Новый взгляд на Вселенную

Новый взгляд на Вселенную

По иронии судьбы первым, кто постарался по-иному взглянуть на природу, был консервативный и скромный польский клирик, который жил в прусском городке, — Николай Коперник (1473–1543). В 1543 г. он публикует свои критические мысли по поводу геоцентрической теории Птолемея, надеясь осовременить ее. Таким образом, он покусился на основы науки. Коперник не желал вступать в спор с идеями Птолемея о концентрических сферах, вращающихся по идеальным окружностям вокруг центральной точки Вселенной. Но даже Птолемей в своей обсерватории выяснил, что только Солнце вращается по одной и той же линии. Луна, планеты и звезды иногда ускоряются или меняют направление. Чтобы создать небесное движение вокруг Земли по сферической форме, потребовалась бы сеть из восьми замкнутых кругов и эпициклов. Коперник верил, что Господь придумал более простую и логичную форму для Своего замысла.

Величайшее открытие Коперника заключается в том, что он смог просчитать отклонения в небесном движении благодаря созданию естественного элементарного уточнения. Он принял Солнце, а не Землю за центр Вселенной. Коперник был кем-то вроде солнцепоклонника, ставя его выше, чем Землю. Его основная гипотеза — что Земля за день совершает полное обращение вокруг своей оси и за год обращается вокруг Солнца — подрывала всю античную доктрину. Движение вокруг Солнца состояло из 34 кругов и эпициклов, что противоречило восьми у Птолемея. Но гелиоцентрическая теория подвергала сомнению чистоту сфер. Теперь Земля представлялась одной из планет, созданных по тем же принципам, что Юпитер или Сатурн, которые, как считалось ранее, находились на более высоком уровне. Согласно Копернику, более не было необходимости верить в то, что отдаленные звезды совершают полный оборот вокруг Земли за 24 часа. Но многие оказались более готовыми к изменениям знаний о звездах, нежели к тому, что Земля вращается, — это подрывало все основы науки. И если Коперник был прав, то почему сила вращения до сих пор не разорвала Землю на кусочки? У Коперника не было ответа на этот вопрос, но он дал стимул другим ученым заниматься им.

Спустя полвека после смерти Коперника его гелиоцентрическая теория имела мало поклонников. Ее преподавали лишь в одном университете (в Саламанке, в Испании), и для прочих людей она была недоступна. Мыслители XVI в. — Боден, Монтень — отказались от Коперника. Тихо Браге (1546–1601), самый известный астроном, живший через 50 лет после Коперника, вернулся к геоцентрической теории. Если, говорил он, Земля вращается и кружится, то камень должен упасть с высокой башни на запад, но этого не происходит. На языке научной фантастики этого астронома можно было бы назвать сумасшедшим ученым. На одном датском острове он построил фантастический замок Ураниборг, в котором устроил астрономическую, астрологическую и алхимическую лаборатории. Тем не менее он внес значимый вклад в развитие научной революции. Он более четко вычислил расположение планет и усовершенствовал ряд астрономических приборов.

Его ассистент, Иоганн Кеплер (1571–1630), был коперниканцем. Кеплер использовал оборудование Тихо, чтобы показать математическую симметрию коперниковской гелиоцентрической системы. Кеплер, как и Тихо, смешивал науку с псевдонаукой. Его нечитаемые книги наполнены музыкальными рассуждениями о гармонии Вселенной и магической геометрией планет. Для Кеплера «музыка сфер» выражалась в том, что Марс был тенором, Меркурий — фальцетом и т. д. Но он также был гениальным математиком. Годы он потратил на вычисление изменчивой орбиты Марса. Согласно наблюдениям Тихо Браге эта планета двигалась по орбите, далекой от правильного круга, и двигалась быстрее, обгоняя Солнце. Стремление найти математическое выражение орбиты Марса подвело Кеплера к открытию трех законов движения планет. Он открыл, что Марс, Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца по эллипсу и что Солнце — не середина, а фокус этого эллипса. Форма эллипса менее правильна, чем круга, но у него тоже есть свои свойства, которые можно описать с помощью математической формулы. Наконец, он открыл, что, поскольку каждая планета имеет свое время, за которое она должна обойти вокруг Солнца, то длина орбиты всегда пропорциональна кубу расстояния до Солнца. Другими словами, все планетарные периоды могут быть описаны с помощью математической формулы. Кеплер сделал больше, чем доказал математически, что Птолемей был не прав, а Коперник — прав. Его законы соединили факты и теорию. Они очистили понимание космоса от старого мистического флера и объяснили его новыми механистическими законами. При всей своей любви к мистике Кеплер отказался от учения Коперника о кристаллических сферах. Он видел, что планеты — это движущиеся тела, удерживающие свой курс благодаря некоей силе и управляемые в соответствии с простыми, унифицированными математическими принципами.

Первым ученым-коперниканцем, завоевавшим публичное признание, стал флорентинец Галилео Галилей (1564–1642). Галилей был представителем эпохи Возрождения, выросшим с таким же мировоззрением, как Леонардо да Винчи и Микеланджело до него. Он был удивительно многогранным ученым: аналитиком, экспериментатором, умелым технологом и писателем. Законы Кеплера были абстрактны, но ничего абстрактного не было в той критике, с которой Галилей обрушился на Птолемея и Аристотеля.

В 1609 г. Галилей услышал, что голландцы придумали устройство, с помощью которого можно рассмотреть дальние объекты так, как будто бы они находятся очень близко. Вскоре он сам сконструировал телескоп, который имел тридцатикратное увеличение. В 1610 г. он блестяще презентует свой «Звездный вестник», где говорит о том новом, необычном, что можно увидеть с помощью его телескопа. Луна имеет холмистую поверхность, почти как на Земле, писал он, тем самым доказав, что она состоит из твердой материи, а не иначе, как думал Аристотель. Галилей был поражен различиями между звездами и планетами; когда он смотрел в телескоп, планеты выглядели плотными шарами, но звезды, намного более многочисленные и менее блистающие, чем если бы он смотрел без прибора, не имели точного размера и формы. Они фантастически далеки от Земли, осознал Галилей. Особенно горд он был тем, что обнаружил четыре спутника, вращающиеся вокруг Юпитера. Это открытие заставило его задумать о разнице между Землей и Луной. Позже Галилей обнаружил кольца вокруг Сатурна, понаблюдал за лунными фазами Венеры и заметил вспышки на поверхности Солнца. Все эти открытия все больше и больше подрывали привычный мир птолемеевского космоса. Все демонстрировало, насколько больше экспериментаторы XVII в. могут узнать, чем описано в античных книгах. «Мой дорогой Кеплер, — писал Галилей в 1610 г. — Здесь, в Падуе, один из профессоров философии, которого я долго и упорно просил взглянуть на Луну и планеты через мое стекло, гневно отказался это делать. Почему ты не со мной? Сколько насмешек нам еще придется вынести!»

Галилей знал, что профессора отказывались от телескопа, поскольку это опровергало выводы аристотелевской концепции движения. Аристотель учил, что для того, чтобы тело пришло в движение, необходим был двигатель. Он различал естественное движение, результат внутреннего толчка, и искусственное, результат действия внешней силы. Например, тяжелые тела должны падать самостоятельно с определенной скоростью, потому что они стремились вернуться домой, к центру Вселенной. Легкие тела плавно опускались на свое место. Для последователей Аристотеля предположение, что Луна и планеты могут постоянно летать в космосе при условии, что они такие же тяжелые, как и Земля, разрушало основы природы. Безусловно, Господь не мог допустить, чтобы Земля могла свободно летать вокруг Солнца, которое не является твердым телом.

Оставив позади концепцию Аристотеля, Галилей создал новый подход к динамике, учению о поведении тел в движении. Он постарался объяснить не почему тела движутся, а как они движутся. Серией экспериментов он доказал, что движение тел во времени и пространстве может быть математически описано. Показывая, что маятник определенной длины всегда совершает свои колебания за фиксированное время, проходит ли он длинные или короткие дистанции, Галилей смог вычислить период колебания математически. Аналогично, проследив параболическую траекторию пушечного ядра, он сформулировал общую теорию движения тел. Возможно, Галилей и не сбрасывал в реальности 10 пудов и 1 пуд с Пизанской башни, но он доказал, что тяжелое тело падает с большей скоростью, чем легкое. Поведение всех свободно падающих тел описывается в законе ускорения. Эта серия опытов опровергла учение Аристотеля о разнице между естественным и искусственным движением. Эксперименты Галилея привели его к наиболее фундаментальному открытию инерции. Галилей был первым, кто увидел, что при наличии идеальных физических условий движущийся шар будет продолжать катиться, пока не встретит иную силу. Все мыслители до него ассоциировали инерцию с состоянием покоя, а механика считалась наукой о движении тел. А Галилей приравнял инерцию не только к состоянию покоя, но и к новой форме движения, он понял, что только изменения в движении требуют объяснения. По мнению Галилея, было так же просто понять, что Земля находится в постоянном вращении, как и принять ее в состоянии покоя. Принципы динамики были установлены, и традиционная физика стала так же бесполезна, как и традиционная астрономия.

Немудрено, что отрицание выводов Аристотеля и Птолемея принесло Галилею серьезные проблемы с церковью. Старая наука, несмотря на языческие корни, глубоко зависела от христианской интеллектуальной традиции. Новая наука, напротив, противоречила некоторым постулатам Священного Писания. Галилей соглашался, что Писание и природа должны трактоваться раздельно. Под давлением со стороны иезуитов в 1616 г. коперниковскую теорию признали «глупой и абсурдной, философски неверной и еретичной». Галилея заставляли отказаться от коперниканства. Тем не менее в 1632 г. он посчитал, что наступило безопасное время для публикации своего «Диалога о двух главнейших системах мира — Птолемеевой и Коперниковой». Показывая то, что достойно уважения в старой и новой системах, в форме диалога, Галилей смог остаться нейтральным. Фактически он показал старую науку в виде никем не принимаемого клоуна, Симплиция, который не может ничего доказать. Папа Урбан VIII (правил в 1623–1644 гг.) посчитал, что под видом Симплиция Галилей насмехается над ним. Галилея привезли в Рим, он был допрошен инквизицией, его вынудили отречься от своих «ошибок», и до конца жизни он был приговорен к домашнему аресту. «Диалоги» оказались под запретом. Легенда гласит, что, когда Галилей возвратился в свой дом, он взглянул в небо и прошептал: «И все-таки она вертится».

Суд над Галилеем, возможно, получил преувеличенную оценку. Будучи праведным католиком, он принял наказание более спокойно, чем либералы. Церковь не запретила ему работать или писать. В 1638 г. он выпустил свою последнюю и величайшую книгу «Беседы и математические доказательства о двух новых науках», в которой он заложил основы современной физики. Неудивительно, что он отослал работу для публикации в Лейден, поскольку в XVII в. именно протестантские страны, такие как Соединенные провинции и Англия, обеспечивали самую свободную атмосферу для развития новой науки.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.