Научная революция Коперника

"Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости и как бы повторило лютеровское сожжение папской буллы, было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил - хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре - вызов церковному авторитету в вопросах природы"^*.

^* (Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат, 1955, стр. 5.)

Знаменитый астроном Николай Коперник родился 19 февраля 1473 г. в польском городе Торунь в семье купца. Он рано лишился отца" и в его жизненной судьбе большое участие принимал его дядя по матери Лука Ваченрод, впоследствии епископ Вармийской епархии, главным городом которой был Фромборк, расположенный на побережье Балтийского моря. Фромборк стал местом, где родилось великое творение Коперника, который после окончания университета в Кракове и Болонье получил должность каноника в Фромборке. Коперник переехал в Фромборк в 1512 г. Здесь он принимал активное участие в общественной жизни епархии, вел войну и последующие дипломатические переговоры с тевтонским орденом, решал юридические и хозяйственные дела своей земли, разработал проект денежной реформы, сооружал гидротехнические устройства, лечил больных и вел астрономические наблюдения. Он был подлинным героем своей эпохи, одним из тех, о которых писал Энгельс: "Герои того времени не стали еще рабами разделения труда... живут в самой гуще интересов своего времени, принимают живое участие в практической борьбе становятся на сторону той или иной партии и борются кто словом и пером кто мечом, а кто и тем и другим вместе"^*.

^* (Ф. Энгельс. Диалектика природы, Госполитиздат, 1955 стр. 4.)

Николай Коперник

Его великое творение "Об обращении небесных сфер" выросло из потребностей практики, которая нуждалась в точных астрономических законах для определения координат новых земель и курса корабля. Система Птолемея была чрезвычайно сложна, движения планет в этой системе были необычайно запутанными. Для каждой планеты надо было подобрать свою систему движении по деферентам и по эпициклам, чтобы описать видимое с Земли причудливое движение планеты. Никакого общего закона в этой системе усмотреть было невозможно. Копернике полным правом говорит об изобретателях этой системы: "С ними бывает то же самое, как если бы кто намеревался нарисовать одно целое из рук, ног, головы и других членов тела, совершенно хороших самих по себе, но принадлежащих не одному и тому же человеческому телу и нарисованных не по одному масштабу конечно получилось бы тогда нечто, более похожее на урода, чем на человека.^*

^* (Николай Коперник, Изд. АН СССР, 1947, стр. 191.)

Коперник ясно видел, что в этих запутанных движениях должен быть общий закон. Этот закон отражается и в системе эпициклов. У нижних планет, Меркурия и Венеры, период обращения эпицикла по деференту равен одному году, точно так же у верхних планет периоды обращения по эпициклам тоже равны одному году. Кроме того, плоскость эпициклов верхних планет и плоскость деферентов внутренних планет оказались параллельными плоскости эклиптики. Коперник, раздосадованный, как он сам пишет, тем, "что философам, обыкновенно стремящимся к распознаванию даже самых ничтожных вещей, до сих пор еще не удалось с достаточной верностью объяснить ход мировой машины", стал искать это верное объяснение. Как он сам пишет, у древних (пифагорейцев и Аристарха Самосского) он нашел гипотезу о движении Земли и стал ее исследовать.

"Допустив те движения, которые придаются Земле в этом сочинении (т. е. сочинении Коперника.- Авт.), я после долгих и многократных исследований пришел, наконец, к заключению, что если отнести движения прочих блуждающих светил к кругу, по коему движется Земля, и на этом основании вычислять движения каждого светила, то не только представляемые ими явления будут вытекать как следствия, но что самые светила и пути оных по последовательности или величине своей и само небо явятся в такой между собой связи, что нигде, ни в одной части нельзя чего-либо изменять, не запутывая остальных частей и всего целого"^*.

^* (Николай Коперник, Изд. АН СССР, 1947, стр. 192.)

Таким образом, Коперник, перенеся систему отсчета, в которой описываются движения планет, с Земли на Солнце, сразу увидел общую связь планет, общий их центр - Солнце. Отсюда, естественно, вытекает мысль о наличии общего закона, связывающего планеты с Солнцем. Перенос системы отсчета с Земли на Солнце явился важным этапом в науке, он подготовил почву для открытия закона тяготения. История науки однозначно отвечает на вопрос о равноправности Птолемеевой и Коперниковой систем: система Коперника является преимущественной, так как она указала на связь между планетами и Солнцем и тем самым натолкнула мысль на поиски закона этой связи, она явилась источником научного движения, тогда как система Птолемея тормозила развитие науки. Но система Птолемея была освящена церковным авторитетом. Книга Коперника бросила вызов этому авторитету и открыла новую страницу в истории борьбы науки и религии, разума и суеверия.

Эта борьба началась с анонимного предисловия к книге Коперника, которое, как выяснилось позже, было написано протестантским богословом Оссиандером. Оссиандер распознал опасность, угрожающую всякой религии со стороны прогрессивного, материалистического учения, и постарался обезопасить это учение ссылкой на то, что основное положение Коперника является только гипотезой, сделанной якобы лишь для удобства вычислений. "Не подлежит сомнению,- начинает свое предисловие Оссиандер,- что по причине распространившихся известий о новых гипотезах этого сочинения в некоторых ученых возбуждено сильное неудовольствие на то, что в сочинении этом Земля представляется движущейся, Солнце же находящимся неподвижно в центре Вселенной и что, по их мнению, не следует колебать науку, издавна покоящуюся на истинных основаниях"^*. Оссиандер утешает встревоженных богословов тем, что науке, в частности астрономии, не дано открывать истину, ее задача заключается в том, чтобы описывать явления с помощью подходящих гипотез. "Гипотезы его (т. е, Коперника.- Авт.) могут быть и несправедливыми, могут быть даже невероятными; достаточно, если они приводят нас к вычислениям, удовлетворяющим нашим наблюдениям... Поэтому дозволим новым этим гипотезам занять место в ряду с древними, не более их вероятными, так как они столь же удивительны, сколько и удобопонятны, и сопровождаются обильным сокровищем ученых наблюдений. Во всем же, что касается гипотез, да не обращается никто к астрономии, если желает узнать что-либо достоверное; сама она не может этого сделать, и если кто-либо примет за правду то, что придумано было вследствие иных побуждений, тот через это учение сделается глупее, чем был прежде"^**.

^* (Николай Коперник, Изд. АН СССР, 1947, стр. 188.)

^** (Николай Коперник, Изд. АН СССР, 1947, стр. 188-189.)

170 лет спустя другой защитник религии, Коте, в предисловии к знаменитому сочинению Ньютона, в котором изложено открытие закона всемирного тяготения и система мира Коперника исследуется с помощью законов динамики, с таким же усердием будет повторять аргументы, аналогичные аргументам Оссиандера. Наука не может открывать истину, она может только описывать явления, истиной же обладает только религия, только божественное откровение. "Если же кто возомнит,- писал Коте,- что он может найти истинные начала физики и истинные законы природы единственно силой своего ума и светом своего рассудка, тот должен будет признать или, что мир произошел в силу необходимости и что существующие законы природы явились следствием той же необходимости, или же, что мироздание установлено по воле бога и что он, ничтожнейший человечишка, сам бы предвидел все то, что так превосходно создано". Признать за наукой право открывать силой разума истинные законы природы равносильно, по мнению Котса, признанию, "что философия основана на безбожии".

Таким образом, система Коперника на протяжении веков стала ареной борьбы науки и религии, материализма и идеализма. Борьба эта велась с огромным ожесточением. Итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548-1600), развивший учение Коперника дальше и учивший, что Солнечная система не является единственной во Вселенной, что во Вселенной существуют бесчисленные миры, "бесчисленные Солнца и Земли, из коих одни мы чувственно наблюдаем, о других заключаем", был приговорен инквизицией после семилетних пыток к сожжению на костре.

Однако террор церковников не мог остановить научного прогресса. В те годы, когда инквизиция пытала Бруно, в Австрии появилась книга молодого астронома Иоганна Кеплера (1571-1630). В этой книге автор, принимая безоговорочно систему Коперника, ищет математическое выражение той общей связи между планетами, о которой ясно говорил уже сам Коперник. Кеплер пытается решить эту задачу, еще не выходя за рамки платоновских и пифагорейских полумистических идей о числах и многогранниках. Ему, как он полагал, удалось найти геометрический закон, связывающий расстояния планет от Солнца.

Хотя его построение в целом оказалось и неверным, а все сочинение сильно засорено платоновско-пифагорейской мистикой, оно все же сыграло свою роль в развитии системы Коперника.

Иоганн Кеплер

"Работая над этим,- говорил Кеплер,- я твердо заучил расстояния и времена обращения планет, так что мог наизусть производить различные их сочетания".

В 1601 г., после смерти выдающегося датского астронома Тихо Браге (1546-1601), в руки Кеплера попали журналы многолетних наблюдений Тихо, в которых с наивысшей для того времени точностью определялись положения Марса. Кеплеру предстала задача - определить по этим данным действительный путь Марса вокруг Солнца. Он убедился, что мнение Коперника, разделяемое первоначально и самим Кеплером, о круговой форме орбиты ("небесная сфера") неправильно. "Первая моя ошибка,- писал Кеплер,- была та, что я представлял пути планет совершенными кругами; эта ошибка была тем более вредной, что она опиралась на единодушное мнение всех философов..."

Указывая, что точность наблюдений Т. Браге исключает возможность ошибки в 8 минут, Кеплер писал: "Эти восемь минут, которыми пренебречь нельзя, дадут нам средство преобразовать астрономию". И Кеплер напряженно трудился над "преобразованием астрономии", т. е. над нахождением точного закона движения планет вокруг Солнца.

Труд Кеплера был изнурителен. Проделав в своей книге большое и сложное вычисление, он обращается к читателю: "Если этот способ покажется вам трудным и утомительным, то вы пожалеете меня, узнав, что я повторил это вычисление 70 раз, и не удивитесь, что я провел пять лет над этой теорией Марса". Семидесятикратное вычисление Кеплера могло бы заполнить громадный том - около 1000 страниц. К этому надо добавить, что Кеплер терпел жестокую материальную нужду, жалованья ему не платили, и он был вынужден ради куска хлеба отрываться для составления гороскопов, т. е. предсказаний по звездам, невежественным, но богатым людям.

Точные законы движения планет были найдены. Планеты двигаются по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Законы движения планет были опубликованы Кеплером в 1609 г. в сочинении "Новая астрономия". Через 10 лет он нашел третий закон движения планет. Об этих законах мы будем говорить дальше. Сейчас отметим только, что Кеплер, уточнив систему Коперника, нашел правильное расписание движения планет и тем самым решил важнейшую научную и практическую задачу своей эпохи. Это была большая победа учения Коперника. "Сопротивление планет", выражаясь языком Кеплера, было сломлено, они сдались на милость победителя - человеческого разума. Предстояла теперь не менее трудная задача - сломить сопротивление людей. В этой войне решающая роль принадлежала Галилею.

Галилео Галилей

Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 г. в г. Пизе.

Отец предполагал сделать из него врача и определил его на медицинский факультет. Однако Галилей проявил исключительные способности к математике и вскоре перешел на философский факультет.

Его математические и механические исследования доставили ему славу незаурядного математика, и Галилей получает место профессора математики и философии в том самом Пизанском университете, где он учился.

В 1592 г. он переезжает в Падую. Здесь он с успехом занимается математикой, астрономией и механикой. Его имя получает широкую известность и не только в Италии. В 1596 г. он начинает переписку с Кеплером по поводу системы Коперника. В этой переписке Галилей сообщает Кеплеру, что он разделяет учение Коперника, но еще не решается выступить в его защиту. Борьба Галилея за систему Коперника начинается с 1610 г. изданием сочинения "Звездный вестник", в котором описываются астрономические открытия, сделанные им при помощи изготовленной в 1609 г. зрительной трубы.

Направив трубу на небо, Галилей увидел, что Луна не идеальный гладкий шар, как ее представляли сторонники Аристотеля, а покрыта такими же горами и впадинами, как и Земля. Значит, нет противоположности земного и небесного, материя небесных светил и Земли одна. Он увидел на небе много новых звезд, неизвестных доселе. Значит, не все было известно тем авторам, мнения которых почитаются за непререкаемый авторитет. Их можно и должно поправлять, обращаясь к природе. И, наконец, в январе 1610 г. Галилей делает самое замечательное открытие. Им были обнаружены вблизи Юпитера три маленькие звездочки. Галилея поразило их расположение,- они находились на одной прямой: две восточнее планеты, одна западнее. Когда Галилей через восемь дней посмотрел на Юпитер, то нашел положение всех трех звезд изменившимся: сохраняя прямолинейное расположение, они все были теперь по одну, западную, сторону планеты. Продолжая наблюдения, Галилей открыл еще одну звездочку, также перемещавшуюся вместе с другими относительно Юпитера. В результате своих длительных наблюдений Галилей пришел к важному выводу, который мы приведем в его собственном изложении.

"Вследствие всего этого я уже без малейшего колебания решил, что существуют четыре светила, вращающиеся около Юпитера, подобно тому, как Венера или Меркурий вращаются вокруг Солнца. Ныне имеем очевидный аргумент, чтобы рассеять сомнения тех, кои, склоняясь допустить, что планеты обращаются вокруг Солнца, смущаются, однако, каким образом Луна несется вокруг Земли и в то же время вместе с нею совершает годичный круг около Солнца... Мы знаем теперь, что есть планеты, обращающиеся одна около другой и в то же время вместе несущиеся вокруг Солнца; мы знаем, что около Юпитера движутся не одна, а четыре Луны, следующие за ним во все продолжение его двенадцати.' е~него обращения около Солнца".

Таким образом, Галилеем были найдены наглядные и убедительные доказательства в пользу системы Коперника, которые и были изложены им в "Звездном вестнике".

Противники Галилея, будучи не в силах разбить его на научной почве, повели атаку с другой стороны. Они объявили, что учение Коперника не согласно с религиозной "истиной". Галилея вызвали в Рим для объяснений. Несмотря на блестящую защиту Галилеем нового учения, папа и инквизиция издали 5 марта 1616 г. декрет о запрещении системы Коперника. Самому Галилею было вручено генерал-инквизитором письменное предписание, в котором указывалось, что защищать учение Коперника нельзя, как еретическое учение. Но Галилей не сдался. Он приступил к работе над книгой, которую он назвал "Диалог о двух системах мира: Птолемеевой и Коперника". Над книгой Галилей работал много лет, она вышла в свет в августе 1632 г. В этой книге в форме диспута-беседы между сторонниками нового учения Сальвиати и Сагредо и приверженцем старых взглядов Симпличио разбираются доводы в защиту системы Коперника.

Особенно важное место в этой защите учения Коперника занимает беседа второго дня, в которой разбираются возражения противников Коперника, опирающиеся на неощутимость движения Земли. Галилей устанавливает, что всякое тело, получившее скорость, стремится сохранить ее, т. е. дает первую формулировку закона инерции.

Это свойство тел сохранять свою скорость, каким путем она ни была бы получена, и является причиной того, что мы не замечаем движения той системы, вместе с которой движемся мы и все окружающие нас тела. В "Диалоге" Галилея приводится описание мысленного эксперимента в лаборатории, находящейся в трюме корабля. Все явления (механические) в этой лаборатории будут происходить совершенно одинаково как в случае покоя корабля, так и в случае его равномерного движения с какой угодно скоростью.

В такой образной форме Галилей выражает одно из важнейших принципиальных положений физики: невозможно никакими наблюдениями над механическими движениями тел в системе, движущейся равномерно и прямолинейно, обнаружить движение этой системы. Это положение в науке получило название принципа относительности Галилея. В силу этого принципа мы и не замечаем движения Земли вокруг Солнца, так как это движение в течение небольших промежутков времени можно считать равномерным и прямолинейным.

Выход книги Галилея произвел огромное впечатление. Число сторонников нового учения в Европе быстро возрастало по мере распространения "Диалога". Церковь решила пресечь распространение "коперниковской ереси" и привлекла Галилея к суду инквизиции. Хотя ценою угроз ей и удалось вырвать у Галилея формальное отречение, однако остановить распространение учения Коперника этим не удалось. Сам Галилей продолжал работать над развитием основ новой механики, выросшей в борьбе за систему Коперника, и за 4 года до своей смерти (в 1638 г.) опубликовал свое важнейшее сочинение "Беседа о двух новых науках". Научная революция, начатая Коперником, неуклонно расширялась и привела к возникновению современного опытного естествознания.