Топ заблуждений об астрономии 2. Земля вращается вокруг Солнца

Да-да, это заблуждение тоже очень широко распространено. Например, в нескольких телепередачах с его помощью проверяли «уровень образованности» граждан. Часть людей отвечала, что Солнце вращается вокруг Земли, и зачислялась в «плохо образованные». Другая же часть утверждала, что это, наоборот, Земля вращается вокруг Солнца. И их записывали в «хорошо образованные». Говорят, вторых было не так уж и много.
По поводу этого вопроса со мной умудрялись спорить даже те люди, которые, по их заверениям, окончили естественно-научные вузы. Хотя вроде бы в самом начале этой вашей физики сообщаются сведения, достаточные для правильного понимания данного явления.

Штука в том, что фраза «Земля вращается вокруг Солнца» совершенно вернá. Однако если к ней добавить «а не наоборот» или даже просто «на самом деле», то она тут же станет неверной: поскольку фраза «Солнце вращается вокруг Земли» верна ровно в той же степени.

Это может поразить воображение, но это так: если один объект вращается вокруг второго, то второй с неизбежностью будет вращаться вокруг первого. Всё зависит о того, с какой точки мы на эти объекты смотрим. Что именно мы будем считать неподвижным: если первый объект, то вокруг него будет вращаться второй, а если второй — вокруг него будет вращаться первый.

Причём траектории их вращения будут абсолютно идентичными.

На иллюстрации красная точка — Солнце. Синяя — Земля. Маленькая зелёная точка — второй фокус эллиптической орбиты Земли.
r — расстояние между фокусами.
По определению эллипса сумма зелёных отрезков равна константе — c. t — коэффициент, меняющийся от 0 до 1, который определяет текущее соотношение расстояний от каждого из фокусов.
Их траектории друг относительно друга, как можно видеть, по форме совершенно идентичные.

То же самое можно представить и в анимированном виде.
И вот тут мы доходим до более интересной части. Точнее, сразу до целого комплекта интересных частей.

Во-первых, в таком ракурсе неясно, а какие вообще претензии были к Галилею и к Джордано Бруно, которого вообще за что-то такое сожгли.

Во-вторых, возникает вопрос: ну, с выбором абстрактной точки отсчёта-то понятно, однако, как оно на самом деле? На самом деле-то кто вокруг кого вращается?

Начнём, пожалуй, со второго вопроса. Ответ на него: никакого «на самом деле» вообще нет. Во вселенной не существует избранной, «настоящей» системы отсчёта — они все равноправны. Вы можете измерять положение объектов относительно какого вам заблагорассудится другого объекта, и любое такое измерение будет не более «настоящим», чем любое другое.

Этот принцип — один из ключевых принципов физики: все точки отсчёта равны между собой.

Впрочем, по некоторым характеристикам они всё-таки отличаются. И этим иногда ошибочно пользуются, чтобы обосновать «настоящесть» одной системы по сравнению с другой.

Есть системы, в которых выполняется первый закон Ньютона. То есть, если сумма сил (а точнее их равнодействующая), приложенных к телу, равна нулю, то это тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. А есть системы, где такое не выполняется.

Примером системы второго типа может быть разгоняющийся поезд: когда вы в нём стоите, вас начинает «тянуть» к хвосту поезда. Хотя, конечно, «на самом деле» это не вас тянет, а поезд из-под вас всё время пытается выехать. Если же он вдруг поедет с постоянной скоростью, тянуть назад вас перестанет, поскольку вы, благодаря сцеплению с полом или со скамейкой, разогнались относительно земли до той же скорости, что и поезд, и теперь с этой скоростью вместе с ним движетесь, или — если считать относительно поезда — не движетесь.

Системы первого типа называются «инерциальными», а второго «неинерциальными».

Так вот, часто можно слышать, будто «на самом деле Земля вращается вокруг Солнца, поскольку система с точкой отсчёта в центре Земли — неинерциальная».

Однако проблема тут в том, что и система, с точкой отсчёта в центре Солнца тоже не инерциальная. И даже с точкой отсчёта в центре масс Земли и Солнца (в виду огромной разницы их масс находящейся, впрочем, довольно близко к центру Солнца).

Потому что Земля с Солнцем не одни. Вокруг них целая куча других звёзд, галактик и, самое главное, других планет Солнечной системы. И вся эта толпа своим присутствием портит красоту картины.
Кстати, среди планет Солнечной системы всё-таки есть одна — Юпитер — достаточно большая, чтобы иногда иметь свой центр масс с Солнцем за пределами Солнца. Так что все планеты «на самом деле вращаются вокруг Солнца», и только Юпитер достаточно крут, чтобы этого не делать.
В этом смысле, можно говорить лишь о том, что Солнце — «более инерциальная» система, чем Земля: эффекты от «неинерциальности» в этой системе менее заметны.
И это, правда, так. Однако в ряде случаев эффекты от неинерциальности Земли тоже заметны весьма слабо. Например, когда вы стоите на этой самой Земле и что-то там делаете. Совершенно точно, в таком контексте относительно Земли всё будет гораздо «инерциальнее», чем относительно Солнца.

Да и в целом бо́льшая или меньшая «инерциальность» не делает систему отсчёта «более» или «менее настоящей». Как максимум — более удобной для некоторых расчётов.

Причём именно для некоторых, а не для всех. Да, если взять Солнце за центр, то траектории планет становятся гораздо более понятными, а с центром внутри Земли они очень причудливо выглядят.

Если взять Солнце за центр, то траектории планет понятны, с центром внутри Земли они выглядят очень причудливо.

Однако вот движение Луны более понятно выглядит, если его рассматривать относительно Земли. То же касается и искусственных спутников: рассчитывать параметры их полёта гораздо проще относительно Земли, а не Солнца. И полёт на Луну тоже проще планировать именно в этой системе координат.

А полёт на Марс, например, проще спланировать, если вблизи Земли считать относительно Земли, вблизи Марса — относительно Марса, и только промежуточную его часть — относительно Солнца.

Нет универсально удобной системы отсчёта, как нет «настоящей».

Но за что же тогда сожгли Бруно и затравили Галилея?

Да, собственно, за то, что в те времена всё это было не особо известно. По представлениям тогдашней физики, и, что ещё важнее, по тогдашним религиозным канонам Земля находилась в центре мироздания, поэтому, как тогда казалось, эта самая избранная «настоящая» точка отсчёта была.

Да и планеты со звёздами, в общем-то, основной массой людей воспринимались не как сейчас. Это, кстати, заслуга, в том числе, Галилея с его телескопом и Бруно с его логикой и воображением — в склонении мира к правильному их восприятию.

Однако если Бруно пострадал за свои метафизические воззрения, а не только за пропаганду гелиоцентрической (с Солнцем в центре) системы, то Галилею инквизиция таки вписала в обвинительный приговор именно вот это:

Вследствие рассмотрения твоей вины и сознания твоего в ней присуждаем и объявляем тебя, Галилей, за всё вышеизложенное и исповеданное тобою под сильным подозрением у сего Св. судилища в ереси, как одержимого ложною и противною Священному и Божественному Писанию мыслью, будто Солнце есть центр земной орбиты и не движется от востока к западу, Земля же подвижна и не есть центр Вселенной.

К этому, впрочем, присовокупили ещё и то, что Галилей нарушил прямой запрет на изложение этой мысли, но это не главное.

Главное, что инквизиция банально не поняла основную часть прозрения Галилея. Оно не в том, что Солнце, а не Земля в «центре мира», а в том, что все системы отсчёта равноправны. Этот принцип так и назван в честь него: «Принцип относительности Галилея».

Правда, этот принцип в полной своей форме относился лишь к инерциальным системам отсчёта (в том смысле, что они не просто равноправны, а вообще изнутри неотличимы друг от друга: «как в одной полетит стрела, так и в другой тоже»). Да и про Солнце, как про «чуть более истинный центр», Галилей тоже обмолвился. Но всё-таки в своём понимании устройства мира он продвинулся гораздо дальше, чем его судьи.

Ну а к настоящему моменту физика продвинулась ещё сильнее. И теперь уже понятно, что правильно всё посчитать можно относительно любой точки, и её выбор зависит лишь от задачи — от которой точки её удобнее решать, от той и надо. А «настоящих» попросту нет.

Поэтому те «образованные», которые ответили так, и особенно те, кто их таким способом проверял на образованность, на самом деле не особо-то образованные, а просто заучили наизусть нужную фразу, как заклинание.

Наконец, ещё один нюанс: в природе никто вокруг кого не вращается. Само понятие «вращение» завязано на то, что мы, люди, обладаем памятью, а потому способны заметить, что некоторые явления почти повторяются. Повспоминав расположение планет и звёзд на небе, мы можем вычислить «период повторения» и, например, изобразить эффектным эллипсом, опоясывающим Солнце, траекторию родной Земли. А потом, понаблюдав подольше, нарисовать эллипсы и для других планет тоже. И назвать этот частный случай повторяемости «вращением».

Но вот природа, в отличие от нас, видимо, не помнит своей предыстории. Или, во всяком случае, никак этого не проявляет. Имеет ли тогда смысл пытаться выяснить, а кто вокруг кого вращается «на самом деле»?

Кстати, о более долгих наблюдениях. Чтобы пронаблюдать полный оборот Плутона вокруг Солнца нам бы потребовалось смотреть в небо примерно 248 лет. А его открыли только в 1930-м. И уже успели закрыть обратно.

Или не успели?

Читайте также Топ заблуждений об астрономии 1. Смена времён года

One thought on “Топ заблуждений об астрономии 2. Земля вращается вокруг Солнца

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Введите капчу *