Что Исаак Ньютон открыл о Вселенной

Исаак Ньютон (1642-1727)

H отец умер до его рождения и его мать снова вышла замуж через 3 года, Ньютон остался на попечении бабушки. Трудные ранние годы, возможно, способствовали его сложной личности во взрослом возрасте. Он окончил Тринити-колледж в Кембридже и служил там Лукасовским профессором. Позже Ньютон был директором монетного двора в Лондоне и президентом Королевского общества. Замечательные интеллектуальные достижения Ньютона включают создание исчисления, изобретение телескопа-рефлектора, разработку корпускулярной теории света и разработку принципов гравитации, земного и небесного движения. «Ньютоновское» мировоззрение стало пронизывать понимание не только физического мира, но и таких интеллектуальных областей, как политика и экономика. — в котором люди теперь искали простые и универсальные законы типа, продемонстрированного Ньютоном в физике и астрономии.

До сих пор мне не удавалось обнаружить причину этих свойств гравитации из явлений, и я не выдвигаю никаких гипотез. И нам достаточно того, что гравитация действительно существует и действует по законам, которые мы объяснили, и в изобилии служит для объяснения всех движений небесных тел и нашего моря.
Исаак Ньютон [полная цитата]

Вездесущность Бога пронизывал ньютоновский космос. Божественное присутствие действовало как нематериальный «эфир», не оказывавший сопротивления телам, но способный перемещать их силой гравитации.

Ньютоновская теория гравитации фактически требовала постоянного чуда, чтобы предотвратить сближение Солнца и неподвижных звезд.Ньютон представил себе бесконечно большую Вселенную, в которой Бог разместил звезды на таком расстоянии, чтобы их притяжение нейтрализовало, точно так же, как балансирует иголки на их остриях. Другое возможное решение состояло в том, чтобы разместить неподвижные звезды на таком огромном расстоянии друг от друга, чтобы они не могли ощутимо притягиваться друг к другу в течение нескольких тысяч лет после Сотворения.

Древнее предположение о том, что положение звезд зафиксировано, серьезно не подвергалось сомнению до 1718 года, когда английский астроном Эдмонд Галлей сообщил о замечательном открытии. Три яркие звезды уже не находились в положениях, определенных древними наблюдениями. Звезды получили возможность двигаться как обычные физические объекты.

Изображение вихрей Декарта из его книги 1644 года Principia Philosophiae.

Объяснение космического порядка

Ньютон трактовал движения звезд и планет как задачи механики, подчиняющиеся тем же законам, что и движения на Земле. Он описал силу гравитации математически.

С другой стороны, французский философ Рене Декарт предложил нематематическую модель. Он предположил, что Вселенная состоит из огромных водоворотов («вихрей») космического вещества. Наша Солнечная система была бы лишь одним из множества таких водоворотов. Декарт запретил научному исследованию «оккультные» явления или причины, скрытые от органов чувств. Он имел небесную материю, циркулирующую вокруг Земли, отталкивая всю земную материю к Земле. Последователи Декарта не доверяли альтернативе Ньютона, таинственной гравитационной силе, действующей на расстоянии.

Механическая, механистическая космология Декарта была весьма приемлема в рамках общей концепции XVII века о мире как о машине. Однако его объяснения были не чем иным, как качественным переописанием явлений в механистических терминах.В течение восемнадцатого века теория вихрей оказалась неспособной вычислить наблюдаемые движения планет. Тем временем конкурирующая ньютоновская теория продвигалась от одного точного количественного успеха к другому.

Солнечная система содержит много тел, и расчет орбиты любой планеты или спутника — это не просто вопрос их гравитационного притяжения к телу, вокруг которого они вращаются. Кроме того, другие тела имеют меньшие, но не незначительные эффекты (называемые «возмущениями»). Например, Солнце изменяет движение Луны вокруг Земли, а Юпитер и Сатурн изменяют движения друг друга вокруг Солнца.

Швейцарский математик Леонард Эйлер помог разработать математические методы, необходимые для вычисления эффектов возмущения. Сначала он применил их к Луне, а затем, в 1748 г., к Юпитеру и Сатурну с частичным успехом.

Все еще необъяснимыми оставались большие аномалии в движении Юпитера и Сатурна, а также ускорение орбитальной скорости Луны вокруг Земли. Французский астроном-математик Пьер-Симон Лаплас разрешил их в 1785 и 1787 годах. В своей книге Механик Селеста, опубликованный в пяти томах между 1799 и 1805 годами, Лаплас подытожил свои исследования небесной механики. Здесь он предположил, что все физические явления во Вселенной можно свести к системе частиц, оказывающих друг на друга силы притяжения и отталкивания.

Я хотел установить, что явления природы сводятся в конечном счете к действию на расстоянии от молекулы к молекуле и что рассмотрение этих действий должно служить основой математической теории этих явлений».
Пьер-Симон Лаплас

сочинения Лапласа предназначались не только для ученых. Его книга 1796 г. Экспозиция Системы дю Монд резюмировал для непрофессионалов общее состояние знаний об астрономии и космологии в конце 18 века.В книге Лаплас выдвинул идею, которая стала известна как «небулярная гипотеза». Он предположил, что наша Солнечная система, да и все звезды, были созданы в результате охлаждения и конденсации массивной горячей вращающейся «туманности» (газообразного облака частиц). Небулярная гипотеза сильно повлияла на ученых 19 века, поскольку они стремились подтвердить или оспорить ее. Элементы этой идеи остаются центральными в нашем нынешнем понимании того, как сформировалась Солнечная система.

Писатели эпохи романтизма в начале 19 века — например, Уильям Вордсворт в Англии и Фридрих Шеллинг в Германии — выступили против ньютоновской космологии. Убежденные, что космический порядок не поддается научному объяснению, они стремились вдохнуть божественную жизнь обратно в то, что казалось чрезмерно механизированной и все более безбожной вселенной.

Немецкий философ Иммануил Кант выступал против романтиков, настаивая на том, что метафизика не может объяснить основы физической, телесной природы и что вопрос о существовании Бога полностью оторван от непосредственного чувственного опыта. Для него ньютоновская солнечная система стала моделью более крупной звездной системы. Кант рассуждал, что та же самая причина, которая дала планетам их центробежную силу, удерживающую их на орбитах вокруг Солнца, могла также дать звездам способность вращаться. И то, что заставило все планеты вращаться примерно в одной плоскости, могло сделать то же самое со звездами. Туманные объекты на небе стали, по мнению Канта, островными вселенными, подобными колоссальным солнечным системам.

Мысли Канта о Вселенной имели мало наблюдательного содержания. Основы его космологических гипотез были философскими и теологическими. Наблюдение впервые широко вошло в космологию в конце 18 века благодаря английскому астроному-любителю Уильяму Гершелю.

Уильям Гершель
Авторские права: Национальная портретная галерея, Лондон. Используется с разрешения.
Уильям Гершель и
Строительство Небес

Ньютоновская солнечная система предложил модель более крупной звездной системы. Расположение звезд вполне может быть похоже на расположение планет. Более того, ньютоновская система дала по аналогии физическое объяснение дисковой структуры. Та же самая причина, которая дала планетам их движение и направила их орбиты в плоскость, могла также дать силу вращения звездам и привести их орбиты в плоскость.

В конце 18 века наблюдение наконец вошло в звездную космологию в лице английского астронома-любителя Уильяма Гершеля. Его открытия стали возможными благодаря большим телескопам его собственной конструкции.

Глядя с Земли (в центре) на нас, плотная полоса звезд становится полосой Млечного Пути. Если смотреть в сторону от нас, то раскол Млечного Пути происходит из-за разделения в распределении звезд.

Из своих наблюдений Вильям Гершель сообщил в 1784 году: «Очень примечательное обстоятельство, связанное с туманностями и звездными скоплениями, состоит в том, что они расположены в пласты, которые, кажется, простираются на большую длину; и некоторые из них я уже смог проследить. , чтобы довольно хорошо угадать их форму и направление. Вероятно, этого достаточно, чтобы они могли окружать всю видимую небесную сферу, мало чем отличающуюся от млечного пути, который, несомненно, представляет собой не что иное, как слой неподвижных звезд ». Эта диаграмма из статьи Гершеля 1784 года о строении неба показывает, как наблюдатель, находящийся в центре тонкого слоя звезд, будет видеть окружающие звезды в виде окружающего кольца. Если страта расколется, расколется и кольцо.

Телескопы Гершеля, кульминацией которых стало создание в 1789 году неуклюжего монстра сорок футов высотой, были одним из чудес света.Эти мощные телескопы не только открыли больше спутников вокруг планет и разрешили некоторые нечеткие туманности в скопления звезд, но также позволили Гершелю проникнуть в космос дальше, чем кто-либо раньше, и начать обрисовывать структуру нашей галактики.

. Мы будем смотреть на те области, в которые мы теперь можем проникнуть с помощью таких больших телескопов, как естествоиспытатель рассматривает богатое пространство земли или горную цепь, содержащую пласты, различно наклоненные и направленные, а также состоящие из самых разных материалов.
—Гершель [полная цитата]

В его статье 1785 г. «О строении небес» Гершель писал, что наш Млечный Путь представляет собой очень обширное, разветвленное, составное Скопление многих миллионов звезд. Рисунок Гершеля показывает поперечное сечение Млечного Пути, нашей галактики, согласно его наблюдениям.

Гершель предложил определять положение Солнечной системы в слое звезд путем «измерения» неба, т. е. путем подсчета числа звезд в разных направлениях. Это число, утверждал Гершель, если предположить, что звезды имеют одинаковую яркость и одинаково рассеяны, будет пропорционально расстоянию до края нашей галактики в каждом конкретном направлении. Хотя его метод был логически правильным, в его время не удалось получить истинное изображение Млечного Пути, поскольку его телескоп не мог обнаружить обычные звезды в самых дальних уголках нашей галактики. Далее, как признавал сам Гершель, не было веских оснований предполагать, что звезды одинаково ярки и одинаково рассеяны.

В девятнадцатом веке спекулятивная космология Гершеля не смогла привлечь последователей. Профессиональные астрономы не могли принять его предположение о том, что звезды равны по яркости, хотя оно было необходимо в качестве рабочей гипотезы для оценки расстояний до звезд.

Замечательные новые методы наблюдения, фотография и спектроскопия, действительно решали космологические вопросы, но нерешительно.В 1835 году выдающийся французский философ Огюст Конт заметил, что люди никогда не смогут понять химический состав звезд. Вскоре оказалось, что он ошибался, потому что спектроскопия и фотография помогли совершить революцию в понимании людьми космоса. Впервые ученые смогли исследовать, из чего состоит Вселенная. Это был важный поворотный момент в развитии космологии, поскольку астрономы смогли зафиксировать и задокументировать не только то, где находятся звезды, но и то, что они из себя представляют (тема, которую мы не затрагиваем на этом веб-сайте). Астрономы-любители — профессионалы по определению уже были вовлечены в четко определенные исследовательские проекты, такие как картографирование звезд, — сделали фотографии, которые показали, что некоторые туманности состоят из многих звезд. Но другие туманности оставались упрямо туманными. И никому не удавалось убедительно показать изменения туманностей с течением времени.

Спектроскопия обещала различить туманности, состоящие из множества звезд, и туманностей, состоящих из светящихся газов, а также определить, вращаются ли туманности. Но и здесь выводы были сомнительными. Как, впрочем, и сама космология как научная деятельность. Прогресс в космологии в девятнадцатом веке был значительным, но только в двадцатом веке космология превратилась из спекуляций, основанных на минимуме данных наблюдений и максимуме философских пристрастий, в респектабельную наблюдательную науку.

Изменение космологического понимания проявляется в изменении социальных взглядов. Теперь, когда мы, земляне, были всего лишь одним из, возможно, многих разумных обитателей возможно бесконечной вселенной, было меньше оснований полагать, что мы были созданы в лучшем из всех возможных миров, и, возможно, больше сочувствия к недовольству установленной социальной иерархией.

Предыдущий:
Начало
Научная космология

Смотрите также: (ИНСТРУМЕНТЫ) Ранние рефлекторы

*Нажмите на изображения и ссылки выше для получения дополнительной информации.