في روسيا ، أجرت منظمة معروفة باسم VTsIOM دراسة حالة طلب فيها من المواطنين الإجابة عن السؤال: "هل توافق على البيان التالي: هل تدور الشمس حول الأرض؟" تتم إعادة طبع بيانات هذه الدراسة بشكل متكرر في وسائل الإعلام ، وغالبًا ما تشير إليها على موارد الشبكة المختلفة في التعليقات عند مناقشة مختلف المشكلات الاجتماعية والسياسية.
إذا شاركت في هذا الاستقصاء ، فستكون على الأرجح من بين الـ 30٪ الذين أجابوا بالإيجاب. أدناه سأحاول شرح السبب.
الحقيقة هي أن أي حركة نسبية. كائن يتحرك أو يقف بلا حراك ، وكيف يتحرك ، يعتمد على نظام المرجعية المختار. في عبارة "تدور الشمس حول الأرض" لا يوجد أي مؤشر للإطار المرجعي ، لا يوجد سوى كائنين ، الشمس والأرض.
لنفترض أن هناك نظامًا يتكون من نقطتين A و B. إذا تحركت النقطة B في إطار مرجعي متصل بالنقطة A في دائرة تركز عند النقطة A ، ثم في الإطار المرجعي المرتبط بالنقطة B ، تتحرك النقطة A في دائرة محورها النقطة ب.
هذا سهل جدا لإثبات. يكفي أن نكتب معادلة الدوران في الإحداثيات القطبية.
ص = أب
φ = ωt
لا تعتمد المسافة إلى مركز الدائرة على الوقت وتساوي الطول الأولي للجزء AB. الزاوية القطبية هي نتاج السرعة الزاوية بواسطة الزمن. عند الانتقال إلى الإحداثيات القطبية المتمركزة عند النقطة B ، ستظل المسافة بين النقطتين A و B كما هي تمامًا ، وستتحول الزاوية ببساطة بمقدار 180 درجة.
ص = بكالوريوس
φ = π + ωt
بدلا من الرسم ، أقترح أن ننظر إلى التوضيح البصري. لعرض الرسوم التوضيحية في هذه المقالة ، ستحتاج إلى متصفح يعرض صور متحركة متحركة.
يظهر هنا حركة الأجسام في نظام الشمس-الأرض في 3 أطر مرجعية. على اليسار يوجد نظام مركز الشمس ، أي النظام الموجود في مركزه ، وعلى اليمين نظام مركز الأرض (المتمركز على الأرض) ، وفي الوسط نظام الإحداثيات المرتبط بالنقطة الموجودة في الوسط بين الشمس والأرض. لقد أضفت نظامًا وسيطًا على وجه التحديد لإظهار أن هناك أكثر من إطارين مرجعيين محتملين ، وكلها متساوية. إذا كانت الأرض تدور حول الشمس ، فيمكننا الحديث عن دورانها حول أي شيء.
في الواقع ، قد تكون هذه هي النهاية. السؤال VTsIOM هو أمي وليس لديه إجابة واضحة. يمكنك إما الموافقة على القول بأن الشمس تدور حول الأرض ، أو لا توافق ، لا يمكن استخلاص أي استنتاجات من هذا ، وهذه الدراسات لا تستحق الاهتمام. ومع ذلك ، فإن الموضوع الذي أثير في هذه المسألة هو مثمر للغاية. على ذلك يمكنك معرفة الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام. لذلك ، نواصل.
تمت دراسة طبيعة حركة الأجرام السماوية من قبل الناس لحل المشكلات العملية. من الواضح أن الشمس تؤثر على الطقس ، لذلك كان من الضروري أن تكون قادرًا على حساب مسارها للتخطيط للعديد من الأنشطة ، مثل البناء أو العمل الزراعي. راقب العلماء النجوم ، وسجلوا النتائج وجداول تم تجميعها في أي يوم ، وفي أي مكان على الأرض إلى أي ارتفاع تشرق الشمس ، وإلى متى ستستمر الليلة ، وما إلى ذلك. أخذ الأرض كمركز تدور حوله حول الشمس ، يمكن أن يكون كل شيء دقيقًا لحساب. كانت نتيجة هذه الحسابات هي التقويم الذي نستخدمه الآن.
تنشأ الصعوبات عندما يصبح من الضروري حساب مسارات الكواكب. قل فينوس. إنه لا يؤثر على الطقس ، لكن من المستحيل تمامًا تجاهله ، لأنه ثالث ألمع كائن في السماء. في ليلة صافية في ضوء هذا الكوكب ، يمكنك القراءة. دعونا نرى كيف يبدو مدار كوكب الزهرة ، بالنظر إلى ما نعرفه عنه. تجدر الإشارة إلى أن جعل صورة النظام الشمسي وفقًا لجميع النسب أمرًا مستحيلًا تقريبًا ، لذلك ، في الرسوم التوضيحية الخاصة بي ، لا يتم مراعاة النسب. حاولت مراقبة العلاقات فقط بشكل أقل وأسرع (كوكب الزهرة أصغر من كوكب المشتري ، والزئبق نسبة إلى الشمس تتحرك بشكل أسرع من الأرض ، وما إلى ذلك).
الشمس كوكب الزهرة من الأرض إليك ما يشبه مسار كوكب الزهرة في الأطر المرجعية المختلفة.
حاول حساب طول هذا المسار عندما تكون الزهرة على نفس الخط بين الشمس والأرض أو عندما تختبئ وراء الشمس. المهمة ليست سهلة.
وإلى جانب كوكب الزهرة من العصور القديمة ، كانت الكواكب الأخرى معروفة. على سبيل المثال ، الأقرب إلى الشمس هي عطارد. مسارها في نفس الإحداثيات على النحو التالي.
الشمس عطارد-الزهرة من الأرض إذا التقطت لقطات متعددة على التوالي ، ستلاحظ أن حالة نظام Sun-Mercury-Venus-Earth في كل لحظة من الزمن هي نفسها في الأنظمة الثلاثة. الخطوط التي ترسمها الكواكب غير موجودة حقًا. هذه تجريدات رياضية يرسمها خيالنا من أجل فهم الموضوع بشكل أفضل.
على مرأى من هذا الجمال ، فإن مزايا نظام مركز الشمس لا تبدو واضحة على الإطلاق.
نظرًا لأنه لم يكن من الممكن التنبؤ بالعديد من الشقوق الكواكب المختلفة للكواكب في نظام مركز الأرض ، وكانت الجداول المتاحة مع الإحداثيات تختلف عن الملاحظات ، فقد عمل علماء الفلك على أنظمة أخرى. في منتصف القرن السادس عشر ، نشر نيكولاي نيكولاييفيتش كوبرنيكوس كتابًا مع وصفًا لنظام الشمس. وهكذا ، نشأت وجهات نظر اثنين حول هيكل الفضاء المحيط بنا. على الرغم من الاختلافات الجدية ، لديهم بعض أوجه التشابه.
- سواء هناك أو هناك ، كان المركز الذي يدور حوله كل شيء مركز الكون.
- كلا النظامين كانا غير دقيقين ، وتنبأت توقعاتهما عن الملاحظات.
ليس من المستغرب أن الكتب عن مركزية الشمس قد بدأت في الوقوع في سجل الأدب المحظور ، الذي كان يحتفظ به ممثلو الكنيسة. تتناقض الفقرة الأولى مع العقيدة الدينية وتسيء إلى مشاعر المؤمنين ، بينما تستثني الفقرة الثانية حجج التبرير.
استغرق الأمر عشرات السنين من الملاحظة الدقيقة قبل أن يجد يوهان كيبلر أخيرًا صيغًا يمكن أن تحسب بدقة جميع مواقع الكواكب المعروفة بدقة في أوقات مختلفة. عملت هذه الصيغ في إطار مرجعي مع الشمس بلا حراك ، وبالتالي فإن نظام مركز الشمس في العالم رسخ نفسه كنظرية معترف بها.
لقد تخلى العلم الحديث منذ فترة طويلة عن فكرة أن الكائن الذي لا حراك له أكثر أهمية. لا أحد يبحث بالفعل عن "مركز الكون". النظام المرجعي عبارة عن تجريد رياضي يستخدم كأداة. بالنسبة لبعض المهام ، هناك حاجة إلى نظام مركزية للشمس ، وبالنسبة إلى مهام أخرى ، يكون نظام مركز الأرض مناسبًا ، وهناك مهام لا يناسبها الآخر أو الآخر. علاوة على ذلك ، إنه مناسب - إنه غير مناسب ، إنه تقييم شخصي. النظام المرجعي المناسب هو النظام الذي تكون فيه العمليات الحسابية اللازمة بالدقة المطلوبة أسهل في التنفيذ. مع ظهور تكنولوجيا الكمبيوتر ، تمحى هذه الحدود أكثر. باستخدام برنامج بيثون بسيط في المنزل ، يمكنك الحصول على النتيجة في عدة أنظمة مرجعية بنفس الدقة. ما النظام الذي تسأل ، في هذا وستتلقى النتيجة.
لذلك عندما يبدأ شخص ما في المناقشة على الإنترنت حول من يدور حولها ، وكم من السكان ليسوا على دراية بهذه "الحقيقة" ، لا تتردد في اعتبار هذا المستخدم ضيفًا من الماضي ، في القرن ، من حوالي XVI-XVIII.
في نهاية القرن السابع عشر ، صاغ إسحاق إسحاقوفيتش نيوتن قانون الجاذبية العامة وقوانين الميكانيكا ، والتي أكدت صيغ يوهان جينريهوفيتش وعملت بدقة معقولة في الإطار المرجعي للشمس. وهذا يسلط الضوء على نظام مركز الشمس ، حيث تدور الأرض حول الشمس ، من بين جميع الأنظمة الأخرى.
كان الميكانيكيون النيوتونيون على اتفاق جيد مع نتائج الرصد المعروفة في وقت إنشائها ، ولكن في نفس الوقت أثاروا أسئلة جديدة تحتاج إلى شرح. وهي بهذا جميلة ، لأن الأسئلة الجديدة تلهم البحث عن إجابات جديدة. قوانين نيوتن لديها المشاكل التالية:
- تنتشر قوة الجاذبية على الفور وإلى ما لا نهاية. العديد من التجارب في مجالات مختلفة من الفيزياء على مدار سنوات عديدة تفسر القول إن هذا لا يحدث في الطبيعة ، وإذا كان هناك شيء ينتشر على الفور ، فمن المرجح أننا لا نفهم شيئًا.
- مدار الزئبق ينحرف عن المدار المحسوب بمرور الوقت. الإزاحة ليست كبيرة جدًا ، ولكنها ملحوظة.
- راضون قوانين نيوتن فقط في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي.
النقطة الأخيرة هي أضعف نقطة في الميكانيكا الكلاسيكية. يتم تنفيذ القوانين في إطار مرجعي بالقصور الذاتي ، ولكن ما نوع النظام الذي لا يوجد فيه تعريف دقيق. بغض النظر عن عدد الأشخاص الذين حيرهم ، لم يأتوا بأي شيء ، إلا أن الإطار المرجعي بالقصور الذاتي هو إطار مرجعي ترضي فيه قوانين نيوتن. اتضح حلقة ، وتعريف المصطلح من خلال نفسه. لا يمكن اعتبار نظام شمسي مركزي بالقصور الذاتي فقط ، ولا توجد أنظمة بالقصور الذاتي الحقيقي على الإطلاق.
هذا هو الوقت المناسب لإعطاء الكلمة للأكاديمي الفخري لأكاديمية العلوم بالاتحاد السوفيتي ألبرت جيرمانوفيتش آينشتاين:
هل يمكننا صياغة القوانين بحيث تكون صالحة لجميع أنظمة الإحداثيات ، ليس فقط للأنظمة التي تتحرك بشكل مستقيم وموحد ، ولكن أيضًا للأنظمة التي تتحرك بشكل تعسفي تمامًا فيما يتعلق ببعضها البعض؟ إذا كان هذا ممكنًا ، فسيتم حل مشكلاتنا. عندها سنكون قادرين على تطبيق قوانين الطبيعة في أي نظام إحداثي. الصراع بين وجهات نظر بطليموس وكوبرنيكوس ، الشرس للغاية في الأيام الأولى للعلوم ، ثم يصبح بلا معنى تماما. يمكن تطبيق أي نظام إحداثي مع نفس الأساس. جملتان - "الشمس تستريح والأرض تتحرك" و "الشمس تتحرك والأرض تستريح" - تعني ببساطة اتفاقين مختلفين على أنظمة إحداثيات مختلفة.
هل يمكننا بناء فيزياء نسبية حقيقية ، صالحة في جميع أنظمة الإحداثيات ؛ الفيزياء ، والتي لن يكون هناك حركة مطلقة ، ولكن فقط النسبية؟ هذا ، في الواقع ، ممكن!
الأصل تطور الفيزياء ، 1938هل يمكننا صياغة قوانين مادية بحيث تكون صالحة لجميع المعايير ، ليس فقط أولئك الذين يتحركون بشكل موحد ، ولكن أيضًا أولئك الذين يتحركون بشكل تعسفي للغاية ، بالنسبة لبعضهم البعض؟ إذا كان هذا ممكنًا ، فستنتهي صعوباتنا. عندها سنكون قادرين على تطبيق قوانين الطبيعة على أي cs. الكفاح ، العنيف في الأيام الأولى من العلم ، بين وجهات نظر بطليموس وكوبرنيكوس سيكون حينها بلا معنى. يمكن استخدام cs مع مبرر متساو. الجملتان ، "الشمس في راحة والأرض تتحرك في" ، أو "الشمس تتحرك والأرض في راحة" ، تعني ببساطة اتفاقيتين مختلفتين فيما يتعلق بعمليتين مختلفتين
هل يمكن أن نبني فيزياء نسبية حقيقية صالحة في جميع خدمات العملاء ؛ الفيزياء التي لن يكون هناك مكان للحركة المطلقة ، ولكن فقط للحركة النسبية؟ هذا ممكن بالفعل!
طور الرفيق آينشتاين نظرية الجاذبية ، والتي لا تتطلب إطار مرجعي بالقصور الذاتي. أوضحت نظريته العامة للنسبية الشذوذ في مدار عطارد ، ووجدت العديد من التأكيدات التجريبية الأخرى ، وطرح الكثير من الأسئلة الجديدة على العلم. وبهذا فهي جميلة.
بعد الاعتراف بنظرية النسبية ، فإن الجدل الدائر حول ما إذا كانت الشمس تدور حول الأرض أو العكس ، أي ما يعادل في النهاية حرب النقاط المدببة وغير الواضحة. وحقيقة أنه في مجتمعنا لا يزال يتعين علينا التعامل مع الأفكار التي عفا عليها الزمن حول قوانين الطبيعة يسبب الحزن والأسف.
أتذكر حلقة من "Etudes in Scarlet" ، قام المخرج إيغور فيدوروفيتش ماسلينيكوف بتصويره ببراعة:
كان الأصلي أكثر إثارة للاهتمام."لكن النظام الشمسي!" لقد احتجت.
"ما الشيطان هو بالنسبة لي؟" قاطع الصبر. أنت تقول إننا نذهب حول الشمس. إذا ذهبنا حول القمر ، فلن يحدث فرق بينيورث بالنسبة لي أو لعملي ".
واطسون ، رجل مثقف جيد القراءة ، يبلغ هولمز عن الإطار المرجعي المعتمد في العلوم الحديثة. في الوقت نفسه ، يرتكب خطأ نموذجي من الرجل العادي. وهو يعتقد أن النظرية العلمية هي حقيقة مطلقة ولا تسمح بالشك. وفي الوقت نفسه ، أي نظرية علمية ، أولاً ، لها حدود للتطبيق ، وثانياً ، في أي لحظة يمكن دحضها بتجربة جديدة ، ومن ثم سيتم تنقيحها بالضرورة.
هولمز ، من ناحية أخرى ، ليس على دراية بأعمال علماء الفيزياء الكبار ، وهذا الجهل يساعده فقط على عدم التركيز على وجهة نظر واحدة ، مما يجعله يبدأ في التفكير في المشكلة أثناء المحادثة. سمح له عقل هولمز الذكي وسعة معرفته الكبيرة بالنظر إلى أبعد من العلم الحديث وصياغة بكلماته المبدأ الأساسي للنظرية الجديدة: قوانين الطبيعة ثابتة فيما يتعلق بالإطار المرجعي.
في المجموع
- مسألة من يدور حول من لا معنى له إذا لم يتم إعطاء إطار مرجعي.
- إذا كانت لدى أحد القراء رغبة في رسم مخططاتهم المبسطة لحركة الكواكب في أنظمة مرجعية مختلفة ، فيمكنهم عندئذٍ استخدام برنامجي الثعباني . يستخدم البرنامج النصي مكتبة matplotlib. لنمذجة دقيقة للنظام الشمسي ، يمكنني أن أوصي نطاق النظام الشمسي .
خاتمة
أثناء إعداد GIF لهذه المقالة ، كان لدي فكرة أخرى مثيرة للاهتمام ، وإن لم تكن قابلة للنقاش. هذه الفكرة تغير الاستنتاج الذي توصلت إليه بشكل كبير ، لذا قررت أنه لن يكون من الضروري مشاركته.
نظرًا لأن الحركة نسبية ، لا يمكننا التحدث عنها إلا في سياق الإطار المرجعي المعروف. ومع ذلك ، في الحياة اليومية نحن لا. كل آلة لديها جهاز يظهر السرعة. نحن نعلم جيدًا أنه يُظهر السرعة بالنسبة لسطح الطريق. بالقرب من الطريق هناك إشارة تشير إلى السرعة القصوى. لا أحد سيفرض على السائق التحرك بسرعة 29 كم / ثانية بالنسبة إلى الشمس. يعرف كل من السائقين والمفتشين أن الحد الأقصى للسرعة على الإشارة يتم قياسه بالنسبة إلى هذه العلامة. تنبؤات الطقس ، والإنجازات الرياضية ، وحركة المرور ، والملاحة ، كل هذا يتطلب تحديد السرعة ، ولكن لا يوجد نظام مرجعي محدد صراحة.
وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج ما يلي:
يوجد نظام مرجعي افتراضي ، يتم استخدامه في الحياة اليومية عندما لا يوجد مؤشر واضح لنظام مرجعي مختلف. هذا النظام هو مركز الأرض.
يترتب على ذلك أن سؤال VTsIOM لديه الإجابة الصحيحة الوحيدة: "نعم. انا موافق الشمس تدور حول الأرض ". آمل ألا يحرقني علماء الاجتماع على المحك لهذه البدعة.
يمكن الآن تفسير نتائج "دراسة الحالة" سيئة السمعة على النحو التالي:
هذا ما جلبه المديرون الفعالون إلى البلاد! فقط ثلث السكان يدركون أن الشمس تدور حول الأرض. ما تبقى من 2/3 هم ضحايا الامتحان. صحيح أن هناك اتجاهًا إيجابيًا ، فقد ارتفعت نسبة المواطنين المتعلمين من عام 2007 إلى عام 2011 من 28٪ إلى 32٪ ، لكن من الواضح أن هذا لا يكفي. وبهذه السرعة ، لن نحقق معرفة القراءة والكتابة الشاملة إلا بحلول عام 2080. هناك حاجة ماسة إلى القيام بشيء ما.