Аристотель и философские основания античной космологии. Гелиоцентрическая картина мира и её доказательства. Волновая и электромагнитная теории света. Теория относительности. Концепция большого взрыва. Теория радиоактивности Резерфорда. Кварковая теория.
Аннотация к работе
Ко времени Аристотеля древние греки знали, что Земля - шар, и знание это, вероятно, восходит к временам Пифагора (7 в. до н.э.). Аристотель приводит два веских аргумента в пользу шарообразности Земли. Во-первых, древние греки совершенно правильно определяли причины солнечного и лунного затмений. Лунное затмение - это покрытие Луны тенью Земли, когда Земля находится между Солнцем и Луной. Но тень Земли - круглая. Разумеется, греки понимали, что круглую тень может давать не только шар, но и диск, усеченный конус, полусфера и еще множество геометрических фигур. Однако диск отбросит круглую тень, если Солнце будет стоять перпендикулярно к его поверхности, иначе тень будет эллиптическая. А Солнце в Греции так стоять не может, только в тропиках. Во-вторых, чем дальше двигаться на север, тем ниже будут стоять светила. При правильных наблюдениях можно не только доказать шарообразность Земли, но зная расстояние смещения к северу и изменение угла наклона светила, точно вычислить окружность и диаметр Земли. Допустим, сместившись на тысячу единиц длины (миль, стадий, километров) к северу, мы замечаем, что Солнце стоит на 10° ниже. Предполагая, что Земля - шар, рассуждаем следующим образом - если длина дуги в 10° составляет 1000 километров, полная окружность в 360° должна составлять 36 000 км. Если, смещаясь на разные углы, мы получаем одинаковые длины окружности, то Земля, без сомнения - шар. Аристотель, ориентируясь по Полярной звезде, выполнил эту операцию с большой ошибкой, но столетием спустя александриец Эратосфен очень точно вычислил окружность Земли. Земля - шар, находящийся внутри других, полых прозрачных шаров, на поверхности которых находятся светила - небесных сфер. Сферы, несущие Солнце, Луну, звезды и планеты, вращаются вокруг неподвижной Земли, перемещая светила. Такое представление о строении Космоса возникло лет за триста до Аристотеля, и постепенно усложняясь, просуществовало около 2 тысяч лет. Древние астрономы различали неподвижные звезды и планеты. Планэтэс по гречески означает «блуждающий». Некоторые звезды медленно перемещаются относительно других звезд - это и есть планеты: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Однако движение планет по небосводу является более сложным, чем движение Луны или Солнца, оно никогда не бывает круговым. Солнце и неподвижные звезды тоже не имеют постоянной траектории вращения: Солнце, например, летом явно выше, чем зимой. Однако если солнечную сферу связать с другой сферой, вращающейся в ином направлении и с иной скоростью, то можно сравнительно точно рассчитать положение дневного светила для всех времен года. Итак, увеличиваем количество сфер - и получаем большую точность предсказаний. Астроном Эвдоксий, живший несколько раньше Аристотеля, оперировал уже 27 сферами. Аристотель попытался объяснить устройство Вселенной. Он определил отличие точных и естественных наук приблизительно так же, как и мы сейчас, и поставил задачей вывести движение физических тел «из самих себя». Движение тела может быть естественным и неестественным. Естественное движение - это движение тела к его естественному месту. Вода течет вниз, потому что там, внизу - ее естественное место. Дым поднимается наверх, потому что там его естественное место. А чем определяется «естественное место» тела? Его «сущностью», которое существенно зависит от состава тела. На Земле все тела состоят из четырех элементов - земли, воды, воздуха и огня, но каждое вещество в отдельности образовано своим соотношением этих элементов. В Космосе преобладает эфир - пятый элемент, наиболее легкий из всех. Из чистого эфира состоит самая внешняя сфера - сфера неподвижных звезд. Другие сферы содержат примесь иных элементов, которые и задают их «естественное место». И тогда все становится понятным - Земля состоит из земли, поэтому находится в центре Вселенной. Вода растекается поверх Земли, воздух - поверх воды, а выше всех - эфирные сферы (не так уж важно, сколько). Естественное движение небесных эфирных тел - круговое. Самая внутренняя сфера - сфера Луны, которая изза близости Земли неизбежно содержит наибольшее количество утяжеляющих ее примесей тяжелых элементов.
Гелиоцентрическая картина мира и ее доказательства
Отцом новой космологии стал Николай Коперник, знаменитый астроном и католический священник, изложивший основы гелиоцентрической системы в книге «О вращении небесных сфер». Очень осторожное изложение материала в книге Коперника. Новая гипотеза подавалась как одна из альтернатив. Аристарх Самосский утверждал, что Солнце находится в центре мироздания, а Земля вращается вокруг него. Научная теория должна на основании минимального числа допущений объяснять наибольшее количество фактов. Далее мы увидим, что новые теории побеждают старые, сокращая количество допущений и увеличивая количество объясненных феноменов. Первая такая редукция допущений осуществлена Коперником, причем в очень явном виде. Количество сфер в системе Птолемея достигало 55, плюс допущения о существовании эквантов, эксцентриков, эпициклов.