Галилео Галилей

Галилео Галилей (1564—1642) один из основателей  современного естествознания. Уже в  ранние годы, сначала немногие близкие  друзья, а затем и ученые, знакомившиеся  с его идеями, увидели в нем  не только талантливого университетского лектора, но и решительного и глубокого критика тех самых официальных взглядов в науке, которые ему приходилось излагать в своих лекциях по физике и астрономии. В письмах к друзьям и ученикам, получавших затем распространение в рукописных копиях, а также в работах, остававшихся долгое время неопубликованными, Галилей в 90-е годы XVI в. начал наступление на безнадежно устаревшую, но остававшуюся догмой физику Аристотеля, на узаконенную католической церковью геоцентрическую систему мира Птолемея, на традиционную схоластическую науку. Физика в то время сводилась к механике, проблемами которой Галилей занимался в течение всей жизни. Вместе с тем она охватывала широкий круг общих мировоззренческих, по существу, космологических проблем. До Галилея в ней в течение веков господствовали представления аристотелевской школы перипатетиков о принципиальном различии земных (точнее, подлунных) и небесных, или космических, явлений, о существовании насильственных и естественных движений. К первым относили движения под действием механической силы. При этом считалось, что они могут продолжаться, лишь пока действует сила. Второй вид движений якобы определялся самой природой тела и геометрическими свойствами замкнутого пространства Вселенной. По Аристотелю, тяжелые тела в своем естественном движении должны были падать с различной скоростью в зависимости от своей тяжести (веса). Аристотель полагал, что независимым от веса падение было бы лишь в пустоте, существование которой он как физик-экспериментатор отрицал. Галилей совершил подлинную революцию в механике, полностью разрушив представления аристотелевой физики, сложившиеся на основе слишком грубого повседневного наблюдения, либо, напротив, чисто умозрительные. Галилей впервые построил экспериментально-математическую науку о движении — кинематику, законы которой он вывел в результате обобщения данных специально поставленных научных опытов. Сравнивая движение тел по наклонной плоскости с их свободным падением, он установил единство обоих движений, открыл законы свободного падения тел (в частности, независимость скорости такого падения от веса тела), установил законы качания маятника и построил теорию равномерно ускоренного движения. Этим не исчерпывается его вклад в механику. С ее помощью он заложил основы более общего научного метода выявления законов природы вообще. Прежде всего, он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений, утверждая, что «книга природы написана языком математики». Метод же его экспериментально-теоретического исследования заключался в количественном анализе наблюдаемых частных явлений и постепенном мысленном приближении этих явлений к некоторым идеальным условиям, в которых законы, управляющие ими, могли бы проявиться так сказать, в чистом виде. Такой метод получил название индуктивного. Единственно, в чем Галилей остался аристотелианцем — было его представление об инерциальном движении как движении по кругу. Начав эти исследования с небольшой работы «Диалог о движении», Галилей завершил их в своем последнем труде «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению [учение о местном движении развилось впоследствии в динамику] с приложением о центрах тяжести различных тел» (1638). Это сочинение явилось вершиной и итогом творчества Галилея — физика. С именем Галилея связано не только открытие основных законов равномерно-переменного и ряда более сложных видов движения, но и установление основных понятий кинематики и динамики и открытие общего принципа классической механики (принцип относительности Галилея). Исследования его в области механики, которые он сам считал основными в своей деятельности, в значительной степени определили дальнейшее развитие этой науки и, наряду с законами Кеплера, легли в основу классической ньютоновской физики и физической картины мира. Однако в той грандиозной ломке мировоззрения в области естествознания, которая началась в эпоху позднего Возрождения (XVI—XVII вв.), первостепенную роль сыграли, прежде всего, собственные астрономические открытия Галилея с помощью введенных им в астрономию новых способов наблюдения и защита на этой основе учения Коперника. Древнее аристотелево учение об идеальности, вечности и неизменности небесных тел, птолемеева система мира с неподвижной Землей в центре Вселенной — все это превратилось ко времени Галилея в предмет слепой веры. Новое, гелиоцентрическое учение Коперника все еще оставалось теорией, не только не подтвержденной, но отчасти противоречившей наблюдениям того времени (у звезд не наблюдалось параллактических годичных смещений, у внутренних планет Меркурия и Венеры ни один астроном не улавливал явления смены фаз). Во времена Галилея даже тех немногих, кто начинал склоняться к признанию гелиоцентрической системы, хотя бы по причине ее большей простоты и логичности, немало смущал тот удивительный факт, что лишь у нашей Земли имеется спутник — Луна. Это, казалось, нарушало сам принцип гелиоцентризма (единственного центра вращения во Вселенной) и все еще выделяло Землю. Астрономические исследования Галилея изложены в его знаменитом «Звездном вестнике» (1610), в не менее знаменитом письме «О солнечных пятнах» (1613) к его ученику Б. Кастелли и в основном астрономическом сочинении Галилея — «Диалоге о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632). В «Звездном вестнике» он описал также историю создания своего телескопа.

Узнав летом 1609 г. об изобретении в  Голландии зрительной трубы, Галилей  самостоятельно сконструировал ее усовершенствованный  вариант, применив, соответственно, для  объектива и окуляра плоско-выпуклое и плоско-вогнутое стекла (что несколько уменьшало сферическую аберрацию). Она давала прямое мнимое изображение предмета и действовала, как теперь ясно, по принципу бинокля. Увеличение, сначала равное 3, было доведено Галилеем позднее до 32. Осенью того же года Галилей и почти одновременно, даже немного раньше, С. Марнус и Т. Гарриот первыми использовали оптический инструмент для наблюдения неба. Однако по качеству своего инструмента, по систематичности и результатам своих наблюдений и глубине их интерпретации Галилей сразу намного обогнал своих современников. Под влиянием его поразительных результатов, изложенных в «Звездном вестнике», и другие, например Гарриот, начали систематическое изучение неба с телескопом. Поэтому можно утверждать, что именно с его астрономических наблюдений начинается новая оптическая эра в наблюдательной астрономии. Несмотря на нечеткость первых изображений (главным образом из-за хроматической аберрации) телескоп Галилея колоссально расширил пределы наблюдаемой Вселенной и впервые подтвердил некоторые гениальные догадки древнегреческих натурфилософов. Так, в бледных облаках Млечного Пути Галилей обнаружил огромные скопища звезд, подтвердив аналогичную догадку Демокрита. Галилей первым отметил как в самой полосе Млечного Пути, так и в других частях неба существование скоплений звезд, тогда как простому глазу они представлялись маленькими туманными пятнами (Ясли в созвездии Рака, скопление возле звезды ? Ориона). Галилей обнаружил также свыше 40 звезд в Плеядах, где невооруженный глаз различает обычно не более 6—7 звезд. На основе этих открытий Галилей впервые сделал вывод о звездном составе наблюдавшихся туманностей, или, как их тогда называли (еще со времен Птолемея) «туманных звезд». До Галилея их обычно считали более плотными частями твердой небесной сферы, якобы отражавшими солнечные лучи. Таким образом, Галилей впервые в истории астрономии показал, что путем прямых наблюдений можно изучать не только движения светил, но и действительное строение и состав окружающей Вселенной и что с увеличением мощности наблюдательных средств наши представления о ней могут в корне изменяться. По существу, к этим первым заключениям Галилея о действительной звездной природе «туманных звезд» (а их ко времени изобретения телескопа было отмечено на небе около двух десятков) восходит своими истоками концепция островных вселенных. Разложение отдельных туманностей и туманных облаков в Млечном Пути на звезды и то, что другие части Млечного Пути при этом продолжали выглядеть в телескоп Галилея лишь светлыми пятнами, стало первым реальным свидетельством колоссальности масштабов мира звезд. К этому выводу Галилея приводили и другие наблюдения. Он отметил, что в то время, как планеты в поле зрения его телескопа имели вид кружков, звезды оставались точками, лишь увеличиваясь в яркости. Это было вторым после уже отмеченной Коперником ненаблюдаемости параллактических смещений у звезд убедительным свидетельством безмерной удаленности звезд по сравнению с планетами. В своем письме к Ф. Инголи (1624 г.) Галилей окончательно отвергал представление о расположении звезд на одной (хотя бы и чрезвычайно удаленной) сфере, т. е. на одной общей сферической поверхности, как это принималось со времен Аристотеля. Исходя из общих соображений о вероятности подобного расположения, он утверждал, что не найдется и четырех звезд, равноудаленных от любой точки Вселенной. Однако в области астрономических исследований основное внимание Галилей сосредоточил на совершенно неожиданных, никем не предсказанных ранее явлениях, открытых им в мире планет. Эти наблюдения, напротив, впервые «приблизили» небесный мир к земному, обнаружив первые свидетельства принципиального единства физической природы Земли и планет и развенчав аристотелевское представление об идеальных круглых и гладких небесных телах. Галилей первым описал реальную поверхность Луны, которая, как оказалось, «не имеет гладкой полированной поверхности, но представляет неровности и возвышения подобно земной поверхности, покрыта огромными горами, глубокими пропастями, обрывами». Он же впервые оценил высоту самых больших лунных гор (около 7 км, что близко к современным оценкам) и отметил их характерную для Луны кольцевую форму.

Надо сказать, что сама интерпретация  этих астрономических наблюдений Галилеем была в значительной мере следствием революции Коперника — провозглашения гелиоцентризма, так как именно гелиоцентризм предполагал равноправие Земли и других планет (включая Луну). Рассматривая также в телескоп Луну не сквозь призму гелиоцентризма Т. Гарриот, как уже говорилось, усмотрел только сходство ее поверхности с тортом, который обычно делал его повар, а противники Галилея были убеждены, что вся картина возникает из-за различий освещения и окраски разных частей гладкого шара Луны, либо даже предполагали, что наблюдаемые неровности находятся внутри слоя прозрачного твердого вещества, образующего идеально гладкую сферическую поверхность Луны. Ко времени наблюдений Галилея общепринятая догма об особом мире совершенных небесных тел была поколеблена и другими наблюдателями, кто в числе первых воcпользовался телескопом. Речь идет об открытии солнечных пятен. В мае — июне 1611 г. голландский астроном И. Фабрициус первым установил существование темных пятен на поверхности Солнца. Он убедительно показал, что эти образования принадлежат телу самого светила (которое он, как и другие в его время, считал твердым), и по их видимому перемещению открыл вращение Солнца. Сообщение о более раннем наблюдении солнечных пятен содержалось, как выяснилось позднее, и в рукописях Гарриота (декабрь 1610 г.). В 1611 г. одним из первых наблюдал темные пятна на Солнце и Галилей. Кроме открытия изменений пятен за счет эффекта перспективы (видимое сплющивание их при приближении к краю солнечного диска), Галилей впервые отметил реальные и довольно быстрые изменения формы солнечных пятен и сравнивал их поэтому с облаками в земной атмосфере. И все же некоторые продолжали считать их более близкими к Солнцу темными телами. Поэтому чрезвычайно важным было открытие Галилеем на диске Солнца в конце 1612 г. маленьких ярких образований (очевидно, факелов), которые перемещались подобно темным пятнам, но которые уже нельзя было спутать с посторонними телами — более близкими планетами, обращающимися вокруг Солнца. Это позволило Галилею окончательно подтвердить вращение нашего светила. Еще большее впечатление произвело открытие Галилеем спутников у Юпитера и фаз у Венеры. Уже во время первых наблюдений в 1610 г. он убедился, что обнаруженные им близ Юпитера четыре маленькие звездочки, расположенные на одной прямой, изменяют свое положение относительно планеты. Продолжив наблюдения, он установил периодичность в движении этих тел, оказавшихся, таким образом, спутниками планеты. Рассматривая в телескоп Сатурн, Галилей заметил по бокам этой планеты странные выступы. Он также принял их вначале за два спутника планеты. Однако явление все еще оставалось загадочным, и о своем открытии Галилей сообщил на этот раз в виде анаграммы — набора букв, составлявших после правильной их расстановки фразу: «Высочайшую планету тройною наблюдал». Но его предположение оправдалось не буквально: загадочные выступы оказались знаменитым кольцом планеты, существование которого (ок. 1658 г.) открыл X. Гюйгенс. Только спустя еще два века удалось установить, что это колоссальная и сложная по своей структуре система маленьких спутников Сатурна (которые, впрочем, далеко не исчерпывают собою состав сложной системы колец). Среди своих астрономических открытий наиболее значительным Галилей считал открытие спутников у Юпитера. Именно в достоверности этого открытия он особенно стремился «убедить всех астрономов и философов». Действительно, за всю историю цивилизации впервые были обнаружены новые подвижные небесные тела — планеты, которые отличались и той особенностью, что они обращались явно вокруг другой, уже известной планеты. Луна, перестала быть исключением в системе Коперника, а Земля — единственным центром, вокруг которого должны были, согласно Птолемею, обращаться все небесные тела. И все же это открытие было лишь косвенным подтверждением системы Коперника. Но следующее телескопическое открытие Галилея — обнаружение у планеты Венеры фаз, подобных лунным (декабрь 1610 г.), явилось первым и более ста лет оставалось единственным неопровержимым фактом, подтверждавшим истинность гелиоцентрической системы Коперника. Однако открыто провозгласить её в Италии начала XVII в.— значило повторить трагическую судьбу Джордано Бруно. Поэтому, прежде всего, необходимо было убедить в «благонамеренности» тех пли иных открытий католическую церковь. Между тем «Звездный вестник» — небольшое сочинение, в котором Галилей изложил свои результаты телескопических наблюдений, и еще более письмо о солнечных пятнах, где он утверждал первостепенную роль чувственного опыта в исследовании окружающего мира, вызвали резкие нападки на ученого и обвинения его в отступлении от Священного Писания. Вся дальнейшая жизнь Галилея была связана с неоднократными поездками в Рим для объяснений с папой, высшим духовенством, со «святой инквизицией». И ни огромный научный авторитет, ни близкое знакомство с кардиналом Барберини (затем папа Урбан VIII), ни даже искренняя преданность Галилея католической церкви, в чем у Рима не было сомнения, не спасли гениального ученого от суда инквизиции. Опубликование самих астрономических открытий еще не вызвало тревоги и даже нашло признание у высоких духовных сановников, вопреки нападкам научных противников Галилея и разного рода доносчиков. Несмотря на официальный запрет в 1616 г. пропаганды системы Коперника, у Галилея все еще сохранялись иллюзии о приемлемости для католической церкви его взглядов. Их изложение в осторожной форме было даже официально разрешено ученому. Система Коперника должна была при этом представляться лишь как одна из возможных и чисто абстрактных математических теорий. Опубликование «Диалога» разрушило все иллюзии как у Галилея в отношении терпимости церкви к его взглядам, так и у католического Рима в отношении истинного смысла этого труда. Напечатанный в феврале 1632 г. с разрешения римской духовной цензуры, он уже в августе был изъят из продажи и также внесен в папский «Индекс» запрещенных книг. Форма «Диалога» крайне осторожна. На первый взгляд, трое друзей ведут в нем мирную, без особого полемического задора, неторопливую беседу о весьма отвлеченных вещах, причем каждый искренне и непредубежденно,— что относится прежде всего к сторонникам Коперника — Сальвиати и Сагредо,— старается понять точку зрения другого, допуская сначала ее справедливость. Однако, несмотря на это, и скорее, именно благодаря такой предельной объективности беседующих, догмы аристотелевой физики, которые лежали в основе мировоззрения, проповедывавшегося католической церковью, как и сама система Птолемея, терпят в «Диалоге» очевидный крах. Новые же идеи Коперника, дополненные еще более революционными идеями Д. Бруно о бесконечности Вселенной и множественности обитаемых миров, с убедительностью торжествуют перед читателем. Для католического Рима не могло оставаться никаких сомнений в невероятной силе и, следовательно, опасности ее идейного противника — Галилео Галилея. Автор «Диалога» в 1633 г. был вызван в Рим. Под угрозой пытки старого ученого (ему было тогда 69 лет) принудили, стоя на коленях, отречься от «заблуждений». Но и после этого Галилей продолжал работать и сумел в далекой протестантской Голландии переиздать несколько раз свой «Диалог», а в 1638 г. опубликовал там же «Беседы» о механике