Стивен Вайнберг - Пояснюючи світ

Порада для ідіоті в. А тим, хто надто дурний, щоб зрозуміти астрономічну науку, чи надто слабкий, щоб повірити Копернику, не підриваючи [цим] своєї віри, я би порадив, відкинувши астрономічні й розкритикувавши будь-які філософські вчення, які тільки заманеться, зайнятися своєю справою й забратися додому, щоб порпатися у власній купі гною17.

Перші два закони Кеплера нічого не казали про порівняння розмірів орбіт різних планет. Цей пробіл був заповнений у 1619 році положенням з твору Harmonices mundi («Гармонії світу»), що стало відомо як третій закон Кеплера18: «співвідношення між тривалістю циклів будь-яких двох планет точно дорівнює співвідношенню 3⁄2 між середніми відстанями» [43]. Це означає, що квадрат сидеричного періоду кожної планети (час, потрібний для повного оберту по її орбіті) пропорційний кубу довшої осі еліпса. Отже, якщо T – це сидеричний період у роках, а a – половина довжини довшої осі еліпса в астрономічних одиницях (а. о.), з визначенням 1 а. о. як половини довшої осі орбіти Землі, то третій закон Кеплера говорить, що співвідношення T 2/ a 3 однакове для всіх планет. Оскільки Земля за визначенням має T , що дорівнює 1 року, а a дорівнює 1 а. о., у цих одиницях вона має співвідношення T 2/ a 3, що дорівнює 1, тому (згідно із третім законом Кеплера) кожна планета також повинна мати T 2/ a 3 = 1. Точність, з якою сучасні значення відповідають цьому правилу, показана в таблиці нижче:

Відхилення від ідеальної рівності T 2/ a 3 для різних планет є наслідком дрібних впливів гравітаційних полів цих планет, що діють одне на одне.

Так і не позбувшись до кінця захоплення платонізмом, Кеплер намагався осмислити розміри орбіт, повернувшись до використання правильних багатогранників, описаних у «Таємниці світу». Він також грався з ідеєю Піфагора, що різні планетні періоди утворюють певну музичну шкалу. Подібно до інших вчених свого часу, Кеплер частково належав до нового світу науки, що лише зароджувався, а частково також до давнішої філософської та поетичної традиції.

Нарешті в 1627 році були завершені «Рудольфові таблиці». Створені на базі першого та другого законів Кеплера, вони були справжнім успіхом у точності проти попередніх «Прусських таблиць». Нові таблиці передбачали, що в 1631 році можна буде побачити проходження Меркурія (тобто можна буде побачити, як Меркурій проходить на тлі диска Сонця). Кеплер цього вже не побачив. Змушений як протестант учергове залишити католицьку Австрію, у 1630 році він помер у німецькому Реґенсбурзі.

Роботи Коперника та Кеплера стали підґрунтям геліоцентричної теорії Сонячної системи, що ґрунтується на математичній простоті та гармонійності, а не на її кращому узгодженні зі спостереженнями. Як ми вже бачили, найпростіші версії теорій Коперника та Птолемея роблять такі самі передбачення для видимих рухів Сонця та планет і доволі добре узгоджені зі спостереженням, тоді як удосконалення теорії Коперника, які запровадив Кеплер, могли би підійти й Птолемею, якби той використовував еквант та ексцентр не лише для планет, а й для Сонця, а також якби додав ще кілька епіциклів. Перший доказ, отриманий зі спостереження , що переконливо вказував на перевагу геліоцентризму над давньою Птолемеєвою системою, навів Ґалілео Ґалілей.

Ґалілей був одним із найвидатніших учених в історії, що стоїть в одному ряду із Ньютоном, Дарвіном та Ейнштейном. Завдяки створенню та активному використанню телескопа він здійснив справжню революцію у спостережній астрономії, а його вчення про рух створило парадигму для сучасної експериментальної фізики. Водночас його наукову кар’єру супроводжувала велика драма, про яку ми можемо тут розповісти лише стисло.

Ґалілей, син музичного теоретика Вінченцо Ґалілея, небагатого тосканського аристократа, народився в Пізі 1564 року. Закінчивши навчання у флорентійському монастирі, у 1581 році він вступив на медичний факультет Пізанського університету. Не дивно, що, як студент-медик, на цьому етапі свого життя він був послідовником Арістотелевого вчення. Пізніше Ґалілей перейшов на математику й упродовж деякого часу давав приватні уроки математики у Флоренції, столиці Тоскани. У 1589 році Ґалілея запросили повернутися до Пізи, щоб очолити там кафедру математики.

Працюючи в Пізанському університеті, Ґалілей почав вивчати тіла, що падають. Частина його роботи описана у книжці De Motu («Про рух»), яку він так і не опублікував. На противагу Арістотелю Ґалілей зробив висновок, що на швидкість важкого тіла, що падає, дуже мало впливає його маса. Є цікава розповідь про те, що Ґалілей перевіряв це, скидаючи різні важкі предмети з Пізанської вежі, але жодних доказів цього немає. Перебуваючи в Пізі, Ґалілей нічого не публікував про свою роботу з вивчення властивостей тіл, що падають.