Евдокс — провозвестник науки нового типа
|
Евдокс Книдский (родился ок. 400 г. до н. з.) был ключевой фигурой в греческой науке своего времени. Нам он известен прежде всего как математик и астроном но кроме того он писал книги по философии, географии, музыке и медицине. К сожалению, от всех его сочинений до нас дошли лишь отдельные цитаты, приводимые позднейшими авторами.
О жизни Евдокса позднейшие авторы сообщают следующее. В молодости он изучал математику у Архита в Таренте и медицину у Филистиона в Сицилии. 23-х лет он прибыл в Афины и, будучи очень бедным, поселился в гавани Пирея, откуда ежедневно ходил пешком в платоновскую Академию и обратно. Позднее, при содействии друзей, он совершил путешествие в Египет, где набирался астрономических знаний у жрецов Гелиополя. Вернувшись в Грецию, он основал собственную школу в Кизике (на южном берегу Мраморного моря). Получив широкую известность, Евдокс еще раз побывал в Афинах, где беседовал с Платоном на философские темы. Умер он 53-х лет от роду на своей родине, в Книде... По своим философским взглядам Евдокс в ряде вопросов примыкал к Платону. Он признавал теорию идей, но в отличие от Платона полагал, что идеи как-то «примешиваются» к чувственно воспринимаемым предметам (так, идея белого цвета присутствует в белых предметах, обусловливая их белизну). Высшее благо в отличие от Платона он отождествлял с наслаждением, приближаясь таким образом, по крайней мере теоретически, к гедонизму (с этой точкой зрения Платон полемизирует в «Филебе» — возможно, как раз под влиянием бесед с Евдоксом). Впрочем, сила Евдокса заключалась не в философии и, что очень важно, его философские воззрения никак не влияли на его научные изыскания. Евдокс, бесспорно, был великим математиком. Развивая достижения Архита и Теэтета в области теории пропорции, он построил общую теорию отношений, основанную на новом определении величины. Если раньше теоремы теории отношений приходилось доказывать отдельно для чисел, отрезков и площадей, то понятие величины, введенное Евдоксом, включало в себя как числа, так и любые непрерывные величины. Это понятие определялось с помощью общих аксиом равенства и неравенства, к которым Евдокс добавил аксиому, теперь обычно именуемую аксиомой Архимеда: «Две величины находятся между собой в определенном отношении, если любая из них, взятая кратна, может превзойти другую». Исходя из этих аксиом, Евдокс разработал безупречно строгую теорию отношений, изложенную Евклидом в V книге «Начал». Глубина этой теории была по-настоящему оценена лишь во второй половине XIX в. я. э., когда трудами Дедекинда и других математиков были созданы основы современной теории вещественных чисел. Другим важнейшим вкладом Евдокса в математику была разработка так называемого «метода исчерпывания», заложившего основы теории пределов и подготовившего почву для позднейшего развития математического анализа. В основе «метода исчерпывания» лежит следующее положение: если от какой-либо величины отнять половину или более, затем ту же операцию проделать с остатком, и так поступать дальше и дальше, то через конечное число действий можно дойти до такой величины, которая будет меньше любого наперед заданного числа. С помощью этого метода Евдокс впервые строго доказал, что площади двух кругов относятся как квадраты их диаметров (само это положение было известно еще Гиппократу Хиосскому); далее, что объем пирамиды равен 1/3 объема призмы с теми же основанием и высотой и что объем конуса равен 1/3 объема цилиндра с теми же основаниями и высотой. Два последних положения, как мы видели выше, древние приписывали Демокриту, который, однако, не дал им строгого обоснования. В дальнейшем «метод исчерпывания» был развит Архимедом. В «Началах» Евклида он изложен в XII книге. Для истории астрономии значение Евдокса было, пожалуй еще более значительным. Фактически его можно считать создателем античной теоретической астрономии как самостоятельной науки, ни в какой степени не зависевшей от космологических спекуляций досократиков. Любопытно, что подлинное величие Евдокса-астронома было оценено историками науки лишь в XIX в. Это объяснялось в первую очередь тем, что все сочинения Евдокса оказались безнадежно утерянными, а свидетельства древних авторов (например, комментатора Аристотеля Симпликия), в которых сообщалось о его достижениях, страдали отрывочностью и нечеткостью. В результате исследований, проводившихся учеными на протяжении нескольких поколений, выдающийся итальянский астроном Д. В. Скиапарелли (1835—1910) смог дать реконструкцию теории Евдокса, которая до сих пор принимается большинством историков астрономии. В настоящее время астрономическая теория Евдокса предстаёт перед нами примерно в следующем виде. Существует предание, что инициатором создания теории Евдокса был Платон. Уже с давних времен среди греческих мыслителей господствовало убеждение, что космос должен иметь сферическую форму. Это убеждение подкреплялось широко распространенным мнением, что наиболее совершенным геометрическим телом является сфера (шар), подобно тому как наиболее совершенной плоской геометрической фигурой считался круг. По этим причинам казалось вполне естественным предположить, что в сферическом космосе все небесные тела движутся по круговым орбитам. Это предположение, однако, оказывалось непосредственно справедливым лишь для неподвижных звезд. Уже орбиты Солнца и Луны обнаруживали существенные отклонения от строго круговой формы, а что касается планет, то их движения относительно неподвижных звезд состояли из ряда прямых и обратных перемещений, причем их видимые траектории описывали на небесном своде причудливые завитки и петли. И вот Платон будто бы поставил перед своими учениками задачу — представить движения небесных тел в виде комбинаций равномерных круговых движений. Эта задача была блестяще решена Евдоксом. Предложенная Евдоксом модель космоса состояла из двадцати семи равномерно вращающихся вокруг Земли гомоцентрических сфер, т. е. таких сфер, центры которых совпадают, но оси которых могут, вообще говоря, иметь различное направление. Одной из этих сфер была сфера неподвижных звезд, совершавшая за одни сутки полный оборот вокруг оси, проходившей через полюса Земли. Плоскость экватора этой сферы совпадала с плоскостью земного экватора. Остальные двадцать шесть сфер были распределены между прочими небесными телами: Солнцу и Луне были приданы по три сферы, а пяти планетам — по четыре. Рассмотрим теперь, как с помощью трех вращающихся сфер объяснялись видимые перемещения Солнца. Вращение первой из этих сфер совпадало с вращением сферы неподвижных звезд; с его помощью описывалось суточное движение Солнца. Вторая сфера описывала годовое движение Солнца по эклиптике. Ось этой сферы была жестко связана с двумя противоположными точками первой сферы и имела наклон по отношению к оси первой сферы (и, следовательно, по отношению к земной оси), примерно равный 24°; заметим, впрочем, что в эпоху Евдокса греки еще не пользовались делением круга на 360 градусов — это деление было заимствовано ими позднее у вавилонян. Экватор второй сферы, совпадавший с плоскостью эклиптики, проходил через пояс зодиакальных созвездий. Вторая сфера совершала вращательное движение вокруг своей оси с запада на восток, т. е. в направлении, противоположном вращению первой сферы; период вращения второй сферы был равен одному году. Максимальное и минимальное удаление Солнца от небесного экватора совпадало с моментами летнего и соответственно зимнего солнцестояния; точкам пересечения эклиптики с экватором соответствовали моменты весеннего и осеннего равноденствия. Третья сфера, к экватору которой, собственно, и было прикреплено Солнце, имела ось, жестко связанную с двумя противоположными точками второй сферы и наклоненную под небольшим углом к оси этой последней. Третья сфера совершала очень медленное вращение в том же направлении, в котором вращалась и вторая сфера, т. е. с запада на восток. По словам Симпликия, введение третьей сферы потребовалось для объяснения того, что в дни весеннего и зимнего солнцестояния Солнце якобы восходит не всегда в одной и той же точке. Аналогичным образом описывалось и движение Лупы. Первая лунная сфера соответствовала суточному вращению небесного свода с востока на запад; ее полюса совпадали с полюсами сферы неподвижных звезд. Вторая сфера, экватор которой (как и в случае Солнца) совпадал с плоскостью эклиптики, служила для объяснения движения Луны вдоль пояса зодиакальных созвездий с запада на восток; период ее вращения был равен одному лунному месяцу. Третья сфера, несшая Луну на своем экваторе, была введена в связи с тем обстоятельством, что орбита Луны не совпадает с эклиптикой, а находится то выше нее, то ниже. Ось этой сферы была жестко связана с двумя точками второй сферы и имела наклон по отношению к оси последней (причем этот наклон, по утверждению Симпликия, значительно превышал угол между осями второй и третьей сфер в случае Солнца). О периоде вращения этой сферы в дошедших до нас источниках ничего не сообщается; как и в случае третьей — солнечной сферы,— Симпликий характеризует ее вращение эпитетом «медленное». Приведенная реконструкция несколько отличается от реконструкции Скиапарелли; однако она вполне соответствует свидетельствам древних авторов, писавших об Евдоксе. Значительно сложнее обстояло дело с моделированием движения пяти планет. Дело в том, что при своем движении по небесному своду планеты не только отходят от плоскости эклиптики то в ту, то в другую сторону, но через определенные промежутки времени вдруг прекращают свое движение по поясу зодиака с запада на восток и в течение нескольких дней остаются неподвижными по отношению к окружающим звездам, а затем начинают двигаться с востока на запад (так называемое ретроградное, или «попятное», движение планет). Через некоторое время, сильно отличающееся у разных планет, они снова как бы останавливаются, после чего возобновляют свое нормальное («прямое») движение с запада на восток. Теперь мы знаем, что подобный характер видимого движения планет связан с вращением Земли вокруг Солнца, но Евдоксу и его современникам это обстоятельство было, разумеется, неизвестно. Задача представления такого движения путем комбинации нескольких равномерных круговых движений кажется, на первый взгляд, очень трудной. Евдокс решил эту задачу гениально простым образом. Для каждой планеты он ввел четыре равномерно вращающиеся сферы. Первая сфера, как и в рассмотренных выше случаях, соответствовала суточному движению небесного свода вокруг мировой оси. Вторая сфера аналогичным образом служила для описания поступательного движения планеты вдоль плоскости эклиптики; ее период вращения был равен сидерическому периоду соответствующей планеты*. Некоторое своеобразие представляло в этом случае видимое движение Меркурия и Венеры, которые никогда не отходят далеко от Солнца и вместе с ним совершают годичный оборот вдоль пояса зодиакальных созвездий. По этой причине Евдокс предположил, что сидерический период для этих двух планет совпадает с солнечным годом (на самом деле он составляет 88 дней для Меркурия и 225 дней для Венеры). Значения сидерического периода для остальных планет, которые дает Евдокс, гораздо лучше согласуются с истинными данными. Для представления описанного выше «петлеобразного» пути планет в процессе их движения по эклиптике Евдокс ввел третью и четвертую сферы. Третья сфера имела полюса, жестко связанные с двумя точками экватора второй сферы (т. е. эклиптики), и, подобно второй сфере, вращалась с запада на восток. Полюса этой сферы были различны для разных планет, лишь для Меркурия и Венеры они оказывались совпадающими. Наконец, четвертая сфера, к экватору которой была прикреплена соответствующая планета, вращалась вокруг оси, наклоненной под определенным углом к оси третьей сферы, причем угол наклона различался у всех планет. Эта четвертая сфера вращалась с тем же периодом, что и третья, но в противоположном направлении. Путем соответствующего геометрического построения можно показать, что в результате комбинации вращений третьей и четвертой сфер планета будет описывать около плоскости эклиптики своеобразную кривую, несколько напоминающую восьмерку (рис. 5). Эту кривую Евдокс назвал «гиппопедой» (hippopede), что в переводе означает «лошадиные путы»; в наше время она носит наименование лемнискаты. Путем подбора соответствующих углов наклона между осями третьей и четвертой сферы оказалось возможным довольно точно воспроизвести петлеобразное движение Юпитера и Сатурна. Однако, для остальных планет результаты оказались значительно менее утешительными (так, для Марса и Венеры из модели Евдокса вообще не удается получить попятного движения). Мы не знаем, в какой степени Евдокс осознавал дефекты своей модели. Вероятно, они вскоре стали очевидны, потому что некоторое время спустя Каллипп предложил усовершенствованную, хотя и несколько усложненную (по сравнению с Евдоксовой) модель космоса, о которой будет сказано ниже. 
Рис. 5. «Гиппопеда» Евдокса Подытожим принципиальные особенности модели Евдокса, повторявшиеся во всех последующих гомоцентрических моделях космоса. Каждому небесному телу (за исключением неподвижных звезд) придается некоторое число равномерно вращающихся сфер. Эти сферы взаимосвязаны друг с другом, хотя и совершенно независимы от сфер, приданных другим небесным светилам. Их связь выражается в том, что полюса каждой последующей сферы прикреплены к фиксированным точкам предыдущей сферы; в силу этого каждая сфера, помимо своего собственного вращения, участвует во вращательных движениях всех предшествовавших (наружных) сфер. Само небесное тело жестко прикреплено к определенной точке экватора последней (самая внутренняя) сферы. Первая (самая наружная) сфера тождественна по характеру своего движения с первыми сферами всех прочих небесных тел, а также со сферой неподвижных звезд. Согласно свидетельствам античных авторов, Евдокс был не только теоретиком, но и первоклассным астрономом-наблюдателем. При своей школе в Кизике он организовал первую греческую обсерваторию, где его ученики вели систематические наблюдения за небесными светилами. Он дал детальное описание созвездий, видимых на широте Греции, составил каталог звездного неба. До нас дошли названия двух астрономических сочинений Евдокса — «Явления» (Phainomena) и «Зеркало» (Enoptron), которые, согласно Гиппарху, были посвящены одним и тем же вопросам и различались лишь в деталях. На основе этих сочинений греческий поэт Арат написал в III в. до н. э. дидактическую поэму, первая часть которой содержала красочное описание созвездий и связанных с ними легенд (вторая часть поэмы касалась в основном метеорологических вопросов). Поэма Арата, называвшаяся, как и книга Евдокса, «Явления», пользовалась в древности большой популярностью и в течение долгого времени была важнейшим источником астрономических сведений среди образованных кругов греко-римского общества. Из числа непосредственных учеников Евдокса древние источники называют двух выдающихся математиков — Менехма и Динострата и астронома Полемарха, который в свою очередь был учителем Каллиппа из Кизика. В 20-х годах IV в. до н. э. Каллипп находился в Афинах, где познакомился с Аристотелем, от которого мы, собственно говоря, и знаем о тех изменениях, которые были внесены Каллиппом в модель космоса, разработанную Евдоксом. Согласно утверждению Симпликня, Каллипп не написал книг, в которых была бы изложена его теория. Как мы видели выше, модель Евдокса давала хорошие результаты для Юпитера и Сатурна, но значительно худшие для внутренних планет. Поэтому Каллипп сохранил число сфер, приданных Евдоксом двум внешним планетам, но добавил по одной сфере для Меркурия, Венеры и Марса. О характере движения этой пятой сферы античные источники не сообщают никаких деталей. Упоминавшийся выше итальянский астроном Скиапарелли высказал предположение, каким образом эта сфера могла бы работать, но это предположение имеет чисто гипотетический характер. Кроме того, Каллипп добавил по две сферы для Солнца и для Луны. Это позволило ему объяснить различную длительность времен года, которая была хорошо известна со времен Евктемона, а также учесть иррегулярности движения Луны, остававшиеся необъясненными в модели Евдокса. Таким образом, общее число небесных сфер по Каллиппу (включая сферу неподвижных звезд) оказалось равным тридцати четырем. Следующий принципиально важный шаг в построении общей картины мира был сделан учеником Платона Гераклидом Понтийским, уроженцем Геоаклеи — города, расположенного на южном берегу Черного моря. Сочинения этого, несомненно очень незаурядного мыслителя до нас не дошли, но из косвенных свидетельств известно, что он объяснил видимое суточное движение небосвода не оборотами внешних небесных сфер вокруг Земли, а вращением самой Земли вокруг собственной оси. Намек на эту идею содержался впрочем, уже в «Тимее» Платона. Древние источники сообщают также, что гипотеза о вращении Земли вокруг оси высказывалась еще задолго до Гераклида пифагорейцем Экфантом из Сиракуз, но об этом последнем мы практически ничего не знаем. Гераклиду Понтийскому приписывается еще другая смелая гипотеза. Известно, что две внутренние планеты — Меркурий и Венера — не уходят далеко от Солнца, а оказываются то по одну, то по другую его сторону. В связи с этим Гераклид будто бы предположил, что. Меркурий и Венера вращаются не вокруг Земли, а вокруг Солнца и лишь это последнее движется по круговой орбите вокруг Земли. Если эти сообщения верны, то тогда нужно будет признать, что Гераклид Понтийский сделал первый существенный шаг по направлению к гелиоцентрической системе Аристарха. Гипотеза о вращении Меркурия и Венеры вокруг Солнца имеет значение еще вот в каком отношении. Важнейший недостаток моделей Евдокса и Каллиппа состоял не в том, что они не воспроизводили (или плохо воспроизводили) какие-то детали видимого движения планет, а в том, что они не давали объяснения фундаментальному факту — изменению в блеске планет. Ведь планеты в этих моделях находятся всегда на одном и том же расстоянии от Земли, следовательно, они, казалось бы, должны обладать неизменной яркостью. Между тем яркость планет — особенно внутренних — подвержена очень большим колебаниям. Гипотеза Гераклида Понтийского позволяла, хотя бы в принципе, объяснить это обстоятельство — по крайней мере для Меркурия и Венеры. О причинах, воспрепятствовавших принятию гипотез Гераклида Понтийского античной наукой, мы будем говорить в дальнейшем — в связи с неуспехом гелиоцентрической системы мира Аристарха Самосского. Создание моделей космоса, основанных на представлении о равномерно вращающихся сферах, явилось стимулом для разработки, с одной стороны, сферической геометрии, с другой же — кинематики движущихся точек, кругов и сфер. Несомненно, что соответствующие исследования велись в школе Евдокса и даже, может быть, в платоновской Академии. Но о них мы ничего не знаем. Мы располагаем лишь двумя небольшими сочинениями, написанными в конце IV в. до н. э. неким Автоликом из Питаны. Первое из них — «О вращающейся сфере»; в нем содержится чисто абстрактное рассмотрение изменения положений точек и кругов, расположенных на сфере, вращающейся с равномерной скоростью. Реальные астрономические объекты в этом сочинении вообще не упоминаются. Второе сочинение — «О восходах и заходах» — имеет более конкретный характер: в нем речь идет о Солнце, о двенадцати знаках зодиака, о восходах и заходах звезд, находящихся на поясе зодиака и ниже него. Эти небольшие трактаты Автолика представляют собой наиболее ранние греческие сочинения теоретико-астрономического характера, дошедшие до нашего времени. .... *Сидерическим периодом (или оборотом) планеты называется тот промежуток времени, через который планета снова оказывается в том же месте пояса зодиака. |
загрузка...