Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Иоганн Кеплер (1471-1630) был убежденным сторонником Коперника, и его основной целью было совершенствование гелиоцентрической теории. Даже больше чем Коперник он верил в основополагающую простоту физических законов. Например, он спрашивал, почему должно быть именно шесть планет: не больше и не меньше. (В системе Коперника Земля стала всего лишь еще одной планетой: унизительная ересь, но, несмотря на это, абсолютная истина.) Кеплер знал, что существует лишь пять правильных геометрических тел: тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр. Поместите эти пять тел внутрь шести вложенных друг в друга сфер, и радиусы этих сфер будут пропорциональны расстояниям, на которых эти планеты находятся от Солнца. Этот пример законов Кеплера, безусловно, являет собой образец сущей чепухи, но явно указывает на его безграничное воображение.
Несмотря на то, что телескоп еще не изобрели, астрономические данные уже были гораздо более качественными, нежели те, которыми располагал Коперник. Это произошло, главным образом, благодаря кропотливой работе Тихо Браге в своей обсерватории, расположенной на острове в стороне от Дании. Ошибки измерения сократились более чем в десять раз. Кеплер поставил перед собой задачу подогнать новые и более точные данные по орбите Марса под теорию Коперника, в которой он был убежден. После четырех лет бесплодных усилий он осознал, что это невозможно: теория оказалась, проще говоря, ошибочной. Марс движется не по кругу и даже не по кругу, измененному с помощью эпициклов, эксцентриков или эквантов. Марс движется по эллипсу. Это открытие доказало обоснованность веры Кеплера в основополагающую простоту законов природы. Движение каждой из шести планет можно было уместить в простой эллипс, при этом не требовалось никаких 44
Взгляд на Вселенную
птолемеевских подгонок: эксцентрики и эпициклы вслед за эквантами оказались в огромной куче мусора, образованной отвергнутыми физическими теориями.
Планеты обращаются по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Это первый из трех великих эмпирических законов Кеплера, вытеснивший аристотелевский принцип обращения по кругу. Говоря языком теологов, планетам было позволено двигаться по столь несовершенным орбитам, поскольку Кеплер верил, что они сами, подобно Земле, являются несовершенными материальными телами.
Второй закон Кеплера заменяет понятие равномерного движения: линия между Солнцем и планетой описывает равные площади за равное время. Третий же закон состоит в ошеломляюще простом утверждении, что квадрат периода планетарной орбиты (ее год) пропорционален кубу среднего радиуса ее орбиты. Этот закон не имеет прецедента в теории Аристотеля, поскольку он относится к движениям различных планет друг относительно друга.
Другой способ формулировки третьего закона Кеплера состоит в утверждении, что средняя скорость планеты пропорциональна величине, обратной квадратному корню из ее расстояния до Солнца. Для иллюстрации этого закона приведем на рисунке 2 график скоростей планет в зависимости от их расстояния до Солнца. Обратите внимание, что девять точек лежат на гладкой кривой, соответствующей 1/%/Д. Планета Меркурий, находящаяся от Солнца на расстоянии, равном одному проценту расстояния, отделяющего от Солнца Плутон, обращается по своей орбите в 10 раз быстрее последнего.
Ни один из великих законов Кеплера не был выведен из согласованной теоретической системы взглядов; пройдет еще целый век, прежде чем это сделает Исаак Ньютон. Кеплер искал и нашел свои законы путем тщательного анализа и вдохновенных догадок. Вероятно, он был самым блестящим астрономом всех времен, также как Тихо Браге можно считать лучшим из астрономов, когда-либо занимавшихся наблюдениями. Кеплер и Браге жили за триста лет до учреждения Нобелевской премии (да эту премию и не дают за достижения в астрономии).
Сверхновые звезды представляют собой колоссальные звездные вспышки, настолько огромные, что они способны затмить всю галактику, в которой появляются. В нашей галактике сверхновые — большая редкость. Одна из самых эффектных сверхновых вспыхнула в 1054 году. Китайские летописи сообщают, что эта звезда была настолько яркой, что ее можно было наблюдать в течение всего дня, а ночью она могла соперничать с Луной. Но в европейских архивах не было обнаружено ни одной записи об этой звезде. Какой великий страх и абсолютную слепоту способна породить тоталитарная вера! 45 Взгляд на Вселенную
CL, СО
? я
а Я
Cl- Q
CJ О-
О О
О. а
О О .Щ о U о
1.6-1.4 -1.2 -1 -.8 -.в .4 .2 О
g Меркурий
VocD
1/2
^ Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун —Плутон
T
1 3 10 30
Расстояние от Солнца по сравнению с расстоянием от Солнца Земли
Рис. 2. Графики скоростей планет в зависимости от их расстояния от Солнца.
Самые последние сверхновые появились в нашей галактике в 1572 и в 1604 гг. Они известны как сверхновая Тихо и сверхновая Кеплера. С тех пор ни один астроном не получал столь высокой награды.
Галилео Галилей родился в год смерти Микеланджело (1564) и умер в год рождения Ньютона (1642). Подобно Кеплеру, Галилей верил в учение Коперника. Не имея столь же сильной склонности к математике, какой обладал Кеплер, Галилео так никогда и не принял концепцию своего коллеги об эллипсах. В 1609 году, узнав об изобретении телескопа в Дании, Галилей создал свой собственный телескоп. Он мгновенно осознал потенциальные возможности этого инструмента для военных целей: ему суждено было обеспечивать «своевременное предупреждение» о приближении вражеского флота. Военно-промышленный комплекс Венецианской республики заплатил за этот прибор кругленькую сумму.
