Философия и теория «Единого поля Вселенной»

8. Ложные закономерности в системах мира

8.1. Гипотеза К. Птолемея

Античная астрономия базировалась на принципе кругового и равномерного движения для описания видимых неравномерных движений светил. В ранние времена люди воспринимали движение Солнца, планет и звезд действительными. Наблюдение за круговым движением незаходящих звезд вокруг полюса небесной сферы способствует представлению о сферичности движения. Более близкие к полюсу звезды, пропорционально удалению от него, описывают меньшие круги, а более удаленные – большие. Вести регулярные наблюдения за движением звезд и планет начали примерно в промежутке с 750 г. до н.э. по I век н.э., что запечатлено на вавилонских астрономических табличках. Такая деятельность производилась во многих обсерваториях (местах наблюдения) в Месопотамии. Древние шумеры в третьем тысячелетии до н. э. определяли начало нового года по дню весеннего равноденствия в момент вступления Солнца в созвездие Тельца.

С именем Клавдия Птолемея, связана геоцентрическая система мира, просуществовавшая полтора тысячелетия. История не оставила сведений о жизни Птолемея. Из его сочинения известно: жил и работал он в Александрии, астрономические наблюдения начал в 127 году нашей эры и вел их до 141 года, а свой труд закончил к 146 – 147 году. Монография «Альмагест», написанная александрийским астрономом, состоит из тринадцати книг. Основная задача, решенная в «Альмагесте», – это вычисление видимых положений светил на небесной сфере в произвольный момент времени. В ведении к «Альмагесту» Клавдий Птолемей изложил принятые им постулаты:

а) Земля имеет вид сферы, не совершает никакого движения, изменяющего ее места; находится в середине неба, является как бы его центром и расположена в плоскости небесного экватора.

b) Тленным телам соответствуют прямолинейные, а нетленным – круговые движения, тяжелому же и легкому, пассивному и активному соответствуют движения к центру или от центра.

с) Материя, форма и движение имеют свое бытие, поскольку мы не можем их мыслить и видеть отдельно и независимо.

Сформулировав основные положения геоцентрической системы, Птолемей принял несколько допущений: небо имеет сферическую форму и движется подобно сфере; наибольшее из пространственных тел – небесная сфера; неподвижная и неизменная форма сохраняется у вечных существ, имеющих эфирную природу [122, с. 7]. Птолемей указал на первопричину первого движения в простейшей форме Вселенной – незримый и неизменный Бог. Первопричину, отделенную от всего воспринимаемого чувствами, постигнуть можно только умом. Большой круг небесной сферы носит название колюра солнцестояний, который проходит через полюсы мира и точки солнцестояния. Греческий ученый высказал гипотезу, что в небе существуют два различных вида первых движений. Одно из них: большой круг вращается и все увлекает с востока к западу неизменным и равномерным вращением по параллельным друг другу кругам, описанным вокруг полюсов сферы, сообщая всему равномерное вращение. Этот вид движения охватывает все остальные. Другой вид движения Птолемей относит к кругу, описываемому Солнцем на небесной сфере при его годовом движении (эклиптике). Вдоль него по одному и тому же кругу под наклоном к плоскости небесного экватора совершают свое движение к востоку Луна и другие планеты. Второй вид движения происходит вокруг полюсов эклиптики, не совпадающих с полюсами первого вращения, в сторону противоположную первому движению [122, с. 14].

Александрийский астроном создал успешную теорию видимых движений планет (теория бисекции эксцентриситета Птолемея): каждая из планет (кроме Меркурия) равномерно движется по малому кругу (эпициклу), центр которого совершает движение по большому кругу (деференту), причем Земля смещена относительно центра деферента. Для объяснения зодиакального неравенства Птолемей предположил, что движение средней планеты выглядит равномерным при наблюдении не из центра деферента, но некоторой точки, которая называется эквантом, или уравнивающей точкой. В теории Птолемея угловая скорость центра эпицикла относительно экванта неизменна. Модель ставила перед собой в основном математическую цель – показать, что все небесные явления можно описать с помощью равномерных и круговых движений. Сложное и неравномерное движение каждой планеты представлены как сумма нескольких простых равномерных круговых движений. Параметры каждой из планет Птолемей определил исходя из астрономических наблюдений. Система хорошо описывала траектории планет, наблюдавшиеся в течение предшествующих веков, и предсказывала довольно точно их расположение в будущем.

Ученый опирался на труды Гиппарха. Возможно, пользовался Александрийской библиотекой, т. к. ссылался на более раннее знание: «А чтобы не делать это сочинение очень длинным, все то, что было достаточно точно разъяснено древними, мы только приведем, то же, что или совсем не было понято, или же понято недостаточно, мы постараемся в меру наших сил изложить подробнее» [122, с. 6]. Птолемей, без каких-либо пояснений, называет эфир, который окружает светила, тончайшим и однороднейшим из всех веществ, состоящим из подобных частиц сферической формы. Согласно предложенным астрономом постулатам, поверхности тел должны быть однородными. Для плоских фигур – границы круговые, а для телесных фигур – сферические. Все расположенные на Земле и преходящие тела, природа сформировала из тел, имеющих круглую форму, но состоящих из неоднородных частей. А все эфирные и божественные – из однородных и сферических телец.

Авторитет первоисточника не подвергался сомнению Птолемеем. Вероятно, передавалось то, что уже было известно его предшественникам. Используя накопленные материалы астрономических наблюдений, полученные за прошедшее время, Птолемей вносил в теорию элементы доработки. «Темные» места ученый трактовал через призму собственного восприятия. Древний астроном указывает, что Земля является точкой в громаднейшей и однородной телесной среде. На нее направлены со всех сторон равные и одинаковые силы. Ему не казалось странным, что Земля, обладающая крупными размерами и тяжестью, ни на что не опирается и не движется. Птолемей дает этому собственное толкование: «… поскольку движение небесных тел не встречает никаких препятствий и происходит легче всех других движений, ему должна быть свойственна и наиболее удобоподвижная форма; для плоских фигур это круговое движение, а для пространственных – сферическое» [122, с. 8]. Тезис об отсутствии препятствий на пути движения небесных тел, противоречит его же высказыванию об окружающей звезды, Землю и другие планеты однородной среде.

Большой научный интерес в «Альмагесте» представляет отделение неизвестного учения от мыслей автора трактата. Перед исследователями старинного труда, вероятно, такой задачи никогда и не стояло. Два типа движений в «Альмагесте» были низведены им с космических масштабов до размеров солнечной системы. Блестящий ученый, обладающий великолепным абстрактным мышлением, сознательно пренебрегает гелиоцентрической системой мира. Он доказывает невозможность поступательного движения Земли и одновременно допускает вращение Солнца и планет вокруг нее. Теория не предполагает вращение звезд и планет, но разрешает движение однородному эфиру. В этой части примечательно следующее умозаключение древнегреческого астронома: «… вследствие этого вполне разумно считать, что окружающий их эфир, имеющий подобную же природу, тоже сферичен и вследствие однородности своих частей совершает круговое и равномерное движение» [122, с. 9]. Разрабатывая систему мира, Птолемей что-то почерпнул из древнего учения, но полного знания об устройстве Вселенной у него, вероятно, не было.

8.2. Модель Н. Коперника

Коперник в 1491—1494 гг. учился в университете Кракова. В начале 1497 г. продолжил образование в Италии, сначала в старейшем Болонском, а затем в Падуанском университете. В мае 1503 г. Коперник получил при Феррарском университете степень доктора по каноническому праву, вскоре он возвращается на родину. С 1512 г. занимает должность каноника (церковного чиновника) Фромборкского капитула. Его дальнейшая жизнь протекала в этом маленьком городке, в северном районе Польши. Руководствуясь альтернативным представлением о мироустройстве, Коперник перенес условие неподвижности с Земли на Солнце и модифицировал модель Птолемея. Лишив Землю привилегированного положения и уровняв ее в правах с другими планетами, польский новатор совершил «революцию» в астрономии, поставив Солнце в центр планетной системы. В качестве аргументации новой теории Коперник использует логическую конструкцию, ставшую впоследствии шаблоном при опровержении геоцентрической системы: относительное движение Земли и Мира неподвижных звезд может быть объяснено только обращением Земли, но не вращением неподвижных звезд вокруг Земли, из-за неограниченного возрастания их скоростей на границе Вселенной. Признание суточного вращения звезд вокруг нашей планеты стало теоретически невозможным. Отталкиваясь от умозаключения как от аксиомы, Коперник выдвинул очевидную гипотезу. Видимое суточное движение небесного свода он объяснил вращением Земли вокруг ее оси в противоположном направлении, а видимое годичное движение Солнца – движением Земли с остальными планетами вокруг Солнца, кроме Луны. Предлагая новый принцип движения небесной сферы, Коперник не допускал неравномерной орбитальной скорости Земли.

Защищая гипотезу польского астронома, Галилео Галилей использует тот же аргумент: «Во-первых, если мы примем во внимание огромный объем звездной сферы по сравнению с ничтожностью земного шара, содержащегося в ней много и много миллионов раз, а затем подумаем о скорости движения, которое за день и ночь должно проделать полное обращение, то я не могу убедить себя, что может найтись кто-либо, считающий более правильным и вероятным, что такое обращение проделывает звездная сфера, тогда как земной шар остается неподвижным» [123]. Противники теории неподвижной Земли нашли в гипотезе Птолемея слабо аргументированную область. С помощью не установленного вращения Земли, они вдохнули жизнь в идею, невостребованную веками. Гелиоцентрическая система мира при жизни Коперника получила незначительное распространение и была не менее сложной (по количеству эпициклов), чем система Птолемея. Обсуждая гипотезу, ученые долго не могли решить, какой характер движения у Земли – естественный, или насильственный. Последний вариант отмели и согласились на существование неизвестного им закона, природа которого не была исследована. Изменение статуса планеты означало разрыв с геоцентрической моделью. Модель движения Земли, построенная на гипотетических движениях, вступила в конфликт со средневековой космологией, физикой и христианской теологией. Коперник пытался заручиться поддержкой церкви, но положительного ответа не получил. В послании к понтифику Павлу III он указал на недостатки в модели Птолемея: «Те же, которые измыслили эксцентрические круги, хотя при их помощи и получили числовые результаты, в значительной степени сходные с видимыми движениями, однако должны были допустить многое, по-видимому, противоречащее основным принципам равномерности движения» [124]. Коперник ссылается на авторитет ранних философов, книги которых он перечитал, желая найти подтверждение гипотезе движения мировых сфер, отличающейся от системы Птолемея. Он нашел в трудах Цицерона, что Никет высказывал мнение о движении Земли. В произведении Плутарха встретил, что этого взгляда держались и некоторые другие философы.

После многих лет работы, опираясь не столько на результаты астрономических наблюдений, сколько на логические умозаключения, польский ученый подготовил рукопись, в которой обосновал гелиоцентрическую систему. Система Птолемея перестала быть господствующей научной доктриной. Основные положения учения были сформулированы Коперником около 1515 года в небольшой работе известной под названием «Малый комментарий» («Commentariolus»). Основы теории в печатном виде были впервые опубликованы в 1540 г. Ретиком, учеником Коперника, в брошюре под названием «Первое повествование». Обычно для принятия новой теории требуются веские аргументы. Редкий случай, когда гипотеза побеждает, не имея в арсенале доказательства ошибок в астрономических предсказаниях старой теории. При отсутствии необходимости в смене научной парадигмы и достаточно убедительной аргументации, учение Коперника, вызвало положительную оценку у немногих ученых. В печатных изданиях «De Revolutionibus» после заглавия помещалось второе предисловие «К читателю. О предположениях, лежащих в основе этой книги». В нем достаточно точно передана суть претензий к гипотезе Коперника (в равной степени их можно отнести к гипотезам Птолемея, Кеплера и Ньютона): «Действительно, всякому астроному свойственно на основании тщательных и искусных наблюдений составлять повествование о небесных движениях. Затем, поскольку никакой разум не в состоянии исследовать истинные причины или гипотезы этих движений, астроном должен изобрести и разработать хоть какие-нибудь гипотезы, при помощи которых можно было бы на основании принципов геометрии правильно вычислять эти движения как для будущего, так и для прошедшего времени» [125]. Исследователи считают, что при подготовке книги к печати, это предисловие вставил редактор А. Осиандер.

Для доказательства орбитального движения Земли профессор МГУ А. А. Михайлов использовал аргументацию Коперника: «Небо неизмеримо велико по сравнению с Землей и представляет бесконечно большую величину. По оценке наших чувств Земля по отношению к небу – как точка к телу, а по величине как конечное к бесконечному. Гораздо более удивительным было бы, если бы в двадцать четыре часа поворачивалась такая громада мира, а не наименьшая ее часть, которой является Земля» [126]. Отсутствие альтернативной гипотезы поддерживает теорию о движении звезд и планет в космосе. Результаты экспериментов Майкельсона-Морли были провальными для гипотезы Коперника. Майкельсон измерял скорость света в двух направлениях. Опыт, поставленный в 1881 г. был основан на представлении, что эфир находится в покое, световые волны распространяются в эфире всегда с одной и той же скоростью. Эксперимент проводили с помощью интерферометра с равными плечами; одно плечо направлялось по линии траекторного движения Земли, другое – перпендикулярно к нему. При повороте всего прибора на 90° разность хода лучей должна менять знак, вследствие чего должна смещаться интерференционная картина. Результаты опыта ученые признали «отрицательными», т. к. смещения интерференционных полос были намного меньше расчетных и не совпадали с теоретическими по фазе. Ученые не ожидали, что скорость света совершенно не зависит от скорости и направления движущейся равномерно планеты. Если принять во внимание «голые» факты, то в ходе экспериментов не удалось обнаружить движения Земли относительно неподвижного эфира. Достоверно можно было утверждать: интерферометр не зарегистрировал изменение скорости света от скорости движения Земли. Должен был последовать объективный вывод о сомнительности орбитального движения и суточном вращении Земли. Богослов—полемист, кардинал и великий инквизитор Католической Церкви Р. Беллармино в письме, посланном в 1615 г. патеру Фоскарини, выразил позицию церкви: «Мне кажется, что Вы и сеньор Галилео поступили бы осторожно, если бы удовлетворились высказываниями ех suppositione (предположительно), но не абсолютно; так говорил, как я всегда думал, и Коперник. Действительно, когда утверждают, что в предположении, будто Земля движется и Солнце стоит неподвижно, все наблюдаемые явления описываются лучше, чем при задании эпициклов и эксцентров, то это прекрасно сказано и не заключает в себе никакой опасности; а этого и достаточно для математики; но когда начинают говорить, что Солнце действительно стоит в центре мира и что оно только вращается вокруг самого себя, но не движется с востока на запад, и что Земля находится на третьем небе (третья по порядку планета от Солнца) и с большой скоростью вращается вокруг Солнца, то это вещь очень опасная и не только потому, что она раздражает всех философов и ученых богословов, но и потому, что она вредит святой вере, поскольку из нее вытекает ложность Святого писания» [127].

Современные и более ранние астрономы считают, что расхождения между наблюдениями и теоретическими предсказаниями Коперника и Птолемея одного порядка; веских причин заменять одну теорию другой – не имелось. В основании любой теории лежат абстрактные начала и приближенное отражение реального мира. Независимо от того, небо ли вращается вокруг оси мира, или Земля вертится в направлении обратном неподвижному небу, светило будет представляться нам одинаковым образом. После внедрения Кеплером трех правил, на гелиоцентрической системе можно было бы поставить жирный крест. Переменная орбитальная скорость требует участия насильственной силы. Однако теория Коперника до настоящего времени не считается ложной. Приверженность догме и поверхностный подход ученых к динамике неравномерного планетарного движения обеспечивают приоритет гелиоцентрической системы мира. Ученые не изъявляют желания обратить внимание на отсутствие прямых доказательств о движении Земли.

Предположение об орбитальном движении есть опосредованный продукт осмысления результатов наблюдений за положением светящихся объектов на небесной сфере в течение суток. Противопоставление явлений есть не что иное, как субъективная форма; суть же дела такова, что различные понятийные определения существуют внешне, через логическое единство. Суждение о гипотетическом относительном движении Земли и планет вокруг Солнца содержит определенные соотношения, без непосредственного объяснения механизма того, что соотносится. Круг предположений образован взаимной связью исключающих умозаключений: неизбежно вращается либо Солнце, либо Земля. Такое противопоставление создает иллюзию различия в гипотезах. Бытующие мнения о местоположении, покое или движении Земли всесторонне исследовал Аристотель. Греческий философ пришел к выводу: если Земля движется (независимо от того, находится ли она при этом вне центра или в центре), ее движение должно быть насильственным [44, 296а]. Оно не может принадлежать самой Земле, поскольку каждая из ее частей обладала бы этим движением. А раз оно насильственно и противоестественно, то не может быть вечным. Однако порядок космоса вечен.

Древняя ведическая культура использует анализ наблюдаемых явлений природы, в частности, движений планет. Перед ней не стояла задача дать окончательное описание реальной действительности. Ее целью была разработка простых практических методов отражения этих явлений для применения в повседневной жизни. В основе ведической космологии лежит принцип, что понимание действительности зависит от уровня нашего ума и оно ограничено этим уровнем, следовательно, является несовершенным. Мы можем допустить, что вращение в однородной среде поляризованного света, отраженного от космических тел, создает иллюзию искривления траектории.

Статья о действии магнитного поля на световой луч поступила 6 ноября и была доложена 20 ноября 1845 г. в Королевском институте. М. Фарадей открыл, что искусственным путем можно вызвать вращение плоскости поляризации света [128]. В веществах, помещенных в магнитное поле, наблюдается поворот плоскости колебаний световой волны. Под действием магнитного поля оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль направления поля. Угол поворота плоскости поляризации равен [129, с. 699]

φ = BVd, (1.8)

где В – индукции однородного магнитного поля; V – постоянная Верде (удельное магнитное вращение), зависящая от природы вещества, температуры и длины волны света; d – длина пути света в веществе.

Направление вращения плоскости поляризации зависит только от природы вещества и силы магнитного поля. Очевидно, что свет, исходящий от объектов, может поворачивать в среде, где движутся электрические заряды, создающие электромагнитное поле. Когда вектор В изменяется по каким-то причинам, у наблюдателя создается световая иллюзия движения объекта. Если допустить, что Вселенная заполнена некой однородной средой, то все, на чем построено движение космических тел, в том числе теория Коперника и подобные ей, лопаются подобно мыльным пузырям. По световым ощущениям, происходящим в глазах наблюдателя, не достаточно убедительно утверждать с какой скоростью планеты и галактики в течение миллиардов лет двигались по орбитам в пространстве, преодолевая сопротивление среды. Например, солнечной плазмы.

8.3. Гибридная система мира

Выдающийся датский астроном Тихо Браге (1546 – 1601 гг.) Гелиоцентрическую систему не принял. Он имел свое виденье о вращении небесной сферы. Идея Коперника противоречила авторитету Священного писания. Оставаясь сторонником геоцентрической теории, Тихо разработал собственную гипотезу о строении мира. Он изложил ее в книге о комете Галлея «De Mundi aeteri recentioribus phenome – nis liber secundus», отпечатанной в Ураниборге в 1588 году. Она была опубликована в Праге в 1603 г., после смерти автора. Гипотеза была половинчатой, содержала элементы систем Птолемея и Коперника: Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг неподвижной Земли, а все остальное – вокруг Солнца. Без математического обоснования система была обречена на провал. Поэтому он пригласил к себе в помощники молодого немецкого математика и астронома И. Кеплера. Положительно оценивая деятельность Коперника-астронома, Тихо Браге называл гелиоцентрическую теорию математической спекуляцией. Уверенный в своей модели, в последние дни жизни астроном просил Кеплера «поступить в согласии с его, Тихо» гипотезой [130]. Предсмертное желание не было выполнено. Данные измерений положений Марса по всей его орбите в течение 16 лет, накопившиеся в архиве ученого, стали важным фактором в установлении новых правил планетарного движения.

8.4. Законы И. Кеплера

После смерти наставника (Тихо Браге), И. Кеплер был назначен в 1602 г. на его место в звании придворного математика императора Рудольфа II. Закончив имущественный спор с наследниками Тихо, Кеплеру удалось заполучить необработанный архив датского ученого с многочисленными сведениями регулярных астрономических наблюдений. В течение последующих лет жизни он занимался анализом возможных траекторий планет. В то время закономерности небесной механики строились на равномерных движениях. Считалось, что планеты могут двигаться исключительно по круговым орбитам. Если это не укладывалось в рамки наблюдений, главное круговое движение дополнялось малыми кругами, которые планеты описывали вокруг точек основной круговой орбиты. Кеплер столкнулся с трудностью согласования инструментальных наблюдений с теорией Коперника. По исследованиям Кеплера круговая орбита планеты Марса не удовлетворяла наблюдениям Тихо Браге. Расхождение между действительными положениями планеты и расчетными оказались слишком большими, чтобы их можно было объяснить ошибками наблюдений. Желание найти окружность, движение по которой воспроизводило бы наблюдаемые положения планеты Марс вокруг Солнца и удовлетворяло бы системе Коперника, не имело успеха. Кеплер менял геометрические схемы и выявил, что наблюдаемые траектории планет подчиняются определенным математическим закономерностям. После длительных подборов и вычислений, он нашел траекторию, которая полностью отвечала наблюдениям – это был эллипс, Солнце располагалось в одном из его фокусов [131]. Приведение в соответствие траектории требовало новых форм орбит планет.

Результаты наблюдений за движением небесных тел по орбите Кеплер интерпретирует согласно полученным траекториям. Немецкий астроном вынужден отбросить предпосылку о круговой фигуре планетных путей. Отказываясь от равномерного движения, Кеплер качественно изменяет гипотезу Коперника. Тремя законами планетных движений он закрепил за космическими телами эллиптические орбиты. Имевшийся в гелиоцентрической системе польского астронома недостаток – устранили. Модель мира, предложенная Коперником и модернизированная Кеплером, оборачивается отступлением от фундаментального космологического принципа – равномерной скорости. Приняв новые законы, ученые внедрили чуждую классической астрономии модель. Два первых закона движения планет Солнечной системы (эллиптичность планетных орбит, в одном из фокусов которых находится Солнце, и прямая пропорциональность между площадью, описанной радиусом—вектором планеты, и временем) были опубликованы в 1609 году. По мнению А. Эйнштейна, третий закон Кеплера («Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит»), изложенный в 1619 году, нельзя было безоговорочно перенести на другое, отличное от Солнца центральное тело. Эйнштейн обращает внимание, что законы Кеплера не объясняют причин и представляют собой три логически независимых друг от друга правила, лишенных всякой внутренней связи [132]. Главный недостаток, по мнению ученого, заключается в том, что законы относятся к движению в целом и не позволяют из состояния в некоторый момент времени вывести другое состояние, следующее непосредственно за первым. Третий закон Кеплера утверждает независимость периода обращения от эксцентриситета (е). Время полного обращения вокруг фокуса, как при е = 0, так и при 0 <е> 1, будет одинаковым, если длина большой оси фиксирована. Три закона не описывают всех проявлений природы адекватно. Отвергнув концепцию «равномерного движения», Кеплер заменил ее «неравномерным движением». Законы Кеплера не учитывают длину траекторного пути, постоянное изменение модуля ускорения и скорость в каждой точке орбиты. Положительное и отрицательное тангенциальное ускорение невозможно без участия силы, которые в гипотезе не предусмотрены. Доказательство типа «это так и не иначе» является чисто схоластическим и обращается в требование, идти по тому пути, который предложен автором. Замена геоцентрической системы мира, казалось бы, на подобный принцип, породила трудности физического и теоретического характера. Формально небольшие коррективы влекут существенные изменения. Отход от постоянной орбитальной скорости планеты, провоцирует крупные геодинамические последствия. Нововведения и умозрительные закономерности оказывают губительное влияние на содержание космологической гипотезы.