Текст книги "Галилей и отрицатели науки"

Старик с двумя провожатыми

Обнаружение четырех спутников Юпитера стало последним эпохальным открытием Галилея в Падуе. Оно лишь разожгло его жажду дальнейших прорывов. Неудивительно, что вскоре после переезда во Флоренцию он направил телескоп на следующую по степени удаленности от Солнца гигантскую планету – Сатурн. Однако первые наблюдения его разочаровали, поскольку Галилей не увидел никаких спутников. Ситуация изменилась 25 июля 1610 г., когда он обнаружил нечто вроде двух неподвижных звезд, прикрепленных к Сатурну: одна по одну сторону, другая – по другую. Боясь, что его опередят конкуренты, и все еще находясь на том этапе, когда он делал открытия быстрее, чем мог их опубликовать, Галилей отправил серию писем с зашифрованным сообщением о своем открытии Кеплеру через тосканского посла в Праге. Это была обычная практика того времени – утвердить свое первенство в открытии с помощью головоломки, не открывая таким образом, что в действительности сообщается. Вот зашифрованное послание Галилея:

smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras.

Сначала Кеплер не сумел разгадать сообщение Галилея, потерпел крах и английский астроном Томас Хэрриот, с которым тот состоял в переписке, но из того факта, что Земля имеет одну Луну, а Юпитер – четыре, он заключил, что у Марса должно быть две луны, чтобы образовалась геометрическая прогрессия: 1, 2, 4 и т. д. Руководствуясь этим математическим соображением и предполагая, что Галилей открыл спутники Марса, Кеплер постепенно сумел составить из присланной Галилеем последовательности букв сообщение, отличавшееся от исходной головоломки лишь одной буквой, Salve umbistineum geminatum Martia proles, что примерно означает: “Славьтесь, близнецы-компаньоны, дети Марса”.

При всей изобретательности версии Кеплера она не имела ничего общего с открытиями Галилея. Сообщение, зашифрованное в последовательности букв, следовало читать как Altissimum planetam tergeminum observavi, что переводится: “Я наблюдал высочайшую из планет [Сатурн] трехчастной”.

Тринадцатого ноября 1610 г. Галилей наконец раскрыл, что именно он имел в виду:

Я наблюдал, что Сатурн не одиночная звезда, а три объединенные, всегда касающиеся друг друга, не совершающие ни малейшего движения друг относительно друга и напоминающие формой оОо. Если посмотреть на них в телескоп с малым увеличением, три звезды видны не слишком отчетливо и Сатурн выглядит удлиненным, словно оливка. Свита обнаружилась у Юпитера, а теперь и у этого старика нашлись два провожатых, помогающие ему идти и никогда от него не отходящие.

К изумлению Галилея, эти, казалось бы, надежные провожатые бесследно исчезли к концу 1612 г. Он высказал свое ошеломление в письме немецкому гуманисту, историку и издателю Маркусу Вельзеру: “Были ли две эти меньшие звезды поглощены, как пятна на Солнце? Исчезли ли они внезапно и сгинули? Или Сатурн пожрал собственных детей?” Несмотря на растерянность, Галилей рискнул предположить, что эти “звезды” вновь появятся в 1613 г., как оно и случилось, но на сей раз они выглядели как “уши” или “ручки” по бокам Сатурна.

Хотя Галилей смог верно предсказать в 1616 г. очередное исчезновение “ручек” десять лет спустя, его прогноз, очевидно, основывался на предположении, что они аналогичны лунам Юпитера. Правильного объяснения этих странных “ушей” пришлось ждать до 1650-х гг., когда голландский математик и астроном Христиан Гюйгенс идентифицировал их как ныне знаменитые кольца Сатурна[92]92
  В 1640-х гг. Иоганн Гевелий и Пьер Гассенди выполнили многократные наблюдения Сатурна. Гевелий и знаменитый архитектор Кристофер Рен предложили неправильные модели в 1656 и 1658 гг. соответственно. Предположение Гюйгенса о существовании плоского кольца высказано в его книге “Система Сатурна”. См.: в: Huygens 1888, vol. 15, 312. См. также: Van Helden 1974.


[Закрыть]. Поскольку кольца являются плоскими и относительно тонкими, они фактически неразличимы, если смотреть на них с ребра, и выглядят словно уши, если их поверхность наклонена к линии взгляда под бо́льшим углом или ориентирована плашмя.

Интересно, что сейчас мы знаем, что кольца не всегда существовали и не сохранятся навечно. Считается, что кольца старше примерно 100 млн лет, это немного по сравнению с примерно 4,6 млрд лет существования Солнечной системы. Что еще более удивительно, исследование, опубликованное в декабре 2018 г., обнаружило, что из-за “дождя колец” – падения вещества колец на планету в форме пылевого дождя частиц льда – кольца исчезнут примерно через 300 млн лет. Следовательно, Галилею и нам повезло жить в относительно “короткий” период, когда можно видеть это великолепное зрелище.

Поразительно, но догадка Кеплера о наличии у Марса двух лун оказалась верной, хотя геометрическая последовательность была ни при чем. Более того, в знаменитой сатире 1726 г. “Путешествия Гулливера” английский писатель Джонатан Свифт (возможно, вдохновленный Кеплером) писал о двух марсианских лунах. В 1877 г. американский астроном Асаф Холл открыл эти луны, которые теперь называются Фобосом и Деймосом.

Мать любви

Одно из главных возражений против гелиоцентрической модели было связано с обликом планеты Венеры. В геоцентрической модели Птолемея Венера всегда находится примерно между Землей и Солнцем, следовательно, предполагается, что она всегда видна как полумесяц разной ширины (никогда, впрочем, не достигающей полудиска, илл. 4.4а). В модели Коперника, напротив, поскольку постулируется вращение Венеры вокруг Солнца и она находится ближе к Солнцу, чем Земля, то должна демонстрировать полный цикл фаз, как Луна, наблюдаясь при полной освещенности как маленький яркий диск в наиболее удаленной от Земли точке и как темный большой при максимальном приближении (а также в виде большого полумесяца непосредственно перед этим; илл. 4.4б). В ходе серии кропотливых наблюдений с октября по декабрь 1610 г. Галилей убедительно подтвердил предсказания коперниканской модели[93]93
  Gingerich 1984 и Peters 1984 рассматривают фазы Венеры.


[Закрыть]. Его решение заняться этими наблюдениями (и интерпретацией результатов), возможно, было вдохновлено и, безусловно, стимулировалось полученным им подробным письмом Бенедетто Кастелли, в котором тот подчеркивал важность наблюдения фаз Венеры. Это стало первым ясным свидетельством превосходства взглядов Коперника над представлениями Птолемея.

Одиннадцатого декабря Галилей поспешил отправить Кеплеру еще одну таинственную анаграмму Haec immatura a me jam frustra leguntur oy, означавшую примерно следующее: “Это уже было мною безрезультатно испробовано слишком рано”. (Выбор слова oy стал юмористическим намеком на возможные иудейские корни Галилея.) Разочарованный неспособностью расшифровать головоломку, Кеплер написал Галилею: “Заклинаю вас не держать нас более в сомнении относительно смысла. Видите ли, вы имеете дело с истинными немцами. Подумайте, в какое угнетение вы повергаете меня своим молчанием”.

В ответ на эту мольбу Галилей 1 января 1611 г. отправил Кеплеру незашифрованную версию послания: “Мать любви [Венера] подражает образам Синтии” (Cynthiae figuras aemulatur mater amorum). Женское имя Синтия, имеющее греческое происхождение, иногда служило для обозначения Луны[94]94
  От греч. “Кинфия”, что означает “с горы Кинф”, считавшейся местом рождения лунной богини Артемиды. – Прим. пер.


[Закрыть].

Галилей был так уверен в своей интерпретации наблюдений, что 30 декабря 1610 г. написал письмо Христофору Клавию, до сих пор оспаривавшему коперниканство как по физическим, так и по религиозным соображениям, где объяснил, что все планеты светят лишь отраженным светом и что, “безо всякого сомнения, центр великого вращения всех планет” есть Солнце.

Утверждения Галилея не остались незамеченными. В последнем издании комментариев иезуитского математика Клавия, на тот момент 73-летнего, к влиятельному учебнику астрономии “Сфера” (The Sphere) за авторством астронома XIII в. Иоанна Сакробоско сделано следующее признание:

Далеко не самым маловажным из видимого в этот инструмент [телескоп] является то, что Венера получает свой свет от Солнца, как Луна, так что иногда выглядит более похожей на полумесяц, иногда менее, в зависимости от своего расстояния до Солнца. В Риме я наблюдал это в присутствии других, и не единожды. Сатурн присоединил к себе две маленькие звездочки, одну с востока, другую с запада. Наконец, Юпитер имеет четыре блуждающие звезды, меняющие свои места относительно друг друга и относительно Юпитера, – как Галилео Галилей тщательно и точно описал[95]95
  Clavius 1611–12.


[Закрыть].

Поняв, что эти результаты камня на камне не оставляют от Птолемеевой модели, Клавий осторожно добавляет: “Поскольку таково положение вещей, астрономам следует размыслить, как могут быть устроены орбиты небесных тел, чтобы объяснить эти явления”.

Выполненные Галилеем наблюдения фаз Венеры нанесли смертельный удар геоцентрической системе Птолемея, но не могли однозначно покончить с компромиссной гео-гелиоцентрической моделью Браге, в которой Венера и все остальные планеты вращаются вокруг Солнца, тогда как Солнце движется по орбите вокруг Земли. Это сохранило возможный путь спасения для иезуитских астрономов, по-прежнему упорно отрицавших коперниканство.

“Я сравниваю солнечные пятна с облаками или клубами дыма”

Галилей не пренебрегал небесным телом, являвшимся в коперниканской системе центральным в Солнечной системе, – самим Солнцем, и его наблюдения привели к обнаружению и первому логическому объяснению наличия на поверхности Солнца относительно темных областей, которые сегодня называются солнечными пятнами. Галилео, безусловно, не был первым, обнаружившим эти таинственные пятна. Китайские и корейские астрономы, вероятно, заметили их на несколько столетий раньше; например, имеются записи, сделанные в Китае еще в правление династии Хань (с 206 г. до н. э до 220 г. н. э.). О солнечных пятнах говорилось во времена Карла Великого, правившего значительной частью Западной Европы в конце VIII – начале IX в., а итальянский поэт и художник Рафаэль Гвалтеротти описал пятна на Солнце, которые увидел 25 декабря 1604 г., в книге, изданной в следующем году. Английский математик и астроном Томас Хэрриот наблюдал солнечные пятна в телескоп в декабре 1610 г., но не опубликовал результаты. Его наблюдения стали известны лишь с 1784 г., а опубликованы в 1833 г. Наконец, фризский (из региона на северо-западе Германии) астроном Йоханнес Фабрициус рассматривал солнечные пятна в телескоп 27 февраля 1611 г. и описал их в брошюре (неизвестной Галилею), увидевшей свет в том же году в Виттенберге.

Наблюдать за Солнцем в телескоп было сложно, поскольку, если не покрыть линзы защитным материалом, например копотью, легко было ослепнуть. К счастью для Галилея, его талантливый бывший ученик Бенедетто Кастелли предложил остроумную идею просто проецировать изображение Солнца, образующееся в телескопе, на экран или лист бумаги. Сначала Галилей описал свои наблюдения солнечных пятен в предисловии к книге “Рассуждение о телах, погруженных в воду”[96]96
  Перевод книги на английский язык, выполненный Томасом Солсбери, редактировал Стиллман Дрейк. Galilei 1612.


[Закрыть]. На этом этапе он еще рассматривал два возможных объяснения их природы. Ученый считал, что они могут находиться непосредственно на поверхности Солнца (в этом случае их движение свидетельствовало бы, что Солнце вращается вокруг своей оси) либо являться планетами, обращающимися вокруг Солнца очень близко к его поверхности. Однако к моменту печати второго издания его книги осенью 1612 г. Галилей пришел к убеждению, что пятна могут быть только на солнечной поверхности и “перемещаться в силу вращения самого Солнца”, и добавил в текст абзац об этом явлении.

Данные, полученные другим астрономом, заставили Галилея обратить на солнечные пятна все свое внимание. В марте 1612 г. его немецкий корреспондент Маркус Вельзер переслал ему три письма с описанием солнечных пятен, написанные под псевдонимом Apelles latens post tabulam (“Апеллес, скрывающийся за живописью”). Автором писем, позднее изданных в виде брошюры, являлся священник-иезуит и астроном Христофор Шейнер, профессор Ингольштадтского университета. Шейнеру было запрещено печататься под собственным именем, поскольку, если окажется, что он ошибается, публикация дискредитирует орден иезуитов. Соответственно, он пользовался псевдонимом, указывающим на древнегреческого художника IV в. до н. э., имевшего обыкновение прятаться за своими выставленными картинами, чтобы услышать критические замечания зрителей; подразумевалось, что Шейнер ждет комментариев, прежде чем раскроет свое инкогнито. Астроном полагал, что пятна представляют собой тени, отбрасываемые множеством малых планет, вращающихся вокруг Солнца на очень низких орбитах.

Если не было сомнений, что его идеи вдохновлены главным образом стремлением оградить Солнце от подозрений в несовершенстве, Шейнер основывал свою модель на трех основных аргументах. Во-первых, пятна не возвращались в одни и те же места, что для него было свидетельством того, что они не принадлежат самой поверхности вращающегося вокруг своей оси Солнца. Во-вторых, Шейнер считал, что пятна темнее неосвещенных областей лунной поверхности, что невозможно в случае, если бы они находились на поверхности светила. В-третьих, пятна казались более тонкими вблизи границ солнечного диска, чем возле его центра, что он интерпретировал как случай фаз, подобных фазам Венеры.

В дополнение к своим соображениям о солнечных пятнах Шейнер привлек внимание к тому, что считал более убедительным свидетельством, чем фазы, – что Венера действительно обращается вокруг Солнца. Доказательство Шейнера основывалось на том факте, что таблицы, построенные на основе Птолемеевой модели, так называемые эфемериды, предсказывали кульминацию Венеры (прохождение планеты перед солнечным диском с точки зрения земного наблюдателя) 11 декабря 1611 г., однако этого длительного прохождения не наблюдалось.

Вельзер отправил письма Галилею, спрашивая мнение знаменитого ученого об идеях Шейнера и, очевидно, предполагая, что Галилей оценит научный подход, продемонстрированный их автором. Однако ответ “Апеллесу”, который он получил от Галилея, заметно расходился с его ожиданиями. С одной стороны, реакция Галилея была остроумной, весьма учтивой и, бесспорно, блестящей в научном отношении, с другой же – он высказывался чрезвычайно критически и несколько покровительственно. Например, говоря о том, что он считал одержимой приверженностью Шейнера концепциям Аристотеля (например, твердость и неизменность Солнца), Галилей писал, что Апеллес “еще не сумел полностью освободиться от чепухи, прежде ему внушенной”.

Галилей отвечал несколькими частями. Сначала он отправил два письма на итальянском языке (“потому что я непременно желал, чтобы это мог прочесть каждый”) в мае и октябре. Затем, после того как Шейнер ответил на первое из них собственным письмом, а Вельзер опубликовал всю подборку писем Шейнера под названием “Более точное рассуждение о солнечных пятнах и звездах, блуждающих вокруг Юпитера”, Галилей в декабре выслал третье письмо. Эти три письма также были опубликованы в Риме Академией деи Линчеи в марте 1613 г. под заголовком “История и доказательства относительно пятен на Солнце”[97]97
  Перевод на английский язык: Drake 1957, 89.


[Закрыть] (илл. 4.5).

Галилей, никогда не славившийся умением смиренно принимать критику, был особенно раздражен заявлением Шейнера, что невозможность увидеть кульминацию Венеры представляет собой более убедительное доказательство вращения этой планеты вокруг Солнца. Он указал на ошибку Шейнера в оценке размеров планеты, а также на то, что достаточно было бы наличия у Венеры лишь ничтожной собственной светимости, чтобы сделать отсутствие пересечения солнечного диска ненужным для установления, как пролегает орбита Венеры.

После этой придирки Галилей перешел к опровержению предложенного Шейнером объяснения солнечных пятен[98]98
  Bernard Dame 1966 описывает всю историю, сопутствовавшую вражде из-за солнечных пятен. См. также: Van Helden 1996. Переведенные на английский язык фрагменты трех писем к Вельзеру плюс предисловие: Drake 1957, 59.


[Закрыть]. Он прояснил, что пятна в действительности не темные; они лишь кажутся темными относительно яркого диска Солнца, но на самом деле ярче, чем поверхность полной Луны. Затем справедливо указал, что движение пятен с разными скоростями и изменением взаимного расположения однозначно свидетельствует, что они не могут быть спутниками, поскольку “всякий, кто желал бы утверждать, что пятна были скоплением множества крохотных звезд, должен был бы включить в небеса бесчисленные движения, бурные, хаотические, лишенные какой-либо регулярности”. Вместо этого Галилей утверждает, что пятна находятся на поверхности Солнца или не дальше от нее (относительно), чем находились бы облака от поверхности Земли. Как и облака, поясняет он, пятна появляются внезапно, меняют форму и неожиданно исчезают. С опорой на интуицию, развитую изучением рисования, Галилей также показал, что кажущееся сужение пятен по мере приближения к краю солнечного диска объясняется попросту перспективным сокращением, наблюдаемым, когда нечто движется по поверхности сферы (илл. 4.6). Последнее и, пожалуй, самое важное: по движению пятен Галилей сделал приблизительную оценку, что Солнцу требуется около месяца на полный оборот вокруг своей оси. Действительно, сегодня нам известно, что период вращения Солнца на экваторе составляет 24,47 дня.

Галилей также спросил мнение кардинала Карло Конти по поводу солнечных пятен, что существенно повлияло на его проблемы с католической церковью в позднейшие годы. Кардинал ответил в июле 1612 г., что ничто в Писании не поддерживает представления Аристотеля о безупречном Солнце. Относительно коперниканства в целом, однако, Конти заметил, что эта теория противоречит Писанию и что другая интерпретация библейского языка “неприемлема в отсутствие подлинной необходимости”.

Наблюдения Галилея за солнечными пятнами и их интерпретация имели принципиальное значение по двум главным причинам. Во-первых, они продемонстрировали, что небесное тело может вращаться вокруг своей оси, не замедляясь и не обгоняя облакоподобные образования. Это могло мгновенно устранить два серьезных возражения против идеи о собственном вращении Земли в коперниканской модели. Отрицатели спрашивали, как может Земля сохранять состояние вращения и почему облака (или птицы, если на то пошло) не отстают от нее. Во-вторых, опубликовав свои результаты об осевом вращении Солнца в “Рассуждении о телах, погруженных в воду” – книге, формально посвященной плавающим телам, Галилей ознаменовал первое появление объединенной теории физики земной и небесной. Такого рода объединение позднее способствует возникновению ньютоновской теории всемирного тяготения (которая сведет воедино столь разнородные явления, как падение яблок на поверхность Земли и орбитальное движение планет вокруг Солнца) и вдохновит современных ученых сформулировать “теорию всего” – схему, объединяющую все фундаментальные взаимодействия (электромагнитное, сильное и слабое ядерные и гравитационное).

Как он часто делал, Галилей использовал возможность переписки о солнечных пятнах для того, чтобы продемонстрировать собственные представления о распространении знания. В письме своему другу Паоло Гуальдо, архиепископу Падуанского собора, он сделал несколько замечаний о том, что наука не должна быть сферой исключительно ученых. Галилей пояснил, что надеется, что из его писем Вельзеру даже те, кто “уверился, что в «толстых книгах содержатся великие откровения из логики и философии и еще больше таковых в их собственных головах»”, поймут: “Подобно тому как природа дала им, как и философам, глаза, чтобы видеть ее творения, так же дала она им и разум, способный проникать в них и постигать их”. Здесь Галилей однозначно утверждает себя как представителя, по определению писателя Джона Брокмана, “третьей культуры” – прямого канала сообщения между научным миром и непосвященными. Ключевое заявление Галилея: научное знание при адекватном изложении доступно пониманию неспециалистов и, поскольку оно является принципиально важной частью человеческой культуры, буквально каждый должен стремиться его обрести.

Что замечательно, Галилей в данном случае выразил даже меньшее удивление человеческой способностью постижения космоса, чем Эйнштейн в 1936 г.: “Извечная тайна мира – это его постижимость. То, что он постижим, есть чудо”[99]99
  Einstein 1936.


[Закрыть]. Замечания Галилея о способности человека раскрывать секреты природы отразились и в его знаменитом “Письме к Бенедетто Кастелли”, когда он сказал, что не верил, “что тот же Бог, который дал нам наши чувства, разум и интеллект, захотел, чтобы мы отказались ими пользоваться”.

Сегодня мы знаем, что солнечные пятна действительно представляют собой зоны на поверхности Солнца, несколько более прохладные (с температурой около 4000 К), чем окружающая область (около 6000 К), и поэтому кажущиеся темнее. Меньшая температура обусловливается повышенной концентрацией магнитных полей, подавляющих перенос тепла посредством конвекции (движения жидкости). Солнечные пятна обычно существуют от нескольких дней до нескольких месяцев и имеют размер в широких пределах – от нескольких десятков до сотен тысяч километров в поперечнике. Циклы солнечной активности составляют около 11 лет; на протяжении цикла количество пятен сначала быстро увеличивается, затем гораздо медленнее снижается.

Письма Галилея о солнечных пятнах не только принесли ему научную победу над Христофором Шейнером в тот момент, но и привлекли к коперниканству внимание более многочисленных читателей. В 1615 г. Шейнер отправил Галилею другую свою работу, “Эллиптическое Солнце” (Sol Ellipticus), и спросил его мнение о ней, но так и не получил ответа. Сам Шейнер в конце концов опубликовал в 1630 г. впечатляющую и авторитетную книгу о солнечных пятнах, которую назвал в честь своего покровителя герцога Паоло Орсини “Роза Орсини, или Изменения Солнца согласно наблюдаемому облику его вспышек и пятен”. В этой книге Шейнер признал, что пятна находятся на солнечной поверхности, но заявил, что выводы Галилея по этому вопросу не опирались на научные соображения. К сожалению, не приходится сомневаться, что весьма высокомерные письма Галилея, пренебрежение работой Шейнера в 1615 г. и некоторые замечания, высказанные им позднее в книге “Пробирных дел мастер”, которые иезуитский астроном счел личными выпадами в свой адрес, превратили Шейнера в его непримиримого врага. Это стало лишь первой ласточкой конфликта Галилея с иезуитами, который достигнет кульминации в репрессивных мерах против ученого в 1633 г.