27818-1 (Возникновение и развитие классического естествознания)

Возникновение и развитие классического естествознания

Научная революция ХVI-ХVII веков

Новый величайший переворот в системе культуры происходит в эпоху Возрождения, которая охватывает ХIV – начало XVII в. Эпоха Возрождения - эпоха становления капиталистических отношений, первоначального накопления капитала, восхождении социально-политической роли города, буржуазных классов, складывания абсолютистских монархий и национальных государств, эпоха глубоких социальных конфликтов, религиозных войн, ранних буржуазных революций, возрождения античной культуры, эпоха титанов мысли и духа.

В эпоху Возрождения была проведена основная мыслительная работа, подготовившая возникновение классического естествознания. Это стало возможным благодаря мировоззренческой революция, совершившейся в эпоху Ренессанса и состоявшей в изменении системы “человек – мир человека”. В эпоху Ренессанса происходит мировоззренческая переориентация субъекта: на первый план постепенно выдвигается отношение человека к Природе, отношение же человека к Богу выступает как производное. Важной заслугой культуры Возрождения являлось и то, что в ней главной ценностью становится бескорыстное объективное познание мира. На основе этой важнейшей мировоззренческой ценности и складываются непосредственные предпосылки возникновения классического естествознания.

1. Коперниканская революция

В первую половину средневековья, длившегося более тысячелетия, в Европе господствовала библейская картина мира, сменившаяся затем догматизированным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея. Постепенно накапливавшиеся астрономические наблюдения подтачивали основы этой картины. Несовершенство, сложность и запутанность птолемеевской системы становились очевидными. Все многочисленные попытки увеличения ее точности достигались за счет ее все прогрессирующего усложнения. Уже в средневековье сосуществовало несколько моделей планетных движений, но все они опирались на геоцентризм и в конце концов сводились к системе Птолемея, лишь усложняя ее.

Птолемеевская система не только не позволяла давать точные предсказания; она еще страдала явной несистематичностью, отсутствием внутреннего единства и целостности; каждая планета рассматривалась сама по себе, имела отдельную от остальных эпициклическую систему, свои собственные законы движения. В геоцентрических системах движение планет представлялось с помощью нескольких равноправных независимых математических моделей. Строго говоря, геоцентрическая теория не была геоцентрической системой, так как объектом этой теории система планет (или планетная система) и не являлась; в ней речь шла об отдельных движениях, не связанных в некоторое системное целое. Геоцентрические теории позволяли предвычислять лишь направления на небесные светила, без попыток раскрыть истинную удаленность и расположение их в пространстве. Птолемей считал последние две задачи вообще неразрешимыми. Установка на поиск внутреннего единства и системности и была той стержневой основой, вокруг которой концентрировались непосредственные предпосылки геоцентрической системы.

Среди предпосылок создания гелиоцентрической теории особое место принадлежит возникшей необходимости реформы юлианского календаря, в котором два основные счисления - равноденствие и полнолуние - потеряли связь с реальными астрономическими событиями. Календарная дата весеннего равноденствия, приходившаяся в IV в. новой эры на 21 марта и закрепленная за этим числом Никейским собором в 325 г. как важная отправная дата при расчете основного христианского праздника пасхи, к XVI в. отставала от действительной даты равноденствия на 10 дней! Еще с VIII в. юлианский календарь пытались совершенствовать, но безуспешно. Проходивший в 1512 – 1517 гг. в Риме Латеранский собор отметил чрезвычайную остроту проблемы календаря и предложил ее решить крупнейшим астрономам. Среди них был и Н. Коперник, который ответил тогда отказом, так как считал недостаточно развитой и точной теорию движения Солнца и Луны, которые и лежат в основе календаря. Вместе с тем, это предложение стало для Н. Коперника одним из мотивов совершенствования геоцентрической теории.

Другая общественная потребность, стимулировавшая поиски новой теории планет, лежала в сфере мореходной практики. Новые, более точные таблицы движения небесных тел, прежде всего Луны и Солнца, нужны были для вычисления положений Луны для данного места и момента времени. Определяя разницу во времени одного и того же положения Луны на небе – по таблицам и по часам, установленным по Солнцу во время плавания, находили долготу места на море. Долгое время это был единственным способом нахождения долготы во время длительных морских плаваний в эпоху Великих географических открытий. Совершенствование теории планетной системы стимулировалось также и нуждами все еще популярной тогда астрологии.

Величайшим мыслителем, которому суждено было начать великую революцию в астрономии, повлекшую за собой революцию во всем естествознании, был гениальный польский астроном Николай Коперник (1473 – 1543). Еще в конце XV в., после знакомства и глубокого изучения “Альмагеста”, восхищение математическим гением Птолемея сменилось у Коперника сначала сомнениями в истинности этой теории, а затем и убеждением в существовании глубоких противоречий в геоцентризме. Он начал поиск других фундаментальных астрономических идей, изучал в подлинниках сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и философов, в том числе и первого гелиоцентриста Аристарха Самосского, и мыслителей, утверждавших подвижность Земли. (В древности кроме Аристарха Самосского гелиоцентрические идеи высказывались пифагорейцами Филолаем и Экфантом, учеником Аристотеля Гикетом Сиракузским и др.

Кроме того, в античности и средневековье в различных мистических, эзотерических учениях духовный центр мира (Единое, Благо, Логос, Абсолют и др.) олицетворялся с Солнцем как источником “духовного” света. Такое олицетворение получило название “духовного гелиоцентризма”.)

Обладая широким складом мышления, Коперник первым взглянул на весь накопившийся за тысячелетия опыт астрономии глазами человека эпохи Возрождения: смелого, уверенного, творческого, новатора. Предшественники Коперника не имели смелости отказаться от самого геоцентрического принципа и пытались либо совершенствовать мелкие детали птолемеевой системы либо обращаться к еще более древней схеме гомоцентрических сфер. Коперник сумел разорвать с этой тысячелетней консервативной астрономической традицией, преодолеть преклонение перед древними авторитетами. Н. Коперник был движим идеей внутреннего единства и системности астрономического знания; он искал простоту и гармонию в природе, ключ к объяснению единой сущности многих; кажущихся различными явлений. Результатом этих поисков и явилась гелиоцентрическая система мира.

Где-то между 1505-1507 г.г. Коперник в “Малом комментарии” излагает принципиальные основы гелиоцентрической астрономии. Теоретическая обработка астрономических данных завершается к 1530 г. Но только в 1543 г. полностью увидело свет одно из величайших творений в истории человеческой мысли - “ О вращениях небесных сфер”. В нем изложена математическая теория сложных видимых движений Солнца, Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими математическими таблицами и приложением каталога звезд. В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты,– и среди них впервые зачисленная в ранг “подвижных звезд” Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находилась сфера звезд. Его вывод о чудовищной удаленности этой сферы теперь диктовался самим гелиоцентрическим принципом: только так мог Коперник согласовать его с видимым отсутствием у звезд смещений за счет движения самого наблюдателя вместе с Землей, отсутствием у них параллаксов.

Система Коперника была проще и точнее системы Птолемея. Этой простотой и точностью сразу же воспользовались в практических целях. На ее основе составили “Прусские таблицы” (Э. Рейнгольд, 1551 г.). Она позволила уточнить длину тропического года и провести в 1582 г. давно назревшую реформу календаря. В результате был введен новый, или григорианский, стиль.

Меньшая сложность теории Коперника и получавшаяся, но лишь на первых порах, большая точность вычислений положений планет по гелиоцентрическим таблицам были не самыми главными достоинствами его теории.

В чем же действительное достоинство, привлекательность и истинная сила теории Коперника? Почему она вызвала революционное преобразование всего естествознания?

Любое новое всегда возникает на базе и в системе старого. Коперник не был в этом отношении исключением. Он во многом еще разделял представления старой, аристотелевской космологии. Так, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным сферой неподвижных звезд. Он не отступал от аристотелевской догмы, в соответствии с которой истинные движения небесных тел могут быть только равномерными и круговыми. Стремление восстановить аристотелевские принципы движения небесных тел, нарушавшиеся в ходе развития геоцентрической системы, кстати сказать, было для Коперника одним из мотивов поисков иных, негеоцентрических походов к описанию движений планет.

И, кроме того, Коперник стремился создать логически простую и стройную планетную теорию. В отсутствии такой простоты и стройности, системности Коперник и увидел коренную несостоятельность теории Птолемея. В этой теории отсутствовал единый стержневой принцип, который мог бы объяснить системные закономерности в движениях планет. Коперник был уверен, что представление движений небесных тел как единой системы позволит определить реальные физические характеристики небесных тел, т.е. то, о чем в геоцентрической модели вовсе не было и речи. И потому свою теорию он рассматривал как теорию реального устройства Вселенной.

Возможность перехода к гелиоцентризму (подвижности Земли, обращающейся вокруг реального тела – неподвижного Солнца, расположенного в центре мира) Коперник совершенно справедливо усмотрел в представлении об относительном характере движения. Принцип относительности был известен древним грекам, хотя и применялся ими недостаточно, но был совершенно забыт в Средние века. Неравномерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца Коперник, как и Птолемей, считал кажущимся эффектом. Но он представил этот эффект не по- птолемеевски, т. е. как результат подбора и комбинации движений по условным вспомогательным окружностям, а впервые указал на реальную кинематическую его причину: перемещение самого наблюдателя (как при наблюдении с плывущего корабля предметов, находящихся на берегу). Иначе говоря, этот эффект объяснялся тем, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Это допущение подвижности Земли и было главным новым принципом в системе Коперника.

Обоснование введения принципа гелиоцентризма Коперник усматривал в особой роли Солнца, отразившейся уже в птолемеевской схеме. В этой схеме планеты по свойствам их движений как бы разделялись Солнцем на две группы – нижние (ближе к Земле, чем Солнце) и верхние. В комбинации кругов для описания видимого движения каждой планеты существовал обязательно один круг с годичным, как у Солнца, периодом движения по нему. Для верхних планет- это был первый, или главный эпицикл, для нижних – деферент. Кроме того, Меркурий и Венера (нижние планеты) вообще все время сопровождали Солнце, лишь совершая около него колебательные движения. Революционное значение гелиоцентрического принципа состояло в том, что представил движения всех планет как единую систему, объяснил многие ранее непонятные эффекты. Так, с помощью двух основных действительных движений Земли – годичного и суточного – теория Коперника сразу же объяснила все главные особенности запутанных видимых движений планет (попятные движения, стояния, петли) и раскрыла причину суточного движения небосвода. Впервые получила объяснение смена времен года: Земля движется вокруг Солнца, сохраняя неизменным в пространстве положение оси своего суточного вращения.

В системе Коперника впервые получила объяснение загадочная прежде последовательность размеров первых, или главных, эпициклов у верхних планет, введенных Птолемеем для описания петлеобразных движений планет. Размеры их оказались убывающими с удалением планеты от Земли. Движение по этим элициклам, равно как и движение по деферентам для нижних планет, совершалось с одним и тем же годичным периодом, равным периоду обращения Солнца вокруг Земли! Все эти годичные круги геоцентрической системы оказались излишними в системе Коперника. Петлеобразные движения планет теперь объяснялись одной единственной причиной – годичным движением Земли вокруг Солнца. В различии же размеров петель (и, следовательно, радиусов соответствующих эпициклов) Коперник правильно увидел отображение того же орбитального движения Земли: наблюдаемая с Земли планета должна описывать видимую петлю тем меньшую, чем дальше она от Земли.

Более того, это глубокое объяснение видимых явлений позволило Копернику впервые в истории астрономии поставить вопрос об определении действительных расстояний планет от Солнца. Коперник понял, что этими расстояниями планет были величины, обратные радиусам первых зпициклов для внешних планет и совпадающие с радиусами деферентов – для внутренних. (Таким образом, то, что Птолемей считал в принципе непостижимым, на самом деле уже содержалось в скрытом виде в его системе.) Таким образом он получает весьма точные относительные расстояния планет от Солнца (в расстояниях Земля – Солнце, т. е. в астрономических единицах, выражаясь современным языком)

Относительные расстояния планет в Солнечной системе по Копернику

(в скобках – современные данные) (Довольно хорошее совпадение оценок показывает достаточно высокую точность, достигнутую в измерениях некоторых постоянных астрономических величин уже в древности.).

Меркурий 0,375 (0,387)
Венера 0,720 (0,723)
Земля . 1,000 (1,000)
Марс 1,52 (1,52)
Юпитер. 5,2 1 (5,20)
Сатурн 9,18 (9,54)

Логическая стройность, четкость, простота и совершенство теории Коперника, ее способность объяснить немногими причинами то, что раньше либо не объяснялось вовсе, либо объяснялось совершенно искусственно, связывать в единое то, что ранее считалось совершенно различными явлениями - несомненные достоинства этой теории; они свидетельствовали о ее истинности. Наиболее проницательные мыслители, ученые это поняли сразу.