Революцияв астрономии (Коперник, Кеплер, Галилей)

Теория Коперника нуждалась также и в физическом обосновании кинематической схемы. Естественно возникал вопрос: что связывает «машину мира» в единое целое, планеты с Солнцем, Землю с Луной? Каковы физические причины движения вообще и движения планет в частности? Астрономия нуждалась в механике, и не в той механике, которая была известна древним и по существу была статикой, а в новой механике, в механике движения — динамике. Для развития этой новой механики нужна была новая, динамичная математика.

Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания, в первую очередь механики и оптики.

Но помимо этих научных задач, приходилось решать и другую задачу: преодоление установившихся традиций, освященных догматами церкви. Нужны были смелые пропагандисты нового учения, способные распространить его, поколебать окаменелые догмы. Теорию Коперника не признавали ведущие люди эпохи: церковный реформатор Лютер, философ-материалист Френсис Бэкон, крупный астроном Тихо Браге. К тому же к ней с самого начала ее зарождения настороженно присматривалась католическая церковь. Обеспокоенная успехами протестантизма, она усилила борьбу с инакомыслящими, укрепила инквизицию, беспощадно преследующую «еретиков».

Трудность борьбы за систему Коперника привела к тому, что новое учение вошло в науку не сразу и осуществление научной программы, вытекающей из него, затянулось на десятилетия. Борьба была длительной и кровавой. Навеки вошло в историю имя мученика науки Джордано Бруно. Этот замечательный человек, писатель, поэт, ученый, талантливый оратор и лектор, также был одним из тех титанов, которых рождало это бурное время.

Он родился в 1548 г. в небольшом итальянском городе Нола.

В двадцать четыре года Бруно будучи священником в Кампанье, он знакомится с сочинениями гуманистов и книгой Коперника. Образ мыслей Бруно вызывает подозрение членов монашеского ордена доминиканцев, к которому он принадлежал. На него был подан донос в Рим, и Бруно отправился туда, чтобы лично защищаться от выдвинутых обвинений. Однако в Риме он узнал, что после его отъезда в монастыре были найдены новые изобличающие его материалы. В 30 лет Бруно было видение, которое определило его судьбу. Ему приснилось, что он очнулся под ограниченным куполом из звезд, таким был космос во времена Бруно, ему виделось, что звездный свод – лишь ширма, отделяющая нас от бесконечного пространства. Он был ошеломлен, в своих трудах он описывал это так: « Я расправляю уверенные крылья в открывающееся пространство и взмываю в бесконечность, оставляя позади себя то, что остальные отказывались увидеть. Здесь не было ни верха, ни низа, ни края, ни центра. Я увидел, что солнце – лишь одна из множества звезд, у каждой из которых были другие планеты подобные нашей Земле, по своей силе это откровение можно было сравнить с влюбленностью»[4].

Бруно стал миссионером, проповедовавшим идею бесконечности по всей Европе. Он отправляется в Геную. Начинается длительный период странствий.

Из Генуи Бруно перебрался в Венецию, затем в Милан, Турин, Шамбери, и, наконец, покинув Италию, он едет в Женеву. Неукротимый дух полемиста заставил его выступить против одного из протестантских философов Женевы, и обиженный философ добился заключения Бруно в тюрьму. По освобождении из тюрьмы Бруно покинул Швейцарию, сохранив навеки презрение к «глупой секте педантов», как он называл кальвинистов.

После длительных скитаний он попадает в Тулузу, где становится профессором Тулузского университета и в течение двух лет читает лекции, в которых резко критикует учение Аристотеля. Это вызывает недовольство профессоров университета, и Бруно покидает Тулузу и переезжает в Париж. В Париже Бруно приобрел славу ученого, обладающего огромными познаниями и феноменальной памятью. Сам король заинтересовался Бруно и просил посвятить его в тайны «Великого Искусства». Это «Великое Искусство» представляло собой логическую машину, изобретенную в XIII в. Раймондом Лулла. Машина состояла из нескольких движущихся кругов, на которых были нанесены буквы, обозначающие отдельные логические понятия. Движение кругов с различными скоростями приводило к различным сочетаниям понятий, Бруно увлекся идеей Лулла, которую в последующие годы считали несерьезной. Однако сегодня, в век логических машин, мы рассматриваем машину Лулла как их предшественницу.

Но странствия ученого на этом не закончились. Из Парижа он едет в Оксфорд, из Оксфорда в Лондон, из Лондона снова в Париж, из Парижа в Германию. Объехав почти всю Германию и побывав в Цюрихе, Бруно в 1591 г. принял приглашение венецианского дворянина Мочениго и прибыл в Венецию, навстречу своей мученической кончине.

Годы странствий Бруно были годами напряженной, кипучей деятельности. Он читает лекции, пишет книги, участвует в диспутах с выдающимися представителями схоластической науки в Оксфорде, Париже и других университетах. Он развивает величественное учение о множественности миров. Восторженно прославляя Коперника, Бруно считает необходимым пойти дальше в развитии его теории.

В 1584 г. им были написаны диалоги «Пир на пепле», «О бесконечности Вселенной и мирах», в которых он излагал свое учение о бесконечной Вселенной, слагающейся из множества миров, подобных нашей солнечной системе. Коперник у Бруно «заря», предвещающая восход солнца «истинной античной философии». Из его диалогов видно, что этой философией является философия Демокрита и Эпикура, которую он развивает дальше, в противовес аристотелевской концепции о конечной Вселенной, о противоположности земного и небесного, о наличии абсолютно неподвижного центра Вселенной. Части и атомы Вселенной «находятся в бесконечном течении и движении, испытывают бесконечные перемены, как по форме, так и по месту»[5]. Отсутствие покоя, вечное круговращение природы Бруно выражает в стихотворении, начинающемся словами:

Покоя нет — все движется, вращаясь,

На небе иль под небом обретаясь,

И всякой вещи свойственно движенье,

Близка она от нас иль далека,

И тяжела она или легка[6].

В учении о бесконечности Вселенной, об относительности движения и покоя Бруно солидаризируется с Кузанским, имя которого с уважением неоднократно упоминается на страницах его «Диалогов».

Сущность космической теории Бруно в сжатой форме выразил один из персонажей его диалога «О бесконечности Вселенной и мирах»: «Я заключу следующим: знаменитое общепринятое деление элементов и мировых тел есть сон, пустейшая фантазия, которая не подтверждается ни природою, ни разумом, которая не может и не должна быть. Достаточно знать, что существует бесконечное поле и непрерывное пространство, которое охватывает все и проникает во все. В нем существуют бесчисленные тела, подобные нашему, из которых ни одно не находится в большей степени в центре Вселенной, чем Другие, ибо Вселенная бесконечна, и поэтому она не имеет ни центра, ни края; ими обладают лишь отдельные миры, которые существуют во Вселенной в таком виде, как я уже говорил, в особенности там, где существуют, как я доказал, некоторые определенные центры, каковы суть Солнце и огни, вокруг которых вращаются все планеты, земли, воды, подобно тому как вокруг этого соседнего нам Солнца существуют эти семь планет. Также мы доказали, что каждая из этих звезд или этих миров, вращаясь вокруг собственного центра, кажется своим обитателям прочным и устойчивым миром, вокруг которого вращаются звезды как вокруг центра Вселенной. Так что нет одного только мира, одной только Земли, одного только Солнца, но существует столько миров, сколько мы видим вокруг нас сверкающих светил, которые в не меньшей степени заключаются в этом небе, в едином всеохватывающем месте, чем этот мир, на котором мы обитаем»[7].

Так на смену узкому и реакционному средневековому представлению о мире пришло новое величественное мировоззрение, перед которым церковное учение о земле и небе выглядело ничтожным и жалким. Нетрудно представить себе бешенство, охватившее «князей церкви» при чтении смелых диалогов Бруно.

И Бруно заслужил благодарное признание потомков.

В год, когда начались странствия Бруно, шестилетний сын швабского солдата начал посещать школу. Ничто не предвещало великой судьбы хилому, болезненному мальчику, по существу, брошенному своими родителями. Тем не менее, этот мальчик стал великим астрономом, обессмертившим свое имя открытием законов движения планет. Это был Иоганн Кеплер.

Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в небольшом местечке вблизи швабского города Вейля. Его решено было отдать в монастырскую школу, которую он успешно окончил через два года. Оттуда он был переведен в духовную школу высшего разряда и через три года, как способный ученик, был принят в Тюбингенскую семинарию, по окончании которой 11 августа 1591 г. был оставлен стипендиатом Тюбингенской академии, впоследствии преобразованной в университет. Перед Кеплером открылась дорога к богословской карьере. Протестантская церковь должна была получить в лице его своего богослова. Но произошло иное. Астрономию и математику в то время в Тюбингене преподавал выдающийся педагог Местлин, хорошо знавший преподаваемые им науки, один из немногих в то время приверженцев учения Коперника. Он разбудил в Кеплере интерес к астрономии, познакомил его с книгой Коперника, и Кеплер сделался горячим сторонником нового учения. С тех пор богословская карьера Кеплера кончилась. По окончании академии в 1593 г. Кеплер получил блестящий аттестат, удостоверявший его выдающиеся способности и знания, но к богословскому служению был признан непригодным и был назначен преподавателем математики и философии в училище в Граце.

В Граце Кеплеру пришлось заниматься не только преподаванием, но и составлением календарей, гороскопов и научной работой. На астрологию, которой ему приходилось заниматься, он смотрел как на источник средств существования. По его высказыванию, «астрология — дочь астрономии, хотя и незаконная, и должна кормить свою мать, которая иначе умерла бы с голоду» Астроном Кеплер должен был заниматься астрологией, помещать в свои календари астрономические и метеорологические предсказания, иначе он умер бы с голоду. Кеплер к тому времени женился, и его материальное положение было далеко не блестящим[8].

Уже в эти годы Кеплера занимала идея числовых соотношений между орбитами планет. Число известных в то время планет, включая Землю, равнялось шести, и задача отыскать простые числовые отношения между их расстояниями от Солнца казалась вполне разрешимой. Кеплер, разделяя убеждение пифагорейцев, что число «есть принадлежность всех вещей», пытался найти «числовую гармонию» планетных сфер. Пробуя различные комбинации, Кеплер пришел к геометрической схеме, согласно которой расстояние планет от Солнца находят следующим геометрическим построением: вокруг ближайшей к Солнцу сферы Меркурия описывают правильный восьмигранник, вокруг него — вторую сферу — сферу Венеры. Около этой сферы описывают двадцатигранник, вокруг которого описывают третью сферу—сферу Земли. Около сферы Земли описывают двенадцатигранник, вокруг него — четвертую сферу—сферу Марса; далее описывают тетраэдр, и вокруг него — сферу Юпитера; около сферы Юпитера описывают шестигранник, и вокруг него — сферу Сатурна[9].

«Работая над этим, — писал Кеплер,— я твердо заучил расстояния и времена обращения планет...» Это пригодилось ему в будущем. Кеплер на всю жизнь сохранил теплое чувство к своему первому детищу, изданному в 1596 г. под интригующим названием «Космографическая тайна». Он послал эту книгу знаменитому датскому астроному Тихо Браге (1546—1601) и итальянскому астроному Галилею. Тихо Браге — искусный и ревностный наблюдатель, к тому же не принявший системы Коперника, холодно отнесся к основной идее Кеплера, которая действительно не выдержала проверки временем, но оценил в Кеплере способного вычислителя и пригласил его к себе в сотрудники. В Галилее же Кеплер приобрел соратника по борьбе за новое мировоззрение, и во взаимной переписке оба великих ученых черпали силы для этой нелегкой борьбы.

Между тем положение Кеплера осложнилось политическими событиями. Тихо Браге, переехавший к тому времени в Прагу, уговорил Кеплера приехать к нему. Кеплер принял это предложение и поехал в Прагу. Тихо Браге был выдающимся астрономом, посвятившим астрономии все свои силы и все свое состояние. В Дании в его распоряжении был остров, на котором он создал целый астрономический городок, названный им Ураниенбургом. Не поладив с приближенными молодого датского короля, Тихо расстался с Ураниенбургом и уехал в Прагу, куда и приехал к нему Кеплер. Долго поработать с Браге Кеплеру не пришлось, так как вскоре Тихо умер. Журналы его тридцатипятилетних наблюдений попали в руки Кеплера, и он начал, не прекращая составления гороскопов, обработку этого гигантского материала.

Прежде всего, Кеплер решил внести в результаты Тихо поправки на рефракцию. Это заставило его изучать оптику, но он не ограничился простым изучением трактата Вителло, а разработал самостоятельно целый ряд вопросов, написав сочинение «Дополнения к Вителло». Здесь он дает теорию камер-обскуры, излагает свою теорию зрения, в которой исправляет ошибку Алхазена, показывая, что изображение получается на сетчатке, а хрусталик действует как линза. Кеплер правильно объяснил близорукость и дальнозоркость, а также способность глаза видеть далекие и близкие предметы изменением кривизны хрусталика. Из составленных им таблиц рефракции он определяет плотность воздуха относительно плотности воды. «Созерцание природы научило меня, — писал Кеплер, — что наша атмосфера состоит из вещества тяжелого». Вполне естественно, что еще до открытия давления атмосферы Кеплер полагал, что рефракция зависит от состояния атмосферы[10].

Эти замечательные результаты были получены Кеплером в самый разгар работы над определением орбиты Марса. Вначале он, как и Коперник, считал орбиту круговой. «Эта ошибка, — писал Кеплер, — была тем более вредной, что она опиралась на единодушное мнение всех философов...»

Потом Кеплер понял, что орбита имеет форму овала, и в конце концов в результате длительных вычислений он находит истинную форму орбиты: эллипс, в фокусе которого расположено Солнце. При этом планета движется по эллипсу неравномерно, быстрее, когда она ближе к Солнцу, и медленнее, когда дальше от него, в соответствии с законом площадей. Все свои расчеты, критику теорий Птолемея и Тихо, все ошибки и неудачи, свои переживания Кеплер изложил в книге «Новая астрономия, или Небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге», вышедшей в Праге в 1609 г.

В 1610 г. же году он узнал об открытии Галилеем четырех спутников Юпитера и изобретении зрительной трубы. Кеплер размышляет в связи с этим о возможности открытия спутников и у других планет. По его мнению, у Марса должно быть два спутника и шесть или восемь у Сатурна. Эти предположения Кеплера оправдались впоследствии.

Мысль Кеплера опять обратилась к оптике, и в 1611 г. вышло его новое сочинение по оптике — «Диоптрика». Здесь он описывает конструкцию телескопа (труба Кеплера), рассматривает ход лучей в линзах и системах линз, приходит к выводу о существовании полного внутреннего отражения при переходе света из среды, оптически более плотной, в среду, оптически менее плотную, находит фокусные расстояния стеклянных плоско-выпуклой и двояковыпуклой линз[11].

Нужда заставила Кеплера уехать из Праги. Жалованье ему не платили, и в поисках выхода из тяжелого положения он уехал в Линц, где занял место преподавателя математики. И все же в этих труднейших условиях мужественный ученый продолжал свое великое дело. В 1619 г. вышло сочинение «Гармония Мира», в котором содержался третий закон движения планет. Задача, поставленная им в начале научного пути, была успешно решена.