Người khổng lồ

51

Người khổng lồ

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
V. E. BELONUCHKIN
Thiên tài giống như một ngọn đồi,
cao chót vót
trên mặt bằng bình đẳng.

Kozma Prutkov

Người ta thường chấp nhận rằng Isaac Newton là một trong những thiên tài vĩ đại nhất trong lịch sử khoa học. Và vì vậy anh ấy hoàn toàn không đồng ý với K. Prutkov. Newton viết: “Nếu tôi nhìn xa hơn những người khác một chút, thì chỉ có điều tôi đã đứng trên vai những người khổng lồ”. Những gã khổng lồ này là ai? Tất nhiên, Kepler, tất nhiên, Galileo, Copernicus. Chà, còn gì bằng nữa?

Nhà khoa học đầu tiên được chúng ta biết đến với cái tên là Thales of Miletus, người có hoạt động khoa học bắt đầu vào đầu thế kỷ thứ 7 và thứ 6 trước Công nguyên. e., đã đóng góp cho lịch sử thiên văn học. Theo truyền thuyết, ông đã dự đoán nhật thực vào ngày 28 tháng 5 năm 584 trước Công nguyên. đ. Tuy nhiên, có lý do để tin rằng ông đã sử dụng một phương pháp được phát triển ở Babylon cổ đại. Phương pháp của người Vyvilonians hoàn toàn mang tính thực nghiệm: những quan sát dài hạn cho phép họ nắm bắt được các mô hình lặp lại của các hiện tượng thiên văn. Thực tế đầu tiên được xác lập “về mặt lý thuyết”, với sự công nhận về việc bắt đầu xây dựng sơ đồ của Vũ trụ, rõ ràng nên được coi là tính hình cầu của Trái đất.

Hai khái niệm đặt nền tảng cho các hệ thống khoa học đầu tiên xây dựng thế giới: sự bất động hiển nhiên của Trái đất và sự chuyển động đều trong một vòng tròn quanh Trái đất của Mặt trời, Lunya và các hành tinh. Sự bất công của dotma thứ hai đã được thay thế bởi các nhà thiên văn học cổ đại, nhưng chính điều này vẫn không thể lay chuyển trong suốt hai nghìn năm - cho đến tận Kepler.

Ngay cả khi có vẻ như ngôi sao đang chuyển động không đều và không theo đường tròn, thì nó vẫn chuyển động đều theo một vòng tròn, tâm của nó chuyển động đều theo một vòng tròn quanh một điểm chuyển động đều theo một vòng tròn… v.v., cho đến khi, chẳng hạn, cho đến khi một điểm bắt đầu chuyển động đều theo một vòng tròn với tâm là Trái đất. Kiểu sơ đồ này lần đầu tiên được xây dựng bởi nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại Eudoxus vào năm

Bình luận lịch sử

Thales of Miletus (khoảng 625 - khoảng 547 trước Công nguyên) - triết gia Hy Lạp cổ đại, người sáng lập triết học cổ đại.

Bằng chứng về tính hình cầu của Trái Đất. (Từ sách hướng dẫn sử dụng đồng hồ mặt trời, 1531) Dòng chữ ở trên cùng: “Biểu đồ này cho thấy Trái đất có dạng hình cầu.” Hơn nữa: “Nếu Trái đất có hình vuông, hình tam giác hoặc hình lục giác, chúng ta sẽ thấy các vị thần có hình dạng tương ứng dưới bóng râm.”

52

Eudoxus của Cyd (c. 406 - c. 355 TCN) - nhà toán học và thiên văn học Hy Lạp cổ đại. Ông tưởng tượng sự chuyển động của các hành tinh là sự kết hợp của 27 quả cầu đồng tâm quay đều quanh Trái đất.

Aristotle (384-322 TCN) - triết gia và nhà khoa học Hy Lạp cổ đại. Cuộc thảo luận của Aristotle bao gồm tất cả các nhánh kiến ​​thức vào thời đó. Trong lĩnh vực thiên văn học, mối quan tâm của Aristotle chủ yếu tập trung vào các câu hỏi về sự hình thành thế giới. Ông cũng thực hiện các quan sát về các hiện tượng thiên thể, sao chổi và sao rơi.

Ginnapkh (khoảng 180-190-125 trước Công nguyên) - nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại, một trong những người sáng lập thiên văn học. Ông xác định khoảng cách tới Mặt trăng, độ dài của năm và biên soạn một danh mục gồm 850 ngôi sao, trong đó ông chia chúng thành 6 loại theo độ sáng.

Claudius Ptolemy (khoảng 90 - c. 160) - nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại, người tạo ra hệ địa tâm của thế giới. Ông đã phát triển một lý thuyết toán học về chuyển động của các hành tinh quanh Trái đất, giúp tính toán trước vị trí của chúng trên bầu trời.

Nikolai Konernik (1473-1543) - nhà thiên văn học người dùng, người tạo ra hệ địa tâm của thế giới. Ông đã làm nên một cuộc cách mạng trong khoa học tự nhiên, từ bỏ học thuyết về vị trí trung tâm của Trái đất vốn đã được chấp nhận trong nhiều thế kỷ. Ông giải thích sự chuyển động biểu kiến ​​của các thiên thể bằng sự quay của Trái đất quanh trục của nó và sự chuyển động quay của các hành tinh (bao gồm cả Trái đất) quanh Mặt trời.

Juodani Kepler (1571-1630) - Nhà thiên văn học người Đức, một trong những người tạo ra thiên văn học hiện đại. Ông đã khám phá ra các định luật về chuyển động của hành tinh (lý thuyết của Kepler), trên cơ sở đó ông biên soạn các bảng hành tinh.

Một nhà thiên văn học thời Trung cổ xác định khoảng cách tới một con tàu trên biển bằng phương pháp tam giác do Thales đề xuất.

đầu thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên e. Sơ đồ của Eudoxus bao gồm 27 vòng tròn (hình cầu) và giải thích đủ chính xác vào thời điểm đó chuyển động của Mặt trời, Mặt trăng và gót chân của các hành tinh được biết đến vào thời điểm đó.

Theo thời gian, độ chính xác của việc quan sát tăng lên và số lượng quả cầu cũng tăng theo. Học trò của Eudoxus Kalippou đánh được 33 vòng tròn LOBJS. Aristotle đã đưa số của họ lên 56. Hệ thống các vòng tròn (hình cầu), được cải tiến nhờ các công trình của polychastron, chủ yếu là Hipparchus, được Ptolemy phát minh, người mà nó được đặt tên và được quyền lực của Aristotle phong thánh, là hệ thống duy nhất được chấp nhận trên thế giới ngay cả đối với nhà cách mạng vĩ đại trong khoa học Copernicus, người cuối cùng “chỉ” chuyển trung tâm của Vũ trụ từ Trái đất sang Mặt trời. Và cuối cùng chỉ có Kepler mới có thể từ bỏ ý tưởng về chuyển động đều của các hành tinh theo vòng tròn.

Như bạn có thể biết, Kepler đã phản ứng lại điều này bằng cách tính toán độ lệch tám phút của Sao Hỏa so với vị trí quy định của nó. Tycho Brahe, người có kết quả quan sát mà Kepler sử dụng, đã đạt được độ chính xác mà tại đó tám phút này không còn có thể được cho là do sai số đo lường. Đúng vậy, một thế kỷ rưỡi trước Brahe, Ulugbek vĩ đại đã đạt được độ chính xác tương tự, hoặc thậm chí cao hơn một chút. Nhưng Samarkand ở xa châu Âu, và nhà thờ Hồi giáo, nạn nhân của Ulugbek đã thất thủ, đã quyết tâm xóa bỏ ngay cả ký ức về người vô thần, mặc dù anh ta là người cai trị nhà nước Trung Tây vĩ đại.

Độ chính xác trong phép đo của Eudoxus là khoảng 0,5°, của Tycho Brahe là khoảng 2′, của Ulugbek là khoảng 1′. Với hình ảnh của kính thiên văn, độ chính xác của các phép đo đã tăng lên đáng kể. Nhưng phải chăng điều này có nghĩa là kết quả của các nhà thiên văn học cổ đại và trung cổ đã mất hết giá trị đối với chúng ta? Tất nhiên là không. K. Prutkov lập luận: “Và với đường sắt, cách tốt nhất để tồn tại là đi hai chiều. Ghi chép của người xưa - người Hy Lạp, Ai Cập, Tu viện, Trung Quốc, Inca - giúp thiết lập các mô hình chuyển động lâu dài của các hành tinh, Trái đất và các ngôi sao “vô hình”. Đây là một minh họa.

Bài 1. Kính thiên văn phản xạ lớn nhất thế giới (VTA của Liên Xô) có một gương có đường kính D = 6 m làm thấu kính. Một ngôi sao phải được quan sát bằng VTA trong khoảng thời gian nào để tốc độ của nó có thể được xác định chính xác hơn so với sử dụng dữ liệu Eudoxus? Điều gì sẽ xảy ra nếu dữ liệu từ Tycho Brahe và Ulugbek được sử dụng?

53

Để tính tốc độ của một ngôi sao, ít nhất bạn phải xác định vị trí của nó hai lần. Độ chính xác mà tọa độ của các ngôi sao có thể đo được bằng kính thiên văn được xác định bởi độ phân giải của nó và về cơ bản nó bị hạn chế bởi hiện tượng nhiễu xạ. Góc tối thiểu có thể đo được, áp dụng bởi đường kính D, là xấp xỉ λ/D, trong đó λ là bước sóng của bức xạ tại đó thực hiện quan sát. Ví dụ: đối với ánh sáng vàng, λ≈6·10⁻⁷ m, nghĩa là độ chính xác tối đa của phép đo trên VTA là khoảng 10⁻⁷ radian. Mời độc giả tự mình tính toán thêm (đáp số xem trang 75).

Cuộc chiến chống lại hiệp ước, làm bất động Trái đất, bắt đầu từ thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. đ. Tên của đô vật đầu tiên là Aristarchus xứ Samos. Mặc dù cả Pythagoras và Heraclitus đều tin rằng Mặt trời là trung tâm của Vũ trụ, nhưng chính Aristarchus mới là người đầu tiên cố gắng tranh luận về điều này. So sánh kích thước tương đối của Trái đất và Mặt trời mà ông tính toán, ông đi đến kết luận rằng Mặt trời, có kích thước lớn hơn đáng kể so với Trái đất, phải là trung tâm mà các hành tinh, bao gồm cả Trái đất, quay xung quanh. Và đây là mười tám thế kỷ trước Copernicus!

Hãy thử làm theo các tính toán của Aristarchus bằng ví dụ này.

Bài toán 2. Mặt trời ở xa Trái đất hơn Mặt trăng. Kích thước tương đối của Mặt trăng và Mặt trời thực tế là giống nhau, điều đó có nghĩa là bóng của Mặt trăng trên Trái đất là một điểm. Bóng của Trái đất trên quỹ đạo của Mặt trăng có đường kính gấp đôi Mặt trăng (con số đúng là 2,67 lần). Trái đất lớn hơn Mặt trăng bao nhiêu lần? Tính toán sự tương ứng tương tự từ sự tương ứng bằng cách sử dụng dữ liệu hiện đại.

Để xác định kích thước của Mặt trời, Aristarchus đã đo giữa hướng tới Mặt trời và Mặt trăng trong quý đầu tiên và quý cuối cùng của nó, tức là khi chính xác một nửa đĩa Mặt trăng được chiếu sáng. Và ở đây anh ấy đã phạm một sai lầm lớn: theo số đo của anh ấy, góc này chênh với góc vuông 3°, và

Đài thiên văn Tycho Brahe ở Uraniborg. Từ graira 1598

Ulugebek Muhammad Taragai (1394-1449) - Chính khách, nhà khoa học, nhà giáo dục miền Trung Azat. Xây dựng một trong những đài quan sát quan trọng nhất thời Trung cổ. Ông đã biên soạn một danh mục vị trí của 1018 ngôi sao, được xác định với độ chính xác cao.

Pythagoras của Samos (thế kỷ thứ 6 trước Công nguyên) - nhà toán học và triết học Hy Lạp cổ đại.
Heraclitus xứ Ephesus (cuối thế kỷ thứ 6 - đầu thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên) - nhà triết học biện chứng Hy Lạp cổ đại.

Aristarchus của Samos (khoảng 320 - khoảng 250 trước Công nguyên) - nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại. Ông là người đầu tiên bày tỏ ý tưởng về thuyết nhật tâm: ông cho rằng Trái đất chuyển động quanh trái đất nằm ở tâm quả cầu của các ngôi sao cố định.

54

Giovanini Domeniko Cassilii (1625-1712) - giám đốc đầu tiên của Tổng cục Hành chính Paris. Ông đã phát hiện ra chuyển động quay của Sao Mộc và Sao Hỏa, 4 vệ tinh của Sao Thổ và một khoảng tối trên người đồng nghiệp của mình.

Eratosthenes của Cyrene (khoảng 276-194 trước Công nguyên) - nhà khoa học Hy Lạp cổ đại. Làm việc trong nhiều lĩnh vực khoa học. Ví dụ, trong toán học, ông đã đưa ra một phương pháp nổi tiếng để tìm số nguyên tố. Ông nghiên cứu niên đại và thiên văn học (mô tả các chòm sao).

Posidonius (khoảng 135-51 TCN) - triết gia Hy Lạp cổ đại. Các bài luận bao gồm tất cả các lĩnh vực kiến ​​thức và hoàn thiện hình thức tự nhiên cổ xưa.

Nicholas of Cusa (1401-1464) - triết gia, nhà thần học, nhà khoa học. Một trong những người đi trước của vũ trụ học Copernicus và có kinh nghiệm về thiên nhiên.

Galileo Galilei (1564-1642) - Nhà khoa học người Ý, một trong những người sáng lập ra kiến ​​​​thức tự nhiên chính xác cho chiến thắng của hệ thống nhật tâm của thế giới.

“Skentik hay Người hành hương ở nơi tận cùng Trái đất” là một biểu đồ trên gỗ, được làm vào thế kỷ 19. Camille Flammartion.

số đúng là 8,6′. Thực tế là đại lượng này nhìn chung rất khó đo, đặc biệt là do hiện tượng “ánh sáng tro” - Mặt trăng phản chiếu lại Trái đất ánh sáng mặt trời bị Trái đất tán xạ về phía nó. Đó là lý do tại sao đáp số Aristarcha và của chúng tôi sẽ khác nhau rất nhiều khi chúng tôi quyết định bài toán tiếp theo.

Nhiệm vụ 3. Xác định tỷ lệ kích thước của Mặt trời và Mặt trăng, sử dụng dữ liệu của Aristarchus. Bạn nhận được gì nếu cắm những con số hiện đại?

Gợi ý: Aristarchus coi góc giữa các đường thẳng Trái đất - Mặt trăng và Mặt trăng - Mặt trời là thẳng hoàn toàn.

Kết quả mà Aristarchus thu được về kích thước của Trái đất và Mặt trời đã không còn nghi ngờ gì trong hơn hai nghìn năm. Chỉ đến giữa thế kỷ 17, người sáng lập Đại hội đồng Cassilia ở Paris mới thực hiện các phép đo trực tiếp khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời và “tăng” kích thước của Mặt trời.

Và ông đã đo kích thước Trái đất với độ chính xác cao vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. đ. Eratosthenes của Cyrene (bạn có nhớ “sàng Eratosthenes” để làm nổi bật các số nguyên tố không?). Eratosthenes học được rằng ở Syene (nay là Aswan) mỗi năm một lần các vật thể không đổ bóng. Anh ấy đã đến Siena và xác minh sự thật này. Vì vậy, Eratosthenes tin chắc rằng vào ngày có ánh nắng mùa hè ở Syene, Mặt trời đã ở đỉnh cao. Ở Alexandria, nơi Eratosthenes sống, vào một ngày Mặt trời, Mặt trời không đạt tới thiên đỉnh ở 1/50 chu vi của nó. Từ Alexandria đến Siena có 5000 stade (đơn vị đo chiều dài của Hy Lạp) và các thành phố gần như nằm trên cùng một kinh tuyến. Eratosthenes phải đối mặt với bài toán dễ dàng, cũng được cung cấp cho bạn.

Nhiệm vụ 4. Sử dụng dữ liệu trên, hãy xác định chu vi của quả địa cầu.

Ở giai đoạn đáp số hóa ra ngay lập tức - 250.000. Và nó trông như thế nào tính bằng km tích lũy? Một số người muốn sử dụng Eratosthenes và chọn con số 157 m cho kích thước của sân khấu. Sau đó, họ nhận được độ chính xác “thiên văn” - lỗi của Eratos.

55

tocphene ít hơn 2%. Đúng, có hai trường hợp khiến tôi bối rối.
Thứ nhất, Siena không nằm chính xác ở vùng nhiệt đới, và thứ hai, điều kỳ lạ là sau một độ rưỡi, Posidonius đã nhầm nhiều hơn - anh ta nhận được 240.000 bước, tức là ở một độ rưỡi, độ chính xác cao hơn gấp ba lần. Tuy nhiên, giá trị có thể xảy ra nhất của sân khấu là khoảng 190 mét.

Tuy nhiên, chúng ta hãy quay lại với Aristarchus. Ông là người đầu tiên bày tỏ ý tưởng về thuyết nhật tâm, nhưng ông đã thất bại trong việc bác bỏ bằng chứng của thỏa thuận đầu tiên, và trong gần hai nghìn năm, Trái đất đã không chuyển động. Nhưng độ chính xác của các phép đo ngày càng tăng và việc dung hòa chuyển động của các hành tinh với sơ đồ của Ptolemy ngày càng trở nên khó khăn hơn.

Không thể không ghi nhận sự đóng góp của Hồng y Giáo hội Công giáo, Nicholas xứ Cusa trong việc vạch trần hệ thống địa tâm của thế giới. Lập luận của ông là một làn sóng thần học: vì Chúa là một vedesus, nên bất kỳ điểm nào trong Vũ trụ đều ở gần Ngài như nhau (hoặc cách xa Ngài như nhau), và do đó đều có thể đòi quyền được coi là trung tâm của Thế giới như nhau. Nhưng người ta không nên nghĩ rằng đặc tính khoa học này chỉ liên quan đến cụm từ này.

Roger Bacon vào thế kỷ 13, Nicholas xứ Cusa vào thế kỷ 15, Francis Bacon vào đầu thế kỷ 17 đã đặt nền móng cho phương pháp luận khoa học hiện đại, luận điểm chính của nó có thể được diễn đạt bằng câu “kinh nghiệm là tiêu chí của sự thật”.
Một số người có thể hỏi: bốn thế kỷ mới có một luận án vẫn chưa đủ sao? Chúng ta hãy nhớ rằng trong hơn một nghìn năm, Kinh thánh và Aristotle đã được coi là tiêu chí của sự thật. Rốt cuộc, trở lại thế kỷ 17, không khó để rơi vào nanh vuốt của Tòa án dị giáo chỉ bằng cách đọc lại chân của một con nhện. Aristotle đã viết rằng một con nhện có sáu chân, nhưng hãy thử đếm - bạn chắc chắn sẽ có được tám chân (tất nhiên trừ khi con nhện bị tàn tật), và đây sẽ là một tội lỗi lớn. Nhưng đòn chí mạng vào hệ địa tâm chỉ do Nicolaus Copernicus giáng xuống.

Vào đầu thế kỷ 17, chiếc điện thoại đầu tiên do Roger Bacon dự đoán và Leonardo da Vinci thiết kế đã được tạo ra. Vào ngày 7 tháng 1 năm 1610, Galileo gửi nó tới Sao Mộc và ngay lập tức phát hiện ra rằng hành tinh lớn nhất có bốn vệ tinh. Giờ đây, những vệ tinh này được biết đến nhiều hơn người nhận, nhưng bốn vệ tinh lớn nhất được gọi theo tên của người tiết lộ đầu tiên - các vệ tinh Galileo của Sao Mộc. Đến năm 1670, Cassini đã có ước tính thực tế về bán kính quỹ đạo Trái đất. 5 năm sau, Roemer, sử dụng dữ liệu của các vệ tinh Sao Mộc và Cassini, đã thực hiện được ước mơ của Galileo - ông đã đo được tốc độ ánh sáng. Hãy thử làm điều tương tự, nhưng theo một cách hơi khác.

Bài 5. Khoảng thời gian giữa hai vệ tinh liên tiếp của Sao Mộc trong năm thay đổi từ giá trị tối thiểu là 42 và 28 phút 21 giây đến giá trị tối đa là 42 và 28 phút 51 giây. Xác định tốc độ ánh sáng từ những dữ liệu này.

Vì quỹ đạo của Sao Mộc lớn hơn quỹ đạo Trái đất và tốc độ của Sao Mộc nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của Trái đất, nên chúng ta có thể giả định rằng trong năm, vị trí tương đối của Trái đất và Sao Mộc thực tế không thay đổi. Mỗi lần khoảng thời gian của chu kỳ quỹ đạo của Yupizana chỉ thay đổi khi có sự thay đổi về hướng của tốc độ Trái đất. Tốc độ này có độ lớn không đổi và bằng 29,8 km/s.

Dữ liệu được tích lũy, độ chính xác tăng lên và các quy luật thực nghiệm được rút ra. Đã đến lúc phải giải thích tất cả điều này. Nhưng điều này nằm ngoài phạm vi của chương này.