03. Экскурс в историю физических картин мира

         «Если бы я, знаменитейший кавалер, владел плугом, пас стадо, обрабатывал
         сад или чинил одежду, то никто не обращал бы на меня внимания, немногие
         наблюдали бы за мной, редко кто упрекал бы меня, и я легко мог бы
         угодить всем. Но я измеряю поле природы, стремлюсь пасти души, мечтаю
         обработать ум и исправляю привычки интеллекта - вот почему кто на меня
         смотрит, угрожает мне, кто наблюдает за мной, нападает на меня, кто
         догоняет меня, кусает меня, и кто меня схватывает, пожирает меня; и это
         - не один или немногие, но многие и почти все.»

                Джордано Бруно «О бесконечности, Вселенной и мирах»


Как мы установили в предыдущей статье, каждая физическая теория имеет свой «срок годности». Проходит время, цивилизация приобретается новым опытом, и теория либо нечувствительна к нему, либо активно ему противоречит. За теорией с истекшим сроком годности всегда стоят конкретные люди, которые кормятся с неё и/или с её помощью отстаивают свою власть. Поэтому новой теории всегда приходится пробиваться в условиях жесточайшего сопротивления сильных мира сего.


Мы будем рассматривать не просто физические теории, а физические картины мира.


В отличии от «чистой» физики, как совокупности знаний, опирающихся в своих выводах на конкретный опыт, физическая картина мира формируется как результат экстраполяции этих знаний за пределы возможных в данную эпоху опытов и наблюдений. И астрономия в этом смысле является основой физической картины мира. Но она, картина, представляет собой не простую сумму экстраполяций, а результат их организации в новую, высшую систему, которой должны подчиняться все законы физики.


На рисунке, размещённом в начале статьи, изображены шесть картин мира, отличающиеся друг от друга парадигмой – главенствующей аксиомой об устройстве мира. Каждая такая картина имеет своё имя, имя Художника. Но надо понимать, что за ней стоит не один человек или группа исследователей, а вся цивилизация со своими запросами, своим развитием, своим совокупным знанием.
 
А вот непосредственный переход от парадигмы к парадигме обычно совершается путём научного подвига конкретного человека или небольшой группы людей. В эпиграфе, в знак признательности научному подвигу Джордано Бруно, вынесены его слова, отражающие конфликт между учёным-новатором и обществом. Он был наиболее ярким представителем борцов за истину. Католическая церковь его сожгла за ЕРЕСЬ 17 февраля 1600 года на площади Цветов в Риме.


Мы совершим небольшой экскурс по музею «картин мира», не ради простого любопытства, а для того, чтобы вынести из него нечто новое для себя. ИСТОРИЦИЗМ – это один из принципов познания. И вы убедитесь, что если картины рассматривать не просто так, а с точки зрения некоторого критерия, то картины оживают, и рассказывают значительно больше, чем при простом созерцании.
Мы будем рассматривать картины через увеличительное стекло критерия ИСТОРИЧЕСКОЙ ИСТИННОСТИ физических теорий.


Напомним, что исторической истинностью обладают теории, которые удовлетворяют следующим условиям:


1. Теория по критерию ПЛМ относится к классу 111, то есть она появилась в результате строгой последовательности исследовательских действий «практика-> логика-> математика», и для каждого из них имеет признак 1. Это значит, что получены (или уже имеются) корректные данные наблюдений и измерений (П=1), которые правильно интерпретированы, обобщены, и сведены к совокупности аксиом (Л=1). А последние переведены на язык математики, которая в результате расчетов показала, что теория не противоречит данным новых наблюдений (М=1).


2. Аксиоматика физики, с учетом аксиом новой теории, остается неполной по Геделю, незамкнутой. То есть она неспособна ответить на все вопросы, относящиеся к физике, но её выводы не противоречат выводам других аксиом и наблюдаемым данным. Неполнота аксиоматики – это открытый путь движения к истине, а стремление её непременно замкнуть – это путь к ошибке. Невозможно ответить на все вопросы сразу: понимая это, необходимо вовремя остановиться, оставив открытой дверь для исследований будущим поколениям.


Исторически истинной теория будет оставаться до того момента времени, пока не вступит в противоречие со вновь наблюдёнными данными. Противоречие опытным данным – это смертный приговор любой теории! Её можно смело вычёркивать из списка истинности.
 
Но рано или поздно для каждой теории наступит момент, когда новые наблюдённые данные она, в соответствии со своей тематикой, объяснить не сможет. Именно это направление исследования и является направлением развития, но никак не отрицания, исторически истинной теории.
 

Отправляясь в прошлое человеческой цивилизации необходимо помнить, что мы будем иметь дело не с «недостаточно развитыми» людьми, а с недостаточно развитыми цивилизациями. Поэтому рассматривая ментальные конструкции цивилизаций прошлого надо помнить, что её представители не обладали большей частью тех знаний и понятий, которые доступны нам сегодня.

Например, для того, чтобы математически описать движение светил по небосклону необходимо, как минимум, иметь представления о пространстве и времени. Геометрия (гео – земля), как наука, без которой невозможно осуществлять пространственные ИЗМЕРЕНИЯ, сформировалась в трудах Евклида только в III веке до нашей эры. Хотя её первые признаки находят в трудах, относящихся к III тысячелетию до нашей эры. Так же невозможно проводить измерения движения светил без средства измерения времени - часов. Упоминание о солнечных часах относится ко временам древнего Египта (II тысячелетие до н.э.). В древней Греции они стали известны в VI веке до нашей эры. Именно тогда древние греки ввели понятие «часа». До этого существовали «Оры» — богини времён года.
Учитывая эти особенности, мы отправляемся в прошлое.



Итак, прошу в первый зал. Здесь мы на долго не задержимся.


В лице Индии мы рассматриваем весь мир древних цивилизаций от самых древних до III тысячелетия до н. э. Её картина мира среди прочих картин хотя и является самой экстравагантной, но более понятна современному человеку.

Индия была окраиной древнего мира, страной чудес и загадок; её история остаётся загадкой до сих пор. Индийцы знали письменность, но предпочитали передавать знания из уст в уста. Брахманы (дважды рожденные, прошедшие посвящение) читали наизусть тысячи строк из вед, обращенных к богам, и целые поэмы, воспевавшие древних героев.


Поэтому представления о картине мира народов древней Индии дошли до нас в виде преданий, отличающихся друг от друга деталями.  Индийцы верили (1), что Земля - это полусфера (в других преданиях - плоскость с огромной горой в центре), которая расположена на трёх (четырёх) слонах. Они, в свою очередь, стояли на панцире огромной черепахи, которая находилась в змеином кольце. Индийцы считали, что опорой всему было множество голов змеи Шеши, которая покоилась на поверхности Мирового океана.


Перечисленные животные символизируют природные явления: слон олицетворяет природную мощь, спокойствие, мудрость и благоразумие. Черепаха объединяет земной и небесный миры. А змея представляет собой неизменное движение.


Первая картина мира в соответствии с нашим критерием относится к классу 000. Подобных картин-мифов разных народов древнего мира существует большое множество. Их объединяет одно: желание человека понять мир в условиях отсутствия мало-мальски значимой астрономической практики (П=0).

 
Может быть древние индийцы были глупы? Не думаю! Попробуйте запомнить тысячи строк (в одной тысячи строк не менее 30 страниц) текста наизусть. Немногим это удастся. Просто это поучительный пример тем, кто пытается создать теорию с нуля, не опирающуюся на существующий опыт и знания цивилизации. Ничего, кроме «слонов на черепахе», создать не удастся.


Переходим во второй зал и попадаем в древнюю Грецию.


Потребности развития мореплавания в VI в. до н. э., в связи с освоением древней Грецией многочисленных колоний, привело к развитию астрономии.

Первый из известных нам астрономов древности, устроивший обсерваторию в виде наблюдательной площадки на горе Ида (остров Крит), был Клеострат (вторая половина VI в. до н. э.). С именем другого астронома, Метона (V в. до н. э.) связывают одно из выдающихся открытий древней науки: согласование двух несоизмеримых величин – Лунного месяца и Солнечного года. Именно их имена связывают с началом научных астрономических наблюдений и измерений.


Вполне естественно, что наблюдения и измерения производились в системе отсчета, связанной с неподвижной Землей. А поскольку предыдущего опыта и его анализа не существовало, то ежедневно наблюдаемые факты движения звезд и светил по небосводу должны были привести к первой научной картине мира в виде геоцентрической системы.

При рассмотрении картин мира древних цивилизаций вплоть до XVII века, необходимо учитывать их философию бытия. Для древних цивилизаций окружающий мир делился на верхний (надлунный) и нижний (подлунный) миры. Нижний, несовершенный мир – это мир людей, а верхний – это совершенный мир, мир богов. Поэтому всё, что касается неба должно быть совершенным и представлять собой мир полной симметрии! Исходя из этих представлений, небесные объекты должны быть точками, или сферами. А движение небесных светил и звезд должно было осуществляться по такой траектории, как окружность, и никак иначе. И хотя, начиная с некоторых пор, древние цивилизации уже знали о существовании такой кривой, как эллипс, но они и допустить не могли, чтобы боги пользовались такой несовершенной штукой.
Поэтому непреложной аксиомой для древних цивилизаций было представление о том, что небесные светила движутся по окружности!



По-видимому, первое систематическое описание движение небесных тел представил Евдокс (V - IV в. до н. э.). Его модель (2) включала неподвижную Землю, относительно которой вращались сфера неподвижных звезд и сферы подвижных светил, к числу которых относились пять известных планет, Луна и Солнце. Движение подвижных светил описывалось с помощью системы вложенных друг в друга гомоцентрических сфер, вращающихся вокруг различно ориентированных осей с разными скоростями. Всего в модели Евдокса было 27 сфер.

 
Модель мира Евдокса усовершенствовал его ученик Каллипп (IV в. до н. э.). Он добавил для внутренних, «строптивых» планет – Марса, Венеры и Меркурия – ещё по одной сфере, а для Луны и Солнца, с их явно неравномерным движением, даже по две, доведя общее число сфер до 34.


Логическим пределом геоцентрической системы мира Евдокса стала модель Аристотеля (конец IV в. до н. э.). Но она была не очередным уточнением модели, а частью его универсальной естественнонаучной системы Природы. Аристотель поставил цель: понять и объяснить окружающий мир, исходя из наблюдений и опыта, изгоняя всякий вымысел.

Он дал четкое определение понятий пространства и времени. Пространство он определил, как нечто, что заполнено материей. За пределами материальной Вселенной не существовало и пространства. Время по Аристотелю – «есть мера движения, и нет движения без материи».

То, что у предшественников было моделью, у Аристотеля стало реальным механизмом движения небесных светил. В силу этого, сферы Архимеда стали объектами из прозрачного хрусталя, где вращение внутренних сфер осуществлялось за счет увлечения их эфиром в результате вращения внешних сфер.

Мы не будем подробно останавливаться на рассмотрении картины мира Аристотеля. При желании её можно найти в его труде «О небе». Здесь же отметим, что для достижения гармонии в системе мира Аристотеля было уже 56 сфер.

Картина мира Аристотеля была настолько убедительной и красивой, что без изменений просуществовала до XVII века. Но в практическом плане она оказалась абсолютно бесполезной, поскольку её математическая реализация в то время была невозможна, а сегодня – бессмысленна.


Поэтому по нашему критерию ПЛМ картину мира Аристотеля можно отнести к классу 100. Несмотря на наличие большого объема наблюдений и измерений, скопившихся за два столетия (П=1), их логическое представление в виде геоцентрической парадигмы, как теперь мы знаем, было ошибочным (Л=0). Ну, а невозможность математического описания не позволяет поставить ей другой оценки, кроме М=0.


Теперь переходим в третий зал, в зал заката древнегреческой культуры.


Потребности навигации и составления точных календарей по-прежнему нуждались в разработке такой картины мира, которая математически была бы реализуема.

К середине II в. до н. э. греческая наблюдательная астрономия достигла точности измерений углов в единицы минут. С учетом геометрического направления развития её математики создались благоприятные условия для прогресса теоретической астрономии, который был связан с именем Гиппарха.


Гиппарх описал видимое движение Солнца и Луны путём введения в их круговые орбиты нового элемента - эксцентрика. Это позволило ему настолько точно описать их движение, что солнечные и лунные затмения он мог предсказывать с немыслимой для того времени точностью в 1-2 часа.


 За теорию движения планет Гиппарх не брался сознательно, считая имевшегося тогда материала наблюдений недостаточным. Но он продолжал наблюдать планеты и уточнял средние периоды их обращения, чем в последствии воспользовался Птолемей.


Во II-I вв. до н. э. древнегреческая наука переживала упадок. Её ослабляли раздоры эллинистических государств, и власть Рима, под которую Греция попадала всё больше. С 27 года до н. э. она официально стала её провинцией. И тем не менее ещё на протяжении двух веков греческая культура определяла научный облик Рима.
 
Начатое Гиппархом математическое описание движения небесных тел на основе геоцентризма (3) было развито и завершено александрийским астрономом и математиком Клавдием Птолемеем (I – II вв. н.э.). Фундаментальный труд Птолемея «Большое построение», известный в результате искажения перевода названия арабскими астрономами, как «Альмагест», получил широкую известность уже при жизни её автора. Эта теория, наконец, позволила разрешить насущные вопросы навигации и составления точных календарей.  Его справедливо относят к числу наиболее важных книг, созданных за всю историю науки.


Если очень коротко, то Птолемей ввел в модель лунного движения Гиппарха (по эксцентрику) дополнительное движение по эпициклу, а центр деферента (гиппархов эксцентрик) заставил обращаться вокруг Земли, что позволило вычислять положение Луны с ошибкой менее 10 секунд!

Логику лунного движения он перенёс на все планеты. Движение каждой планеты моделировалось с помощью целой системы деферентов и эпициклов, так что каждый следующий эпицикл служил деферентом для более высокого эпицикла. Для объяснения причины неравномерности угловой скорости движения небесных светил, недопустимой для идеального, кругового движения, вводится очередная гипотеза-аксиома о существовании эквантов – точек, относительно которых такое движение светил является равномерным. По мере увеличения точности расчета, количество окружностей в виде эпициклов и деферентов непрерывно увеличивалось. После смерти Птолемея эту работу в основном выполняли астрономы Арабского Востока и Средней Азии. К концу эпохи геоцентрической системы мира их число достигло 77. И это на пять наблюдаемых планет, Луну и Солнце!


 Если не вдаваться в подробности, то суть работы Птолемея заключалась  в аппроксимации наблюдаемой траектории движения каждой планеты (как некоторой функции времени) с помощью набора "идеальных" круговых движений и подбора эквантов – точек, относительно которых такие движения осуществлялись. Поэтому точность определения угловых координат нахождения планеты была очень высока для того времени. Но поскольку угловые модельные движения завязаны на линейное движение относительно наблюдателя: удаление – приближение, то здесь всё обстояло далеко не безоблачно. Например, видимый диаметр Луны при движении вокруг Земли должен был меняться по теории в два раза. В действительности он меняется всего на 15%.


Но это нисколько не смущало Птолемея, поскольку свою работу он считал не физической картиной мира, а инструментом математического расчета. Картиной мира её стали считать потомки, направляя свой гневный взгляд на сложность теории. В одном историческом анекдоте говорится о том, что будущий король Испании Альфонс Х, еще не будучи королём, изучая систему мира Птолемея, заметил, что если бы Господь Бог, создавая мир, посоветовался с ним, то он порекомендовал бы устроить мир попроще.


Картина мира Птолемея прослужила верой и правдой человечеству около полутора тысячи лет! На сегодняшний день нет более успешной теории – долгожителя. Альмагест был переведен на многие языки и служил учебником астрономии во многих странах мира. Каждый уважающий себя ученый Арабского Востока и Средней Азии считал своим долгом написать комментарий к «Альмагесту».


Несмотря на высказанные выше похвалы в адрес «Альмагеста», внимательный читатель может понять, что по критерию ПЛМ теорию можно отнести только к классу 101. То есть «Альмагест» не является исторически истинной теорией.


Как так получилось, что неистинная теория позволяла получать истинные, точные результаты? Историческое погружение в прошлое с критерием ПЛМ позволило нам понять причину этого обстоятельства.


Ошибка, допущенная при интерпретации и обобщении данных наблюдений (Л=0), тем не менее, позволяет на основе ошибочной модели, как некотором операторе, получать путём итерационных приёмов аппроксимацию искомой функции с любой, наперед заданной точностью. В этом случае, ложная картина мира обладает следующими особенностями:


1. Она замыкает все исследования на самою себя в силу постоянной необходимости  устранений  отклонений теории от новых наблюдаемых данных.


2. Она создаёт ложное ощущение близости к завершению процесса познания мира, заграждая своими постоянными "мелкими" проблемами реальные проблемы познания мира. Другими словами, ошибочная парадигма  не позволяет физикам увидеть реальный мир и реальные проблемы познания.


3. При тщательном исследовании теории на истинность она обязательно обнаруживает «парадоксы» - необъяснимые с её точки зрения противоречия теории опытным данным.


Вот на этой ноте мы и закончим первую часть нашей экскурсии.

                http://proza.ru/2023/02/21/242