мира.

Между тем надо помнить, что и гелиоцентрическая система мира не является истиной в полной мере. Ведь и Солнце не является центром мироздания. Оно всего лишь одна из многих миллиардов звезд нашей галактики, видимой с земли как бы в профиль (т.н. «Млечный путь»), и тоже движется по своей огромной орбите. А наша галактика одна из многочисленных галактик во Вселенной.

Гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э . Аристархом  и возрождённая в XVI веке  Коперником , позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания  классической механики  и привело к открытию закона  всемирного тяготения . Эта теория открыла дорогу звёздной астрономии, когда было доказано, что звёзды — это далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Далее гелиоцентрическая система мира все более утверждалась - основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.