Становление теоретического мышления в астрономии

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
11

ФИЗИКА. ХИМИЯ
2012. Вып. 1

УДК 501

Б.П. Кондратьев

СТАНОВЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ В АСТРОНОМИИ

Если исследователь хочет вникнуть в захватывающе интересный процесс рождения истин и понять, как древние 
мыслители преодолевали те трудности и заблуждения, которые неизбежно сопутствуют научному поиску, то 
лучше всего обратиться к отрезку истории науки, который начинается с астрономии древних греков. Вся современная наука пропитана вдохновением эллинов. Прослеживая генезис понятий в теории движения планет, мы 
убеждаемся в существовании одного важного правила: в истории науки понятие о гармонии и красоте не является чем-то застывшим, а развивается и обновляется в процессе познания окружающего Мира. Так, на смену 
наивным упованиям древних греков на равномерное движение планет по идеальным кругам спустя почти двадцать веков приходят эллипсы Кеплера. Казалось бы, эти эллипсы нарушают все представления о гармонии во 
Вселенной, но на самом деле с их приходом открывается другой, новый уровень гармонии, превосходящий 
прежний. Во второй части работы рассматривается становление и развитие теории потенциала, играющей важную роль в современной небесной механике. 

Ключевые слова: астрономия, история развития, теория познания, древние греки, эпоха Возрождения, небесная 
механика, теория потенциала.

«Пусть никто, не знающий геометрии, не входит сюда», – начертал Платон на дверях своей 

Академии. Казалось бы, потомкам дан совершенно явный девиз, и недаром через много веков его 
воспроизвел Коперник в качестве эпиграфа к своему великому труду «Об обращении небесных 
сфер». Но вопросы взаимоотношения математики с естественными науками и, в частности, астрономией на самом деле не столь просты, как кажутся с первого взгляда. Посвящая данную заметку подобным вопросам, мы заранее приносим извинение за отрывочность и некоторую неизбежную субъективность высказываний.

1. Становление науки

Ныне астрономия является существенной частью точного естествознания. Интересно просле
дить историю этой науки и развитие её идей. Здесь мы ограничимся двумя областями знаний: планетной астрономией и теорией потенциала. 

История астрономии совпадает с развитием человеческого общества и с появлением искусства 

счета. Никаких систематических знаний по физике и химии в те далекие времена ещё не существовало, но астрономия уже возникла и стала первой наукой, и более того – пробным камнем для человеческого ума. Как и нас, наших предков вдохновляла бездонная глубина звездного неба, а инстинкт 
подсказывал им, что жизнь на Земле полностью зависит от Солнца и Космоса. Но эмоций, даже самых возвышенных, ещё недостаточно для становления и развития науки. Астрономия помогала людям выжить, и причиной её столь раннего развития явилось то, что звездное небо стало надежным 
ориентиром на суше и на воде, а слежение за движением светил открывало возможность изучать и 
подстраивать (даже  на бессознательном уровне!) свои ритмы под ритмы окружающей Природы. 
Сейчас мы понимаем, что именно созерцание неба с его периодической повторяемостью и дало людям первоначальное понятие о существовании естественных законов, управляющих Миром. 

Под этими словами надо понимать и то, что проснувшийся интерес к небу стимулировал разви
тие и математики. У древних греков геометрические методы достигли высокого совершенства и позволяли предсказывать небесные явления. А объяснять было что! В течение тысячелетий наблюдались видимые движения Солнца, Луны и планет среди неподвижных звезд. Ещё в древнем Вавилоне 
знали Сарос (18.03 тропич. года) и научились с большой точностью предсказывать солнечные и лунные затмения. 

Но быстрым развитие астрономии отнюдь нельзя было назвать. В Древней Греции только в IV

столетии до н. э. стали различать отдельные планеты в своем движении по эклиптике. К этому времени в Греции сложилось развитое общество с высокой степенью гражданских свобод, возникли и расцвели десятки философских школ, и по популярности астрономия уступала литературе и искусству. 

Б.П. Кондратьев

2012. Вып. 1
ФИЗИКА. ХИМИЯ

Толчок развитию астрономии дало одно характерное обстоятельство. Внимательно изучая небо, 

древние мудрецы с удивлением осознали, что планеты на фоне звезд описывают какие-то странные 
петли. Это совершенно не укладывалось в тогдашние представления древних! Геометры по складу 
ума, греки были влюблены в круг и шар и полагали, что любые движения в Космосе могут происходить только равномерно и только по кругам. Но как совместить эти петли, где планеты испуганно 
пятятся с востока на запад, с божественно вечным движением по идеальным кругам? Попав в небесные петли, мысль греков трепетно забилась. В древней Элладе существовал культ «агона» (борьбы),
и неудивительно, что это сказалось на развитии астрономии! В загадке существования петель на небе 
греки почувствовали дерзкий вызов своему интеллекту (брошенная перчатка – вот он, настоящий 
стимул развития науки!). Объяснить парадокс существования петель стало делом чести для уважающих себя греков. На помощь пришла математика. Евдокс, чтобы выбраться из поставленных Природой силков, разработал систему из 27 небесных сфер (Земля в центре) со сложным взаимосвязанным 
равномерным вращением каждой, причем оси вращения сфер могли и не совпадать. Калипп довел 
число сфер до 34, а Аристотель сделал эти сферы хрустальными (чего не сделаешь ради достижения 
идеала!). Аполлоний, первый изучивший геометрические свойства эллипсов (три красивых теоремы 
Аполлония), в астрономии ограничился кругами, скомбинировав их в деференты и эпициклы. И дело 
пошло. Нанизывая один эпицикл на другой (у Клавдия Птолемея их насчитывалось уже многие десятки!), греки смогли достичь приличного согласия теории и наблюдений.

С «высоты» современной науки легко бросить скептический взгляд на эпициклы. Мол, слиш
ком запутанная кинематика, да и появились эпициклы просто вследствие неудачного выбора начала 
системы отсчета и «прискорбной» ограниченности геоцентрического мировоззрения древних. Суров
суд истории! Но если вспомнить, даже Коперник в гелиоцентрической системе Мира не смог полностью отказался от пресловутых эпициклов. В истории естествознания Птолемей оказался весьма полезным для Коперника! В математическом же отношении кинематическая теория эпициклов оказалась отчасти родственной разложению координат планет в ряды Фурье (достижение французских математиков девятнадцатого века). И ещё. Даже современная теория движения планет, опирающаяся на 
суперкомпьютеры, испытывает огромные трудности в предсказании далекого будущего (на временах
порядка миллиардов лет) нашей Солнечной системы. Причина этого – в нелинейности уравнений основной задачи в небесной механике – динамической задачи N  тел. Как следствие этой нелинейности, появляются глубокие проблемы хаоса и резонансов. А этих «болячек» кинематика эпициклов 
(ведь для компьютера большое число эпициклов не преграда) не знает!

Но вернёмся к эллинам. Поселившись (в мифах) на небесах, древние умудрились поселить и 

небеса в себе. Серьезное отношение к небу питало и идеалистические настроения. Древние народы 
многого не понимали в окружающем мире и верили, что всё подвластно божественным силам, искали 
их покровительства и защиты. Но одно дело – повесить себе на шею маленький талисман, и совсем 
другое – выискивать (и находить!) знаки неумолимой судьбы в хитросплетениях траекторий светил 
на небе. Пусть отдыхает Малый Театр со знаменитой немой сценой в «Ревизоре», но для любого 
здравомыслящего астронома и физика такой выверт – это удар ниже пояса. Таким хитроумным способом некоторые «нестандартно мыслящие ученые» (такие были всегда) решили покончить со злободневной во все времена проблемой и буквально стерли вопиющий разрыв (зазор) между наукой и 
практикой бренной жизни. Так возникла астрология, поначалу представлявшая собой спасительный
мостик в зазоре. Но с треском, ещё при Кеплере, лопнул надутый астрологами мыльный пузырь, и 
астрология выродилась в брызги псевдоглубоких словесных манипуляций, пустых обещаний и верований. Но – будем справедливы – и поныне астрология сохранила верность своему истинному призванию – бескорыстному интересу к неустанному ( 24h в сутки) поиску «клиентов», которые могут 
«позолотить ручку». 

Астрономия как настоящая наука не отвечает, конечно, на все вопросы, но зато помогает понять 

бессмысленность астрологии. К чести древних, и среди них далеко не все мыслители верили астрологам. 
Анаксагор, например, не только не поддержал «ценный почин» астрологов, но и с убийственной для них 
прямотой честного ученого утверждал, что Солнце просто раскаленный добела камень (по размерам не 
больше полуострова Пелопоннес!), и что Луна состоит отнюдь не из неведомого простым смертным 
«роговитого вещества» (современный вариант – из зеленого сыра, читайте «Записки сумасшедшего» Гоголя), а из того же вещества, что и Земля. Эти рассуждения Анаксагора о Гелиосе и Селене подверглись 
гневному осуждению (измерять богов – кощунство!) «продвинутых» граждан Эллады.