Наука и религия (Главы из книги)
Шрифт:
Первые два кеплеровских закона были опубликованы в 1609 году, третий в 1619 году. Наиболее важным для понимания общего устройства Солнечной системы был первый закон, утверждавший, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсам, а Солнце находится в фокусе одного из этих эллипсов. В свое время греки предполагали, что все небесные тела должны двигаться по кругу, потому что круг — самая совершенная из всех кривых. Обнаружив, что эта гипотеза не работает, они стали считать, что планеты движутся по «эпициклам», то есть по кругам вокруг точки, которая сама движется по кругу. Например, если Земля движется вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли, то Луна движется вокруг Солнца по эпициклу.
Хотя греки знали множество вещей об эллипсах и тщательно изучили их математические свойства, им никогда не приходило в голову, что, возможно, небесные тела движутся как-то иначе, нежели по кругам или сложным сочетаниям кругов. Эстетическое чувство господствовало над их рассуждениями
Законы Кеплера, в отличие от закона тяготения, носили чисто описательный характер. Они не предлагали никакой общей причины движения планет, но давали простейшую формулу, обобщавшую результаты наблюдения. Простота описания была тогда единственным преимуществом теории, утверждавшей, что планеты обращаются вокруг Солнца, а кажущееся суточное обращение небес вызвано вращением Земли. Астрономы XVII века полагали, что дело тут не только в простоте: Земля действительно вращается, а планеты действительно обращаются вокруг Солнца; и взгляд этот был подкреплен работами Ньютона. Фактически же, поскольку всякое движение относительно, эти гипотезы ничем друг от друга не отличаются: обращается ли Земля вокруг Солнца, или Солнце обращается вокруг Земли, — неважно. Обе гипотезы просто по-разному описывают одно и то же событие: можно сказать "А женится на Б", а можно — "Б выходит замуж за А". Но когда мы переходим к деталям, простота коперниканского описания оказывается настолько важной, что не один здравомыслящий человек не станет обременять себя трудностями, связанными с теорией Птолемея. Мы говорим, что поезд идет в Эдинбург, а не Эдинбург — к поезду. Мы могли бы сказать и последнее, не совершая при этом принципиальной ошибки, но должны были бы предположить вместе с этим, что все города и поля вдоль железнодорожной линии внезапно устремились на юг, и случилось это со всем на свете, кроме эдинбургского поезда. Такое предположение логически возможно, но оно является чересчур сложным. Не менее сложно и предположение о суточном вращении звезд, хотя и оно не является ошибочным. Однако для Кеплера, Галилея и их оппонентов, вследствие того, что они не признавали относительности движения, этот вопрос не был вопросом о простоте описания, а касался объективной истины. И это было в то время необходимым стимулом для прогресса астрономической науки, ибо законы движения небесных тел никогда не были бы открыты без тех упрощений, которые предложила коперниканская гипотеза.
Галилео Галилей (1564–1642) был самой заметной фигурой в науке того времени — как благодаря своим открытиям, так и вследствие того, что он конфликтовал с инквизицией. Его отец был математиком и всячески старался обратить внимание сына на занятия, которые, как он надеялся, оказались бы более прибыльными, чем математика. Ему даже удавалось довольно долго скрывать от Галилея, что такой предмет, как математика, вообще существует, пока в возрасте 19 лет тому не случилось услышать лекцию по геометрии. Галилей жадно набросился на науку, имевшую для него всю сладость запретного плода.
В Галилее счастливо сочетались навыки экспериментатора и инженера и умение выражать результаты в математических формулах. Изучение динамики, то есть законов движения тел, начинается именно с него. Греки изучали статику, то есть законы равновесия. Но законы движения, особенно движения с изменяющейся скоростью, были совершенно неизвестны — ни грекам, ни ученым XVI века. Считалось, что движущееся тело, если его предоставить самому себе, должно останавливаться. Галилей же выяснил, что в отсутствие внешних воздействий оно будет продолжать движение по прямой с равномерной скоростью. Другими словами, объяснением служили обстоятельства среды, и объяснялось не движение тела, но изменения в движении — в его направлении, скорости или том и другом вместе, — то есть ускорение, указывающее на действие внешних сил. Открытие этого принципа было важнейшим шагом в изучении динамики.
Галилей применил этот принцип к объяснению результатов своих экспериментов с падением тел. По Аристотелю, скорость падения тел пропорциональна их весу; иными словами, если тело весом в 10 фунтов и тело весом в один фунт одновременно бросить с одинаковой высоты, то тело весом в один фунт достигнет земли за время в десять раз большее, чем тело весом в 10 фунтов. Галилей, который был профессором в Пизе, но не испытывал никакого почтения к чувствам других профессоров, занимался тем, что бросал предметы с Падающей башни как раз тогда, когда его коллеги шли читать свои лекции. Большие и маленькие куски свинца достигали земли почти одновременно, и это служило для Галилея доказательством того, что Аристотель ошибался. Для других профессоров это было свидетельством нравственного падения Галилея. Своими действиями он навлек на себя злобу тех, кто верил, что истину следует искать с помощью книг, а не экспериментов.
Галилей обнаружил, что если не учитывать сопротивление воздуха, то свободно падающие тела движутся с ускорением, которое в вакууме одинаково для всех тел, независимо от того, каковы их размеры или материал, из которого они состоят. За каждую секунду свободного падения тела в вакууме его скорость увеличивается примерно на 32 фута. Он также доказал, что когда тело, подобно пуле, брошено в горизонтальном направлении, то оно движется по параболе. Раньше считалось, что оно движется какое-то время горизонтально, а затем падает вертикально вниз. Эти результаты не кажутся сегодня сенсацией, но именно с них начиналось точное математическое знание о движении тел. До Галилея существовала чистая математика — дедуктивная и не зависящая от наблюдения; с другой стороны, проводились некоторые эксперименты, чаще всего алхимического характера. Галилей способствовал тому, что эксперименты стали проводить с целью получения математических законов; тем самым он применил математику к материалу, относительно которого не существовало никакого априорного знания. И он сумел показать — драматично и убедительно, — как легко можно повторять какое-нибудь положение из поколения в поколение, не утруждая себя его проверкой. На протяжении 2 тысяч лет никто и не думал проверять законы падения тел, сформулированные Аристотелем. Кажется, что это самое простое дело, однако в те времена поставить такую задачу мог только гений Галилея.
Раздражавшие педантов эксперименты с падением тел все же не могли быть осуждены инквизицией. Беду на Галилея навлек телескоп. Прослышав, что некий датчанин изобрел этот инструмент, Галилей смастерил его и сразу обнаружил много новых астрономических фактов, самым важным из которых для него было существование спутников Юпитера. Это была миниатюрная копия Солнечной системы по теории Коперника, однако к птолемеевской схеме они не подходили. Тогда было множество оснований считать, что помимо неподвижных звезд есть только семь небесных тел (Солнце, Луна и пять планет); открытие еще четырех было настоящей катастрофой. Разве не было семи золотых светильников Апокалипсиса и семи церквей Асии?. [7] Аристотелианцы отказывались глядеть в телескоп и упрямо твердили, что луны Юпитера являются иллюзией (некий отец Клавий, например, говорил, что для того, "чтобы увидеть спутники Юпитера, люди сделали инструмент, который эти спутники сотворил"). Но Галилей предусмотрительно окрестил их sidera Medici (звезды Медичи), в честь великого князя Тосканского, чем почти убедил правительство в реальности их существования. И если бы это открытие не работало на коперниканскую систему, те, кто отрицал существование спутников, продержались бы недолго.
7
Речь идет о новозаветной книге Откровение Иоанна, или Апокалипсис.
Помимо лун Юпитера телескоп обнаружил и другие чудовищные вещи. Оказалось, что у Венеры, как и у Луны, есть фазы. До этого Копернику приходилось признавать, что фазы являются необходимым следствием его теории, но телескоп превратил этот аргумент против новой системы в аргумент в ее пользу. На Луне обнаружились горы, что вызвало уже настоящий скандал. Еще ужаснее было то, что Солнце оказалось в пятнах. Это посчитали попыткой указать на несовершенство работы творца; учителям в католических университетах запретили поэтому упоминать о солнечных пятнах, и в некоторых из них этот запрет существовал на протяжении столетий. Некоего доминиканца повысили в должности за проповедь по поводу следующего библейского текста: "Мужи галилейские! что вы стоите и смотрите на небо?" (Деян 1:11) В проповеди утверждалось, что геометрия — дело рук дьявола, а математиков следует объявить вне закона, как сочинителей всех ересей. Теологи не замедлили указать, что новое учение сделает невозможной веру в воплощение. Кроме того, поскольку бог ничего не делает напрасно, мы должны предположить, что другие планеты населены; но происходят ли их обитатели от Ноя, или же их грехи были искуплены спасителем? И это были лишь некоторые из тех ужасных сомнений, которые, по мнению кардиналов и архиепископов, могли появиться в результате нечестивой любознательности Галилея.
В итоге астрономией занялась инквизиция, которая пришла, основываясь на некоторых текстах писания, к двум важным выводам: "Первое суждение, что Солнце является центром и не вращается вокруг Земли, глупо, абсурдно, ложно с точки зрения теологии и еретично, потому что явно противоречит Священному писанию… Второе суждение, что Земля не является центром, а вращается вокруг Солнца, абсурдно, ложно с точки зрения философии; с теологической же точки зрения оно противоположно истинной вере".