Статья: Коперник и восприятие его идей в ХХ в.

Фок пишет: "Вопрос о том, можно ли отдать гелиоцентрической системе решительное предпочтение перед геоцентрической, тесно связан с вопросом о существовании привилегированных систем отсчета. <...> Существование в механике Ньютона привилегированных (а именно инерциальных) систем отсчета решает спор между сторонниками системы Коперника и сторонниками системы Птолемея в пользу Коперника.

С появлением в 1916 г. общей теории относительности Эйнштейна этот давно заглохший спор снова оживился: в новой теории стали усматривать доводы в пользу <...> того, что обе системы - Коперника и Птолемея - равноправны. Так, в книге Эйнштейна и Инфельда "Эволюция физики" мы читаем: "Можем ли мы сформулировать физические законы таким образом, чтобы они были справедливыми для всех систем координат, не только для систем, движущихся прямолинейно и равномерно, но и для систем, движущихся совершенно произвольно по отношению друг к другу? Если это можно сделать, то наши трудности будут разрешены. Тогда мы будем в состоянии применять законы природы в любой системе координат. Борьба между воззрениями Птолемея и Коперника, столь жестокая в ранние дни науки, стала бы тогда совершенно бессмысленной. Любая система координат могла бы применяться с одинаковым основанием. Два положения - "Солнце покоится. Земля движется" и "Солнце движется, а Земля покоится" - означали бы просто два различных соглашения о двух различных системах координат. Мы могли бы построить реальную релятивистскую физику, справедливую во всех системах координат, физику, в которой имело бы место не абсолютное, а лишь относительное движение? Это в самом деле оказывается возможным".

В книге Макса Борна по теории относительности сказано: "С точки зрения новой теории Эйнштейна, системы Птолемея и Коперника равноправны: обе точки зрения дают одинаковые законы природы". Советский физик А.А. Фридман (умерший в 1925 году) приводит в одной своей популярной книге следующие слова из басни Ломоносова: "Кто видел простака из поваров такого, который бы вертел очаг вокруг жаркого?", - как бы желая этим сказать, что с появлением общей теории относительности из всех доводов в пользу системы Коперника остался только тот, который формулирован в приведенных словах басни"17 .

Подтверждая совпадение процитированного Фоком с оригиналом, добавим слова Фридмана, опущенные Фоком: "Невозможно решить, кто прав - Птолемей или Konepник; невозможно, если, конечно, не прибегать к раз и навсегда оставленным в настоящей статье принципам целесообразности, экономии мышления и т. п. Одно из остроумнейших доказательств правильности коперниковой системы приведено в следующем стихотворении Ломоносова... (здесь приводится известная басня Ломоносова с мнением повара о подвижности Земли. - С. Т.). Принцип целесообразности ясно пpoглядывается в этих остроумных словах"18 .

Итак, в XX в. доказательства Коперника и его последователей предаются забвению, одно из двух хрестоматийных доказательств (звездная аберрация) оспаривается. С точки зрения корифея современной космологии, защитить коперниковскую систему может только остроумие. Видимо, не случайно в XX в. весьма своеобразное остроумие нередко заменяет физикам ответ на вопросы, оно вместе с парадоксами и абсурдами включается в систему научных доказательств (теория абсурдна потому, что абсурдна природа, утверждает Фейнман19 ); причем для популярной литературы упомянутые "доказательства" считаются достаточными.

Возвратимся к началу длинной цитаты из доклада Фока, где решение вопроса в пользу Птолемея или Коперника он ставит в зависимость от "существования" абсолютного пространства, отождествляемого с привилегированной системой координат. Заметим, что существование конкретной системы отсчета (или системы координат - СК, иногда называемой также "метрическим пространством") отличается от существовании Земли, Луны, тел, человека - конкретных предметов, поскольку системы координат создаются, организуются или, как говорят, "строятся" астрономами, использующими природные тела. Конечно, они создаются, сообразуясь с материалом природы - с поведением тел, но таким образом, который наиболее удобен для решения конкретной задачи. (Признание гелиоцентрической системы не повлекло за собой отказа от геоцентрической и даже от топоцентрических СК, которые всегда служили и используются до сих пор для решения задач, например при определении астрономического времени.)

Фок, как и все физики XX в., говорит об "объективном существовании" - существовании в природе привилегированных систем отсчета - абсолютного пространства, и хотя он иначе ставит вопрос, чем, например, Лоренц, его рассуждения связаны с той же проблемой, которая до сих пор волнует физиков и о которой мы писали выше: как найти в природе такую СК, в которой движения всех тел были бы окончательными. Многие ученые ошибочно полагают, будто Ньютон признавал существование такой "окончательной" системы отсчета, опираясь, вероятно, на приведенный Ньютоном пример с кораблем20 , тогда как им следовало бы обратить внимание на предостережение Ньютона: "Может оказаться, что в действительности не существует покоящегося тела, к которому можно было бы относить места и движения прочих"21 . Отсюда видно, что, понимая невозможность отождествления природы и математики, Ньютон не отказывается от последней, а следовательно, и от идеальных, абстрактных понятий - таких, как абсолютное движение и абсолютное пространство (СК).

Представляется очевидным: современным физикам следует познакомиться с теми конкретными системами координат, которые создают астрономы, для начала хотя бы с той системой координат, которой пользовался Ньютон.

Среди физиков во второй половине XIX в. бытовало мнение о существовании неподвижного эфира; мысли о возможности отождествления этого эфира (неоэфира, вакуума) с системой координат, которую он "материализует" (такова современная терминология), высказываются до сих пор. Если Пуанкаре, а затем и физики-релятивисты отрицают возможность использования среды в качестве системы отсчета (СК), то в этом с ними надо согласиться, но тогда их стрелы следовало бы направить не на Ньютона и классическую механику, а на физиков, отождествляющих эфир-неоэфир-вакуум с абсолютным пространством.

Если говорить о системах координат, не узнав, каким образом "построены", или созданы, конкретные СК астрономов, а затем утверждать о постоянстве скорости света во всех инерциальных СК, то запутаться нетрудно. Правильнее ставят вопрос физики, не согласные с постулатом Эйнштейна о постоянстве скорости света в любой инерциальной системе координат; они спрашивают: "В какой конкретно системе отсчета астрономы считают скорость света постоянной?"22 .

На этот вопрос должны ответить астрономы, но, чтобы их ответ был понят, необходимо начать с азов, ибо небрежность и двусмысленность, свойственная релятивистской литературе, достаточно запутала читателей.

Так, например, при рассуждениях о координатных системах физики указывают только начало-центр координатных осей (добавляя иногда масштаб - меру длины), этого недостаточно, чтобы определить или задать как Декартову СК в пространстве трех измерений, так и сферическую СК в двумерном пространстве Римана. Отсюда возникает математическая некорректность релятивистских рассуждений, которые могут привести лишь к неопределенным выводам. Релятивисты также забывают, что измерения скорости любых движений всегда производятся относительно каких-либо тел, а последние подвижны. Так что постоянная, называемая скоростью света в вакууме, является величиной, "извлекаемой из наблюдений" посредством решения уравнений. Говорить о постоянстве величины, характеризующей движение, какими бы способами она ни измерялась или к какой бы СК она ни относилась, значит игнорировать практику измерений и наблюдений за движениями.

Примером двусмысленности могут служить рассуждения современных авторов (включая и цитированных Фоком) относительно законов природы, которые были бы справедливы в любой СК, как бы последняя ни двигалась. Авторы проявляют нежелание разграничить понятия "закон природы" и "уравнение движения". Причина нежелания связана с тем, что целью релятивистской физики было объявлено установление таких законов природы, которые не меняются (справедливы) при переходе из одной СК в другую, движущуюся произвольным образом относительно первой ("привилегированных систем нет!"). Утверждается, что этой цели релятивистская физика достигла. Но так ли это? Мы знаем, что в закон всемирного тяготения Ньютона входят массы и расстояния между телами (частицами). Его нельзя было бы назвать законом Природы, если бы устанавливаемые им соотношения зависели от выбора системы координат - нашего выбора. Отношения, зафиксированные в этом законе, универсальны, хотя массы и расстояния мы можем выражать в разных мерах, что отразится на значении постоянной тяготения.

Закона взаимодействия двух тел (аналогичного Ньютонову) в релятивистской физике нет. Как обобщение уравнения (NB!) Ньютона предлагается уравнение геодезической (СК), куда входят скорость света и "скорость тела, движущегося в поле тяготения центральной массы"23 , и если в СТО есть постулат о постоянстве скорости света хотя бы в инерциальных СК, то для скорости тел или частиц такого постулата в ней нет. Так изменится ли уравнение геодезической при переходе к новой СК, произвольным образом движущейся относительно прежней? В буквенной записи не изменится - символы заменятся символами со штрихами. Кто с этим спорит? Но численные характеристики движения (значения координат и их производных) в двух упомянутых СК не могут совпадать в любой теории, хоть как-то связанной с природой, с практикой.

Простой пример тому - движение центра Земли: он неподвижен в геоцентрической СК, уравнения его движения, отнесенные к гелиоцентрической, селеноцентрической, ареоцентрической и т. п., а также к галактоцентрической СК, будут различными из-за различия траекторий его движения в этих СК, т.е. соответственно движений относительно Солнца, Луны, Марса и центра Галактики. Кроме того, как мы уже упоминали, уравнения будут зависеть не только от выбора начала (центра СК), но и от выбора направлений осей координат.

К сожалению, Фок в своем юбилейном докладе не приводит каких-либо доказательств справедливости системы Коперника, только в последних абзацах он констатирует согласие теории тяготения Эйнштейна (ОТО) с диалектическим материализмом24 , а затем утверждает о прочном теоретическом обосновании теории Коперника в механике Ньютона, "... это обоснование нисколько не было поколеблено дальнейшим развитием науки (курсив мой. - С. Т.)"25 . Последние слова, по крайней мере, свидетельствуют о несогласии Фока с Эйнштейном, Инфельдом и с Борном относительно равноправия систем Птолемея и Коперника ("обе точки зрения дают одинаковые законы природы" - см. цитированное выше). Действительно, о каких законах природы говорит Борн? Если о релятивистском уравнении, то почему бы Борну и его последователям не пояснить его генезис из теории Птолемея? Возникает подозрение, что, с точки зрения многих физиков, все отличие систем Мира Птолемея и Коперника сводится лишь к несовпадению начал координатных систем. Астрономы знают, что это не так, поскольку для них в понятие грамотности входит (или по крайней мере входило ранее и должно было бы входить теперь) знание пути от теории Коперника к динамике Ньютона.

Если Фок прав в том, что дальнейшее развитие науки не поколебало ни учения Коперника, ни механики Ньютона, то к чему были все эти рассуждения релятивистов XX в. о новом взгляде, свидетельствующем о равноправии систем Птолемея и Коперника? Ведь физикам вторили популяризаторы науки, а также авторы учебников, а вторившим им философам несть числа. Сошлемся хотя бы на примеры, приведенные в книге Р.А. Гальцевой: ""Вращается ли Земля вокруг Cолнца, или Солнце вокруг Земли - что в сущности глубоко безразлично", - пишет А. Камю (с. 81), а Л. Шестов утверждает: "Теперь, вероятно, во всем мире мы не нашли бы ни одного человека, который согласился бы умереть в доказательство и ради защиты идеи Галилея" (с. 80)"26 . Эти слова написаны в 1908 г. Надо признать, что и в прошлые века немного находилось людей, готовых жертвовать своей жизнью ради истины. Для XX в. характерен скептицизм по отношению к ценностям прошлого, и Эйнштейну кажется донкихотством поведение Галилея, страстно добивающегося признания коперниканской истины27 . Так кто же были зачинщиками "второй великой научной революции"? Физики? Философы? Политики? Чья это установка "повторить коперниканский переворот, но в расширенном (!) виде"28 ? Такие вопросы, естественно, должны возникнуть у тех, кто подводит неутешительные итоги уходящего века.

Коперник и современная астрономия (астрометрия)

И вместе с тем скорее божественная, чем человеческая, наука, изучающая высочайшие предметы, не лишена трудностей. Н. Коперник

1. Голоса талантливо пропагандировавших и разъяснявших учение Коперника в XX в. были менее слышны, чем голоса тех, о ком мы писали выше. Но нельзя не вспомнить с благодарностью наших историков науки - таких, как И.П. Веселовский, Ю.А. Белый, астрономов Н.И. Идельсона, А.А. Михайлова, а также авторов работ о Галилее, Кеплере, Гассенди и других коперниканцах, которые добавили новые аргументы в обоснование системы Коперника.

Остановимся на одном из замечаний Михайлова, сделанном в докладе на том же юбилее, где выступал и Фок. Михайлов пишет: "Поскольку петли в движениях планет оказались отражением кругового движения Земли по ее орбите, величина этих петель указывала на расстояние планет: чем дальше планета, тем меньше описываемая ею петля. На основании этого Коперник с помощью безупречного геометрического рассуждения смог впервые определить расстояния планет от Солнца, выраженные в единицах его расстояния от Земли <...> Коперник дал правильный и точный план Солнечной системы, составленный в едином масштабе (курсив мой; единицей служил orbis magnus - радиус земной орбиты. - С. Т.), и делом следующих поколений было выразить все расстояния в земных единицах (стадиях, километрах или иных)"29 .

Эти слова по смыслу совпадают с мнением самого Коперника о решенной им задаче, высказанным в послании к Пaпe Павлу III, которое служит введением к главному труду Коперника "De Revolutionibus": "Те же, которые домыслили эксцентрические круги, хотя при их помощи и получили числовые результаты, в значительной степени сходные с видимыми движениями, однако должны были допустить многое, по-видимому противоречащее основным принципам равномерности движения. И самое главное, таким образом, они не смогли определить форму мира и точную соразмерность его частей. Таким образом, с ними получилось то же самое, как если бы кто-нибудь набрал из различных мест руки, ноги, голову и другие члены, нарисованные хотя и отлично, но не в масштабе одного и того же тела; ввиду полного несоответствия друг с другом из них, конечно, скорее составилось бы чудовище, а не человек"30 . Далее, демонстрируя в таблице близость полученных Коперником расстояний планет от Солнца к современным значениям расстояний, выраженных в радиусе земной орбиты, Михайлов пишет: "Птолемей имел в своих руках почти те же самые числа, которые в его системе равнялись отношению (курсив мой. - С. Т.) между диаметрами деферентов и эпициклов соответствующих планет. В геоцентрической системе можно было произвольно изменять размеры отдельных планет, лишь бы сохранились отношения между деферентом и эпициклом для каждой планеты в отдельности"31 .

Поясним. Незнание размеров планет, как и расстояний до них, не мешало астрономии Птолемея предсказывать движения проекций планет по сфере единичного радиуса - "небесной сфере". И только! Астрономия Коперника позволяла перейти к пространственным движениям тел Солнечной системы, т.е., кроме проективной (сферической) геометрии, также и метрическая геометрия трехмерного пространства, а вместе с ней и "земная" кинематика получали свои права и стали использоваться как инструмент (метод) познания движений в Солнечной системе. Путь, на который встал Коперник, привел к рождению динамики, а затем к созданию невиданной по точности модели Солнечной системы и триумфу математических методов в естествознании.

О задаче Коперника можно сказать и другими словами: он объяснил, какой должна быть система координат для изучения движений тел Солнечной системы, а перед этим он исправил хронологию, т. е. дал систему времени - столь же необходимый "инструмент" для изучения движений, как и система координат. Иначе он не смог бы создать (вычислить) свою математическую модель Солнечной системы.

Аналогичный процесс - переход от изучения движений проекций звезд к их пространственным, сначала относительным (относительно Солнца) движениям, а затем абсолютным (по отношению к центру масс нашей Галактики) - начался соответственно в конце XIX в. и в 20-е гг. нашего века. Причем отказ от гелиоцентризма не воспринимался астрономами как противоречие Копернику или Ньютону, несмотря на то, что для обоих ученых трехмерной "вселенной" была только Солнечная система, а "периферийный" звездный мир оставался сферическим и плоским32 .

На физиков отказ от неподвижности Солнечной системы, видимо, произвел иное впечатление. Если вспомнить, что вторжение физиков в святая святых астрономов - в задачи определения систем отсчета времени и координат (а эти две задачи неразделимы, как сиамские близнецы) - произошло в то время, когда физики достигли существенных успехов в теории света (в "разгадке природы света", так они называют проблему) и когда одновременно у астрономов обозначились некоторые проблемы в метрологии, связанные с исчислением времени, то категоричность, с которой физики стали рассуждать о вопросах астрономических, ранее им чуждых, покажется менее удивительной. Например, физики решили, что установить одновременность событий можно только при существовании сигнала, распространяющегося с бесконечной скоростью. Если астрономы как-то устанавливают одновременность событий, значит, они допускают бесконечную скорость света и их надо поправить. Между тем все астрономы лет через 100 после открытия О. Ремера признали, что скорость светового сигнала конечна, но и после этого они не отказались от построения картины одновременных положений тел по наблюдениям за их разновременными положениями.

Тем не менее никто из астрономов до сих пор не взял на себя труд, а большинство даже не сочувствует желанию объяснить то, чего не поняли физики, когда начали рассуждать об определении одновременности событий, затем о постоянстве скорости света в любой инерциальной системе координат, затем о равноправии моделей мира Птолемея и Коперника, затем о необходимости построить систему координат, опирающуюся на мировую линию фотона.

2. Почему же безмолвствовала большая часть астрономов?

Приходится признать, что на протяжении XX в. происходила, по выражению г.С. Хромова, постепенная "осиандеризация" фундаментальной астрономии, или астрометрии, - той ее отрасли, к компетенции которой, безусловно, относятся вопросы, перечисленные в конце последнего абзаца предыдущего раздела. Об Осиандере, от имени которого образован упомянутый термин, мы скажем далее. Осиандеризация означает подчинение астрономии одной цели - добиться совпадения того, что астрономы предсказывают (calculate), с тем, что они наблюдают (observe). Казалось бы, достойная цель и похвальное стремление, но средства, используемые на пути к ней, как показывает история астрономии, имеют большее значение, чем сами успехи в сокращении разностей о-с между наблюдаемыми предвычисленным.

Стремление к уменьшению разностей о-с между наблюдаемыми значениями координат и значениями, вычисленными по общепринятой модели движений, если речь идет о п