地動説は、太陽を中心に置く世界と宇宙の概念です。サモス島のアリスタルコスなどのいくつかの先駆者にもかかわらず、地動説の原理は一般にコペルニクスに帰せられます。彼の結果はケプラーとガリレオによって補足されました。太陽は太陽系の中心にすぎず、宇宙には太陽は存在しないという考えは、修道士ジョルダーノ ブルーノの著作に現れています。
17世紀以降、この科学的概念は徐々に西洋で一般的に採用される世界の表現になりました。1687 年にアイザック ニュートンは重力を説明する数学的定式化を発見し、これにより周囲の惑星の楕円軌道を説明できるようになりました。太陽。 18世紀初頭、観測により重力理論が決定的に確認され、当時観測されていた天文現象をより満足のいく説明ができるようになりました。
16世紀末から18世紀初頭にかけてのプトレマイオスとコペルニクスの論争中に、地動説は地動説に反対しました。1616 年、地動説は宗教的禁止の対象となりました。ガリレオは 1633 年に非難されました。彼の著書「世界の二つの偉大なシステムに関する対話」のおかげで（彼の刑はアーバン8世によって自宅軟禁に減刑された）。この禁止令は 1741 年と 1757 年にベネディクト 14 世によって解除されました。
現在、地動説は単なる近似にすぎません。実際には、太陽はさまざまな惑星の軌道を構成するさまざまな楕円の焦点を占めているだけだからです。しかし、太陽系の重心は太陽の質量中心に非常に近いままです。
太陽自体は、銀河系の半径の 3 分の 2 を 220 km/s の速度で運動しているため、もはや宇宙の中心ではありません。銀河の半径は5万光年と推定されています。私たちの銀河自体は、他の銀河系外の天体と比べて毎秒約 600 km の速度で移動しています。
最後に、ニュートンの時代に万有引力の法則と呼ばれた重力は、4 つの基本的な相互作用のうちの 1 つの力にすぎないことを強調しなければなりません。現代の宇宙論における天文現象のすべてをそれだけで説明することはできません。
コペルニクスの先駆者
一般に信じられていることに反して、コペルニクスは地動説を発明したわけではありません。この仮説ははるかに古いものですが、一方では、空の太陽の見かけの動きや、すべてが引き付けられているように見えるという事実など、一定数の観測結果と矛盾しているように見えたため、西洋では広まるのが困難でした。一方、地球にとって、彼女は特定の宗教的教義に反対していました。
古代インドの天文学
地動説に関する最初の既知の言及は、紀元前 9世紀から 8 世紀のヴェーダ文書に見られます。必要]
古代ギリシャ
紀元前5世紀。紀元前、クロトーネのフィロラウスは、地球は宇宙の中心ではないと主張した最初のギリシャの思想家でした。それにより、私たちの惑星は「セントラル・ファイア」の周りを1日で回転します。火も 1日で回転するため、この中心の火は私たちには見えず、太陽から反射された光だけを認識します。
ギリシャの天文学者で数学者であるサモスのアリスタルコスは、太陽の質量を推定し、紀元前 3 世紀に発表しました。紀元前の仮説は、その質量が地球の質量よりもはるかに大きいため、他の惑星が地球の周りを公転するに違いないというものです。このような理論では星の観察における視差が明らかになることを認識し、彼は恒星の球体を太陽から非常に遠いところに配置しました。私たちはこの理論をアルキメデスによる批判を通じてのみ知っています。
しかし、地動説は古代科学者の大多数によって否定されました。
中世インドの天文学
12世紀のアリヤバータやビースカーラ 2 世のようなインドの天文学者は、宇宙の地動説モデルを開発しました。
アリヤバータは、著書『アリヤバータ』の中で、地球がその軸の周りと静止した太陽の周りを回転するというモデルを5世紀に提案しました。彼はまた、月と惑星が太陽からの光を反射していること、太陽の周りのそれらの軌道が楕円形であることも発見し、これにより日食と月食を正確に予測できるようになりました。
12世紀に、バースカーラ 2 世は、アリヤバータの研究を拡張した天文学に関する論文『シッダーンタ・シロマニ』を出版しました。彼は特に重力の法則について言及しています。彼はまた、惑星の公転速度が均一ではないことも発見しました。
アリヤバータの作品は8世紀にアラビア語に、 13 世紀にラテン語に翻訳されたため、これらの作品がコペルニクスに影響を与えた可能性は否定できません。
ヨーロッパ中世
14 世紀には、ジャン ビュリダンやニコール オレムなどの作家が、地球の日周運動の可能性の問題に取り組みました。
1世紀後、クーザのニコラスはこの研究を再検討し、神学的議論に基づいて、宇宙の大きさは有限ではなく、地球は私たちが宇宙で見ているものと同じ性質の動く星であると仮定しました。空。
レオナルド・ダ・ヴィンチは、1510 年に出版された『レスター写本』の中で、月の灰色の光が地球の反響によるものであることを発見しました。彼は、地球は月と同じ性質の星であると仮説を立てています。
コペルニクス体系
16世紀にコペルニクスによって想像されたシステムは、それまで宇宙のモデルとして使用されていた天動説の漸進的な放棄を宣言することになります。
コペルニクス システムは、天文学の計算を簡素化することを目的とした理論システムです。それは次の 3 つの原則に基づいています。
- 円運動は完璧です。
- 動きは均一な円運動、または均一な円運動の組み合わせである。
- 数学は自然現象を説明する最も単純なモデルを見つけなければなりません。
彼は著書『革命論』の中で、次のような一連の仮説を提示しています。
- 地球は宇宙の中心ではなく、地球/月系の中心にすぎません。
- すべての球体は宇宙の中心である太陽の周りを回転します。
- 地球は北/南軸に沿って自身の周りを回転します。
- 地球と太陽の距離は、太陽と他の星の距離に比べて非常に小さいです。
モデルの貢献
これらの公準により、彼は太陽からの距離に応じてさまざまな惑星を正しい順序で配置することができます。したがって、逆行運動を説明するために周転円を使用する必要はなくなりました。
ただし、軌道上の速度と距離の変化を考慮するためにモデルを複雑にする必要があります (実際には軌道は円形ではなく楕円形です)。その後、偏円と周転円の複雑な系を再構成します。
コペルニクスは、地球の軌道の中心 (図の O t ) は、その中心自体が離心円 (点線) 上で回転する周転円を描くと考えています。同様に、惑星の中心（火星の場合は O m ）は、太陽でも地球でもなく、少し横にあります。惑星は、その異なる軸を中心とする周転円の周りを公転します。月は常に地球の周りを公転します (周転円と偏向システムを使用)。
また、彼にとっては、太陽や星の球のような極端に大きな天体よりも、比較的小さな天体を動かす方が合理的であるように思えます。
したがって、彼の理論の 2 つの主な利点は、軌道の単純さ (円軌道の選択によって引き起こされる周転円の保存のため相対的)、そして何よりも、金星と水星が太陽の近くに留まる理由を説明できるという事実です。
反対派
これらの貢献にもかかわらず、コペルニクスのモデルは当時の知識の状態と大きく矛盾していました。
神学的対立
彼の論文『革命論オービウム・セレスティウム』は 1543 年に出版されました。友人のアンドレアス・オシアンダーによって書かれた彼の序文の慎重さにもかかわらず、地動説は計算の改善を可能にする単純な数学モデルであると明記されていますが、この著作は宗教当局にはあまり認識されていません。プロテスタントの牧師ルターは彼を愚か者と呼び、ヨシュアが太陽を止めるように命じることもできたはずなので、太陽を直すことはできないと主張します（ヨシュア記10、13章）。聖異端審問はこれに倣い、コペルニクスの論文は聖書に矛盾すると宣言した。彼の非常に科学的な研究は、彼の仲間の間でのみ聴衆を集めました。彼は 1616 年からブラックリストに載っていました。
天文学的な反論
当時の実験観測では、火星や金星の見かけの大きさは年間を通じて一定であることが示されており、地球とこれらの惑星間の距離が公転を通じて年間を通じて変化するというコペルニクスのモデルとは矛盾しています。
ティコ・ブラーエの場合、地球が太陽の周りを回転することにより、恒星の観測角度が変化するはずです。この視差を測定できなかったので、彼はコペルニクスの理論が発表されてから数年後には無効になったと考えました。実際、彼は星の距離を過小評価していたため、角度の変化が小さすぎて当時の機器では測定できませんでした。
物理的な反論
地球が太陽の周りを回転している場合、地球は非常に高速で移動しているに違いありません。さて、私たちが塔の頂上から石を落とすと、石は正確にその麓に落ちます。それは、塔、そしてそれが取り付けられている地球が、石の落下中に固定されたままだからです。
高速で走行しているときに感じる相対的な風と同様、一定の東風が吹いているはずです。
地球が自転しているのに、なぜ地表の物体は遠心力で飛び出さないのでしょうか?そして、月はどのようにして地球に伴って太陽の周りを回転するのでしょうか?
コペルニクスの後継者たち
したがって、地動説に対する反対は宗教的なものだけでなく、科学界からも出ており、地動説に対する理論の利点と比較して非常に強力な反論がなされました。コペルニクスの支持者によって提案された答えのほとんどは、その場限りの仮説（自由落下中の大気や物体は地球の動きに追随する、星は非常に遠くにある、など）にすぎず、実験的に確認することは不可能です。
したがって、最初は、コペルニクス的モデルは何よりも計算ツールとして見なされます。これは、たとえば、エラスムスラインホルトがプルテニクス表を確立するために、地動説におけるコペルニクスの公式を使用した方法です。理論を検証し、それを改良するには、依然として一連の発見が必要です。これらの発見は、宇宙における人間の位置の表現に重大な影響を与えるでしょう。
ケプラーシステム
ケプラー (1571–1630) は、ティコ ブラーエの観察を利用して、惑星の軌道面がすべて太陽を通過していることに注目して、コペルニクスの仮説を確認しました。しかし、彼は円運動という考えを保持することができません。つまり、惑星は楕円軌道を描いて太陽の周りを公転します。これらはケプラーの法則です。
ガリレオの観察
彼の観察のおかげで、ガリレオ (1564–1642) は地動説の欠陥を示し、地動説の一貫性を証明しました。
彼は天体望遠鏡を使用して、いくつかの実験結果を修正しました。
- コペルニクスが予測した金星の位相と同様に、火星と金星の大きさの変化が目に見えるようになります。
- 彼は木星の衛星を観察しており、月が地球の公転に追従できないとする議論は無効となる。
- 彼は月のレリーフを発見しましたが、これは超月世界の不変性に関するアリストテレスの概念を無効にしました。
彼は傾斜面で実験を行い、物体が垂直に落下する理由を説明する慣性原理の概念を導入しました。
ニュートン理論
ロバート・フック、そしてアイザック・ニュートンは、重力の原理を発明して利用することによって、ケプラーの実験法則の正当性を証明しました。
この力は、自転にもかかわらず物体が地球の表面に保持される理由と、月が地球の公転に追従する理由を説明します。
実験による検証
ニュートンの研究の後、地動説モデルは優れた内部一貫性を獲得しましたが、実験的には確認されませんでした。地球が遠くの星と連動して動いていることを証明できる観測はまだありません。モデルの主な予測である視差によって引き起こされる星の相対運動はまだ検証されていません。
1727 年に光の収差に関するジェームズ ブラッドリーの研究が出版されたおかげで、太陽の周りの地球の動きの最初の実験的証拠が発見されました。
星の視差の最初の測定結果は、1 世紀後の 1838 年にドイツのフリードリヒ ヴィルヘルム ベッセルによって発表されました。
地球自体の回転運動は、フーコーの振り子の実験のおかげで、1851 年にフーコーによって実験的に確認されます。
N体問題
ニュートン方程式は、二体問題として知られる、別の天体を周回する孤立した天体の場合の正確な解を提供します。太陽系の場合、惑星の相互作用を無視しているため、これらは単なる近似値にすぎません。
惑星軌道の評価を改良するには、N 体問題を解くことが必要です。 1785 年の『木星と土星の理論』で、ピエール＝シモン・ラプラスは級数展開に基づく近似法である外乱の計算を導入しました。これは、これら 2 つの惑星の相互作用により、80 年間にわたって軌道にわずかな変動が生じることを示しています。
1889 年、アンリ ポアンカレは、この問題は解決できず、太陽系はカオスであることを実証しました。初期条件に敏感なため、長期的な惑星の軌道を予測することは不可能です。
太陽、宇宙の中心、それとも太陽系だけ？
コペルニクスは太陽を太陽系だけでなく宇宙全体の中心とした。彼はまた、恒星の球体を想像します。このビジョンは、たとえばジョルダーノ・ブルーノによって疑問視されていますが、当時の実験技術では星の性質について科学的な結論に達することはできませんでした。
1718年、英国の天文学者エドモンド・ハレーは、シリウスとアルクトゥルスの角運動を比較することによって、星の適切な運動を実証しました。したがって、恒星の球体は存在しません。
1783 年、ウィリアム ハーシェルは14 個の星の適切な動きを観察することで太陽の動きを分析しました。彼は、太陽がヘラクレス座の頂点に向かって秒速 20 km で移動していることを発見しました。したがって、太陽は宇宙で静止しているわけではありません。しかし、ハーシェルは依然として彼を銀河の中心に置いています。
さらに、イマヌエル・カントは、銀河が他の多くの銀河の中で唯一の「島宇宙」(銀河)であると推測した最初の人になります。 1910 年代まで、科学者たちは宇宙を太陽が中心となる銀河系に縮小することに同意していました。ハーロー・シャプリーは、太陽が銀河系の中心にないことを最初に断言した人の一人ですが、それでも彼は宇宙を単一の銀河系として見続けています。 1920年4月26日、彼は星雲は銀河系外にあると信じていたヒーバー・カーティスと米国科学アカデミーで公の場で討論した。当時、実験データは矛盾しており、シャプリー氏とカーティス氏が自らの立場を修正することなく議論は終了した。銀河の多様性は、1924 年のエドウィン ハッブルの測定後に初めて科学界に最終的に受け入れられることになります。宇宙の中心という考えは、今日、ビッグバンの宇宙論モデルではその意味を失いました。
この中心は物理的に何に対応しますか?
宇宙の絶対的な中心は存在しないと認められている今日、太陽系の中心の定義は、与えられた問題に最も関連すると考えられるモデルの合意による選択として理解されなければなりません。使用。実際、相対性理論によれば、物理法則は選択された基準系には依存せず、数学的表現が異なるだけです。
運動学では、空間内の基準座標系の選択は常に自由であるため、太陽系の中心を任意に固定できます。これは、ティコ・ブラーエが16世紀に行ったように、地球が宇宙の中心であり、太陽と月が地球の周りを公転し、他のすべてのものは太陽の周りを公転していると考えることで、正確な計算ができることを意味します。したがって、これら 2 つのモデルは互いに同じように「現実的」であり、地動説モデルの軌道の規則性だけが物理学者の目にはより強力な真実性を与えます。特定の特殊な場合 (宇宙探査機の打ち上げなど) では、方程式を簡素化できるため、地心モデルが依然として使用されます。
力学においても、力と加速度の表現の複雑さは、選択した基準系に依存します。ガリレオ座標系を選択すると、この式が最も単純になります。このような基準系の適切な近似は、太陽を原点とし、軸を遠くの星に向けることによって得られます。このような基準枠では、地球は太陽の周りを回転します。力学は地球にリンクされた基準系で可能ですが、慣性力を導入する必要があるため、表現するのはより困難になります。
一方、宇宙における太陽系の軌道を考える場合、その慣性中心を考慮することは完全に正当です。私たちの太陽系では、それは星の慣性中心に非常に近いですが、これは普遍的ではありません。複数の星を持つ系では、この中心はどの点にも存在する可能性があります。