Чтение онлайн

Любопытные часы изготовил в середине XIV века мастер Дж. де Донди из Падуи. Это были не просто часы, а то, что называли астрариумом. Конечно, они показывали время и притом с довольно высокой точностью. Но это еще не все. Астрариум воспроизводил перемещение Солнца, Луны и планет по небесной сфере. И все это в полном соответствии с астрономическими знаниями той эпохи.

Это была вполне удавшаяся попытка построить действующую модель Вселенной, то есть это было воспроизведение Вселенной в действии посредством часового механизма.

Нужно помнить, что в те времена законы движения планет — законы Кеплера — еще не были открыты. Вместо этого имелась описательная система мира, созданная Птолемеем (90—160 годы нашей эры), великим астрономом древности, жившим в Александрии. Она удачно описывала видимые движения планет, но была чрезвычайно сложной и громоздкой.

Согласно Птолемею, планеты двигались по окружностям, центры которых в свою очередь перемещались вдоль других окружностей и т. д. Движение каждой планеты представляло собою сложение нескольких одновременных круговых движений. Эти круговые движения назывались эпициклами.

Птолемей считал, что «наблюдаемые небесные явления воспроизводятся неизменными круговыми движениями». В простейшем случае нужно считать, что Солнце движется вокруг Земли по большой окружности, а планета обращается по малой окружности, центром которой служит Солнце. Но для объяснения всех деталей и тонкостей в видимом движении планет нуж- нужно было добавлять новые окружности — эпициклы. Всего их было для объяснения движений Солнца, Луны и пяти известных тогда планет — Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.

Система была неестественно громоздкой, и вся ее сложность проистекала из того, что Птолемей, как и другие астрономы вплоть до Коперника, считал Землю неподвижной. Земля

находилась у него в центре мироздания. Поэтому систему Птолемея называют геоцентрической.

Но нужно отдать должное системе Птолемея — это была первая и весьма полная система мира, которая с немалой пользой служила людям на протяжении четырнадцати веков.

Многочисленные цепляющиеся друг за друга колеса астрариума воспроизводили эпициклы Птолемея. А вся эта часовая машина представляла собою систему Птолемея «в металле», как говорят инженеры.

Модели Вселенной, подобные астрариуму, наглядным и очевидным образом представляли любому человеку устройство Вселенной.

Система Птолемея — это тоже модель Вселенной. Но в отличие от астрариума, она воспроизводит мир в теоретическом виде — в виде чисел, таблиц, графиков. Она позволяет вычислять наперед пути небесных светил и эти предсказания проверяются потом наблюдениями.

В современной науке тоже строятся модели Вселенной или, как еще говорят, космологические модели. Они описывают уже не Солнечную систему с ее планетами, а весь мир звезд и галактик, ставший доступным астрономическим наблюдениям. Эти модели имеют теоретический, физико-математический характер. Модель Вселенной, созданная в 1922—24 годах в Петрограде замечательным советским математиком и механиком А. А. Фридманом (1888—1925) лежит в основе современной космологии — науки о Вселенной как целом. О ней мы подробно расскажем в главе 10.

Часы мастера из Падуи показывают Солнечную систему в действии. Но и Солнечная система в свою очередь — это наши надежные, неизменно действующие часы. А главные наши часы — это сама Земля.

Вращение Земли, регулирующее во времени всю нашу жизнь, совершается с большой равномерностью. Его даже считали идеально периодическим, ибо не замечали никаких признаков замедления или ускорения.

Впервые в абсолютной точности этих естественных часов усомнился Ньютон. А в 1754 году Иммануил Кант (1724—1804), знаменитый философ и космогонист предположил, что вращение Земли может замедляться из-за морских приливов и отливов. Приливы обязаны действию Луны на земной океан: тяготение Луны вызывает подъем воды по линии Земля — Луна в обе стороны.

Вращение Земли и движение Луны непрерывно поворачивают эту линию и заставляют приливную волну бежать по океану вслед за Луной. Академик А. А. Михайлов, астроном Пулковской обсерватории, сравнил приливные выступы в океане с тормозными колодками на колесе трамвая *). Эти «колодки» 

привязаны к Луне незримыми нитями тяготения и из-за этого они действительно притормаживают вращение Земли. Как колодки тормозят колесо трением о него, так и приливная волна, набегая на отмели и заливая берег, тормозит Землю.

*) См. книгу: Михайлов А. А. Земля и ее вращение. — М.: Наука, 1984.-Вып. 35.-(Б-чка «Квант»).

Предсказанное Кантом замедление вращения Земли было обнаружено и надежно измерено только в середине нашего века. Оказалось, что из-за этого продолжительность суток увеличивается приблизительно на 0,0015 секунды за сто лет.

Так оценивается точность хода астрономических часов «Земля». Погрешности, связанные с постепенным слабым замедлением вращения Земли, очевидно, незначительны с точки зрения всех наших повседневных дел, да и большинства нужд техники и науки *). Астрономические часы служили прекрасным образцом и эталоном точного хода для любых часов во все времена, пока 25 — 30 лет назад не появились атомные часы с их исключительно высокой точностью. Именно по атомным часам удается контролировать вращение Земли и регистрировать в нем даже самые незначительные отклонения от равномерности.

*) Время, измеряемое по вращению Земли вокруг ее оси, принято называть всемирным. Можно вести отсчет времени и по орбитальному движению Земли вокруг Солнца; в этом случае говорят об эфемеридном времени.

В 1967 году астрономы Кембриджского университета (Англия) открыли на небе импульсные источники излучения, которые получили название пульсаров. Астрономия и до этого знала немало звезд, блеск которых так или иначе меняется. Некоторые из них (так называемые цефеиды) обнаруживают довольно регулярные периодические изменения блеска. Попеременное усиление и ослабление яркости происходит у этих звезд с периодом от нескольких дней до года. Это тоже астрономические часы, хотя и с не очень высокой точностью хода.

Пульсары резко выделяются среди всех переменных звезд. Дело не только в том, что они излучают импульсы как в видимом свете, так и в радио диапазоне и в диапазоне рентгеновского и гамма-излучения. Важнее всего два замечательных обстоятельства.

Во-первых, периоды пульсаров очень коротки. Типичный период — всего 1 секунда. Но есть и рекордсмены: пульсар в созвездии Лисички имеет период 1,5 миллисекунды.

Во-вторых, период следования импульсов выдерживается у пульсаров с поразительной точностью. У некоторых из них сколько-нибудь заметные изменения периода могут накопиться лишь за миллионы лет. Это самые точные естественные часы.