1. Считать Солнце центром Вселенной и стоящим неподвижно есть мнение нелепое, философски ложное и крайне еретическое, ибо оно явно противоречит Священному писанию.
2. Считать Землю не центром Вселенной и не неподвижным есть мнение нелепое, философски ложное и, с богословской точки зрения, также противное духу веры».
Последние 9 лет жизни Галилей проводит в качестве узника инквизиции, мыкаясь по разным местам ссылки. Он казнен самой страшной для мыслителя казнью — запретом на творчество. Ему запрещено не только печатать свои труды, но и вообще обсуждать проблемы строения Вселенной.
Но идеи Галилея уже вырвались в мир. В 1635 году голландская фирма Эльзевиров в Лейдене издает латинский перевод «Диалога». Рукопись «Бесед» Галилей нелегально и с большим риском переправляет к протестантам через французского посла. Книга выходит опять-таки в Лейдене в 1638 году — в ней заложены основы механики, она считается стартом будущей теоретической физики.
В 1641 году ослепший Галилей диктует письмо флорентийскому послу в Венеции Риннучини: «Все аргументы Коперника и его последователей опровергаются аргументом о всемогуществе Бога, для которого все возможно, даже то, что представляется нелепым. Но система Аристотеля и Птолемея еще ошибочней, ибо для их опровержения нет нужды прибегать к авторитету церкви и к всемогуществу Бога, а достаточно простого человеческого разума…»
Отсюда хорошо видно, что великий итальянец внутренне никогда не отрекался от своих идей. А католическая церковь, применив чисто административный прием решения космологических проблем, нанесла себе же невосполнимый урон. Такова судьба всех организаций, пытающихся силой пресечь развитие культуры, и случай с Галилеем стал лишь одной из граней того процесса, который начался в 15–16 веках и о котором Галилей с горечью писал:
«Учение Коперника теперь под запретом в Италии и в странах католицизма; но пусть не думают, что это произошло лишь потому, что в Риме не в состоянии понять доктрину Коперника; нет, эрудиция и таланты живы в Италии».
Речь идет об углублении раскола между католической и реформаторскими церквями. Протестантское движение, поддерживаемое широкими кругами рвущейся к экономическому и культурному господству буржуазии и некоторыми монархами, стремящимися к национальной самостоятельности, охватило Германию, Нидерланды, Англию и Скандинавию и возобладало здесь. Острая борьба шла во Франции, разделенной на два огромных враждующих лагеря.
Произошло нечто, напоминающее схизму 11 века, когда восточная христианская церковь, целиком попавшая под диктат византийских императоров, законсервировала реакционные теистические концепции, практически пресекла исследовательскую активность, в частности, в области астрономии.
Теперь аналогичную роль сыграл Рим, попытавшийся морем костров затопить эволюцию мышления, приостановить социальное и культурное развитие. Эта операция (во многом благодаря Реконкисте) успешно завершилась на Пиренейском полуострове, где методы познания надолго занормировались схоластической теологией. И соответственно, очень быстро, уже к 17 веку, Испания и Португалия оказались в числе отстающих европейских государств. Обилие заокеанского золота не смогло компенсировать общего технологического и познавательного торможения.
Потом пришла очередь Италии — под ударами инквизиции этот главный очаг Возрождения стал быстро приходить в упадок, что усиливалось и феодальной раздробленностью, и таким важным экономическим фактором, как сдвиг основных торговых морских путей в Атлантику.
Длительные успехи католицизма во Франции и здесь привели к заметному отставанию, хотя и не в столь сильной форме, как в Испании или в Италии. Однако оно ощущалось во всех сферах экономики и культуры, вплоть до революционных событий конца 18 века.
Галилей неплохо чувствовал этот процесс, видел, что свобода уходит из колыбели христианского мира на север в протестантские страны. А вместе со свободой мысли — пусть и весьма относительной — на север перемещалась исследовательская активность[59].
Создатель великолепных телескопов голландец Христиан Гюйгенс (1629–1695) открывает кольца Сатурна и один из его спутников (Титан), впервые наблюдает полярные шапки на поверхности Марса и полосы на Юпитере. Видимо, Гюйгенс впервые попытался всерьез определить расстояние до звезд, используя идеи созданной им волновой теории света. Предположив, что истинные яркости Солнца и Сириуса одинаковы и сравнивая их по видимой яркости, Гюйгенс нашел, что Сириус находится на расстоянии 200 тыс. астрономических единиц (3.1013 км), то есть ошибся примерно в 400 раз (на самом деле Сириус много ярче Солнца). Однако этот расчет способствовал переоценке размеров Вселенной.
В 1671 году французский астроном Жан Рише (1630–1696) и директор парижской обсерватории Джованни Доменик Кассини (1625–1712) довольно точно определяют астрономическую единицу — среднее расстояние от Земли до Солнца. Они наблюдали Марс из обсерватории в Париже и в Кайенне (Французская Гвиана). Одновременно зафиксировав положение Марса относительно звезд, они использовали измеренный угол и известное расстояние между Парижем и Кайенной, чтобы вычислить расстояние до Марса. Но в Кеплеровой модели одного этого расстояния было достаточно для полного определения масштабов Солнечной системы. Полученная таким образом астрономическая единица (140 млн. км) всего на 7 % отличалась от истинного значения. Масштабы Солнечной системы почти в 20 раз возросли по сравнению с античными!
На уникальном в то время телескопе Парижской обсерватории Кассини открывает 4 новых спутника Сатурна (Япет, Рею, Диону и Тетис).
В 17 веке центр исследований Вселенной начинает перемещаться в Англию. Именно здесь наметился наиболее быстрый рост капиталистической системы хозяйства, технического изобретательства. Эти факторы наряду с огромной морской и колониальной экспансией обусловили все возрастающий запрос на точные и рационально организованные знания. Давление Рима здесь ощущалось слабо, и в рамках английской церкви наметилась явная склонность к прогрессивным деистическим тенденциям. Бог был важен постольку, поскольку он не вмешивался в земные дела и планы предприимчивых англичан. Папа тоже воспринимался терпимо, если не слишком рьяно критиковал короля и парламент.
Англиканская церковь отошла от католицизма гораздо менее других реформаторских течений — ровно на ту дистанцию, которая была необходима для независимости королевской власти от Рима, а потом — в период революции и диктатуры Кромвеля — чуть дальше, чтобы обеспечить духовную базу быстроразвивающегося капитализма. Зато Англия избежала и многих извращений, свойственных, скажем, радикальным реформаторам Швейцарии, усердствовавшим в чистоте веры не меньше своих католических коллег.
Где-то к середине 17 века английское естествознание нашло разумный баланс со своей церковью, выдвигая в высшей степени рациональные методы познания мира и непременно восхваляя Всевышнего за столь разумную его, этого мира, организацию.
Провозвестником нового направления мысли стал Фрэнсис Бэкон (1561–1626), блестящий философ, полемист и политик. Его головокружительная карьера началась с восшествия на престол Якова I Стюарта в 1603 году. Через 14 лет Бэкон достиг поста лорда хранителя печати, а потом и лорда-канцлера. Его политическая карьера, к счастью для науки, резко оборвалась судебным процессом в 1621 г. Бэкон был помилован королем, но от дальнейшей административной деятельности отошел.
Жесточайшая критика типично схоластического метода ссылки на древние авторитеты, широкая и остроумная пропаганда экспериментального знания — вот основные достижения Фрэнсиса Бэкона, оказавшие большое влияние на взгляды современников и на систему организации английских научных учреждений. «Истина — дочь времени, а не авторитета», — прямо заявлял он.
Огромную роль в становлении науки сыграла деятельность французского математика и философа Рене Декарта (1596–1650), чья военная и светская карьера завершилась в 1629 году эмиграцией в Нидерланды. Вдали от опасной парижской суеты Декарт разработал аналитическую геометрию и самое главное свою концепцию научного познания. Как и Бэкон, Декарт был рационалистом, считал опыт высшим критерием любой новой идеи, но очень важно, что на первый план он выдвинул скептический взгляд на мир, точнее, на существующие картины мира. Сомнение — своеобразный первотолчок познания. Допустим любой подход вопреки любым авторитетам, лишь бы его можно было оправдать наблюдениями. Эта идея свободного конструирования гипотез, не противоречащих экспериментальным данным, стала колоссальным стимулом в развитии теоретического естествознания.
Есть много проблем, в решении или постановке которых Декарт считается первым. Начнем с того, что именно он ввел в обращение понятие «законы природы» — едва ли не основное в естественных науках. Он первым попытался ответить на вопрос о природе сил тяготения, формирующих Солнечную систему. Опираясь на свою общую концепцию материи, безгранично делимой и непрерывно заполняющей пространство, Декарт считал, что движение планет и их происхождение обусловлено некими тончайшими материальными вихрями. В его модели планеты двигались подобно щепочкам в круговороте.
Разумеется, историческая близость схоластических времен и беспредельный рационализм нередко приводили Декарта к очень громоздким, неверным, или, во всяком случае, несвоевременным гипотезам. Скажем, четко разграничивая духовный и телесный мир, Декарт пытался объяснить взаимодействие между человеческой душой и телом функционированием особой железы. Так и осталась неразгаданной природа придуманных им вихрей. Однако важны не столько заблуждения, сколько направление мысли. В той же вихревой модели возникает первое предчувствие будущих теоретико-полевых представлений для гравитации и других сил. В этом плане Декарт пошел дальше не только современников, но и ближайших последователей, пытаясь единым законом охватить проблемы структуры и эволюции Солнечной системы.
Между тем, строгое математическое объяснение модели Коперника и Кеплеровых законов стало весьма актуальной задачей. К решению ее устремились многие крупнейшие ученые, среди них — Гюйгенс, Гук и Ньютон.
Видимо, первым, кто ясно осознал связь между эллиптическими орбитами планет и законом гравитационной силы (обратной пропорциональностью силы квадрату расстояния), стал английский ученый Роберт Гук (1635–1703), удивительно разносторонний исследователь и изобретатель[60]. Это произошло в 1679 году.
Однако проблема оказалась глубже — дело было не в конкретном законе взаимодействия небесных тел, а в отсутствии достаточно общих законов движения. Не хватало понятийного и математического аппарата, связывающего воедино все достижения того времени.
Гигантскую работу по созданию такого аппарата теоретической механики удалось выполнить Исааку Ньютону (1642–1727). Начало его жизни совпало с бурным периодом английской истории — казнью Карла I, диктатурой Кромвеля и реставрацией Стюартов. В 1661 году Ньютон поступил в знаменитый Тринити-колледж Кембриджского университета, чтобы пройти славный и, в общем-то, спокойный путь от сына простого фермера до президента Лондонского Королевского общества и директора королевского Монетного Двора. Жесткие ветры времени почти не коснулись его семьи, но, несомненно, создали особую атмосферу, его взрастившую.
В какой-то степени на пользу Ньютону пошла даже разразившаяся в 1665 году в Лондоне эпидемия чумы, заставившая молодого магистра удалиться в деревню и с головой уйти в опыты и размышления. Видимо, в этот период у него начали формироваться новые идеи по поводу небесной механики и оптики. Во всяком случае, возвратившись в Кембридж, он продемонстрировал превосходный телескоп-рефлектор, а немного позднее, в 1671 году, — новый зеркальный телескоп. Последнее изобретение и послужило поводом для его приема в члены Лондонского Королевского общества. Успешно работая в области оптики и в математике, Ньютон шаг за шагом создает главный труд своей жизни — «Математические начала натуральной философии». Книга увидела свет и то благодаря активному напору друзей — лишь в 1687 году[61].
Телескопы. схемы линзового рефрактора и зеркального рефлектора
Развернув общую теорию механического движения по образцу Евклидовых «Начал», Ньютон дал четкую формулировку закона всемирного тяготения (F = Gm1m2/r2) и доказал, что такая сила обуславливает движение материальной точки по одному из трех типов кривых — эллипсу, параболе или гиперболе. Это позволяет не только объяснить кеплеровские законы движения планет, но и включить в описание способные уходить за пределы видимости кометы, казавшиеся каким-то случайным фактором в картине ночного неба.
Первой наглядной демонстрацией предсказательной силы ньютоновской теории послужила работа его друга Эдмунда Галлея (1656–1742), замечательного английского астронома. Галлей, видимо, раньше всех ознакомился с результатами Ньютона — он издавал «Начала» на свои средства. Наблюдая в 1682 году комету, Галлей смело отождествил ее с кометами, появлявшимися в 1456, 1531, 1607 годах. Он считал, что это полноправный член Солнечной системы, обладающий очень сильно вытянутой орбитой с периодом около 76 лет (комета Галлея и на самом деле уходит за орбиту Нептуна). В этом плане комета Галлея — крупнейшее открытие нового типа объектов после галилеевских спутников Юпитера. На умы современников сильно подействовало то, что в отличие от других тел Солнечной системы — планет и их лун, движущихся почти по круговым орбитам, — эллипсоидальный характер траектории кометы выбивался за всякие эпициклы и эксцентры. В 1705 году в своем «Очерке кометной астрономии» Галлей на основе расчетов по ньютоновской теории предсказал, что комета вернется в 1758 году, и она действительно вернулась[62] — вечный памятник могуществу теоретического знания.
Увлекшись ретроастрономией — анализом старых наблюдений, Галлей не остановился на кометах. Он стал первым астрономом, удачно покусившимся на святая святых — неизменность звездной сферы. Анализируя старые каталоги, Галлей нашел, что три ярких звезды — Сириус, Альдебаран и Арктур — изменили свое положение в созвездиях, то есть являются подвижными телами.
Наряду с этими важнейшими конкретными открытиями происходили и общемировоззренческие сдвиги.
Сам Ньютон, воодушевленный идеями английского деизма, довел в своих работах деистическую концепцию едва ли не до логического конца. Факты вмешательства божественного начала он видел только там, где научный анализ оказывался бессильным. Например, он понимал, что закон всемирного тяготения объясняет лишь форму орбит небесных тел, но одного его недостаточно для объяснения светимости звезд.
Пораженный открывшейся перед ним гармонией, Ньютон писал:
«Эта прекраснейшая система Солнца, планет и комет могла возникнуть только по мысли и воле разумного и могущественного Существа. И если неподвижные звезды являются центрами других таких же систем, то и они, будучи созданы той же мудрой мыслью, должны все подчиняться воле Одного»[63].
Завершая экскурс в ньютоновскую эпоху, стоит задержать внимание еще на одном обстоятельстве. Как и многие крупнейшие ученые, Ньютон сам творил методологию науки. Огромный успех его механики, математики и оптики на долгое время создал исключительный авторитет его лозунгу «Гипотез не изобретаю». В отличие от Декарта Ньютон допускал в качестве схемы объяснения не любую мысленную конструкцию, согласующуюся с опытом, но только ту, которая как бы из опыта выводится. Тем самым он неявно предполагал, что каждая экспериментальная ситуация может лишь единственным образом описываться в теории. В 3-й книге своих «Начал» («О системе мира») он даже формулирует особые «правила философствования» (1. «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений» и т. д.).
Эти правила очень практичны, если знать заранее, что есть истинная причина и чего именно достаточно для объяснения явлений… На самом деле реальная работа теоретика всегда требовала изобретения гипотез, и Ньютон был искуснейшим их изобретателем, что особенно хорошо видно в его оптике. В каждой области науки существуют десятки ярких примеров, когда к описанию одного и того же явления подходят с разными моделями. Однозначность описания появляется на сравнительно поздних стадиях — при построении общей теории, синтезирующей отдельные частные модели. Видимо, Ньютон полагал, что механика нуждается в чем-то таком — общем.
Его правила заметно повлияли на будущий подход к построению физики. Направленные в первую очередь на борьбу с последователями Декарта (картезианцами)[64], они в какой-то степени отражали неудовлетворенность Ньютона физическим содержанием закона всемирного тяготения — фактическим отсутствием такого содержания. Трудно было понять, каким образом малейшее изменение относительного расстояния между планетами, разделенными миллионами километров, мгновенно сказывается на поведении обеих планет. Причем сказывается без всякого посредника — представление о гравитационном поле как особом виде материи развилось позднее. И отвергая Декартовы вихри, Ньютон оставался с чисто математической формой…
Некоторые последователи Ньютона возвели его разумный рационализм и неудовлетворенность в трактовке гравитации едва ли не в ранг философии науки. Механика стала для них чем-то вроде абсолютного образца в трактовке всех деталей картины Вселенной. Механицизм превращался в своеобразное мировоззрение. Вопросы, на которые не сумел ответить Ньютон, подчас объявлялись бессмысленными.
Но время берет свое — впоследствии обе тенденции, картезианская и ньютонианская, слились в стройном здании теоретической физики 19 века.
Основные результаты Эдмунда Галлея — открытие кометы как нового элемента Солнечной системы и собственного движения звезд — в какой-то степени предопределили главные линии развития астрономии 18–19 веков.
Во-первых, выделилось особое направление поиск — новых объектов в Солнечной системе. Астрономы стремились не только отыскать их, но точнейшим образом определить их движение для дополнительной проверки ньютоновской теории. С другой стороны, интерес исследователей все больше обращался к звездам, чья природа пока казалась загадочной.
Вспыхнувшая сразу вслед за Галлеем охота за кометами необычайно стимулировала наблюдения нестандартных событий.
Историю открытия принципиально новых объектов стоит начать с опубликованной в 1733 году работы Жан-Жака Дорту де Мэрана. В своем «Физическом и историческом трактате о северном сиянии» он смело связал красивейшее явление северного неба с влиянием солнечной активности, а не со свечением вулканических испарений, как это делалось до него. Мэран полагал, что солнечная атмосфера — та корона, которая наблюдается во время солнечных затмений, — может в отдельных случаях простираться на огромные расстояния и достигать Земли, вступая в сильное взаимодействие с земной атмосферой. Иными словами, родилась гипотеза о существовании особого элемента Солнечной системы — того, что сейчас называют солнечным ветром, причем этот элемент должен заметно влиять на состояние околопланетного пространства. Разумеется, в доспутниковую эру не было возможности проверить гипотезу Мэрана прямым экспериментом, но качественно она вполне оправдалась. После ньютоновской теории приливов, обусловленных гравитационным влиянием Луны и Солнца, это была, пожалуй, первая неастрологическая идея о воздействии небесных тел на земные события. В мае 1761 года русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765), человек необычайной одаренности и широты увлечений — от физики до литературы, наблюдал необычное явление. Край Солнца как бы пузырился или размывался при прохождении через него Венеры вокруг диска планеты возникал тончайший светящийся ободок. Этот эффект был правильно истолкован Ломоносовым в его брошюре «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Академии наук». Размывание солнечного диска он связал с наличием у ближайшей соседки Земли мощной атмосферы «таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Так — по сути, впервые со времен Галилея — удалось дополнительно доказать схожесть Земли и других планет. Старые сугубо умозрительные гипотезы об атмосферах небесных тел получили столь сильное подтверждение, что фантасты и популяризаторы науки 18–19 веков стали считать чуть ли не само собой разумеющимся, что всякая планета имеет подходящий для человека воздушный океан.
Принципиально новый тип небесного тела — астероид, или малую планету, обнаружил в первый день 19 столетия итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746–1826). Орбита первого астероида, названного Церерой, была заключена между орбитами Марса и Юпитера. В течение нескольких следующих лет немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс (1758–1840) снова зарегистрировал Цереру и обнаружил два других астероида — Палладу и Весту. Вскоре между орбитами Марса и Юпитера были найдены и другие планетки. Это позволило Ольберсу предложить гипотезу о существовании в очень давние времена особой планеты Фаэтона, которая по неизвестным причинам взорвалась, и ее осколки образовали астероидный пояс. Эту идею до сих пор трудно обосновать или окончательно опровергнуть, но она, бесспорно, стимулировала интерес к законам эволюции Солнечной системы и отдельных планет.
Так обогащались представления о Солнечной системе, но самое впечатляющее открытие этого времени, завершившееся триумфом ньютоновской теории, было опять-таки связано с кометным бумом.
13 марта 1781 года 42-летний астроном-любитель Вильям Гершель открыл, как ему показалось, новую комету, наблюдая звезды между созвездиями Тельца и Близнецов.