Текст книги "Краткая история Вселенной"

Мир по Птолемею

Систему Аристотеля принял за основу и усовершенствовал астроном из Александрии Клавдий Птолемей (90–160 гг. н. э.). Александрия, хотя и находилась в Египте, была в то время научным центром культуры античной Греции – Эллады. Там проходили научные симпозиумы, на которых представители разных школ и направлений спорили в поисках истины. Именно в Александрии после одной из дискуссий между философами (греческими учеными) и книжниками (еврейскими учеными) последними была переведена на греческий язык древнейшая часть Библии – Пятикнижие. В знаменитой Александрийской библиотеке мечтал поработать каждый ученый того времени.

Птолемей

Клавдий Птолемей, изучив положения Пифагора, Платона и Аристотеля, разработал свою систему мира. Как и системы предшественников, его система оставалась геоцентрической. Но Птолемей внес новые положения: он утверждал, что планеты не закреплены на твердых прозрачных аристотелевых сферах, а вращаются вокруг Земли по своим орбитам. Кроме того, каждая планета, совершая круговые движения относительно Земли, одновременно вращается вокруг невидимого центра на своей орбите. Если это так, то становится понятно, почему планеты описывают загадочные петли на небосводе.

Предложив свою систему движения планет, Птолемей разрушил «хрустальные планетные небеса» Аристотеля. А заодно он убрал, за ненадобностью, дополнительные аристотелевы сферы, не несущие планет. Эта система сложнее, чем у Аристотеля, но, во-первых, она выглядит уже более естественной (на взгляд грамотного человека ХХI столетия). Во-вторых, расчеты по ней дают более точное описание движения планет, предсказание солнечных и лунных затмений.

Модель мира по Птолемею

Система Птолемея оказалась настолько точной, что при всей своей сложности была принята многими астрономами мира. Более того, Птолемееву картину мира приняли и признали истинной ученые богословы христианской церкви. Расчеты движения небесных тел по системе Птолемея велись учеными на протяжении почти полутора тысяч лет. Система казалась настолько совершенной, всеобъемлющей и незыблемой, что поэты слагали о ней стихи и песни. Данте Алигьери обессмертил ее в «Божественной комедии», а живописец Сандро Ботичелли запечатлел на иллюстрации к книге Данте.

Система Птолемея описана им в его знаменитой работе «Математический трактат по астрономии в 13 книгах». Для краткости греческие ученые стали называть ее «Мегале синтаксеос» («Великое построение») и просто «Мегистэ» («Величайшее»). Позже арабские астрономы дали ей название «Альмагест», под которым она переиздается до сих пор.

Для астрономических расчетов Клавдий Птолемей использовал древнеегипетский календарь с фиксированной длиной года в 365 дней.

Предтечи Коперника в античном мире

Первым таким античным «Коперником» был в III веке до Р.Х. грек Аристарх Самосский, тот самый, что измерял размер Луны и расстояние до нее. Вычисления Аристарха показали, что Солнце в 19 раз дальше от Земли, чем Луна, и по объему оно в 343 раза больше Земли. Отсюда Аристарх сделал вывод, что не Земля, а именно Солнце как самое большое тело должно находиться в центре мира. И понадобилось еще почти 300 лет, чтобы идея гелиоцентризма (да и то в урезанном виде) посетила другого «Коперника» античной эпохи…

Имя великого ученого Древней Греции Архимеда (59 г. до Р.Х. – 17 г. от Р.Х.) знают даже те, кто больше ничего о нем не знает. Архимед оставил после себя не только знаменитый закон о теле, погруженном в воду, и анекдот о том, как он, открыв этот закон, с торжествующим криком «Эврика!» выскочил из бани, забыв завернуться в простыню. Архимед обессмертил свое имя в физике, математике, оборонной технике. Но только в 1970—1980-х годах стало известно, что он разработал свою модель мира. Оказывается, Архимед, живший за полтора века до Птолемея, в своем миропредставлении шагнул вперед на полторы тысячи лет!

Система мира по Архимеду получила название гео-гелиоцентрической. Напомним, что до него все системы были геоцентрическими. Отличие модели Архимеда состоит в том, что согласно ей планеты Меркурий, Венера и Марс вращаются вокруг Солнца. А Солнце вместе со своим окружением, в свою очередь, вращается вокруг Земли. Вокруг Земли вращаются также Юпитер и Сатурн. Модель Архимеда отличается еще и тем, что расстояния от Солнца до Меркурия, Венеры и Марса, выраженные в расстояниях от Земли до Солнца, практически совпадают с современными значениями. Другое дело, что само расстояние от Земли до Солнца у Архимеда много меньше истинного. Но ведь до появления первых телескопов оставалось еще полторы тысячи лет!..

Архимед

Однако Архимед не только предложил свою теоретическую модель мира. Он изготовил эту модель в металле и сделал ее части подвижными. Механический планетарий стал сенсацией века. Вот впечатление очевидца, современника Архимеда: «…Такая сфера, на которой были бы представлены движения Солнца, Луны и пяти звезд, называемых странствующими и блуждающими (т. е. планет. – Авт.), не могла быть создана в виде сплошного тела; изобретение Архимеда изумительно именно тем, что он придумал, каким образом при несходных движениях, во время одного оборота сохранить неодинаковые и различные пути.

Модель мира по Архимеду

Когда Галл приводил эту сферу в движение, происходило так, что на этом шаре из бронзы Луна сменяла Солнце в течение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе, вследствие чего и на небе сферы происходило такое же затмение Солнца, и Луна вступала в ту же межу, где была тень Земли…» (Цицерон, «Диалоги»).

«Пусть не входит никто, не знающий геометрии»

Прозрение Аристарха оказалось слишком преждевременным. Система Архимеда пребывала в неизвестности почти две тысячи лет. А настоящий Коперник появился только через 1700 лет после Аристарха.

Николай Коперник (1473–1543), поляк из города Торунь, был священником, астрономом, воином, инженером и врачом – то есть философом в том смысле слова, как понимал его Пифагор. Наблюдая движение небесных тел и производя астрономические вычисления, он пришел к выводу, что система Птолемея ошибочна. В действительности Земля и все планеты вращаются вокруг своих осей и обращаются вокруг Солнца, а неподвижные звезды не имеют никакого отношения к Солнечной системе. Расчеты движения планет по системе Коперника были так же точны, как и по Птолемею, но считать стало намного проще – ведь все «вторичные орбиты» планет оказались ненужными. Коперник оказался также первым, кто установил относительные расстояния от планет до Солнца, приняв за единицу величину, которая сейчас называется астрономической единицей – расстояние от Земли до Солнца.

Николай Коперник за математическими расчетами

Язык книги Коперника, в соответствии с духом времени, изысканно образен: «В середине всего находится Солнце. Действительно, где еще в таком великолепнейшем храме можно было бы иначе и более удачно поместить этот светильник, как не в том месте, откуда он может освещать одновременно все? Ведь Солнце и впрямь, как бы восседая на царском троне, правит обращающейся вокруг него семьей планет…»

Модель мира по представлениям Николая Коперника

Правда, напечатать книгу о своей системе Коперник решился не сразу. Дело в том, что астрономия, как и другие науки, находилась в то время под строгим контролем католической церкви, которая в большинстве стран Европы имела сильное влияние на все стороны жизни. И даже когда книга была издана, ученое окружение папы Римского не сразу сообразило, что польский каноник (член церковного совета) фактически отменил систему Птолемея, которую Ватикан считал единственно верной.

«Земля и другие планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца» – доказывал Николай Коперник

Автор предисловия к шеститомной книге Коперника «Об обращениях небесных сфер»^* редактор издания Андрей Осиандер представил дело так, что гелиоцентрическая система создана всего лишь для упрощения астрономических вычислений. Такая трактовка умаляла ценность теории Коперника, но… спасла книгу от инквизиции. И поэтому несколько десятков лет учение Коперника свободно распространялось по Европе. А когда папское окружение спохватилось, было уже поздно: гелиоцентризм завоевал мир. Тем не менее учение Коперника было в католических странах запрещено до 1836 года. Еще позже, в 1854 г., книга Коперника вышла с его собственным предисловием, которое Осиандер в свое время заменил своим.

Научный подвиг Николая Коперника стал предметом гордости его родной Польши, Славянского мира и всей просвещенной Европы. На памятнике великому астроному в городе Торуни выбиты слова: «Остановивший Солнце и сдвинувший Землю».

Джордано Бруно

В ночь на 17 февраля 1600 года в Риме зазвонил колокол, возвещая об утренней казни. В капелле шла панихида за упокой души еще живого человека. После отпевания на площадь Цветов двинулась мрачная процессия. Монахи в черных капюшонах с прорезями для глаз сопровождали к месту казни приговоренного к сожжению на костре. Он шел, еле передвигая ноги. Это был Джордано Бруно…

Много лет Дж. Бруно вел образ жизни бродячего монаха

Итальянский ученый богослов, философ и поэт, монах-доминиканец Джордано Бруно (1548–1600 гг.) был чрезвычайно талантливым человеком. Он мог запомнить слово в слово любой текст после первого прочтения, знал наизусть целые разделы из Библии и книг античных философов. Противник геоцентризма и единомышленник Коперника, он пропагандировал и яростно защищал его гелиоцентрическую систему. По воспоминанию современника, Бруно «пятнадцать раз заставлял краснеть оппонента, выдвинутого академией для этого важного диспута».

Джордано Бруно отстаивал не только систему Коперника, но был уверен, что в Солнечной системе могут быть и другие планеты, пока не открытые астрономами. Он утверждал также, что и планеты Солнечной системы, и само Солнце – лишь небольшая часть бесконечной Вселенной. «…Нужно принять, что существуют еще бесчисленные солнца, из которых многие для нас заметны в виде маленьких тел; но некоторые могут нам казаться меньшими звездами, хотя на самом деле они гораздо больше тех, которые кажутся нам чрезвычайно крупными… Вокруг этих солнц могут вращаться земли, имеющие большие или меньшие массы, чем наша земля» – писал он в своих сочинениях. Развивая свою мысль, он предполагал, что многие другие миры могут быть населены существами, подобными людям Земли. Сама идея множественности миров не преследовалась католической церковью, видевшей в этом подтверждение всемогущества Бога. Но утверждение, что обитатели иных миров подобны человеку, «венцу Творения», считалось ересью, равно как и система Коперника.

В течение многих лет Бруно, зная, что находится «под колпаком» римской инквизиции, вел образ жизни бродячего монаха. Он подолгу жил в Германии, Англии, Франции, Чехии, всюду пропагандируя свои научные взгляды на мир. Некоторые его предположения созвучны современным представлениям физиков. Например, он считал, что пространство есть необходимое условие существования материи. Утверждал, предвосхищая теорию относительности, что «время течет иначе на тех телах, которые движутся быстрее».

В Европе понемногу ослабевало влияние католической церкви, и Бруно, надеясь, что свобода мысли восторжествует и в Италии, вернулся на родину. Но вскоре по доносу венецианского аристократа философ был арестован и отдан под суд инквизиции. Вместо обычных двух-трех лет его держали в предварительном заключении восемь лет. Подвергали жестоким пыткам. Требовали покаяться в грехах и отречься от своих еретических заблуждений. Бруно признал, что на нем есть прегрешения: он нерегулярно посещал церковь, и его поведение в миру не всегда было истинно монашеским… Но от своего мировоззрения он не отрекался и стоял на своем до конца. До того самого дня 17 февраля 1600 года…

Казнь Джордано Бруно

А наутро после казни Бруно в Италии произошло землетрясение от извержения вулкана Везувия. На рыночной площади в Риме сорвались с привязей могучие быки, посеяв вокруг панику. Число человеческих жертв исчислялось сотнями. Жители Рима восприняли эти события как небесную кару за казнь ученого.

В 1889 году на месте казни был установлен памятник с надписью: «Джордано Бруно от века, который он предвидел».

«Небожитель» с квадрантом и шпагой

Далеко не сразу система Коперника нашла признание у его коллег астрономов. Видимо, не так просто было усвоить, что Земля – не центр Вселенной. Поэтому было разработано еще несколько вариантов гео-гелиоцентрической модели мира. Среди авторов таких построений самым крупным ученым был датчанин Тихо Браге (1546–1601), потомственный дворянин и королевский астроном.

«Я полагаю, что старое Птолемеево расположение небесных сфер было недостаточно изящным… Но я не одобряю также нововведений, предложенных Коперником… Эта грубая масса Земли, так мало приспособленная к движению, не может, подобно небесным телам, перемещаться и двигаться. К тому же и Святое Писание не дает оснований принять это учение… По моему мнению, небесные движения совершаются таким образом, что Солнце, Луна и сфера неподвижных звезд, замыкающая всю Вселенную, имеют центром Землю. Пять планет обращаются вокруг Солнца, как вокруг своего вождя и короля, а Солнце непрерывно пребывает среди этих небесных тел и в сопровождении их осуществляет свое годичное движение вокруг Земли» – писал он в книге «О недавних явлениях в эфирной области».

Тихо Браге

Однако приверженность Тихо Браге к устаревшей модели мира совсем не означает, что он избегал новых знаний о небе. Совсем напротив! Создатели моделей мироздания от Пифагора до Коперника описывали орбиты всех небесных тел как окружности. Тихо Браге, наблюдая за движением комет, обнаружил, что орбиты большинства из них далеко не круговые, а сильно вытянутые, то есть эллиптические. Более того: если некоторые прежние астрономы утверждали, что кометы перемещаются в земной атмосфере или по орбитам между Землей и Луной, то Тихо Браге доказал, что кометы являются такими же небесными телами, как Луна и другие планеты. Кроме того, Тихо Браге составил звездный каталог, в котором насчитывалось 788 звезд. Он измерял положения Марса около 20 лет, в течение которых красная планета сделала 10 оборотов вокруг Солнца.

Гео-гелиоцентрическая модель мира Тихо Браге

Тихо Браге с полным основанием можно назвать небожителем – ведь он большую часть жизни проводил в «Небесном замке». Так переводится на русский язык название обсерватории Ураниборг. Обсерватория была оснащена великолепными астрономическими инструментами. Для хранения своих квадрантов и армиллярных сфер Тихо Браге оборудовал специальный подвал в новой обсерватории Стьернеборг – Звездный замок.

Инструменты Ураниборга отличались высокой точностью измерений. Чем определяется точность измерения? Попробуйте измерить длину и ширину вашего стола. Сначала проведите измерения линейкой длиной в 15–20 сантиметров. Потом возьмите рулетку, длина которой может быть от 3 до 10 метров. Сравните результаты измерений – и вы убедитесь: чем больше размеры инструмента, тем точнее измерения. Квадранты Тихо Браге имели радиусы в 42, 64, 167 и 194 см, секстант – радиус 155 см, диаметр кольца «экваториальной армиллы» – 350 см. Небесный глобус из латуни имел диаметр 149 см. Сохранилась гравюра, где изображен сам астроном, работающий на шестиметровом стенном квадранте!

Обсерватория Тихо Браге

Благодаря прекрасному оборудованию Тихо Браге удалось повысить точность небесных измерений в 50 раз. Для «дотелескопической» астрономии это была предельно достижимая точность. Но чтобы добиться таких результатов, нужен был и особый характер астронома. Тихо Браге был чрезвычайно педантичен и требователен к сотрудникам. Работал он не зная усталости. В наше время таких людей называют трудоголиками. Отстаивая в научных дискуссиях истину, Тихо Браге умел действовать не только логикой, но и шпагой, считая этот аргумент наиболее убедительным. Напоминанием об одной такой дискуссии был для астронома самодельный протез носа и многочисленные шрамы…

«Колумб небесной сферы»

Великий немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571–1630) – коллега, ученик и последователь Тихо Браге. Кеплер пришел к выводу, что орбиты планет не являются, строго говоря, окружностями. Все планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Земля тоже описывает эллипс. В отличие от окружности, имеющей один центр, у эллипса вместо него два фокуса. В одном из фокусов каждой планетной орбиты находится Солнце. В этом и заключается первый закон Кеплера. Второй закон говорит о том, что скорость планеты тем больше, чем ближе к Солнцу она проходит. В третьем законе установлена строгая математическая зависимость периода обращения планет от расстояния до Солнца.

Иоганн Кеплер

Кеплер, как и многие его коллеги и современники, в своей работе не ограничивался астрономическими наблюдениями и вычислениями. К этому времени в Нидерландах и некоторых европейских странах стали появляться первые оптические инструменты для наблюдения удаленных предметов, так называемые «перспективы» (слово «телескоп» было введено в употребление позже). Это был серьезный научный и технологический прорыв. Но создавались эти приборы чисто опытным путем, как говорится, «методом тыка». Кеплер первым дал строгое математическое обоснование телескопов. Для этого ему пришлось вторгнуться в, казалось бы, далекую от астрономии область знаний – анатомию человека. Его интересовал орган зрения – глаз. Кеплер рассматривал глаз как оптический прибор. Именно с этих позиций он сделал подробное описание анатомического строения глаза и действия очковых линз. В книге Кеплера «Диоптрика, или доказательство того, как становится видимым изображение с помощью недавно изобретенной зрительной трубы» приводится схема предлагаемого им телескопа из двух двояковыпуклых линз. Иоганн Кеплер был, наверное, последним в Европе астрономом, работавшим без телескопа.

Астрономия того времени (наши современные ученые называют его эпохой гигантов) сводилась фактически к астрометрии – измерению угловых расстояний на небесной сфере. Надо отдать должное мастеровым людям, которые делали угломерные инструменты – квадранты. Их приборы отличались большой точностью и тщательностью отделки. Для их изготовления использовались бронза, латунь, ценные сорта дерева. Большая точность измерений требовала и больших размеров инструментов. Все это обходилось очень дорого, но ученые-подвижники отказывали себе во всем ради возможности добывать научную истину.

Первый закон И. Кеплера

Кеплер был истинным подвижником. Преследуемый религиозными фанатиками, он переезжал из страны в страну. За 20 лет работы в императорской обсерватории получил одно-единственное годовое жалованье. Испытывая неимоверные трудности из-за дефекта зрения (Кеплер страдал близорукостью), проводил точнейшие измерения. Основные труды Кеплера – «Гармония мира» и «Очерки коперниканской астрономии». Книга «Очерки…» стала фактически новым учебником астрономии.

Второй закон И. Кеплера

Девизом Кеплера были слова: «Бездеятельность – смерть для философии: так будем же жить и трудиться». И он трудился, не зная предела своим возможностям. «Всю жизнь свою занимавшийся математической астрономией, он то и дело сочиняет стихи, а под старость пишет астрономический роман о жителях Луны с целью распространить астрономические понятия в народной массе… Он интересуется всем… Увидев измерение винных бочек, он пишет целый трактат по чистой геометрии; узнав об изобретении логарифмов, он тотчас же обрабатывает их теорию и составляет таблицы… Он не искал от людей ни почестей, ни похвал, – писал о Кеплере его биограф Е. А. Предтеченский. – По словам Брюстера, его поиски на небе имеют большое сходство с поисками Колумба на Земле».

«Однако ж прав упрямый Галилей»

 
Движенья нет, сказал мудрец брадатый,
Другой смолчал и стал пред ним ходить.
Сильнее бы не мог он возразить;
Хвалили все ответ замысловатый.
Но, господа, забавный случай сей
Другой пример на память мне приводит:
Ведь каждый день пред нами солнце ходит,
Однако ж прав упрямый Галилей.
 

А. С. Пушкин

Казнь Джордано Бруно не остановила дальнейшее развитие учения о гелиоцентрической системе и множественности миров. В Италии убежденным сторонником Коперника был астроном и физик Галилео Галилей (1564–1642 гг.), профессор математики и астрономии Пизанского, а позже – Падуанского и Флорентийского университетов. В отличие от своих предшественников, Галилей располагал прекрасным оптическим прибором для изучения небесных тел – телескопом. В то время он назывался «перспективой».

Галилео Галилей

Как писал Галилей, он приступил к изготовлению телескопа, узнав, что «какой-то нидерландец построил перспективу». Сначала приближение было небольшим. «Наконец, не щадя ни труда, ни издержек, я построил прибор до такой степени превосходный, что при его помощи предметы казались… более чем в тридцать раз ближе…»

Луна в рисунках Галилео Галилея

Благодаря применению телескопа Галилей увидел на небе наглядные доказательства правоты Коперника и Бруно. Галилею открылось множество звезд Млечного Пути, которых не было видно простым глазом. Луна оказалась не эфирным светилом или гладким шаром, а планетой, покрытой горами и равнинами, как и Земля. Венера предстала ярким серпом, как лунный полумесяц. Сатурн оказался планетой совсем не круглой формы – такой эффект создавало кольцо, недостаточно различимое в телескоп. Но самыми интересными оказались наблюдения Юпитера. В телескоп эта яркая планета выглядела довольно большим кружком, рядом с которым находились четыре звездочки. Последующие наблюдения показали, что эти звездочки постоянно сопровождают Юпитер и обращаются вокруг него. Галилей определил, что это спутники Юпитера, подобно тому, как Луна – спутник Земли.

Открытие спутников Юпитера наносило еще один удар по старой доктрине, которая утверждала, что Земля – единственный центр вращения небесных тел. Одновременно оно служило веским аргументом в пользу системы Коперника. Ведь если вокруг движущегося Юпитера вращаются четыре луны, не отставая от него, то и движение Земли не мешает обращению Луны. Но многие коллеги Галилея, видные профессора, не признавали открытые им спутники. Даже глядя в телескоп, они утверждали, что никаких лун у Юпитера нет. А некоторые просто отказывались смотреть в телескоп, чтобы не вносить себе в душу сомнения в правоте системы Птолемея… Однако четыре астронома – Христофор Клавий, Христофор Гринбергер, Одо Малькот и Джованни Паоло Лембо подписали официальный документ, в котором подтвердили: и невиданные ранее звезды, и фазы Венеры, и неровности поверхности Луны, и странная форма Сатурна, и «четыре подвижных звезды около Юпитера» – все это действительно видно в зрительную трубу.

Пятна на Солнце, обнаруженные Галилеем

Обладая телескопом, Галилей не мог обойти вниманием Солнце. Обнаруженные на Солнце пятна перемещаются по его диску. Значит, Солнце вращается вокруг своей оси, как Земля, о чем говорил и Бруно? В это же время обнаружил солнечные пятна и другой астроном – иезуит Христофор Шейнер, который объяснил их появление некими малыми телами, обращающимися вокруг Солнца. В споре с ним Галилей доказал свою правоту и приоритет, чем и подписал себе приговор. Иезуиты не простили этого нищему профессору. Вскоре Галилей смог ощутить неблагосклонность могущественного ордена…

Галилей, помня о судьбе Бруно, не спешил вступать в новые споры с учеными представителями церкви. Он понимал, что лучший способ распространения знаний о небесных телах – сделать наблюдения массовыми. В доме Галилея стали собираться по ночам сначала друзья, потом знакомые, а позже и совершенно неизвестные ему любознательные сограждане. Всем хотелось посмотреть на Луну вблизи, увидеть на ней темные области, которые Галилей назвал морями и океанами, и горные цепи с вершинами, о высоте которых Галилей уверенно судил по длине тени.

Слухи о ночных сборищах дошли до инквизиции. К тому же в 1610 году вышла книга Галилея «Звездный вестник», в которой автор поддерживал учение Коперника. Папское окружение забеспокоилось. Совсем недавно сожгли Бруно, а система Коперника находит все новых сторонников. Причем распространяет ее уже не бродячий монах, а знаменитый ученый. На Галилея пытались оказывать давление, говорили, что он заблуждается. Но когда он предлагал своим оппонентам посмотреть в телескоп и убедиться самим в правоте науки, отцы-инквизиторы отказывались.

В 1632 году вышла книга Галилея «Разговор о двух системах». Автора привлекли к суду. Шантажом и угрозами старика вынудили покаяться и запретили вести разговоры о движении Земли. Остаток жизни ученый провел под надзором инквизиции, тайно работая над новым сочинением. Душой и разумом он остался верен науке.