Por que o sol gira em torno da terra

Na Rússia, uma organização conhecida chamada VTsIOM conduziu um estudo de caso no qual os cidadãos foram convidados a responder à pergunta: "Você concorda com a seguinte afirmação: O sol gira em torno da Terra?" Os dados desta pesquisa são reimpressos repetidamente na mídia e em vários recursos da rede nos comentários geralmente se referem a eles quando se discute vários problemas sócio-políticos.

Se eu participasse dessa pesquisa, provavelmente estaria entre os 30% que responderam afirmativamente. Abaixo vou tentar explicar o porquê.

O fato é que qualquer movimento é relativo. Um objeto se move ou fica imóvel, e como ele se move, depende do sistema de referência escolhido. Na declaração “O sol gira em torno da Terra”, não há indicações de um quadro de referência, existem apenas dois objetos, o Sol e a Terra.

Suponha que exista um sistema de 2 pontos A e B. Se, no quadro de referência conectado ao ponto A, o ponto B se mover em um círculo centrado no ponto A, então no quadro de referência associado ao ponto B, o ponto A se moverá em um círculo centrado em ponto B.

Isso é muito fácil de provar. Basta escrever a equação de rotação em coordenadas polares.

r = AB
φ = ωt

A distância ao centro do círculo não depende do tempo e é igual ao comprimento inicial do segmento AB. O ângulo polar é o produto da velocidade angular pelo tempo. Ao mover para coordenadas polares centralizadas no ponto B, a distância entre os pontos A e B permanecerá exatamente a mesma e o ângulo simplesmente mudará 180 °.

r = BA
φ = π + ωt

Em vez de um desenho, proponho olhar uma ilustração visual. Para visualizar as ilustrações neste artigo, você precisará de um navegador que exiba animações em gif.

É mostrado aqui o movimento dos corpos no sistema Sol-Terra em 3 quadros de referência. À esquerda está o sistema heliocêntrico, ou seja, o sistema no centro do qual o Sol está localizado, à direita o sistema geocêntrico (centrado na Terra) e no meio o sistema de coordenadas associado ao ponto no meio entre o Sol e a Terra. Eu adicionei um sistema intermediário especificamente para mostrar que existem muito mais do que dois quadros de referência possíveis e todos são iguais. Se a Terra gira em torno do Sol, podemos falar sobre sua rotação em torno de qualquer coisa.

Na verdade, isso pode ser o fim. A pergunta VTsIOM é analfabeta e não tem resposta inequívoca. Você pode concordar com a afirmação de que o Sol gira em torno da Terra ou discordar, nenhuma conclusão pode ser tirada disso e esses estudos não merecem atenção. No entanto, o tópico levantado nesta questão é muito proveitoso. Nele, você pode contar muitas coisas interessantes. Portanto, continuamos.

A natureza do movimento dos corpos celestes foi estudada pelas pessoas para resolver problemas práticos. Obviamente, o sol afeta o clima; portanto, para o planejamento de muitas atividades, como obras de construção ou agricultura, era necessário calcular sua trajetória. Os cientistas observaram o luminar, registraram os resultados e compilaram tabelas em que dia, em que lugar na Terra, a que altura o Sol se eleva, quanto tempo durará a noite etc. calcular. O resultado desses cálculos foi o calendário que usamos agora.

Dificuldades surgem quando se torna necessário calcular as trajetórias dos planetas. Diga Vênus. Não afeta o clima, mas é completamente impossível ignorá-lo, porque é o terceiro objeto mais brilhante do céu. Em uma noite clara à luz deste planeta, você pode até ler. Vamos ver como é a órbita de Vênus, dado o que sabemos sobre ela. Note-se que fazer uma imagem do Sistema Solar em conformidade com todas as proporções é quase impossível, portanto, nas minhas ilustrações, as proporções não são observadas. Eu tentei observar apenas relações mais menos e mais devagar mais rápido (Vênus é menor que Júpiter, Mercúrio em relação ao Sol se move mais rápido que a Terra etc.).

Aqui está como é a trajetória de Vênus em vários quadros de referência.

Tente calcular ao longo dessa trajetória quando Vênus estiver na mesma linha entre o Sol e a Terra ou quando se esconder atrás do Sol. A tarefa não é fácil.

E além de Vênus desde os tempos antigos, outros planetas eram conhecidos. Por exemplo, o mais próximo do Sol é Mercúrio. Sua trajetória nas mesmas coordenadas é a seguinte.

Se você capturar várias capturas de tela seguidas, notará que, a cada momento, o estado do sistema Sol-Mercúrio-Vênus-Terra é o mesmo nos três sistemas. As linhas que os planetas desenham realmente não existem. São abstrações matemáticas que nossa imaginação desenha para entender melhor o assunto.

Ao ver essa beleza, as vantagens do sistema heliocêntrico não parecem óbvias.

Como não era possível prever várias cambalhotas planetárias dos planetas no sistema geocêntrico, e as tabelas disponíveis com coordenadas divergiram das observações, os astrônomos trabalharam em outros sistemas. Em meados do século XVI, Nikolai Nikolaevich Copernicus publicou um livro com uma descrição do sistema heliocêntrico. Assim, surgiram duas visões sobre a estrutura do espaço que nos cerca. Apesar das diferenças sérias, eles tinham algumas semelhanças.

1. Ali e ali, o centro em torno do qual tudo gira era considerado o Centro do Universo.
2. Ambos os sistemas eram imprecisos e suas previsões divergiam das observações.

Não é de surpreender que os livros sobre heliocentrismo começaram a cair no registro de literatura proibida, mantida por representantes da igreja. O primeiro parágrafo contradiz o dogma religioso e ofende os sentimentos dos crentes, e o segundo parágrafo exclui argumentos para justificação.

Foram necessárias várias dezenas de anos de observação cuidadosa até Johann Kepler finalmente encontrar fórmulas que pudessem calcular com precisão satisfatória a posição de todos os planetas conhecidos em diferentes momentos. Essas fórmulas funcionavam em um quadro de referência com o Sol imóvel e, assim, o sistema heliocêntrico do mundo se estabeleceu como uma teoria reconhecida.

A ciência moderna há muito abandonou a ideia de que o objeto imóvel é mais importante. Ninguém já está procurando o "Centro do Universo". O sistema de referência é uma abstração matemática usada como uma ferramenta. Para algumas tarefas, é necessário um sistema heliocêntrico, para outras tarefas um sistema geocêntrico é adequado e existem tarefas para as quais nem um nem o outro é adequado. Além disso, é adequado - não é adequado, é uma avaliação subjetiva. O sistema de referência apropriado é aquele em que os cálculos necessários com a precisão necessária são mais fáceis de executar. Com o advento da informática, essa fronteira foi apagada ainda mais. Usando um simples programa python em casa, você pode obter o resultado em vários sistemas de referência com a mesma precisão. Qual sistema você pergunta, em tal e você receberá resultado.

Portanto, quando alguém começar a discutir na Internet quem está girando, e quantos por cento da população não está familiarizada com esse "fato", sinta-se à vontade para considerar esse usuário um hóspede do século passado, por volta de XVI-XVIII.

No final do século XVII, Isaac Isaakovich Newton formulou a lei da gravitação universal e as leis da mecânica, que confirmavam as fórmulas de Johann Genrihovich e trabalhavam com razoável precisão no quadro de referência heliocêntrico. Isso destacou o sistema heliocêntrico, onde a Terra gira em torno do Sol, entre todos os outros sistemas.

A mecânica newtoniana estava de acordo com os resultados observacionais conhecidos no momento de sua criação, mas, ao mesmo tempo, levantou novas questões que precisavam de explicação. E por isso ela é linda, porque novas perguntas inspiram a busca de novas respostas. As leis de Newton têm os seguintes problemas:

1. A força da gravidade se espalha instantânea e infinitamente. Muitas experiências em diferentes campos da física ao longo de muitos anos dão motivos para argumentar que isso não acontece na natureza e, se algo se espalha instantaneamente, provavelmente não entendemos alguma coisa.
2. A órbita de Mercúrio se desvia da calculada ao longo do tempo. O deslocamento não é muito grande, mas é perceptível.
3. As leis de Newton são satisfeitas apenas no referencial inercial.

O último ponto é o ponto mais fraco da mecânica clássica. As leis são implementadas em um referencial inercial, mas que tipo de sistema existe não existe uma definição exata. Não importa quantas pessoas intrigadas, elas não apresentaram nada, exceto que o referencial inercial é um referencial em que as leis de Newton são satisfeitas. Acontece um loop, a definição do termo por si só. O sistema heliocêntrico pode ser considerado inercial apenas aproximadamente , e os sistemas inerciais reais não existem.

Aqui está o momento de dar a palavra ao acadêmico honorário da Academia de Ciências da URSS Albert Germanovich Einstein:

Podemos formular leis de tal maneira que sejam válidas para todos os sistemas de coordenadas, não apenas para sistemas que se movem retilínea e uniformemente, mas também para sistemas que se movem de maneira absolutamente arbitrária um em relação ao outro? Se isso puder ser feito, nossas dificuldades serão resolvidas. Então poderemos aplicar as leis da natureza em qualquer sistema de coordenadas. A luta entre as visões de Ptolomeu e Copérnico, tão acirrada nos primeiros dias da ciência, se tornaria completamente sem sentido. Qualquer sistema de coordenadas pode ser aplicado com a mesma base. Duas frases - “o sol está descansando e a terra está se movendo” e “o sol está se movendo e a terra está descansando” - significaria simplesmente dois acordos diferentes em diferentes sistemas de coordenadas.
Poderíamos construir uma física relativística real, válida em todos os sistemas de coordenadas; física, na qual não haveria absoluto, mas apenas movimento relativo? Isso, de fato, é possível!

Original A evolução da física, 1938

Podemos formular leis físicas para que sejam válidas para todos os cs, não apenas aqueles que se movem de maneira uniforme, mas também aqueles que se movem de maneira arbitrária em relação um ao outro? Se isso puder ser feito, nossas dificuldades terminarão. Poderemos então aplicar as leis da natureza a qualquer cs. A luta, tão violenta nos primeiros dias da ciência, entre os pontos de vista de Ptolomeu e Copérnico, seria então sem sentido. Qualquer um dos cs pode ser usado com justificação igual. As duas frases "o sol está em repouso e a terra se move" ou "o sol se move e a terra está em repouso" significariam simplesmente duas convenções diferentes em relação a dois cs diferentes
Poderíamos construir uma física relativística real válida em todos os cs; uma física na qual não haveria lugar para movimento absoluto, mas apenas para movimento relativo? Isso é realmente possível!

O camarada Einstein desenvolveu a teoria da gravidade, que não requer um referencial inercial. Sua teoria geral da relatividade explicou a anomalia da órbita de Mercúrio, encontrou muitas outras confirmações experimentais e colocou muitas questões novas para a ciência. E por isso ela é linda.

Após o reconhecimento da teoria da relatividade, o debate sobre se o Sol gira em torno da Terra ou vice-versa, finalmente equiparou-se à guerra de pontos pontiagudos e contundentes. E o fato de que em nossa sociedade ainda temos que lidar com idéias desatualizadas sobre as leis da natureza causa tristeza e arrependimento.

Lembro-me de um episódio de "Etudes in Scarlet", brilhantemente filmado pelo diretor Igor Fedorovich Maslennikov:

Watson, um homem instruído e instruído, informa Holmes sobre o quadro de referência adotado na ciência moderna. Ao mesmo tempo, ele comete um erro típico do homem comum. Ele acredita que a teoria científica é uma verdade absoluta e não permite dúvidas. Enquanto isso, qualquer teoria científica, em primeiro lugar, tem limites de aplicabilidade e, em segundo lugar, a qualquer momento pode ser refutada por um novo experimento e, em seguida, será necessariamente revisada.

Holmes, por outro lado, não está familiarizado com as obras de grandes físicos, e essa ignorância apenas o ajuda a não se concentrar em um ponto de vista, o faz começar a raciocinar sobre o problema durante a conversa. A mente astuta de Holmes e sua grande erudição permitiram que ele visse um pouco mais do que a ciência moderna e formulasse com suas próprias palavras o princípio básico da nova teoria: as leis da natureza são invariantes em relação ao referencial.

Total

• A questão de quem gira em torno de quem não faz sentido se um quadro de referência não for fornecido.
• Se um dos leitores desejar desenhar seus esquemas simplificados de movimento planetário em diferentes sistemas de referência, eles poderão usar meu script python . O script usa a biblioteca matplotlib. Para uma modelagem precisa do sistema solar, posso recomendar o Escopo do Sistema Solar .

Posfácio

Enquanto eu preparava GIFs para este artigo, tive outra ideia interessante, embora não incontestável. Essa ideia muda significativamente a conclusão que tirei, então decidi que não seria supérfluo compartilhá-la.

Como o movimento é relativo, só podemos falar sobre ele no contexto do quadro de referência conhecido. No entanto, na vida cotidiana, não o fazemos. Cada máquina possui um dispositivo que mostra velocidade. Sabemos muito bem que mostra velocidade em relação à superfície da estrada. Perto da estrada, há uma placa indicando a velocidade máxima. Ninguém multará o motorista por se mover a uma velocidade de 29 km / s em relação ao sol. Tanto os motoristas quanto os inspetores sabem que o limite de velocidade de um sinal é medido em relação a esse sinal. Previsões meteorológicas, realizações esportivas, tráfego, navegação, tudo isso requer uma designação de velocidade, mas em nenhum lugar o sistema de referência é explicitamente indicado.

Assim, podemos concluir que:

Existe um sistema de referência padrão, que é usado na vida cotidiana quando não há indicação explícita de um sistema de referência diferente. Este sistema é geocêntrico.

Daqui resulta que a pergunta VTsIOM tem a única resposta correta: “Sim. Eu concordo O sol gira em torno da terra. " Espero que os sociólogos não me queimem na fogueira por essa heresia.

Os resultados do notório "estudo de caso" agora podem ser interpretados da seguinte maneira:

É para isso que gerentes eficazes trouxeram o país! Apenas um terço da população está ciente de que o Sol gira em torno da Terra. Os 2/3 restantes são vítimas do exame. É verdade que há uma tendência positiva: de 2007 a 2011, a participação de cidadãos instruídos aumentou de 28% para 32%, mas isso claramente não é suficiente. Nesse ritmo, alcançaremos a alfabetização universal apenas até 2080. Algo precisa ser feito com urgência.