2

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Истинная революция в астрономии началась с Николая Коперника. В его творчестве ясно видны традиции, связывающие его с античностью и Средневековьем, но еще отчетливее в нем проступают черты гения, прокладывающего новые пути познания. Трудно объяснить, почему именно Копернику выпало совершить в астрономии революционный переворот, возможно, здесь сыграла определяющую роль назревшая насущная необходимость, продиктованная как логикой науки, так и внешними факторами — аристотелевско-птолемеевская теория исчерпала себя не столько как метод вычисления, сколько как естественнонаучная и философская основа познания. Коперник это ясно ощущал, и в этом сказалось, безусловно, влияние итальянского гуманизма и натурфилософии. Традиционная линия в творчестве Коперника определяется тем, что переворот в науке был совершен не в результате попыток объяснения нового, неизвестного феномена, а, напротив, в результате нового подхода к решению старой задачи.

Николай Коперпик родился в Торуни в семье купца. Отец его умер рано, и воспитанием мальчика занялся дядя Лукаш Ваченроде, ставший вскоре Вармийским епископом. С 1491 г. Коперник в течение четырех лет изучал математику и медицину в Краковском университете. Чтобы продолжить свое образование, он едет затем в Италию, в Болонью. Следуя желанию своего дяди, Коперник поступает на факультет церковного права Болонского университета, самого старого в Европе. Здесь он вновь начинает заниматься астрономией, помимо своих академических занятий, в чем находит поддержку у одного из выдающихся итальянских астрономов — Доменико Новары. Затем он изучает медицину в Падуанском университете, а в 1503 г. получает в Ферраре степень доктора канонического права.

НИКОЛАЙ КОПЕРНИК

Когда Копернику исполнилось 25 лет, Ваченроде выхлопотал для него место каноника — члена церковного совета Фромборкского собора, однако после этого Коперник еще долгое время остается за границей и лишь в 1504 г. возвращается в Польшу. Он принимает активное участие в общественной и политической жизни Вармийского епископства — автономного церковного княжества в тогдашнем Польском королевстве, помогая Лукашу Ваченроде в его борьбе против владычества крестоносцев, кольцом окружавших земли епископства. Смерть дяди в 1512 г. застает Коперника на посту канцлера Вармийского капитула. Он ведает казной, строительством оборонных сооружений, нотариальными делами, административной инспекцией и т. д. Но астрономия по-прежнему остается главным занятием в его жизни. С помощью сконструированных им самим инструментов он ведет наблюдения за Солнцем, Луной и планетами, но основные свои усилия сосредоточивает на теоретической обработке астрономических данных. Результаты исследований он держит в глубокой тайне, и лишь в 1530 г. сообщает о них своим ближайшим друзьям. Он приходит к выводу, что повсеместно принятая птолемеевская система мира неверна, что истинной является гелиоцентрическая модель Вселенной.

Страх перед возможными нападками, вызванными подобной ломкой привычных представлений, удерживает Коперника от публикации своих сочинений. Лишь настойчивые увещевания друзей, в первую очередь его ученика, виттенбергского профессора Георга Ретика, заставили Коперника согласиться обнародовать свои исследования. Они были напечатаны в год его смерти под названием «О вращении небесных сфер».

Спустя почти три столетия в Варшаве был открыт памятник Копернику работы Торвальдсена, на пьедестале которого высечены слова, выражающие сущность его великого открытия:

«Остановивший Солнце,

сдвинувший Землю».

Мысли о необходимости коренной перестройки астрономической теории овладели им, по его собственным словам, еще в юности, в Краковском университете, между 1491 и 1496 гг., еще перед отъездом в Болонью. Поездка в Италию, по-видимому, еще более» укрепила его в сознании собственной правоты — здесь немалую роль сыграло углубленное знакомство с классической литературой, а также сама атмосфера позднеренессансной Италии — вспомним, что это был век Леонардо. Позднее Коперник указывал в своем посвящении папе Павлу III, что соображения о движении Земли встречаются в сочинениях Цицерона, Плутарха и других античных авторов, которые, в свою очередь, ссылаются на воззрения Филолая, Гераклида Понтийского и пифагорейца Экфанта.

Первое углубленное знакомство с теорией Птолемея — а оно определенно состоялось до 1515 г. и, по всей видимости, было обязано «Сокращениям» птолемеевского «Альмагеста», выполненным Пурбахом и Региомонтаном, — поставило Коперника перед альтернативой, выбор которой должен был определить все дальнейшее направление его творчества. Было неясно, являются ли несовпадения теоретических предсказаний результатом ошибочности теоретического базиса, т. е. птолемеевской модели, или же это есть результат первоначальной погрешности наблюдений. Коперник предпочел рассматривать данные наблюдения как точные и безусловно заслуживающие доверия, в то время как саму систему Птолемея счел несостоятельной. Следуя пифагорейской традиции, Коперник стремился, как и после него Кеплер, к построению гармоничной картины мира, в которой отсутствовали бы лишние детали и не соответствующие реальности построения. В том же посвящении он писал: «В процессе представления математиками того, что они называют системой, мы находим, что у них или отсутствуют некоторые необходимые детали, или же вводится нечто абсолютно постороннее и не относящееся к делу. Определенно, они не следуют установленным принципам, ибо, если бы их гипотезы не вели к ошибке, все выводы, на них основанные, могли бы быть очевидно подтверждены» {2, с. 131.

По мнению Коперника, поиски иной модели Вселенной не противоречат христианской доктрине, ибо аристотелевско-птолемеевская картина мира является всего лишь рациональной конструкцией, а Бог был вполне в состоянии последовать другой рациональной конструкции при создании мира, если только она, эта другая модель, является более совершенной и согласованной. Нет никаких оснований утверждать, что Бог был неспособен создать Вселенную с неподвижным Солнцем в центре, потому что, во-первых, его могуществу нет предела, а во-вторых, потому, что покой и равномерное движение являются понятиями относительными: «Наблюдаемое изменение положения может возникать в результате движения или объекта, или наблюдателя, или же в результате неодинакового движения обоих (ибо между двумя равными и параллельными движениями движение не ощущается). Следовательно, если постулировать движение Земли, оно отразится на внешних телах, которые будут казаться движущимися в противоположном направлении» {2, с. 22}.

Затем в том случае, если принять Солнце за центр Вселенной, а Землю и остальные планеты представить движущимися, то возникает картина, намного превосходящая птолемеевскую своей стройностью и необходимой взаимосвязанностью частей: «Если движения остальных планет сопоставляются с обращением Земли и рассматриваются пропорционально орбитам каждой планеты, то (из этого) вытекают не только известные, присущие им явления, но также порядок и величина всех небесных тел и самих небес получаются столь связанными друг с другом, что ничего невозможно сдвинуть ни в одной из частей без того, чтобы не вызвать беспорядок в остальных частях и во Вселенной в целом» {2, с. 14}.

То, что Коперник принял наблюдения Птолемея, но отверг его систему, стало фактором огромного исторического значения. Но еще предстоял долгий путь до того, как коперниканская теория была обнародована, и еще более долгий — до ее признания.

В конце XIX в., а точнее, в 1977 г. была обнаружено рукопись под названием «Николая Коперника Малый комментарий относительно установленных им гипотез о небесных движениях», которая при жизни Коперника не была опубликована и, по-видимому, не предназначалась для опубликования. Тем не менее Коперник, предпочитавший, по его собственным словам, обсуждать математические проблемы с математиками, наверняка распространил некоторое количество рукописных копий среди своих коллег. Во всяком случае, один из краковских математиков к 1515 г. уже имел в своем распоряжении анонимный текст «Малого комментария». Как указывает польский исследователь творчества Коперника Л. А. Биркенмайер, этот трактат был написан не позднее 1515 г., а вероятнее всего, между 1505 и 1507 гг. {3, с. 218}. В «Малом комментарии» уже декларируются по пунктам все основные положения его системы:

«1. Не существует одного центра для всех небесных орбит или сфер.

2. Центр Земли не является центром мира, а только центром тяготения и центром лунной орбиты.

3. Все сферы движутся вокруг Солнца, расположенного как бы в середине всего, так что около Солнца находится центр мира.

4. Отношение, которое расстояние между Солнцем и Землей имеет к высоте небесной тверди, меньше отношения радиуса Земли к ее расстоянию от Солнца, так что по сравнению с высотой тверди оно будет даже неощутимым.

5. Все движения, замечаемые у небесной тверди, принадлежат не ей самой, а Земле. Именно Земля с ближайшими к ней стихиями вся вращается в суточном движении вокруг неизменных своих полюсов, причем твердь и самое высшее небо остаются все время неподвижными.

6. Все замеченные нами у Солнца движения не свойственны ему, а принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом, Земля имеет несколько движений.

7. Кажущиеся прямые и понятные движения планет принадлежат не им, а Земле. Таким образом, это одно движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей» {2, с. 420}.

В дальнейшем эти положения подверглись детальной разработке в его книге «О вращениях небесных сфер». Не входя в обсуждение деталей такого анализа, остановимся на двух пунктах, заслуживающих специального внимания.

Интересное предположение относительно истоков коперниканской теории высказал в 1973 г. американский историк астрономии, профессор Чикагского университета Ноэл Свердлов {4, с. 471–477}. Он указал на прямую связь построений Коперника с рассуждениями, представленными Региомонтаном в книге XII его трактата «Сокращения Клавдия Птолемея». Напомним, что «Сокращения» были опубликованы в 1496 г. и бесспорно были той самой книгой, по которой Коперник изучал птолемеевскую астрономию.

В книге XII Региомонтан пытается освободиться от модели, состоящей из эпициклов и деферентов, с помощью геогелиоцентрической модели, напоминающей систему Тихо Браге, о которой будет сказано позже. Региомонтан показывает, что система пяти планет (исключая Землю), вращающихся вокруг Солнца по эпициклам и деферентам, может быть заменена системой эксцентрических окружностей, центры которых располагаются на луче, проведенном от Солнца. Приводимый выше чертеж поясняет рассуждение Региомонтана. Положение планеты Р однозначно определяется этими двумя способами, которые, как легко видеть из чертежа, являются эквивалентными.

Эквивалентность систем Коперника и Птолемея 

Суть высказанного американским ученым предположения сводится к тому, что, во-первых, Коперник не мог не обратить внимания на столь существенное место в книге, которую он досконально изучал. Во-вторых, он не остановился на выводе Региомонтана, что систему пяти планет, вращающихся вокруг Солнца по деферентам и эпициклам, можно заменить эквивалентной системой планет, вращающихся вблизи Солнца по эксцентрическим окружностям. То, что они могут вращаться не только вблизи, но и вокруг Солнца как центра, также неявно следовало из рассуждений Региомонтана.

Но Коперник пошел дальше, потому что его интересовала не только кинематическая модель, но и физическая (или философская — для того времени это было практически одно и то же) подоплека модели. Понятие небесных сфер, заимствованное им у Аристотеля, казалось Копернику единственным возможным объяснением действительного движения планет, а если принять модель Региомонтана, получалось, что движения некоторых планет и движение Солнца пересекались. Это, в свою очередь, означало, что планетные сферы также должны пересекаться. Именно факт взаимного пересечения небесных сфер был абсолютно неприемлем для Коперника, и он неизбежно должен был прийти к единственному усовершенствованию модели Региомонтана, устранявшему это несоответствие, — поставить Солнце неподвижным в центр Вселенной, а Землю сделать вращающейся аналогично остальным планетам.

Догадка Свердлова кажется весьма правдоподобной, но не следует забывать, что от исходной идеи до создания теории, тем более вычислительной теории, имеется огромная дистанция, преодолеть которую смог только гений Коперника. В качестве иллюстрации трудностей, с которыми он столкнулся, остановимся на следующем важном моменте, связанном с определением движения Земли.

Этот пункт, столь важный в теории Коперника, часто ускользает от внимания исследователей, и даже Галилей не понимал, как представлял Коперник движение Земли. Впрочем, пренебрежение Галилея математическими деталями вполне для него характерно. Галилей указывает в «Диалоге», что Земле присущи два движения — движение по окружности вокруг Солнца и вращение вокруг собственной оси. Но в действительности если под движением вокруг Солнца понимать вращение Земли вокруг Солнца, то этих двух движений недостаточно для описания наблюдаемых на Земле явлений, прежде всего смены времен года. Дело в том, что во времена Коперника и Галилея не существовало понятия поступательного движения, т. е. движения твердого тела, в процессе которого любая линия тела переносится параллельно самой себе. Поэтому движение Земли вокруг Солнца могло пониматься только как вращение.

Согласно теории Коперника. Земля участвует в трех вращениях: вращении центра Земли вокруг Солнца в плоскости эклиптики; вращении Земли вокруг оси, перпендикулярной к плоскости эклиптики и проходящей через ее центр — это вращение Коперник назвал деклинационным, и, наконец, вращении Земли вокруг собственной оси, перпендикулярной к плоскости земного экватора, составляющей неизменный угол с плоскостью эклиптики. Вращение вокруг Солнца и деклинационное вращение имеют одинаковый период и противоположные направления, они составляют то, что мы сегодня называем парой вращений. В первой половине XIX в. было установлено, что пара вращений эквивалентна поступательному движению. Всего этого Коперник в свое время, конечно, знать не мог, и достойно удивления, что тем не менее он смог представить математически адекватное описание движения Земли.

Вселенная по Копернику

В построении своей теории Коперник столкнулся и со многими другими трудностями, обсуждение которых не входит в задачу этой книги. Следует только отметить, что в результате он вынужден был сохранить эпициклы для движения планет, а также сохранить эквант, так что истинный центр круговых орбит получался несколько смещенным относительно Солнца.

Коперник вполне сознавал революционное значение своего труда. Именно поэтому он столь долго не решался обнародовать свои воззрения и сделал это лишь на пороге смерти, уступив настойчивым просьбам своих друзей, в первую очередь увещеваниям Ретика и вармийского епископа Тидемана Гизе. В 1543 г. только что отпечатанный экземпляр книги был принесен умирающему астроному. На титульном листе значилось: «О вращении небесных сфер, шесть книг Николая Коперника Торунского». Книга содержала развернутое изложение системы мироздания, основанное на принципах, сформулированных еще в «Малом комментарии». Значение этого события состояло в том, что отныне научное мировоззрение обрело твердую и плодотворную почву, па которой впоследствии смогло возникнуть все здание современной науки.

Альберт Эйнштейн, говоря о критериях выбора научной теории, подчеркивал, что истинная теория должна обладать двумя качествами: внешним оправданием, т. е. соответствием эксперименту, и внутренним совершенством, т. е. простотой и логической стройностью. Теория Птолемея удовлетворяла первому критерию, но не удовлетворяла второму.

Система Коперника была первой теорией, обладавшей обоими необходимыми качествами.

Чрезвычайно важной чертой теории Коперника было то обстоятельство, что в ней неявно присутствовала мысль, что небесными и земными явлениями управляют одни и те же законы. Эта идея была руководящей и для Кеплера, и для Галилея в их стремлении выяснить универсальные закономерности в природе. С другой стороны, теория Коперника не могла полностью отказаться от представлений аристотелевской физики — орбиты считались круговыми и планеты совершали по ним равномерные движения.