Научная революция XVII века

С древнейших времен люди пытались осмыслить устройство космоса и движение планет. Ко времени Коперника взгляды на мироздание основывались на представлениях Аристотеля и кинематической модели Птолемея. Согласно Аристотелю, космос имеет шаровидную форму, он вечен и неподвижен, за его пределами не существует ни времени, ни пространства. В центре его располагается Земля, а затем Луна и другие планеты. Он подразделяется на две области, резко отличающиеся друг от друга — подлунную, или земную, область и надлунную. Соответственно отличаются и законы, управляющие миром внутри лунной сферы и вне ее. Земной мир представляется областью всевозможных изменений: возникновения, роста и гибели, в надлунной же сфере все неизменно и постоянно, там ничего не может ни возникать, ни уничтожаться. Для небесного мира характерны лишь круговые равномерные движения, поскольку окружность является наиболее совершенной кривой, так же как сфера — самым совершенным телом. Так как для Аристотеля наличие пустоты было абсолютно неприемлемо, он наполнил надлунную область эфиром, невесомым пятым элементом, в то время как земные материальные тела у него состоят из остальных четырех элементов — воздуха, воды, земли и огня.

Картина небесных движений дана Аристотелем чисто качественно: весь космос представляет собой конструкцию из концентрических сфер, имеющих эфирную природу; внешняя сфера является сферой неподвижных звезд, которая вращается со скоростью 24 часа в сутки и служит причиной движения большинства остальных 55 сфер, имеющих различные скорости и различные направления вращения. Такое количество сфер потребовалось Аристотелю потому, что он использовал для объяснения видимого движения планет гомоцентрическую схему Евдокса — Каллиппа. Согласно этой схеме, сложное движение планеты на видимом небосводе складывалось из нескольких круговых движений, поэтому каждой планете придавалось некоторое число сфер по числу движений, необходимых для получения результирующего движения; ось каждой последующей внутренней сферы жестко фиксировалась внутри предыдущей, а планета прикреплялась к самой последней внутренней сфере. Число сфер, управляющих движением планеты в модели Евдокса — Каллиппа, варьировалось от трех до пяти, но, поскольку Аристотель поставил движение планет в зависимость от вращения самой внешней сферы неподвижных звезд, он пришел к необходимости добавить для каждой из планет по нескольку «нейтрализующих» сфер, которые исключали бы влияние вращения предыдущей, внешней, планеты на последующую, внутреннюю. Таким образом, общее число сфер возросло от 27 (у Евдокса) или 34 (у Каллиппа) до 56 (включая сферу неподвижных звезд) у Аристотеля.

В кинематической схеме Птолемея сохранены все главные черты аристотелевской иерархии, но изменена модель получения сложных движений. Вместо набора гомоцентрических сфер Птолемей использовал идею Гиппарха, наиболее полно разработавшего теорию эпициклов, которая рассматривалась как альтернатива гомоцентрической модели уже в III в. до н. э. благодаря главным образом трудам Аполлония Пергского. Согласно этой теории, движение планеты вокруг Земли можно представить как сумму двух движений: планета вращалась по кругу, называемому эпициклом, в то время как центр эпицикла совершал движение вокруг Земли по кругу большего радиуса. В частности, им было установлено, что если эти вращения совершаются в противоположных направлениях, а периоды вращений совпадают, то действительной орбитой небесного тела будет окружность, центр которой будет уже не совпадать с центром Земли. Гиппарх назвал такую орбиту эксцентром и, рассматривая движение Солнца вокруг Земли, объяснил с его помощью разницу в продолжительности времен года.

Клавдий Птолемей использовал представления Гиппарха для того, чтобы описать с помощью эпициклов и эксцентра полную картину движения небесных тел. Ему предстояло решить весьма трудную проблему, в первую очередь потому, что сложное движение планет, о котором говорилось выше, включало в себя две существенные нерегулярности: во-первых, скорость перемещения планет по видимому небосводу была неравномерной, во-вторых, планеты совершали то прямые, то попятные движения, т. е., грубо говоря, выписывали петли. Теперь нам известно, что первая нерегулярность обусловлена эллиптической формой орбиты, а вторая тем, что наблюдение происходит с движущейся Земли.