Стивен Вайнберг - Пояснюючи світ

Теорія, яку розробили Гіппарх, Аполлоній та Птолемей, була не якоюсь фантастикою, що лише випадково якимось дивом добре узгоджувалася зі спостереженнями, але жодним чином не була пов’язана з реальністю. Коли йдеться про видимі рухи Сонця та планет у найпростішому вигляді, тобто лише з одним епіциклом для кожної планети й без жодних інших ускладнень, ця теорія дає точно ті самі передбачення, що й найпростіша версія теорії Коперника – тобто теорія, у якій Земля та інші планети обертаються з постійною швидкістю по колах, центром яких є Сонце. Як ми вже пояснювали у зв’язку з Меркурієм та Венерою (і далі пояснюємо в технічній примітці 13), це тому, що теорія Птолемея належить до класу теорій, які однаково описують видимі рухи Сонця та планет, а один представник цього класу (хоч і не той, який вибрав Птолемей) описує точно так само фактичні рухи Сонця та планет відносно одне одного, що й у найпростішій версії теорії Коперника.

Було б чудово на цьому й закінчити розповідь про давньогрецьку астрономію. На жаль, як добре розумів сам Коперник, передбачення найпростішої версії його теорії для видимих рухів планет не зовсім відповідають спостереженням, як і передбачення ідентичної їй найпростішої версії теорії Птолемея. З часів Кеплера та Ньютона нам відомо, що орбіти Землі та інших планет не точно кругові, Сонце не розташоване точно в центрі цих орбіт, а Земля та інші планети обертаються своїми орбітами не з постійною швидкістю. Звісно, нічого з цього (у сучасних термінах) давньогрецькі астрономи не розуміли. Більша частина історії астрономії до Кеплера – це спроби згладити невеличкі неточності в найпростіших версіях теорій Птолемея та Коперника.

Платон виступав за кола та рівномірний рух, і, наскільки це відомо, ніхто в античності не усвідомлював, що астрономічні тіла можуть мати якийсь інший рух, що не містить кругових рухів, хоча Птолемей і був готовий на компроміс у питанні рівномірного руху. Бувши обмеженими круговими орбітами, Птолемей та його попередники вигадали різноманітні ускладнення для Сонця, Місяця та планет, щоб більше узгодити свої теорії зі спостереженнями [24].

Одним із таких ускладнень було просте додавання нових епіциклів. Єдиною планетою, для якої Птолемей вважав це обов’язковим, був Меркурій, орбіта якого відрізняється від кола більше, ніж орбіта будь-якої іншої планети. Іншим ускладненням став ексцентр. Побутувала думка, що Земля розташована не в центрі деферента для кожної планети, а на деякій відстані від нього. Наприклад, у теорії Птолемея центр деферента Венери був зміщений від Землі на 2 % радіуса деферента [25].

Ексцентр можна було поєднати з іншим математичним поняттям, яке запровадив Птолемей, – еквантом. Це давало можливість приписати планеті змінну швидкість руху орбітою окремо від мінливості швидкості її руху епіциклом. Можна уявити, що, сидячи на Землі, ми маємо бачити кожну планету (точніше, центр епіциклу кожної планети), яка обертається навколо нас із постійною швидкістю (скажімо, у градусах дуги на день), але Птолемей знав, що це не зовсім узгоджується з фактичними спостереженнями. Якщо ввести сюди ексцентр, можна уявити, що ми маємо бачити центри епіциклів планет, що обертаються з постійною швидкістю не навколо Землі, а навколо центрів деферентів планет. На жаль, це теж не працює. Натомість Птолемей запровадив для кожної планети те, що почали називати еквантом [26], – точку на протилежному боці центра деферента від Землі, але на такій самій відстані від цього центра. Крім того, він припустив, що центри епіциклів планет обертаються з постійною кутовою швидкістю навколо екванта. Той факт, що Земля та еквант мають бути розташовані на рівній відстані від центра деферента, був виведений не на основі філософських передбачень. Ці відстані були задані як вільні параметри, для яких шукали значення, що давали можливість узгодити передбачення цієї теорії зі спостереженнями.

Однак між моделлю Птолемея та спостереженнями залишалися значні невідповідності. Як ми побачимо нижче, коли дійдемо до Кеплера в розділі 11, послідовне використання комбінації одного-єдиного епіциклу для кожної планети, а також ексцентру та екванта для Сонця й кожної планети може добре імітувати фактичний рух планет, включно із Землею, еліптичними орбітами, – достатньо добре, щоб ця імітація узгоджувалася з майже будь-яким спостереженням, яке можна зробити без телескопів. Але Птолемей не був послідовним. Він не використовував еквант, описуючи ймовірний рух Сонця навколо Землі; і це недолік, оскільки положення планет, прив’язане до положення Сонця, також заплутало передбачення щодо планетарних рухів. Як наголошував Джордж Сміт13, про дистанцію між давньою й середньовічною астрономією та сучасною наукою свідчить саме те, що ніхто після Птолемея, схоже, серйозно не сприймав ці невідповідності як привід намагатися створити кращу теорію.