Стивен Вайнберг - Пояснюючи світ

У теорії Птолемея було ще дещо, що не подобалося Копернику, крім її припасування та непевності щодо розмірів та порядку розташування планетних орбіт. Погоджуючись з авторитетною думкою Платона, що планети рухаються по колах із постійною швидкістю, Коперник відмовився від понять на кшталт екванта, який Птолемей використовував, щоб пояснити фактичні відхилення від кругових рухів за постійної швидкості. Натомість Коперник, як це робив ще Ібн аль-Шатир, додав ще епіциклів: шість для Меркурія, три для Місяця й по чотири для Венери, Марса, Юпітера та Сатурна. У цьому він не досягнув жодного покращення проти «Альмаґеста».

Ця робота Коперника ілюструє іншу періодично повторювану тему в історії фізичної науки: проста та красива теорія, що доволі добре відповідає спостереженням, часто ближча до істини, ніж складна й тому потворна теорія, що краще відповідає спостереженням. У найпростішому вигляді ідеї Коперника можна узагальнити так: усі планети, включно із Землею, обертаються з постійною швидкістю круговими орбітами, центром яких є Сонце, і без жодних епіциклів. Це відповідає найпростішій версії Птолемеєвої астрономії – з лише одним епіциклом для кожної планети, жодним для Сонця та Місяця й без жодних ексцентрів чи еквантів. Ці теорії не дуже точно відповідали всім спостереженням, адже планети рухаються не круглими, а майже круглими еліптичними орбітами, їхня швидкість лише приблизно постійна, а Сонце розташоване не в центрі кожного еліпса, а в якійсь точці, трохи зміщеній від центра, який називають фокусом (див. технічну примітку 18). Коперник міг би піти далі, увівши за прикладом Птолемея ексцентрик та еквант для кожної планетної орбіти, але тепер разом з орбітою Землі; тоді розбіжності зі спостереженнями були б дуже малі, щоб астрономи того часу могли її виміряти.

В історії розвитку квантової механіки є один епізод, який демонструє, наскільки важливо не надто перейматися дрібними розбіжностями зі спостереженням. У 1925 році Ервін Шредінґер розробив метод обчислення енергій станів найпростішого атома – атома водню. Його результати добре відповідали загальній картині цих енергій, але дрібні деталі його результатів, що враховували розбіжності механіки спеціальної теорії відносності з Ньютоновою механікою, не узгоджувались із точними вимірюваннями енергій. Якийсь час Шредінґер притримував свої результати, допоки мудро не вирішив, що створення загальної картини енергій – це суттєве досягнення, цілком варте публікації, а вже правильний розбір релятивістських ефектів може почекати. Кількома роками пізніше це зробив Пол Дірак.

На додачу до численних епіциклів Коперник увів також інше ускладнення, аналогічне ексцентрику Птолемеєвої астрономії. Центром орбіти Землі було взяте не Сонце, а якась точка на відносно невеликій відстані від Сонця. Ці ускладнення приблизно пояснювали різноманітні явища, наприклад різну тривалість пір року, яку виявив Евктемон, що насправді зумовлені тим, що Сонце розташоване у фокусі, а не в центрі еліптичної орбіти Землі, а швидкість руху Землі своєю орбітою не постійна.

Інше ускладнення, яке ввів Коперник, стало необхідним лише через непорозуміння. Коперник, схоже, вважав, що обертання Землі навколо Сонця надавало б осі Землі обертання впродовж року на 360° навколо напрямку, перпендикулярного площині її орбіти, приблизно як палець на кінці витягнутої руки танцюриста, що виконує пірует, робив би повний оберт на 360° навколо вертикального напрямку за кожного оберту танцюриста (можливо, на Коперника вплинула давня ідея, що планети переміщуються на твердих прозорих сферах). Звісно, напрям земної осі насправді істотно не змінюється протягом року, тож Коперник був змушений приписати Землі якийсь третій рух, додатково до її обертання навколо Сонця та навколо своєї осі, який майже компенсував би такий поворот її осі. Коперник припускав, що така компенсація має бути неідеальна, щоб земна вісь проверталася впродовж дуже багатьох років, зумовлюючи повільну прецесію рівнодень, яку відкрив Гіппарх. Після робіт Ньютона стало зрозуміло, що обертання Землі навколо Сонця насправді не має впливу на напрямок земної осі, крім малопомітних ефектів, що виникають унаслідок дії сили тяжіння Сонця та Місяця на екваторіальне здуття Землі. Тому (як стверджував Кеплер) жодна компенсація, яку запропонував Коперник, насправді не обов’язкова.

Але з усіма цими ускладненнями теорія Коперника все одно була простіша за теорію Птолемея, однак це було не надто помітно. Хоч Коперник не міг того знати, його теорія була б ближча до істини, якби він не переймався так епіциклами, а залишив невеличкі неточності теорії для їх узгодження в майбутньому.