Pourquoi le soleil tourne-t-il autour de la terre

En Russie, une organisation bien connue appelée VTsIOM a mené une étude de cas dans laquelle les citoyens devaient répondre à la question: «Êtes-vous d'accord avec la déclaration suivante: le soleil tourne-t-il autour de la terre?» Les données de cette enquête sont réimprimées à plusieurs reprises dans les médias, et sur diverses ressources du réseau dans les commentaires, elles y font souvent référence lors de l'examen de divers problèmes sociopolitiques.

Si je participais à cette enquête, je serais très probablement parmi les 30% qui ont répondu par l'affirmative. Ci-dessous, je vais essayer d'expliquer pourquoi.

Le fait est que tout mouvement est relatif. Un objet se déplace ou reste immobile, et la façon dont il se déplace dépend du système de référence choisi. Dans la déclaration «Le soleil tourne autour de la Terre», il n'y a aucune indication d'un cadre de référence, il n'y a que 2 objets, le Soleil et la Terre.

Supposons qu'il existe un système de 2 points A et B. Si, dans le cadre de référence lié au point A, le point B se déplace dans un cercle centré au point A, puis dans le cadre de référence associé au point B, le point A se déplace dans un cercle centré à point B.

C'est très facile à prouver. Il suffit d'écrire l'équation de rotation en coordonnées polaires.

r = AB
φ = ωt

La distance au centre du cercle ne dépend pas du temps et est égale à la longueur initiale du segment AB. L'angle polaire est le produit de la vitesse angulaire par le temps. Lorsque vous vous déplacez vers des coordonnées polaires centrées sur le point B, la distance entre les points A et B restera exactement la même et l'angle se déplacera simplement de 180 °.

r = BA
φ = π + ωt

Au lieu d'un dessin, je propose de regarder une illustration visuelle. Pour voir les illustrations de cet article, vous aurez besoin d'un navigateur qui affiche des animations gif.

Montré ici est le mouvement des corps dans le système Soleil-Terre dans 3 cadres de référence. À gauche se trouve le système héliocentrique, c'est-à-dire le système au centre duquel se trouve le Soleil, à droite le système géocentrique (centré sur la Terre) et au milieu se trouve le système de coordonnées associé au point au milieu entre le Soleil et la Terre. J'ai ajouté un système intermédiaire spécifiquement pour montrer qu'il y a bien plus de deux référentiels possibles, et ils sont tous égaux. Si la Terre tourne autour du Soleil, alors nous pouvons parler de sa rotation autour de tout.

En fait, cela pourrait être la fin. La question VTsIOM est analphabète et n'a pas de réponse sans équivoque. Vous pouvez soit être d'accord avec l'affirmation selon laquelle le Soleil tourne autour de la Terre, soit être en désaccord, aucune conclusion ne peut en être tirée, et de telles études ne méritent pas l'attention. Cependant, le sujet soulevé dans cette affaire est très fructueux. Sur celui-ci, vous pouvez dire beaucoup de choses intéressantes. Par conséquent, nous continuons.

La nature du mouvement des corps célestes a été étudiée par les gens pour résoudre des problèmes pratiques. Le soleil affecte évidemment la météo, donc pour la planification de nombreuses activités, par exemple, la construction ou les travaux agricoles, il fallait pouvoir calculer sa trajectoire. Les scientifiques ont regardé le luminaire, enregistré les résultats et compilé des tableaux sur quel jour, à quel endroit sur la terre à quelle hauteur le soleil se lève, combien de temps la nuit durera, etc. En prenant la Terre comme centre autour duquel le Soleil tourne, tout pourrait être assez précis pour calculer. Le résultat de ces calculs a été le calendrier que nous utilisons maintenant.

Des difficultés surviennent lorsqu'il devient nécessaire de calculer les trajectoires des planètes. Dites Vénus. Cela n'affecte pas la météo, mais il est complètement impossible de l'ignorer, car c'est le troisième objet le plus brillant du ciel. Par une nuit claire à la lumière de cette planète, vous pouvez même lire. Voyons à quoi ressemble l'orbite de Vénus, compte tenu de ce que nous en savons. Il convient de noter que faire une image du système solaire dans toutes les proportions est presque impossible, par conséquent, dans mes illustrations, les proportions ne sont pas observées. J'ai essayé d'observer uniquement des relations de moins en moins et de plus en plus vite (Vénus est plus petite que Jupiter, Mercure par rapport au Soleil se déplace plus vite que la Terre, etc.).

Voici à quoi ressemble la trajectoire de Vénus dans différents référentiels.

Essayez de calculer le long d'une telle trajectoire lorsque Vénus est sur la même ligne entre le Soleil et la Terre ou lorsqu'elle se cache derrière le Soleil. La tâche n'est pas facile.

Et en plus de Vénus de l'Antiquité, d'autres planètes étaient connues. Par exemple, le plus proche du Soleil est Mercure. Sa trajectoire dans les mêmes coordonnées est la suivante.

Si vous prenez plusieurs captures d'écran d'affilée, vous remarquerez qu'à chaque instant, l'état du système Soleil-Mercure-Vénus-Terre est le même dans les trois systèmes. Les lignes que les planètes dessinent n'existent pas vraiment. Ce sont des abstractions mathématiques que notre imagination puise pour mieux comprendre le sujet.

À la vue d'une telle beauté, les avantages du système héliocentrique ne semblent pas du tout évidents.

Comme il n'était pas possible de prédire les différents sauts planétaires des planètes dans le système géocentrique et que les tableaux disponibles avec les coordonnées divergeaient des observations, les astronomes ont travaillé sur d'autres systèmes. Au milieu du XVIe siècle, Nikolai Nikolaevich Copernicus a publié un livre avec une description du système héliocentrique. Ainsi, deux vues ont surgi sur la structure de l'espace qui nous entoure. Malgré de sérieuses différences, ils présentaient quelques similitudes.

1. Là et là, le centre autour duquel tout tourne est considéré comme le Centre de l'Univers.
2. Les deux systèmes étaient inexacts et leurs prévisions divergeaient des observations.

Il n'est pas surprenant que des livres sur l'héliocentrisme aient commencé à entrer dans le registre de la littérature interdite, tenu par des représentants de l'église. Le premier paragraphe contredit le dogme religieux et offense les sentiments des croyants, et le deuxième paragraphe exclut les arguments de justification.

Il a fallu plusieurs dizaines d'années d'observation attentive avant que Johann Kepler ne trouve enfin des formules capables de calculer avec une précision satisfaisante la position de toutes les planètes connues à différents moments. Ces formules ont fonctionné dans un cadre de référence avec le Soleil immobile, et donc le système héliocentrique du monde s'est imposé comme une théorie reconnue.

La science moderne a depuis longtemps abandonné l'idée que l'objet immobile est plus important. Personne ne recherche déjà le "Centre de l'Univers". Le système de référence est une abstraction mathématique utilisée comme outil. Pour certaines tâches, un système héliocentrique est nécessaire, pour d'autres tâches un système géocentrique convient et il existe des tâches pour lesquelles ni l'une ni l'autre ne convient. De plus, il convient - il ne convient pas, c'est une évaluation subjective. Le système de référence approprié est celui dans lequel les calculs nécessaires avec la précision requise sont plus faciles à effectuer. Avec l'avènement de la technologie informatique, cette frontière est encore plus effacée. En utilisant un simple programme python à la maison, vous pouvez obtenir le résultat dans plusieurs systèmes de référence avec la même précision. Quel système vous demandez, en tel et vous recevrez le résultat.

Donc, quand quelqu'un commence à discuter sur Internet de qui tourne et du pourcentage de la population qui n'est pas familier avec ce «fait», n'hésitez pas à considérer cet utilisateur comme un invité du passé, siècle, vers XVI-XVIII.

À la fin du XVIIe siècle, Isaac Isaakovich Newton a formulé la loi de la gravitation universelle et les lois de la mécanique, qui ont confirmé les formules de Johann Genrihovich et travaillé avec une précision raisonnable dans le référentiel héliocentrique. Cela a mis en évidence le système héliocentrique, où la Terre tourne autour du Soleil, parmi tous les autres systèmes.

La mécanique newtonienne était en bon accord avec les résultats d'observation connus au moment de sa création, mais en même temps soulevait de nouvelles questions qui devaient être expliquées. Et par cela, elle est belle, car de nouvelles questions inspirent la recherche de nouvelles réponses. Les lois de Newton posent les problèmes suivants:

1. La force de gravité se propage instantanément et sans fin. De nombreuses expériences dans différents domaines de la physique au cours de nombreuses années donnent des raisons de penser que cela ne se produit pas dans la nature, et si quelque chose se propage instantanément, alors nous ne comprenons probablement pas quelque chose.
2. L'orbite de Mercure s'écarte de celle calculée au fil du temps. Le décalage n'est pas très grand, mais perceptible.
3. Les lois de Newton ne sont satisfaites que dans le référentiel inertiel.

Le dernier point est le point le plus faible de la mécanique classique. Les lois sont mises en œuvre dans un référentiel inertiel, mais de quel type de système il n'y a pas de définition exacte. Peu importe le nombre de personnes perplexes, elles n'ont rien trouvé, sauf que le référentiel inertiel est un tel référentiel dans lequel les lois de Newton sont satisfaites. Il se révèle une boucle, la définition du terme à travers lui-même. Le système héliocentrique peut être considéré comme inertiel seulement approximativement , et les vrais systèmes inertiels n'existent pas du tout.

Voici le moment de donner la parole à l'académicien honoraire de l'Académie des sciences de l'URSS Albert Germanovich Einstein:

Pouvons-nous formuler des lois de manière à ce qu'elles soient valables pour tous les systèmes de coordonnées, non seulement pour les systèmes se déplaçant de façon rectiligne et uniforme, mais aussi pour les systèmes se déplaçant de manière absolument arbitraire les uns par rapport aux autres? Si cela peut être fait, nos difficultés seront résolues. Ensuite, nous pourrons appliquer les lois de la nature dans n'importe quel système de coordonnées. La lutte entre les vues de Ptolémée et de Copernic, si féroce au début de la science, deviendrait alors complètement dénuée de sens. Tout système de coordonnées pourrait être appliqué avec la même fondation. Deux phrases - «Le soleil se repose et la terre se déplace» et «Le soleil se déplace et la terre se repose» - signifieraient simplement deux accords différents sur des systèmes de coordonnées différents.
Pourrions-nous construire une physique relativiste réelle, valable dans tous les systèmes de coordonnées; la physique, dans laquelle il n'y aurait pas de mouvement absolu, mais seulement relatif? En fait, c'est possible!

L'évolution originale de la physique, 1938

Pouvons-nous formuler des lois physiques afin qu'elles soient valables pour tous les cs, non seulement ceux qui se déplacent uniformément, mais aussi ceux qui se déplacent assez arbitrairement, les uns par rapport aux autres? Si cela est possible, nos difficultés seront terminées. Nous pourrons alors appliquer les lois de la nature à n'importe quel cs. La lutte, si violente aux premiers jours de la science, entre les vues de Ptolémée et de Copernic serait alors tout à fait dénuée de sens. L'un ou l'autre cs pourrait être utilisé avec une justification égale. Les deux phrases, "le soleil est au repos et la terre se déplace", ou "le soleil se déplace et la terre est au repos", signifieraient simplement deux conventions différentes concernant deux cs différents
Pourrions-nous construire une véritable physique relativiste valable dans tous les cs; une physique dans laquelle il n'y aurait pas de place pour le mouvement absolu, mais seulement pour le mouvement relatif? C'est en effet possible!

Le camarade Einstein a développé la théorie de la gravité, qui ne nécessite pas de référentiel inertiel. Sa théorie générale de la relativité a expliqué l'anomalie de l'orbite de Mercure, a trouvé de nombreuses autres confirmations expérimentales et a posé beaucoup de nouvelles questions à la science. Et par cela, elle est belle.

Après la reconnaissance de la théorie de la relativité, le débat sur la question de savoir si le Soleil tourne autour de la Terre ou vice versa, a finalement été assimilé à la guerre des points pointus et contondants. Et le fait que dans notre société nous devons encore faire face à des idées dépassées sur les lois de la nature provoque la tristesse et le regret.

Je me souviens d'un épisode de "Etudes in Scarlet", brillamment filmé par le réalisateur Igor Fedorovich Maslennikov:

Watson, un homme instruit et bien informé, informe Holmes du cadre de référence adopté dans la science moderne. En même temps, il commet une erreur typique de l'homme moyen. Il croit que la théorie scientifique est une vérité absolue et ne permet pas de douter. Pendant ce temps, toute théorie scientifique, d'une part, a des limites d'applicabilité, et d'autre part, à tout moment, elle peut être réfutée par une nouvelle expérience, puis elle sera nécessairement révisée.

Holmes, quant à lui, n'est pas familier avec les travaux des grands physiciens, et cette ignorance l'aide simplement à ne pas se concentrer sur un point de vue, il le fait commencer à raisonner sur le problème pendant la conversation. L'esprit astucieux et la grande érudition de Holmes lui ont permis de regarder un peu plus loin que la science moderne et de formuler avec ses propres mots le principe de base de la nouvelle théorie: les lois de la nature sont invariantes par rapport au référentiel.

Total

• La question de savoir qui tourne autour de qui n'a aucun sens si un cadre de référence n'est pas donné.
• Si l'un des lecteurs souhaite dessiner ses schémas simplifiés de mouvement planétaire dans différents systèmes de référence, il peut utiliser mon script python . Le script utilise la bibliothèque matplotlib. Pour une modélisation précise du système solaire, je peux recommander la portée du système solaire .

Postface

Pendant que je préparais des GIF pour cet article, j'ai eu une autre idée intéressante, mais non incontestable. Cette idée modifie considérablement la conclusion que j'ai faite, j'ai donc décidé qu'il ne serait pas superflu de la partager.

Le mouvement étant relatif, on ne peut en parler que dans le cadre du référentiel bien connu. Cependant, dans la vie quotidienne, nous ne le faisons pas. Chaque machine possède un appareil affichant la vitesse. On sait très bien qu'il montre la vitesse par rapport à la surface de la route. Près de la route, il y a un panneau indiquant la vitesse maximale. Personne ne condamnera le conducteur à une vitesse de 29 km / s par rapport au Soleil. Les conducteurs et les inspecteurs savent que la limite de vitesse sur un panneau est mesurée par rapport à ce panneau. Prévisions météorologiques, réalisations sportives, trafic, navigation, tout cela nécessite une désignation de la vitesse, mais nulle part le référentiel n'est explicitement indiqué.

Ainsi, nous pouvons conclure que:

Il existe un système de référence par défaut, qui est utilisé dans la vie quotidienne lorsqu'il n'y a aucune indication explicite d'un système de référence différent. Ce système est géocentrique.

Il s'ensuit que la question VTsIOM a la seule réponse correcte: «Oui. Je suis d'accord. Le soleil tourne autour de la terre. " J'espère que les sociologues ne me brûleront pas sur le bûcher de cette hérésie.

Les résultats de la fameuse «étude de cas» peuvent maintenant être interprétés comme suit:

C'est à cela que les gestionnaires efficaces ont amené le pays! Seul un tiers de la population sait que le Soleil tourne autour de la Terre. Les 2/3 restants sont victimes de l'examen. Certes, il y a une tendance positive, de 2007 à 2011 la part des citoyens éduqués est passée de 28% à 32%, mais ce n'est clairement pas suffisant. À ce rythme, nous n'atteindrons l'alphabétisation universelle qu'en 2080. Quelque chose doit être fait de toute urgence.