Создатель геоцентрической системы мира

История науки знает немало имен ученых, начиная от глубокой древности до наших дней, которые внесли значимый вклад в её развитие. Об одних нам известно практически всё, творчество других по сей день окружено тайнами и загадками. Одним из таких деятелей является Клавдий Птолемей.

          Клавдий Птолемей (Ptolemaeus, Κλαύδιος Πτολεμαῖος) родился около 90 года в городе Никее, в Вифинии, а большую часть своих наблюдений провёл на острове Родос. Древнегреческий астроном, астролог, математик, механик, оптик, теоретик музыки и географ. Он происходил из Египта, большую часть жизни прожил в Александрии.

      История довольно странным образом обошлась с личностью и трудами Птолемея. О его жизни и деятельности нет никаких упоминаний у современных ему авторов. В исторических работах первых веков нашей эры Клавдий Птолемей иногда связывался с династией Птолемеев, но современные историки полагают это ошибкой, возникшей из-за совпадения имён (имя Птолемей было популярным на территории бывшего царства Лагидов). Римский nomen (родовое имя) Клавдий (Claudius) показывает, что Птолемей был римским гражданином и предки его получили римское гражданство, скорее всего, от императора Клавдия.

        Город Александрия, в котором протекала научная деятельность Клавдия Птолемея, был основан Александром Македонским в 332 г. до н. э. Вскоре он стал столицей новой (последней) династии египетских царей, ведущих свой род от диадоха (полководца) Александра Македонского – Птолемея Лага. Поэтому и основанную им династию принято называть династией Птолемеев. Впрочем, пятнадцать царей этой династии носили имя Птолемей.

       Последней правительницей Египта из этой династии была известная царица Клеопатра. Потерпев поражение в войне против римского полководца Гая Октавия (ставшего вскоре императором под именем Октавиана Августа), Клеопатра в 30 г. до н. э. покончила с собой. Египет был покорен Римом и получил статус римской провинции. Династия царей Птолемеев пресеклась вместе с гибелью Клеопатры.

            К началу II в. н. э. Александрия была большим по тем временам городом (в нём жило около 30 тыс. человек), столицей провинции, крупным торговым центром. Гордостью Александрии была знаменитая библиотека. Она была основана в правление Птолемея II Филадельфа (282 - 246 гг. до н. э.). Здесь были собраны все основные научные и литературные сочинения той эпохи. Библиотекой руководили крупнейшие ученые. Так, одним из первых ее хранителей был знаменитый астроном и географ Эратосфен (276 – 194 г. до н. э.), занявший эту должность в 225 г. до н.э. К I в. до н э. в библиотеке насчитывалось уже 700 тыс. папирусных свитков. Постепенно центр научной мысли переместился из Греции в Александрию. Здесь жили и работали такие известные ученые древности, как математики Евклид (365-ок. 300 г. до н. э.), Аполлоний Пергский (ок. 260 ок. 170 до н. э.), астрономы Аристилл и Тимохарис (111 в. до н. э.) и др.

     Жизнь и деятельность Клавдия Птолемея протекала в условиях, когда античная наука переживала упадок. На горизонте уже не было таких фигур, как Платон, Аристотель, Демокрит, Пифагор, Евдокс, Архимед, Гиппарх. Более того, их не было уже давно – почти три столетия. Клавдий Птолемей – «последний из могикан» античной науки. По свидетельству Олимпиодора (биографа Платона, жившего в Александрии в середине VI в. н. э.), Птолемей «в течение 40 лет жил в так называемых Крыльях Канопа, посвятив себя астрономии, о чём свидетельствуют высеченные им на каменных табличках его астрономические открытия».

      В астрономии Птолемею не было равных на протяжении целого тысячелетия — от Гиппарха (II в. до н. э.) до Бируни (X—XI вв. н. э.).

         В 127-155г.г. Птолемей проводил астрономические наблюдения, результатом которых явилось «Большое математическое построение астрономии в XIII книгах», представлявшее собой энциклопедию астрономических и математических знаний древнегреческого мира.

         Название энциклопедии «Альмагест» принадлежит не самому Птолемею, оно позднейшего, притом арабского происхождения. Птолемей же писал по-гречески и назвал свое сочинение так: Megalh suntaxiz («Мэгале синтаксис»), что означает «Большое построение». Слово «синтаксис» имеет несколько значений. Его можно перевести и как «трактат» и как «сочинение». В различных источниках встречаются все эти варианты перевода.

Сам Птолемей в ссылках на свою книгу часто называет ее Maqhmatich suntaxiz, что означает «Математическое построение». Арабские переводчики труда Птолемея из уважения ли к его автору или просто по небрежности – превратили megalh («большое») в megizth («величайшее»), так что у арабов книга Птолемея стала называться сокращенно Al Magisti, откуда и произошло название «Альмагест».

       Это весьма обширное сочинение — его английский перевод занимает более 600 страниц большого формата. В «Альмагесте» Птолемей изложил собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона, сформулировав весьма сложную геоцентрическую модель мира. Птолемей пришёл к ошибочному выводу, что Земля является центром вселенной, а все остальные небесные тела вращаются вокруг неё (геоцентрическая система мира; по-гречески «гео» — земля). Он доказывал, что все свободные тела падают в центр вселенной, а все тела, которые Птолемей мог привести в пример, действительно стремились к земной поверхности. В результате теория его стала общепризнанной и практически не претерпела изменений вплоть до 15-го столетия, когда была вытеснена теорией, разработанной Николаем Коперником.

          Птолемей установил порядок для объектов Солнечной системы: Земля, Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Для каждой из них были определены орбиты – окружности разного диаметра, по которым планеты вращаются вокруг центра вселенной – Земли.

         При создании данной системы он проявил себя как умелый механик, поскольку сумел представить неравномерные движения небесных светил (с попятными движениями планет) в виде комбинации нескольких равномерных движений по окружностям (эпициклы, деференты, экванты).

     «Истинные философы, Сирус, были, я полагаю, совершенно правы, отличая теоретическую часть философии от её практической части» – такими словами Птолемей начинает «Альмагест» (Книгу «Альмагест» Птолемей посвятил Сиру, но личность его не установлена, кем он приходился учёному и имеет ли отношение к его исследованиям или астрономии, вообще неизвестно).

Деление философии на теоретическую и практическую заимствовано Птолемеем у Аристотеля.

         Книга I является вводной. В ней утверждается, что небесный свод движется как единая сфера, что Земля шарообразна, находится в центре небесной сферы, имеет по сравнению с ней ничтожно малые (точечные) размеры и неподвижна.

      Во второй половине книги I приводятся основы птолемеевой сферической тригонометрии и ряд полезных таблиц, а также описание некоторых простых угломерных приборов. Здесь собраны сведения по тригонометрии, причём это - единственные дошедшие до нас от древних греков сведения по тригонометрии. Именно здесь содержится носящая его имя теорема о том, что вокруг выпуклого четырехугольника можно описать окружность тогда и только тогда, когда произведение его диагоналей равно сумме произведений его противоположных сторон. Исходя из этой теоремы, Птолемей определил хорды дуг в 1½° и ¾° и приближённо вычислил по ним хорду дуги в 1°. При этом он основывался на установленной им теореме, согласно которой отношение большей хорды к меньшей менее отношения стягиваемых ими дуг. Составил таблицу хорд, соответствующим дугам от 0 до 180°; ввёл деление градуса на минуты и секунды.

      В книге II приводится решение ряда общих задач сферической астрономии, в книге III рассматривается движение Солнца по эклиптике и солнечная аномалия (происходящая, как мы теперь знаем, от неравномерности движения Земли вокруг Солнца по эллиптической орбите), в книге IV – видимое движение Луны и его аномалии. В книге V Птолемей строит свою теорию движения Луны, основанную на комбинации нескольких круговых движений, вводит понятия об эксцентре и эпицикле.

       Книга VI посвящена теории солнечных и лунных затмений, основой для которой служат расчеты моментов сизигий (новолуний и полнолуний), а также движения Луны по широте, связанного с тем, что ее орбита наклонена к плоскости эклиптики на небольшой угол (5°00'). Здесь же приведены таблицы затмений.

        Книги VII и VIII посвящены неподвижным звездам. В них приводятся описания созвездий, доступных наблюдениям в Греции и в Александрии, и знаменитый каталог звезд, составленный Птолемеем на основании наблюдений Гиппарха и своих собственных. В этом каталоге приведены положения 1025 звезд.

В книгах IX – XI строится теория движения планет, та знаменитая «система мира Птолемея», которая описывается (далеко не всегда правильно) во всех учебниках астрономии и во многих популярных книгах.

        В книге XII Птолемей рассматривает попятные движения планет на небесной сфере и находит, что охватываемые ими дуги находятся в согласии с его теорией. Здесь же приводится таблица точек стояний планет (в которых планета меняет прямое движение вдоль эклиптики на попятное или наоборот).

       Книга XIII посвящена движению планет по широте.

      В своем мировоззрении Птолемей почти точно следует Аристотелю. И дело, разумеется, не столько в геоцентризме обоих, сколько в их взгляде на основные категории бытия. Вслед за Аристотелем Птолемей считает все сущее состоящим из материи, формы и движения, причем ни одна из этих категорий не может существовать без двух других. Это значит, что материя не может существовать без движения и движение нельзя себе представить без материи.

    «Альмагест» Клавдия Птолемея – научное произведение, значение которого нельзя по достоинству оценить в одной лишь истории астрономии. Роль Птолемея в процессе становления естествознания уникальна. Место Птолемея в истории мировой науки навечно останется столь же незыблемым, как место Менде леева, Ньютона, Коперника или Евклида.

        Птолемей допускал (вместе с Аристотелем) «первый толчок», допускал существование Божества. Но это Божество играет во взглядах Птолемея весьма ограниченную роль: оно только создало и пустило в ход «небесный механизм», управляющий движениями светил небесных. Больше о Боге и о его влиянии на процессы во Вселенной в «Альмагесте» не говорится ничего.

      Несмотря на то что Птолемей и сам занимался некоторыми вопросами физики (например, оптикой), он отдает решительное предпочтение математике и астрономии. В дальнейшем он применит эти точные науки для нужд географии, точнее, геодезии, а математику – еще и к теории музыки.

      Определение положения планеты по методу Птолемея даёт (в пределах точности, доступной для наблюдений невооружённым глазом) результаты, которые не уступают получаемым с помощью современных методов.

    Птолемей нашёл приближённое значение числа π=3,14167, составил таблицу синусов, которая много веков была единственным пособием при решении треугольников. Составил таблицу хорд, соответствующим дугам от 0 до 180°; ввёл деление градуса на минуты и секунды.

        «Альмагест» также содержал каталог звёздного неба. Список из 48 созвездий не покрывал полностью небесной сферы: там были только те звёзды, которые Птолемей мог видеть, находясь в Александрии. Существует предположение, что звёздный каталог Птолемея был уточнённой версией каталога, созданного ранее Гиппархом. В пользу этой версии говорит то, что, согласно исследованиям современных историков астрономии, все перечисленные в каталоге 1022 звезды могли наблюдаться Гиппархом на широте Родоса (36° с. ш.), но каталог не содержит ни одной звезды, которая могла быть видна в более южной Александрии (31° с. ш.), но не наблюдалась на Родосе.

      О жизни Гиппарха мы имеем не больше сведений, чем жизни Птолемея. Даты его рождения и смерти неизвестны. За последние 200 лет не раз возникал вопрос, какие наблюдения и результаты заимствованы Птолемеем у Гиппарха, а какие принадлежат самому Птолемею. Дело в том, что подлинные сочинения Гиппарха до нас не дошли (за исключением небольшого «Комментария к Арату»), и вопрос этот приходится решать косвенными путями. Практически всё, что известно о работах Гиппарха узнали благодаря их изложению в «Альмагесте» Птолемея. То же можно сказать и о многих других наблюдениях и математических исследованиях древнегреческих и вавилонских астрономов. Благодаря этому «Альмагест» стал своеобразной энциклопедией астрономии древности.

        Птолемей нашел способ выяснить, хотя бы приблизительно, размеры планет в сравнении в Землей. Еще Гиппарх, согласно свидетельству Птолемея, говорил, что видимый диаметр Солнца в 30 раз больше, чем у наименьшей (т. е. самой слабой) звезды. В этом рассуждении есть доля истины. Ведь угол в одну минуту дуги (1/30 видимого диаметра Солнца) – это как раз предел разрешающей способности человеческого глаза. Источники света с меньшими угловыми диаметрами представляются нашему глазу точками. В то же время известно, что более яркие звезды кажутся крупнее. Вот почему Птолемей в своем сочинении «Планетные гипотезы», написанном после «Альмагеста», оценивает видимый диаметр Венеры в 1/10 солнечного, Юпитера – в 1/12, Марса – в 1/20, Меркурия – в 1/15, Сатурна – в 1/18. Эти видимые размеры отнесены к средним расстояниям планет от Земли.

      Птолемей знал величину земного радиуса в линейных единицах (стадиях) хотя бы по измерениям Эратосфена. Полученное им среднее расстояние до Луны лишь на 20 % меньше действительного. Но среднее расстояние до Солнца занижено уже в 20 раз (а с ним и линейные размеры Солнца), расстояние до Юпитера – в 9 раз, до Сатурна – в 12 раз. Таким образом, масштабы нашей планетной системы были занижены Птолемеем примерно на порядок. Но даже эти оценки были большим достижением, ибо они показывали, что межпланетные расстояния намного больше любых земных масштабов.

          Американский физик, специалист по небесной механике и истории астрономии Роберт Ньютон в нашумевшей книге «Преступление Клавдия Птолемея» (1977) прямо обвинил учёного в фальсификациях и плагиате. Однако современные учёные не склонны ставить это в вину Птолемею и вслед за Ньютоном обвинять его в плагиате, указывая, что он нигде не называет себя автором наблюдений, его работа – справочник, а в справочниках и в наше время авторы материала не указываются.

Астрономические наблюдения датировались в древности годами правления царей. В связи с этим Птолемей составил «Хронологический канон царей», являющийся важным источником для хронологии. Птолемей изобрёл астролябию, положил начало учению о стереографических проекциях, о солнечных часах, в его работах содержится прообраз современной координатной системы, он пытался доказать пятый постулат Евклида. В истории математики он был первым, кто усомнился в очевидности постулата Евклида. Показывая, как вычислять хорды, он делил окружность на 360 частей (градусов), а диаметр окружности на 120 частей, считая, что длина окружности в 3 раза больше её диаметра.

        Выводя свою теорему о хорде половины дуги Птолемей не сообщает, что эта теорема была доказана Архимедом за пять столетий до него. Вряд ли он не знал об этом. Скорее он считал такие результаты настолько общеизвестными, что полагал возможным не называть их авторов.

Геоцентрическая система мира просуществовала громадный с исторической точки зрения срок—полтора тысячелетия. Общепринятая и официально признанная (как наукой, так и христианской церковью), теория Птолемея только в XVI—XVII веках уступила сваи позиции гелиоцентрической системе мира Коперника. До появления книги Н. Коперника «Об обращениях небесных сфер» книга Птолемея «Альмагест» была непревзойдённым образцом изложения всей совокупности астрономических знаний. Свою значимость эта книга утратила лишь в XVII веке после появления работ И. Кеплера.

   Как отмечал Моррис Клайн — американский математик, известный своими работами по истории и философии математики – «Непреходящее значение теории Птолемея состоит в том, что она убедительно продемонстрировала мощь математики в рациональном осмыслении сложных и даже таинственных физических явлений».

        На рубеже III и II вв. до н. э. жил и работал математик Аполлоний Пергский, известный своим капитальным трудом по теории конических сечений. Разумеется, ни сам Аполлоний, ни Птолемей, использовавший в своем «Альмагесте» некоторые леммы, доказанные Аполлонием, не могли себе представить, что конические сечения – эллипс, парабола и гипербола – это и есть действительные формы планетных орбит. Оторваться от предвзятого мнения, что небесные тела могут двигаться лишь по самым «совершенным» орбитам – окружностям, оказалось под силу только Иоганну Кеплеру полтора тысячелетия спустя.

Конец жизни и деятельности Аполлония примерно соответствует по времени началу жизни и работы Гиппарха. Исследования Гиппарха явились необходимым этапом для работ самого Птолемея. Вряд ли Птолемей сумел бы поставить и решить многие задачи, если бы перед ним не стоял пример Гиппарха.

В своих астрономических трудах Птолемей не разделял часы на дневные и ночные, как это делали египтяне, а считал их равными по продолжительности.

            Наблюдения самого Птолемея, о которых говорится в его труде, выполнялись с 127 до 141 года н. э. «Альмагест» был закончен автором в 146 или 147 году и издан около 150 года. Слово «издан» надо понимать не так, как мы его понимаем теперь. Закончив свой труд, Птолемей передал его переписчикам, они от руки должны были сделать с него несколько копий. Такие копии рассылались в крупнейшие библиотеки, отдельным ученым и влиятельным особам. В дальнейшем с этих первых копий снимались новые. Переписчики не всегда точно следовали оригиналу: допускали описки, а иногда брали на себя смелость делать сознательные поправки и даже дополнения. Известно, что «Альмагестом» наряду с трудами Гиппарха пользовались многие современники Птолемея, например, римский естествоиспытатель и врач Гален (129—201), византийский астролог Веттий Валент (II в. н, э.). В III веке древнегреческий математик и механик Папп Александрийский написал комментарии к «Альмагесту». Спустя полвека после Паппа комментарии к «Альмагесту» написал известный математик того времени Теон Александрийский. Позднее в составлении комментариев к III книге «Альмагеста» принимала участие и дочь Теона, знаменитая женщина-математик Гипатия, трагически погибшая при нападении в 415 году на Александрийскую библиотеку толпы фанатиков-христиан. В огне погибла часть библиотеки с многими сочинениями древних ученых, в том числе труды Гиппарха и Птолемея. В 640 году по приказу халифа Омара библиотека была окончательно уничтожена фанатиками.

   Но, к счастью, «Альмагест» хранился не только а Александрийской библиотеке. Его копии попали в Рим, а также в Персию, где в годы правления царя Шапуире 1 (241—272) «Альмагест» перевели на язык пехлеви. Первый дошедший до нас перевод «Альмагеста» на латинский язык (научный язык средневековья) сделал в 1175 году Герард из Кремоны.

            К моменту окончания работы над «Альмагестом» Птолемею было уже около 50 лет. Но он был еще бодр и продолжал работать: скорее всего, именно в этот период он написал свои «Оптику» и «Географию», а также несколько мелких сочинений, как дошедших, так и не дошедших до нас. Птолемей разработал даже собственный календарь, в котором, кроме предсказаний погоды, указывал времена восходов и заходов звезд в утренние и вечерние сумерки.

     Птолемей был материально обеспеченным человеком и мог целиком посвятить себя науке: сперва ее изучению, а потом научным исследованиям. Ничего не известно об источниках его доходов. Был ли он владельцем какого-то хозяйства, приносившего доход, или, как многие ученые эпохи эллинизма, получал постоянное содержание от властей?

       Известные нам материалы не дают ответа на этот вопрос.

      На восьмом году правления римского императора Антонина Пия (144/145 г. н. э.) в Александрии была выпущена серия из 12 медных монет с изображениями знаков зодиака. На всех монетах отчеканена восьмиконечная звезда и мифологические изображения семи планет (включая Солнце и Луну) . Их расположение по знакам зодиака соответствует гороскопу императора. Очевидно, что эта серия была выпущена к 60-летию Антонина Пия. Весьма вероятно, что Клавдий Птолемей принимал участие в составлении императорского гороскопа (он ведь занимался астрологией) и в выпуске этой серии монет. Но золотые и серебряные монеты чеканили только в Риме, поэтому в Александрии пришлось удовольствоваться медными.

      От своего появления в свет и до Николая Коперника «Альмагест» был единственным основным кодексом астрономии, образовавшим около себя громадную литературу. С Коперника начинается реакция. Преклонение перед Клавдием Птолемеем, возведение его положений в неопровержимые догматы сменились строгой критикой, дошедшей в лице французского историка астрономии Деламбра до полного отрицания оказанных Птолемеем науке несомненных услуг, до низведения его на степень простого компилятора и даже до обвинения в плагиате, совершенном им будто бы у его знаменитых предшественников — Гиппарха и Эвдокса. Правильные взгляды на деятельность и заслуги К. Птолемея в области астрономии установились только в новейшее время.

          Астрологии Птолемей посвятил сочинение «Четверокнижие». В нём — помимо собственно астрологического материала — Птолемей впервые высказал глубокую философскую идею несоизмеримости небесных движений и, следовательно, невозможности полного повторения событий (как считали пифагорейцы); эти идеи Птолемея фактически подрывали идеи круговорота и сами основы астрологии, давая пищу для переосмысления окружающей Вселенной. В книгу «Четверокнижие» Птолемей внёс итог своих статистических наблюдений о продолжительности жизни людей: так, пожилым считался человек в возрасте от 56 до 68 лет, только после чего наступала старость.

       В книге Птолемея "Руководство по географии" (8 книг), выдержавшей с 1475 по 1600 годы 42 издания, дана полная и хорошо систематизированная сводка географических знаний древних. В данном трактате Птолемей заложил основы математической географии и картографии, опубликовал координаты восьми тысяч пунктов от Скандинавии до Египта и от Атлантики до Индокитая, а также 27 карт земной поверхности. При всей неточности этих сведений и карт (составлявшихся главным образом по рассказам путешественников), они впервые показали обширность населённых областей Земли и их связь между собой..

          В трактате «Гармоника» Птолемей представил законченную теорию звуковысотной системы (гармонии) в современной ему музыке — от детальной систематики видов звучания, интервалов, видов консонанса до полноценной (единственной полной в античной науке) теории лада. Написанный им пятитомный трактат по оптике считается утраченным (в 1801 г. был найден его перевод с арабского на латинский язык).

В первой половине второго века Птолемей установил законы отражения света, причём почти в таком виде, как они сейчас известны нам. Правда, большая часть его сочинений была утеряна, и поэтому не ясно, как он получил свои результаты. Его работа по преломлению света уцелела. Хотя говорят, что Птолемей смог установить закон преломления с помощью проведённых измерений, но его работа показывает, что точность измерений была недостаточна для этой цели. Он указал на влияние рефракции на астрономические наблюдения, составив таблицы для её учёта. Впервые верно объяснил кажущееся увеличение Солнца и Луны на горизонте как психологический эффект.

        Клавдий Птолемей — одна из крупнейших фигур в истории науки эпохи позднего эллинизма. В истории же астрономии Птолемею не было равных на протяжении целого тысячелетия — от Гиппарха (II в. до и. э.) до Бируни (X—XI в. н. э.). О его жизни и деятельности нет никаких упоминаний у историков той эпохи, когда он жил. Если, например, о его современнике римском естествоиспытателе и враче Галене известно, что он родился в Пергаме в 129 г. н. э. и умер около 201 г., то даже приблизительные даты рождения и смерти Птолемея неизвестны, как неизвестны и какие-либо факты его биографии.

          Птолемею повезло в другом. Почти все его основные сочинения сохранились и были по достоинству оценены потомками, начиная от его младших современников и кончая астрономами наших дней. Основной труд Птолемея, широко известный ныне под названием «Альмагест», был переведен с греческого на сирийский, среднеперсидский (пехлеви), арабский, санскрит, латынь, а позднее — на французский, немецкий, английский и русский языки. Вплоть до начала XVII в. он был основным учебником астрономии.

        У Птолемея не было (насколько известно) помощников и коллег. Неизвестно, был ли у него учитель и оставил ли он сам после себя учеников.

      Умер Птолемей около 168 года (некоторые историки считают, что это произошло в 165 году, когда по Египту прокатилась страшная эпидемия чумы, и с большом степенью вероятности тот год мог быть последним годом жизни Клавдия Птолемея).

       Вклад в науку Клавдия Птолемея переоценить невозможно. Труды учёного в области астрономии, физики, математики, географии и даже музыки стали если не фундаментальными, то, как минимум, дали толчок в развитии этих наук. Учение о звездах и их влиянии на судьбу человека, именуемое астрологией, также разработал Птолемей. Он же создал астрономический атлас, в котором указал видимые с территории Египта созвездия.

     Именем Птолемея названы: звёздное скопление, кратер на Луне, кратер на Марсе, астероид номер 4001, неравенство, граф Птолемея. Имя Птолемея носят следующие математические объекты: теорема Птолемея (о произведении диагоналей четырёхугольника, вписанного в окружность), теорема Птолемея (об отношении диагоналей четырёхугольника, вписанного в окружность), неравенство Птолемея.