Успех астрономических предсказаний свидетельствует о силе науки
Каждые несколько лет на несколько минут или около того наука сияет, пока солнце темнеет.
Полное солнечное затмение для тех, кто его наблюдает, является чем-то вроде религиозного опыта. Для тех, кто это понимает, это символ триумфа науки над мифологией как способа понять небеса.
В Древней Греции философы-первопроходцы поняли, что затмения иллюстрируют, что фантастические явления не требуют фантасмагорического объяснения. Затмение не было волшебством или иллюзией; это происходило естественным образом, когда одно небесное тело мешало другому. В четвертом веке до нашей эры Аристотель утверждал, что лунные затмения являются убедительным доказательством того, что Земля сама по себе является сферой (а не плоской, как считали некоторые первобытные философы). Когда затменная луна потемнела, край приближающейся тени превратился в изогнутую линию, демонстрирующую кривизну земной поверхности, находящейся между Луной и Солнцем.
Часто повторяющаяся легенда гласит, что первый известный греческий естествоиспытатель Фалес Милетский даже предсказал солнечное затмение, которое произошло в Турции в 585 г. до н.э. Но единственное сообщение об этом предсказании исходит от историка Геродота, написанного более века спустя. Он утверждал, что во время ожесточенной битвы «день внезапно превратился в ночь», как и предсказывал Фалес, что это произойдет где-то в этом году.
В 585 г. до н.э. было затмение, но маловероятно, что Фалес мог его предсказать. Он мог бы знать, что луна закрывает солнце во время затмения. Но никакие математические методы, доступные в то время, не позволили бы ему сказать, когда - за исключением, может быть, счастливого совпадения, основанного на возможности того, что солнечные затмения происходили в каком-то регулярном цикле после лунных затмений. Но даже это кажется маловероятным, согласно новому анализу, опубликованному в Интернете в прошлом месяце.
«Некоторые ученые… категорически отвергли это предсказание, в то время как другие изо всех сил пытались найти числовой цикл, с помощью которого предсказание могло бы быть выполнено», - пишет астроном Мигель Керехета. Он отмечает, что многие такие циклы уже исключены. И его оценка двух других циклов заключает, «что ни одно из этих предположений не может рассматриваться как серьезное объяснение сомнительного предсказания Фалеса: в дополнение к требованию существования длинных и точных записей о затмениях… оба рассмотренных цикла упускают из виду ряд затмения, соответствующие критериям видимости, и, следовательно, предполагаемые закономерности как бы исчезают.”
Действительно, древние вавилоняне разработали методы предсказания лунных затмений на основе закономерностей в промежутках между ними. А знаменитый греческий антикитерский механизм второго века до н.э. кажется, использовал такие данные цикла, чтобы предсказать некоторые затмения.
Древнегреческие астрономы, такие как Гиппарх (ок. 190-120 до н. э.), изучали затмения и геометрические соотношения Земли, Луны и Солнца, которые сделали их возможными. Понимание этих взаимосвязей достаточно хорошо, чтобы делать достаточно точные предсказания, стало возможным только благодаря тщательному математическому описанию космоса, разработанному (на основе работы Гиппарха) Клавдием Птолемеем. Во втором веке нашей эры он разработал математику для объяснения движения небесных тел, предполагая, что Земля неподвижно находится в центре вселенной.
Его система определяла основные требования к солнечному затмению: это должно быть время новолуния, когда луна и солнце находятся на одной стороне Земли, а также положение их орбит. пересекать эклиптику, плоскость видимого орбитального пути Солнца по небу.(Луна вращается вокруг Земли под небольшим углом, дважды в месяц пересекая плоскость эклиптики.) Только точные расчеты движения Солнца и Луны по их орбитам могут позволить предсказать даты затмений.
Предсказывать, когда произойдет затмение, - это не совсем то же самое, что точно прогнозировать, где оно произойдет. Чтобы быть точными, предсказания затмений должны учитывать тонкое гравитационное взаимодействие. Карты, показывающие точно точные траектории тотальности (например, для Великого американского затмения 2017 года), стали возможны только благодаря закону всемирного тяготения Исаака Ньютона 17-го века (и дальнейшему развитию математических инструментов для его использования). Тем не менее Птолемей разработал систему, которая, в принципе, показывала, как предвидеть, когда произойдут затмения. Любопытно, однако, что этот успех был основан на серьезно неверном плане архитектуры космоса.
Как убедительно показал Коперник в 16 веке, Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Геометрия Птолемея могла быть правильной, но его физика была отсталой. Демонстрируя, что математика необходима для описания природы и предсказания физических явлений, он непреднамеренно показал, что математика может быть успешной, но не быть правильной.
Но обвинять его в этом неправильно. В древние времена математика и наука были отдельными предприятиями (наука тогда называлась «натурфилософией»). Астрономия считалась математикой, а не философией. Цель астронома состояла в том, чтобы «спасти явления» - правильно описать природу с помощью математики, соответствующей наблюдениям, а не искать лежащие в их основе физические причины этих наблюдений. Математический трактат Птолемея, Альмагест, был посвящен математике, а не физике.
Одним из великих достижений Коперника было объединение математики с физической реальностью его системы. Он утверждал, что Солнце занимает центр космоса и что Земля была планетой, как и другие, которые, как предполагалось ранее, вращались вокруг Земли. Коперник рассчитал планетную систему с центром в Солнце. Это была более простая система, чем у Птолемея. И это было так же хорошо для предсказания затмений.
Как оказалось, даже у Коперника это было не совсем правильно. Он настаивал на том, что планетарные орбиты были круговыми (модифицированными вторичными кругами, эпициклами). На самом деле орбиты представляют собой эллипсы. В науке часто повторяется история о том, что математически успешные теории иногда лишь приблизительно верны, потому что они основаны на ошибочном понимании лежащей в их основе физики. Даже закон всемирного тяготения Ньютона оказался просто хорошим математическим объяснением; абсолютное пространство и неизменный поток времени, в которые он верил, просто не являются точным представлением Вселенной, в которой мы живем. Эйнштейн понял это и разработал представление о гравитации как о искривлении пространства-времени, вызванного присутствием массы.
Конечно, доказательство правоты Эйнштейна потребовало тщательного измерения Артуром Эддингтоном и его коллегами искривления звездного света вблизи Солнца во время солнечного затмения в 1919 году. Хорошо, что они знали, когда и где его увидеть..
Подпишитесь на меня в Твиттере: @tom_siegfried