Czy Ziemia kręci się wokół Słońca? A może to Słońce kręci się wokół Ziemi?

A wokół czego kręci się Słońce? a wokół czego kręci się środek naszej galaktyki?

OK, tyle co zapamiętałem z fizyki z liceum:

Kłótnie o to, co się kręci wokół czego są bezprzedmiotowe, ponieważ jest to rzecz względna. Jeśli ja stoję na peronie, i widzę, że pociąg nadjeżdża, to mogę powiedzieć, że się porusza. Równie dobrze, siedząc w pociągu, mogę powiedzieć, że pociąg z naprzeciwka się porusza. I że ziemia się porusza w tył.

Wszystko to jest w równym stopniu prawda: Bo w fizyce nie ma czegoś takiego, że jedno ciało się porusza wobec drugiego, które stoi. Ciała mogą tylko (oba) się poruszać albo stać względem siebie. Możemy dobierać sobie punkt odniesienia według naszego upodobania, w zależności od naszego wyboru wyjdą nam po prostu bardziej lub mniej skomplikowane równania. Stąd tendencja do wyboru takiego punktu odniesienia, by równania wychodziły możliwie najmniej skomplikowane.

Tak też jest ze Słońcem i z Ziemią. Prawdą jest, że Ziemia kręci się wokół słońca. Prawdą jest też, że Słońce kręci się wokół Ziemi. Nieprawdą jest, że Ziemia się kręci a Słońce stoi lub też, że Słońce stoi a Ziemia się kręci. Oba ciała pozostają w ruchu obrotowym względem siebie.

Heliocentryzm i geocentryzm są równie prawdziwe, nie stoją ze sobą w sprzeczności i żadna z tych dwóch teorii nie jest błędna. Jeden model opisuje ruch ciał niebieskich z punktu widzenia obserwatora stojącego na Ziemi, drugi zaś - z punktu widzenia (hipotetycznego) obserwatora stojącego na Słońcu. Ot i wszystko. Kopernik nie obalił modelu geocentrycznego - zauważył jedynie, że przyjmując układ odniesienia związany ze Słońcem otrzymujemy istotnie prostsze równania. Wszystkie ruchy ciał niebieskich możemy równie dobrze przewidzieć i wyliczyć przyjmując układ odniesienia związany z Ziemią, choć jest to istotnie bardziej skomplikowane rachunkowo. Z tego i tylko z tego powodu zazwyczaj tak nie czynimy.

Sprzeczności między oboma modelami dopatrywali się ci ludzie, którzy nie rozumieli, że w fizyce ruch lub brak ruchu jest zawsze pojęciem względnym. Ci będą głosić, że Kopernik bzdury gadał, no bo przecież od wieków wiadomo, że Ziemia stoi; lub też, że Kopernik cokolwiek obalił.

Nie masz racji gaazkamie, bo przyjmujesz błędne założenie, że „wszystkie układy odniesienia są równoważne”. Tymczasem tak nie jest. Według współczesnej fizyki wszystkie układy inercjalne są równoważne. Układ, który porusza się ruchem obrotowym wokół układu inercjalnego nie jest układem inercjalnym. To jest pierwsza różnica. Jeśli założymy, że Ziemia jest układem inercjalnym, to pojawia się na tej Ziemi siła Coriolisa, która bierze się znikąd – jak wyjaśnisz jej pochodzenie?

Druga różnica jest taka, że nie ma czegoś takiego, jak „model geocentryczny” jako taki. Geocentryczność to cecha modelu. Cechę tę spełniał np. model ptolemejski, który jest błędny i pozostanie błędny nawet jeśli dokonamy jego przekształcenia na model heliocentryczny.

Jest to pogląd lekkomyślny i błędny, a przyczyną tego błędnego myślenia jest fakt, że bierzesz pod uwagę tylko dwa ciała występujące w obu modelach. Zamiast co najmniej trzech, nie wspominając o całości.

Jest to dość pospolite, ale całkowicie błędne rozumienie istoty różnicy pomiędzy oboma modelami. Ponieważ różnica pomiędzy geocentrycznym modelem Ptolemeusza a heliocentrycznym modelem Kopernika wcale nie polega wyłącznie na zmianie układu odniesienia. Przypomnę ci dla jasności, że układ odniesienia to inaczej punkt, względem którego prowadzi się opis zjawiska, czyli potocznie mówiąc "punkt widzenia". Zmiana punktu widzenia nie oznacza dokonania zmiany rzeczywistości, którą się opisuje!

Na przykład jeśli mamy dziecięca karuzelę z dwoma rzędami koników, to jeśli na koniku bliżej centralnego słupa (S) siedzi Wanda (W), zaś na zewnętrznym siedzi Zenek (Z), to wówczas opis w układzie odniesienia S brzmi: "W jest bliżej, a Z dalej", w układzie odniesienia Z opis brzmi: "W jest bliżej, Z jest dalej", zaś w układzie W brzmi: "S jest po przeciwnej stronie niż Z". Ale wszystkie te zdania opisują tę samą sytuację, tę samą konfigurację przestrzenną trzech obiektów, mianowicie: S-W-Z.

Tymczasem modele ptolemejski i kopernikański przyjmują odmienne konfiguracje ciał niebieskich.

W modelu Ptolemeusza orbita Wenus (W) znajduje się w całości wewnątrz orbity Słońca (S), a Wenus zawsze, ale to zawsze znajduje się w tym samym mniej więcej kierunku co Słońce, czyli fizycznie W zawsze jest pomiędzy Z a S:
Natomiast w modelu Kopernika orbita Wenus znajduje się w całości wewnątrz orbity Ziemi, a Wenus, poruszając się niezależnie od Ziemi i wykonując pełny obieg Słońca szybciej niż to robi Ziemia, może znajdować się zarówno pomiędzy Ziemią a Słońcem, jak i po drugiej stronie Słońca niż Ziemia. W modelu Kopernika przez część czasu W rzeczywiście fizycznie znajduje się pomiędzy Z i S:ale w innych okresach fizycznie S jest pomiędzy W i Z, czyli W jest na zewnątrz odcinka Z-S:
Ta druga sytuacja fizycznego położenia ciał niebieskich względem siebie w modelu Ptolemeusza jest niemożliwa. W modelu Kopernika występuje i wynika z niego w sposób konieczny. Obserwacje potwierdzają występowanie konfiguracji W-S-Z, co dowodzi błędności geocentrycznego modelu Ptolemeusza.

Jak rozumiem, nie masz zielonego pojęcia o konstrukcji geocentrycznego układu Ptolemeusza oraz na czym polegała fundamentalna przewaga koncepcyjna heliocentrycznego modelu Kopernika? Krótkie pytanie: skąd weźmiesz promień orbity Wenus? Kopernik ten parametr wyliczył, bo u niego Wenus w bazowej wersji modelu, wyjaśniającej jakościowo zjawiska na niebie, krąży po prostu po kółku, a miał dostępny maksymalny kąt między S i W widocznymi z Z oraz odległość Z-S. Trywialne wyliczenie boku trójkąta prostokątnego przy znajomości innego boku oraz kąta. Ptolemeusz przy tych samych danych musiał promień deferensu Wenus najdosłowniej zmyślić, ponieważ do wyjaśnienia jakościowego tych samych zjawisk potrzebował dwóch kółek, które łącznie dają trajektorię Wenus, a zatem dwóch promieni. Jednak geometria jest nieubłagana i pozwalała na policzenie tylko jednej wielkości liniowej dla tej trajektorii, jednego promienia z dwóch, jakie były konieczne. Dlatego jeden z tych promieni z konieczności zmyślił.

Niby tak. Ale układ związany ze Słońcem też nie jest układem inercjalnym. Już prędzej musielibyśmy wziąć układ związany z centrum naszej galaktyki.

Nie pamiętam już nawet, czy istnieje we Wszechświecie jakiś układ bezwzględnie inercjalny, ale nawet jeśli istnieje, to używanie go byłoby szaleństwem. Eliminując nieinercjalność możemy uprościć równania, ale tylko do pewnego momentu. Do opisu ruchu planet w Układzie Słonecznym nie przyjmiemy układu związanego z centrum Drogi Mlecznej, a do opisu ruchu pociągów na ziemi nie przyjmiemy układu związanego ze Słońcem. I to pomimo, że nawet pomijając ruch obrotowy wokół Słońca, przy opisie ruchu pociągów Ziemia nadal nie jest układem inercjalnym: z III zasady dynamiki wynika, że jeśli pociąg przyspiesza, to w odwrotnym kierunku przyspiesza także Ziemia.

Dlatego dalej wydaje mi się, że wybór układu odniesienia zależy przede wszystkim od tego, w którym układzie wyjdą akurat prostsze obliczenia. (A nawet przy opisie ruchu pociągów nieinercjalność układu związanego z Ziemią może mieć znaczenie, np. gdy w pociągach są jakieś dokładne aparatury hydrauliczne, na które siła Coriolisa może mieć wpływ)



Ale Kopernik też nawalił błędy. Np, o ile pamiętam, założył, że orbity są kołowe, podczas gdy są eliptyczne.

Idąc tym tropem rozumowania, musimy więc uznać, ze model kopernikański jest błędny i zdezaktualizowany. A jednak, o ile mi wiadomo, nie czynimy tego.

Dlatego, według mojego rozumowania, tu nie ma jakiegoś jakościowego przeskoku podobnego do przejścia od mechaniki arystotelejskiej do mechaniki newtonowskiej, czy od newtonowskiej do relatywistycznej. Zauważono, że zmiana układu odniesienia upraszcza model, i dzięki temu można było łatwiej poprawić błędy, niedoskonałości i nieścisłości, które były trudne do zauważenia i poprawienia przed tym uproszczeniem. Pozostawiono inne błędy, które w późniejszych latach także sukcesywnie poprawiano. Tyle?



A to już interesujące. Czy twierdzisz, że przy wzięciu nieodpowiedniego punktu odniesienia pełny opis ruchu ciał układu staje się fundamentalnie niemożliwy? I że dopiero wybór odpowiedniego punktu odniesienia pozwala na ustalenie wszystkich zmiennych?

To, przyznaję, dla mnie nowość. Dotąd sądziłem, że jeśli mamy równania opisujące ruch ciał w układzie związanym z którymś punktem odniesienia, to można spokojnie te równania przekształcić, by opisywały ruch tych ciał w układzie związanym z dowolnym innym punktem odniesienia. Może wyjdą istotnie bardziej skomplikowane, ale będą równie kompletne.

Po pierwsze, to jest zupełnie co innego, mianowicie kwestia dokładności modelu w stosunku do danych z obserwacji. Model Ptolemeusza ma tę zasadniczą i nieusuwalną wadę, że opisuje zupełnie inne położenie ciał niebieskich względem siebie w przestrzeni. Niezgodne z faktycznym, sprzeczne z obserwacjami. I nawet wprowadzenie do niego elips nic by nie pomogło.

Po drugie, Kopernik nie nawalił żadnych błędów. Przyjęte było od czasów starożytnych, że ciała niebieskie poruszają się po okręgach. Bo ruch dzielono na prostoliniowy i po okręgu, i już. A ponieważ z obserwacji wynikało, że ruch dokładnie po idealnym okręgu mającym środek w dokładnie jednym i tym samym "centrum świata" nie pasuje, to zarówno Ptolemeusz, jak i Kopernik użyli okręgów, które mają środki przesunięte względem punktu centralnego, a dodatkowo jeszcze korygowali je kolejnymi malutkimi okręgami.

Po trzecie, orbity planet Układu Słonecznego nie są eliptyczne. Dla planet znanych w starożytności są niemal kołowe, w lepszym przybliżeniu -- eliptyczne, ale nawet z równań Newtona wynika, że dokładnie eliptyczne być nie mogą. Byłoby tak tylko w przypadku, kiedy cały układ składał się z pojedynczej planety krążącej wokół Słońca. Ponieważ jednak wszystkie ciała w Układzie Słonecznym są obiektami posiadającymi masę, więc wszystkie oddziałują na siebie grawitacyjnie. Dlatego elipsy jako orbity to także tylko przybliżenie, choć dużo lepsze niż koła.

Oczywiście, że czynimy! Oryginalnego systemu Kopernika nikt już od dawna nie używa. Mniej więcej od czasów Keplera, który wykazał, że elipsy lepiej pasują, a z pewnością od czasów Newtona, którego prawo grawitacji oraz podstawowe zasady dynamiki prowadzą do równań wyznaczających tory ruchu planet.

Nie dociera do ciebie, że to nie była zaledwie zmiana układu odniesienia? Przecież do licha wytłumaczyłem czarno na białym, że model Kopernika opisuje inny fizycznie świat!

Różnica między modelem Ptolemeusza a Kopernika nie polega na zmianie punktu odniesienia. Klepiesz w kółko tę samą bzdurę! Czytałeś w ogóle, co ci tłumaczyłem? Nawet wytłuściłem główną tezę przed całym tłumaczeniem na przykładzie. Zrozumiałeś? Przemyślałeś?

No i można. Ale model Ptolemeusza to nie jest opis w innym układu odniesienia tej samej rzeczywistości, którą obrazuje model Kopernika. W modelu Ptolemeusza świat jest inny, więc, do cholery, oczywiście, że nic dziwnego, że nie da się przekształcić równań z jednego do drugiego, żeby wyszło to samo! Bo one odzwierciedlają inne rzeczywistości fizyczne. Jak masz klocki leżące w linii prostej w kolejności W-S-Z, to żadna zmiana układu odniesienia, czyli punktu widzenia, z którego ppisujemy te klocki, nie spowoduje, żeby poprawnym opisem było Z-W-S, bo to wymagałoby zmiany pozycji klocka -- fizycznej zmiany położenia obiektu, a tym samym innej fizycznie konfiguracji opisywanego fragmentu świata. Kumasz?