Главная » Астрономия как наука » Астрономические корни современного естествознания
Астрономические корни современного естествознания
 Уникализировать текст |
Обобщение опыта использования геометрических схем на небосводе и живописных образов земных предметов привело к появлению письменности и искусства счета. Например, схематическое изображение созвездия Тельца
послужило прообразом звука «А» в языках племен индоевропейской группы.Символ «0» ноль, который ввели древние индийцы в 3-м тысячелетие до н.э. Символизировал замкнутый путь всех предметов во Вселенной, подобно тому как замкнутые видимые пути небесных светил. Согласно мифологии индийцев, все предметы рождаются из вечной пустоты и исчезают в ней. Вселенная - это проявленная пустота. Ноль означает пустоту -- начало и конец Вселенной. В записи десятичных дробей, открытых древними индийцами символ «0» использовался для обозначения пустого десятичного разряда.
На протяжении тысячелетий прикладная астрономия составление календаря и суточный счет времени - определяла роль астрономии в обществе. Календари всех древних народов Двуречья, Китая, Египта, полуострова Юкатан, Сибири представляют собой прогноз смены фаз Луны, восходов и заходов светил и перечисления возможных стихийных бедствий, а также сельскохозяйственных работ, соответствующих временам года. Эти календари позднее назвали астрологическими книгами.
Необходимость уточнения прогноза стимулировала развитие методов астрономических наблюдений: строительства специальных площадок на крышах храмов, создание угломерных инструментов, развитие арифметики и геометрии.
Введение 60-ричной системы счисления связано с наблюдениями за перемещением светил. Жрецы цивилизации шумеров в Двуречье (3 тыс. до н.э.) использовали верхнюю площадку пирамидального храма для астрономических наблюдений. Она находилась на высоте около 40 метров и имела форму квадрата со стороной 11,5 м. В этот квадрат вписывается окружность радиуса 5,7 м. Длина окружности равна примерно 36 м, и ее можно разделить на 360 частей, длина каждой части будет порядка средней ширины ладони человека 10 см. Каждую такую часть можно разделить на 60 долей, причем из центра окружности одна доля будет видна под углом в 1 градус. Этот угол равен средней разрешающей способности человеческого глаза. Таким образом, шумерские астрономы наблюдали за движением светил с точностью до одной угловой минуты. Они считали, что Солнце делает за год 360 шагов по кругу и каждый шаг равен двум видимым угловым диаметрам светила. Солнечный шаг стал прообразом градусной меры: слово «градус» на латинском языке означает «шаг». Считается, что Солнце «шагает» равномерно и рассчитывая эфемериды Солнце, шумерские жрецы открыли арифметическую прогрессию и правило пропорции. Понятие относительности движения появилось тоже в этих расчетах, так как жрецам пришлось ввести два перемещения Солнца. Одно - суточное - относительно Земли, второе - годичное - относительно звездного неба.
Искусство счета совершенствовали исторические наследники шумеров ассирийские и вавилонские жрецы. Они открыли дроби и геометрические прототипы тригонометрических функций (VIII-VII вв. до н.э.).
Египетские астрономы в своих построениях использовали дуги и ломаные. В конце концов, они открыли свойства равнобедренных треугольников и то, что диаметр делит окружность пополам (VII в. до н.э.).
Положительная практика применения астрологических прогнозов формировала представления о взаимосвязи земных и небесных явлений. Однако, авторы календарей еще не могли объяснить наглядно, почему происходит смена фаз Луны и затмения Солнца, почему жизнедеятельность растений, насекомых и других существ связана с циклом лунных фаз. Астрологический прогноз имел мистический характер, а его исполнение подтверждало мифологическую картину мира.
По-видимому, ощущение присутствия богов казалось столь реальным, что для описания происходящих событий допускался только возвышенный стихотворный стиль.
Стихи использовались в астрономических книгах, в юридических трактатах, в бытовой переписке. Астрология, возбуждая фантазию, способствовала развитию языка и поэзии. Интересно, что в началах юридического права шумеров в качестве символов справедливости, добра и мудрости были выбраны Солнце, Луна и звезды соответственно.
Накопление данных астрономических наблюдений и развитие геометрических методов их описания, в конце концов, позволило к середине 1-го тысячелетия до н.э. Выделит сферическую симметрию как фундаментальное свойство космоса. Описывая эту симметрию. Жрецы сравнивали се с красотой и гармонией.
Сферическая симметрия была с одной стороны, простым понятием, которое человек мог воспроизвести в предметах быта. С другой стороны, кажущаяся всеобщность симметрии подталкивала к мысли, что именно она и есть самое главное в загадочном замысле творца.
Пифагор (VI в. до н.э.) одним из первых принял симметрию или гармонию в качестве главного принципа мироустройства. На этом принципе базируется теория музыки Пифагора. В симметрии западной и восточной элонгации Утренней и Вечерней звезд древних греков Пифагор увидел доказательство того, что эти звезды есть одно светило Венера. Ученик Пифагора Филолай предложил модель Космоса, в которой все подчинялось сферической симметрии: небесные тела и Земля есть шары, их движение сферически симметрично относительно центра божественного огня.
Последователь пифагорийцев Парменид (V в. до н.э.) понял, что приняв постулат о гармонии, придется отказаться от произвольных ссылок на деятельность богов, так как все модели явлений должны быть непротиворечивыми. Если есть явления, которые можно объяснить естественными причинами, то и для всех таинственных и непонятных явлений надо искать естественное объяснение. Фактически Парменид перешел от мифологического мировоззрения к физическому, поэтому его называют первым физиком. Парменид ввел понятие тепловых поясов, используя геометрические условия прохождения Солнца через зенит.
Большинство древнегреческих мыслителей участвовало в создании гражданских кодексов полисов. Собственно этим ограничивалось прикладное значение их размышлений и наблюдений. Замечательно, что в каждом кодексе есть основной принцип гармонии: равенство граждан перед законом. Только этот принцип, по мысли философов, позволил бы достичь такого совершенства общественных отношений, которое было бы подобно совершенству звездного неба.
Попытки понять происхождение гармонии Вселенной привели к открытию закона единства и борьбы противоположностей (Гераклит Эфесский V в. до н.э.), гипотезы атомизма и детерминизма (Анаксагор, Эмпедокл, Демокрит V-IV вв. до н.э.). Платон считал, что законы симметрии определяют свойства Вселенной в большом и малом. Он пытался объяснить различие веществ тем, что их атомы обладают разными типами симметрии (платоновы тела). Аристотель (IV в. до н.э.) учил, что задача каждой науки состоит в обнаружении соответствующей гармонии природы. Гипотезу о сферичности Земли использовал Эратосфсн в (III в. до н.э.), предложив методику определения се размеров и измерив их.
В эпоху античности астрономия была одной из самых популярных наук. В среде образованных людей обсуждались модели космоса и философские принципы устройства Вселенной. На площадях греческих городов устанавливались солнечные часы, имевшие также и художественную ценность. По приказу Александра Македонского придворный поэт Арат написал поэму «Явления» о созвездиях и планетах (III в. до н.э.).
Астрономия перестала быть таинственной наукой жрецов, ее изучают все, кто учился в академиях Платона и Аристотеля. В результате изменилось мировоззрение греков: сфера деятельности богов была отодвинута далеко от Земли. Согласно Аристотелю, существует «подлунный мир», который следует объяснять физическими причинами, и есть совершенный мир - космос, где царит гармония и обитают боги. Причем наблюдаемые планеты уже не символизировали богов. Аристотель поставил задачу объяснения движения планет физическими причинами.
Общим для всех древних цивилизаций - поиск гармонии мира через астрономические наблюдения, поэтому не удивительно, что изучению астрономии придавали огромное значение, и в Древней Греции ее приравняли к одному из вид искусств и персональная богиня Урания покровительствовала ей.
Закат античной науки начался во II—III вв. н.э., и был обусловлен тем, что научные открытия имели значения только для образованной части общества и никак не изменяли производительных сил. Жизнь свободных граждан обеспечивали рабы, которых добывали в войнах. Римской империи нужна была только военная наука, а не рассуждения об устройстве Вселенной.
В эпоху становления христианства (V-VII вв.) население Западной Европы было занято междоусобными и религиозными войнами. Ни астрономией, ни другими науками никто не занимался. В монастырях монахов обучали только арифметики и латинскому языку. Календарный счет дней практически не согласовывался с данными астрономических наблюдений.
Первые признаки возрождения появились при императоре франков Карле Великом. В 782 г. он создал придворное общество ученых монахов - знатоков сочинений древних авторов. По инициативе этого общества при монастырях открыли школы, в которых обязательными предметами были арифметика. Латинский язык и астрономия.
В IX в. на латинский язык был переведен астрологический трактат величайшего античного астронома Клавдия Птолемея «Тетрабиблос». Интерес к астрологии сыграл историческую роль - он привел к возрождению интереса к исследованиям в области астрономии, медицины, химии, физики и геометрии. В ХП-ХШ вв. в европейских монастырях и университетах начали переводить и изучать труды Евклида, Архимеда, Аристотеля, Гиппарха, Птолемея. Первая астрономическая обсерватория в Европе была построена в XIII в. при короле Кастилии Альфонсе Мудром.
Развите методов схоластики за десять веков средневековья привело к формированию логики как метода теоретического осмысления опыта. Среди ученых монахов популярными методами доказательства становились мысленные эксперименты, а не ссылки на канонизированные труды Аристотеля. Однако при расчете эфемерид небесных светил ни схоластика, ни мысленные эксперименты не нужны, но необходимы прямые астрономические наблюдения и опыт использования математики. Именно астрономия способствовала возрождению экспериментальных исследований в самых разных областях науки.
В XIV в. астрономию включили в число предметов факультета свободных искусств университетов. Этот факультет был обязательным во всех университетах.
Астрономия сыграла фундаментальную роль в научной деятельности основоположников современной науки. Николай Коперник, предлагая гелиоцентрическую модель планетной системы в XVI в., руководствовался фактически необходимостью улучшения календаря. С современной точки зрения значение его книги «О вращении небесных сфер» состоит в том, что, во-первых, в ней продемонстрировано как можно существенно упростить математические расчеты, изменив систему отсчета. Во-вторых, в его рассуждениях о вращении Земли содержатся интуитивные представления о законе инерции и законе сохранения импульса. Наконец, в-третьих, Коперник полагал, что свойства притягивать тела характерно не только для Земли, но и для других небесных светил. Вера Коперника в постулат о сферической симметрии космоса помешала ему ввести эллиптические орбиты для планет, хотя в его черновиках есть рисунки с такими орбитами.
Заметим, что исторический вклад Коперника в науку не ограничен только астрономией. Он первый описал важнейшее явление экономики общества, которое теперь мы называем инфляцией.
Во второй половине XVI в. работал знаменитый астроном Тихо Браге. Он стал основоположником прецизионных астрономических наблюдений.
Обработка многолетних рядов наблюдений Браге за перемещением Солнца и Марса позволила Иоганну Кеплеру открыть три закона движения планет в начале XVII в. Вся научная деятельность Кеплера была освящена верой в гармонию мира. В своих расчетах и моделях он использовал симметрию сферы и правильных многогранников. Его методы анализа строения снежинок стали предтечей современных методов симметрии, используемых в физике и химии. Кеплер развил идеи Архимеда о вычислении площадей фигур с помощью заполнения их правильными многогранниками. Фактически он уже умел вычислять простейшие интегралы, которые позднее открыл Ньютон и Лейбниц. Очень важен вклад Кеплера в анализ свойств инерции. До него, следуя Аристотелю, считали, что инерционным или бессиловым движением обладают только небесные тела, свободно парящие в эфире. Казалось очевидным, что это движение есть равномерное движение по окружности, поскольку таково видимое перемещение планет. Этого же представления придерживался современник Кеплера Галилео Галилей. Галилей определял свойство инерции как способность сохранять состояние равномерного движения. Кеплер первый понял, что инерционное движение это равномерное движение по прямой. Он утверждал, что движение планет по эллипсам связано с силовым воздействием на них Солнца. Пытаясь понять как осуществляется это воздействие, Кеплер открыл закон изменения освещенности при удалении от источника света. Он использовал свойство сферической симметрии пространства. В этом случае освещенность пропорциональна плотности лучей света, которые пересекают сферу, окружающую источник. Полное число лучей сохраняется, поэтому их плотность обратно пропорциональна квадрату радиуса сферы. Кеплер экспериментально проверил открытый им закон.
Обдумывая свойства инерционного движения и закон для освещенности, Кеплер сформулировал проблему, которую теперь называют фотометрическим парадоксом. Замечательно то, что решение проблемы, предложенное Кеплером, фактически, совпадает с принятым сегодня: фотометрического парадокса нет, если число звезд в единице объема бесконечной Вселенной невелико.
Роль астрономии в научной деятельности Исаака Ньютона огромна. Его труд «Начала натуральной философии» (1687) посвящен объяснению трех законов Кеплера с помощью закона тяготения. Знаменитые теперь три закона динамики Ньютон сформулировал в виде лемм в водной части «Начал». Можно сказать, что астрономические наблюдения Тихо Браге оказались тем фундаментом, на котором была построена теория тяготения.
Математический аппарат дифференцирования и интегрирования был открыт Ньютоном в процессе исследования свойств оптических линз и зеркал для телескопов.
Бурное развитие экспериментальной физики в XIX в. привело к открытию эффекта Доплера, фотографии, спектрального анализа, законов электромагнетизма. Эти открытия перевели астрономию на астрофизические «рельсы». Высокоточные астрономические наблюдения, требовавшие строгой математической обработки подвели вплотную Тихо Браге и Иогана Кеплера к идеям теории вероятности, которая только только начала зарождаться в их эпоху. Но уже в середине XIX в., разработанная, известным астрономом Дж. Гершелем теория ошибок измерений и доказательство им закона распределения случайных ошибок измерений не была оставлена без внимания Максвеллом и, по-видимому, послужило ему при открытии своего закона распределения частиц по скоростям фундаментального закона статистической физики.
К началу XX в. физическая картина мира казалась почти завершенной. Окрыленное успехами XVIII-XIX вв. сообщество ученых верило, что в бесконечной Вселенной происходят процессы, подчиняющиеся уже известным физическим законам. Задача науки это решение прикладных проблем. Правда, эту спокойную картину нарушали «небольшие» астрономические проблемы: объяснение спектров звезд, проблема трех тел, строение и энергетика Солнца, ненаблюдаемость светоносного эфира, фотометрический и гравитационный парадоксы, парадокс «тепловой смерти Вселенной».
История науки XX в. повторила сюжет эпохи Возрождения. Именно попытки решения этих астрономических проблем изменили фундаментальную основу всех наук. В результате появились теория относительности, квантовая механика и теория динамического хаоса, открыты нестационарность Вселенной и ядерные источники энергии, сформулирован антропный принцип, началось освоение человеком ближнего космоса.
Сейчас в конце XX в. фундаментальным понятием физики и математики является понятие симметрии. Для описания физических полей используют фазовые множества, которые обладают симметрией сферы или тора. Сами эти множества ненаблюдаемы, зато, согласно теореме Нетер, наблюдаются следствия их симметрии в виде различных законов сохранения (энергии, импульса, момента импульса, заряда). По-видимому, вращательная симметрия, впервые замеченная древними астрономами, определяет структуру Вселенной на всех масштабах от элементарных частиц до звезд и скоплений галактик.
Итак, опыт развития мировоззрения свидетельствует о том, что поступательное развитие цивилизации определяют астрономические исследования. Этот вывод становится очевидным, если вспомнить, что все формы жизни, в том числе и разумной, взаимосвязаны друг с другом, с планетой, на которой они появились, со звездой, которая обогревает планету, наконец, со всей Вселенной, эволюция которой привела к рождению звезд и нас с вами, изучающих эту Вселенную.
Из приведенного краткого исторического анализа видно, что большинство существующих фундаментальных физических теорий, математика, химия, география в значительной степени определялись развитием астрономии. Поэтому, чтобы понять их в полной мере необходимо знать астрономию.
« назад
Оглавление
вперед »
Роль астрономии в формировании материалистического мировоззрения « | » Народнохозяйственное значение астрономии
Роль астрономии в формировании материалистического мировоззрения « | » Народнохозяйственное значение астрономии
 Похожие работы: |
|
 Воспользоваться поиском |
| Учебники по данной дисциплине |
|
 Звездное небо, созвездия, небесная сфера Горизонтальная система координат Астрономия - лекции |