В 1962 году философ Томас Кун в работе «Структура научных революций» предложил один из первых системных взглядов на развитие науки. В его теории ключевым понятием стала парадигма — совокупность идей, методов и представлений, через которые человечество познаёт мир. Смена парадигмы означает научную революцию, полностью меняющую прежнюю картину мира.
Но между революциями — долгая дорога рутины, когда исследователи занимаются уточнением и дополнением господствующей теории. Такой период может длиться веками — пока накопленные противоречия не будут разрешены новой теорией.
Одной из первых и самых долгоживущих парадигм стала геоцентрическая модель мира в астрономии — представление, что Земля находится в центре Вселенной. Её основа была заложена ещё в трудах Аристотеля в IV веке до н. э, а завершена Клавдием Птолемеем во II веке н. э.
Согласно Аристотелю, космос имел форму сферы, был вечным и неподвижным. За его пределами не существовало ни пространства, ни времени. В центре располагалась Земля; за ней — Луна и другие планеты. Космос делился на две области: подлунную (земной мир, где всё рождается, развивается и умирает) и надлунную (высший мир вечного и неизменного, где царят только круговые движения небесных тел).
Весь космос, по его мнению, был наполнен неким пятым элементом — эфиром, тогда как земной мир состоял из четырёх классических стихий: земли, воды, воздуха и огня.
Однако, несмотря на свою системность, эта модель не давала реальных инструментов для точного предсказания движения небесных тел.
Настоящий прорыв совершил Клавдий Птолемей. Взяв аристотелевскую модель за основу, он поставил перед собой практическую цель — объяснить и описать видимое движение планет. Для этого он использовал разработанную ранее теорию эпициклов: по ней, планета движется по малой окружности (эпициклу), центр которой, в свою очередь, вращается вокруг Земли.
Такое сложное движение объясняло, почему планеты на небе иногда замедляются, движутся вспять и затем снова идут вперёд. Это же объясняло смену времён года: солнце, вращаясь по эпициклу, то отдалялось, то приближалось.
Птолемей распространил эту модель на все известные планеты, столкнувшись с их неравномерным движением. Сегодня мы понимаем, что это связано с наблюдением с вращающейся Земли. Для точности он ввёл дополнительную окружность — деферент, центр которой был смещён от Земли. Планета вращалась вокруг эпицикла, а эпицикл — вокруг деферента, что позволяло описывать петлеобразные траектории.
Кроме того, Птолемею пришлось учитывать видимые колебания в траекториях, связанные с наклоном земной оси. Так как Земля считалась неподвижной, этот наклон придали эпициклам и деферентам.
Результатом его труда стала модель, которая впервые позволила с высокой точностью предсказывать движения небесных тел, особенно Марса, Юпитера и Сатурна. Его главный труд — «Альмагест» — на тысячелетие определил историю астрономии.
Для католической церкви это была удобная картина мира: Земля в центре Вселенной, человек — в центре творения. Но развитие торговли и кораблестроения заставляло моряков уходить всё дальше. Для навигации им нужно было точно предсказывать движение планет. Однако фактическое движение планет немного отличалось от теории, и для каждого небесного тела вводили дополнительные эпициклы. В итоге система усложнялась, теряла стройность, а вычисления становились всё труднее.
Ещё в XIII веке кастильский король Альфонсо X говорил, что если бы присутствовал при сотворении мира, точно посоветовал бы Богу сделать его проще.
Последними сторонниками птолемеевской модели стали немецкие астрономы Георг Пурбах и Региомонтан, в XV веке попытавшиеся усовершенствовать старую систему. Несмотря на то, что они приложили немало усилий для развития устаревшей модели, именно они проложили путь к научной революции.
Вскоре центром Вселенной станет Солнце. Идея, за которую новым астрономам предстоит бороться — подчас ценой своей жизни.