Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Это была поистине великая книга, имевшая огромное значение. Коперник так и не читал ее в отпечатанном виде. Ожидая ее выхода в свет, он, уже семидесятилетний старик, тяжело заболел и был частично парализован. Первая отпечатанная копия была прислана ему 23 мая 1543 г.; он видел ее, прикоснулся к ней и в ту же ночь тихо скончался.

Глава 17. Тихо Браге (1546–1601)

Революция, совершенная теорией Коперника

Коперник стремился вырваться из окружавшей его атмосферы аристотелева догматизма. В поисках любезной ему истины он сумел создать более совершенную картину Вселенной, чем та, которая существовала до него. Хотя Коперник настойчиво преследовал поставленную перед собой цель, он был миролюбив, деликатен, внимателен к другим и убедил многих в правильности своей точки зрения. После его смерти созданная им теория строения нашей планетной системы стала приобретать все большую и большую известность. Составленные им таблицы проверялись, исправлялись и издавались. Определенная Коперником продолжительность года (365 дней 5 часов 55 минут 58 секунд) была использована позднее одним из римских пап для реформы календаря, в котором до этого имелась несогласованность с временами года.

Когда около восьмидесяти лет до этого советовались с самим Коперником по поводу реформы календаря, он не решился на нее, ибо хотел сперва завершить и четко сформулировать свою теорию строения Вселенной. Новый календарь явился дополнительным и очень важным его вкладом в астрономию. Мы пользуемся до сих пор этим календарем. Схема високосных лет так хороша разработана, что будет соответствовать солнечному календарю времен года с точностью до одного дня еще 3000 лет!

Однако по мере того, как последователи Коперника стали пропагандировать новую систему не так скромно и тактично, как в свое время он сам, ее значение становилось все более явным. Она стала волновать философов, ею заинтересовались не только ученые, которых она побуждала к созданию и развитие новых идей, но и простые люди; породила она в открытую оппозицию церкви.

В течение столетия, прошедшего со дня смерти Коперника, его работа, которую он посвятил папе, стала предметом самых ожесточенных споров, какие когда-либо знало человечество. Как это могло произойти? Дело в том, что работа Коперника не только опровергала все то, что ранее казалось очевидным и принималось как нечто само собой разумеющееся, она противоречила существовавшему в течение веков мировоззрению. Коперник объявил войну (хотя сам и не отдавал себе, вероятно, в этом отчета) огромному взаимному переплетению образа мыслей и верований.

В те дни не существовало еще деления науки на отдельные области, такие, как физика, биология, физиология, психология, социология, языкознание, искусство, философия. Получая ныне образование в специализированных учебных заведениях, мы едва ли можем представить себе запутанную и тесно переплетенную картину мировоззрения времен средневековья. Ученые того времени, встречаясь друг с другом, устраивали дискуссии, несли просвещение в народ и были специалистами во всех областях, они стремились сохранить такую схему, которая была бы прочной основой всех знаний и связывала бы все науки в единую систему.

В то время считалось, что природа состоит из четырех основных элементов: земли, воздуха, огня и воды. Жидкости обладают текучестью, потому что состоят главным образом из воды; твердые тела обладают большой плотностью и прочностью, потому что состоят главным образом из земли, и т. д. Поведением людей управляют четыре «склонности»; в соответствии с тем, какая из них преобладает в человеке, он может быть сердитым, грустным, спокойным, твердым. Планетам, этим «блуждающим» по небу звездам, приписывались различные свойства, которые связывали их как с человеком, так и с четырьмя физическими элементами. Их связывали с темпераментом человека и его судьбой, а также с металлами, свойства которых считались зависящими от пропорций, в каких они содержат землю и огонь. (Например, Марс олицетворял бога войны, сердитый нрав, горячий металл.) Планеты и звезды связывали человека с божественным провидением. Система небесных сфер являлась для человека идеальной моделью Вселенной. За внешней звездной сферой находились небеса, занимавшие самое почетное место в схеме Вселенной. Посягнуть на устроенную таким образом планетную систему означало изменить все учение о природе и человеке и даже отношение человека к богу.

Но разве Коперник посягнул на планетную систему с ее движущимися сферами? Он лишь передвинул центр этой системы от Земли к Солнцу. Чтобы понять, почему это разрушало все мировоззрение в целом, посмотрим, сперва, почему существование сфер принималось как нечто не требующее доказательств.

Профессор Дингл так описывает точку зрения одного историка:

Но вскоре стало ясно, насколько огромно значение работ Коперника. Если Земля вращается, то уже нет необходимости считать, что вращается и небесная сфера, на которой закреплены звезды. Более того, звездам вовсе не надо находиться на такой сфере — они могли просто висеть в небе на любом расстоянии от Земли, и если это так, то, возможно, и на самых различных расстояниях.

Они могли находиться и в удаленной области неба. Это было потрясающим переворотом взглядов. Где же тогда должно было находиться то Небо, с которым были связаны все религиозные воззрения, где должно было находиться жилище бога и обиталище душ умерших? Через сто лет после Коперника Джордано Бруно, высказавший предположение о том, что пространство бесконечно и содержит бесчисленное множества звезд, представляющих собой солнца, находящиеся на огромных расстояниях от нашей планетной системы, за свои кощунственные взгляды был сожжен на костре как еретик.

Кроме того, Коперник лишил Землю ее привилегированного положения центра Вселенной и уравнял ее в правах с Марсом и Юпитером как планету, вращающуюся подобно им вокруг Солнца. Вся система сфер стала казаться менее сложной и менее необходимой; это совершенно изменило существовавшие ранее взгляды на то, что планеты влияют на находящуюся в центре планетной системы Землю и на судьбы населяющих ее людей.

Если теория Коперника вызвала переворот в умах ученых, то как могла воспринять ее огромная масса простых людей, когда они начали понимать ее значение? Несостоятельной оказалась не только система сфер, в которую незыблемо верили до тех пор, но под угрозой коренных изменений находилась вся система накопленных до того знаний и верований.

Труды Коперника дошли до простого народа главным образом благодаря тому влиянию, которое они оказали на астрологию. В течение многих столетий суеверный народ — почти все, от короля до нищего, — верил, что Солнце, Луна и планеты влияют на их судьбы. Судьбу человека предсказывали по его гороскопу, который составлялся на основе положения планет в момент его рождения. Считалось, что гороскоп, составленный опытным и уважаемым астрологом, может помочь королям мудро (или надежно) управлять государством и может предсказать будущее любого человека. Пока Земля рассматривалась как центр небесной системы, вокруг которого странным образом блуждают планеты, было естественно считать, что движения планет совершаются ради нас и даже могут управлять нашей судьбой. Когда же Коперник передвинул Солнце в центр планетной системы, предположив, что Земля только одна из планет, он предопределил этим падение астрологии — из советника королей и утешителя простых людей она превратилась в то, чем является и теперь, — в забавную сказку. И все же цивилизованный человек настолько доверчив, беззащитен, а быть может, и романтичен, что публикуемые и в настоящее время книги по астрологии еще находят своего читателя.

Церковь начала борьбу против системы Коперника скорее всего по двум причинам: во-первых, эта система противоречила учению церкви в области астрономии и философии и, во-вторых, утверждение новой системы ставило под вопрос, вернее, даже отрицало авторитет и традиции системы Птолемея. Бунтари, борцы за новые идеи, которым доставляет удовольствие опровергать то, что уже существует, редко находят поддержку. В те дни церковь ревностно оберегала свою власть и настаивала на беспрекословном подчинении. Всякий, кто подвергал сомнению авторитет церкви или не соглашался с ее учением, рисковал жизнью и, по мнению церкви, своей душой. Таких людей в те времена было немного. Это были мученики науки. Проповедующий новую теорию ученый мог быть безопасным для церкви; однако тот, кто настаивал на истинности этой теории, оказывался уже бунтовщиком. А кто ниспровергает что-то, может восстать и по другому поводу, кто настойчиво спорит, отстаивая свою точку зрения, способен восстать и против церкви или государства (против любого авторитета). Это уже было опасно. Не прошло и ста лет, как книга Коперника «Об обращениях небесных сфер» была внесена в список запрещенных церковью книг (в этом списке она оставалась 200 лет, разрешена она была, т. е. вычеркнута из списка, лишь в 1830 г.).

В то бурное для астрономии время появился Тихо Браге, великий наблюдатель звездного неба, чьи поразительно точные измерения послужили основой для открытий Кеплера и последующих объяснений Ньютона. Галилей был современником Кеплера и подвергался тяжелым гонениям. По прошествии нескольких веков взгляды Коперника стали казаться безопасными. Как отмечает Лодж[36], подобная трансформация происходит систематически, из столетия в столетие. В начале XIX века геологов яростно осуждали как нечестивых критиков истории сотворения мира по Библии. По прошествии нескольких десятилетий геологию оставили в покое и осуждению и запрету подверглась теория эволюции — это гонение, пожалуй, продолжается в известной степени и поныне.

Каждая эпоха имеет группу, а иногда и несколько групп ученых-мятежников, которых преследуют и осуждают, а затем по прошествии некоторого времени начинают считать безвредными. Некоторые из таких людей просто чудаки, другие же — мудрые пророки, определяющие характер развития человечества и знаний, люди, которые намного опережают свое время.

Тихо Браге

Тихо Браге был старшим сыном в благородной датской семье, «настолько благородной и невежественной, насколько могли ее такою сделать шестнадцать полей ее герба». Единственными достойными занятиями для настоящих аристократов считались охота и война; хотя чтение книг в то время стало уже входить в моду, считалось, однако, что этим должны заниматься только монахи, что наука бесполезна и, пожалуй, сродни колдовству. Тихо, вероятно, воспитали бы в соответствующем духе и он стал бы военным, если бы его не усыновил дядя, человек, значительно более образованный, нежели родители Тихо. Родители неохотно согласились отдать сына и отдали только тогда, когда родился второй сын. Дядя дал Тихо хорошее образование. С семи лет Тихо начал изучать латинский язык; его родители возражали, но дядя убедил их, что это поможет Тихо при изучении права. В возрасте 13 лет Тихо поступил в университет, чтобы изучать философию и право; там внезапно он заинтересовался астрономией. Произошло это случайно. Астрономы предсказывали затмение Солнца. Когда оно действительно произошло в указанное время, Тихо был поражен и восхищен наукой, которая способна совершать такие чудеса — делать столь точные предсказания. Он продолжал изучать право, но сердце его было уже отдано астрономии. На свои карманные деньги он купил астрономические таблицы и латинский перевод «Альмагеста» Птолемея, чтобы серьезно заняться изучением астрономии. Спустя три года дядя послал его в сопровождении наставника за границу, чтобы он мог, путешествуя, ознакомиться с обучением праву в германских университетах. Но и там Тихо продолжал втайне заниматься астрономией. Большую часть ночи он проводил, наблюдал звезды и используя небесный глобус размером не больше кулака. На все деньги, которые ему удавалось получать от своего наставника, он покупал приборы и книги, не говоря, на что они ему нужны. Вскоре он обнаружил, что таблицы положений планет неточны. Таблицы Птолемея отличались от таблиц Коперника: и те и другие не соответствовали действительности. Ему было всего 16 лет, но он понял то, чего до него не удалось понять профессиональным астрономам Европы, — для утверждения той или иной астрономической теории прежде всего необходим длинный ряд точных наблюдений. На основе немногочисленных и носящих случайный характер наблюдений над движениями планет нельзя было решить, какая из систем небесных тел правильна. Всю дальнейшую жизнь Тихо Браге посвятил выполнению этой задачи.

Когда ему было 17 лет, он наблюдал интересное событие — сопряжение Юпитера и Сатурна. Две планеты находятся в сопряжении, когда одновременно пересекают одну и ту же небесную долготу, находясь как бы близко друг к другу. Такое странное «сближение» планет можно было предсказать с помощью таблиц Птолемея или Коперника. Суеверные люди видели в подобных событиях знамение и верили, что оно приносит удачу или беду. Молодой энтузиаст Тихо Браге наблюдал сопряжение Юпитера и Сатурна и сравнил отмеченное им время этого события с предсказаниями таблиц. Оказалось, что расхождение с таблицами Птолемея (после их пересмотра Альфонсом) равнялось одному месяцу[37], а с таблицами Коперника — нескольким дням. Тогда Тихо решил посвятить свою жизнь составлению более совершенных таблиц и выполнил эту задачу более чем успешно. Он стал одним из самых искусных наблюдателей. Но несмотря на аристократическое происхождение и образование, он был суеверен и свято верил в оккультные силы и влияние движения светил на судьбу человека. Он верил, что именно предсказанное сближение планет вызвало Страшную чуму, пронесшуюся спустя некоторое время по Европе.

Тихо начал проводить свои наблюдения с простым прибором: парой планок, соединенных наподобие циркуля, одна ножка которого указывала на планету, а другая на неподвижную звезду. Он измерял угловое расстояние с помощью нарисованного на бумаге круга с делениями (фиг. 61), положение планеты он часто определял на глаз, когда она образовывала прямоугольный треугольник с двумя известными ему звездами. Вскоре он стал использовать рейку с ползунком, на концах которого имелись мушки.

Фиг. 61. Первые приборы Тихо Браге.

Наблюдатель, глядя через прицел на конце рейки, наводил мушку на звезды и таким образом измерял угол между ними. Браге обнаружил, что прибор проградуирован неточно, и тщательно составил таблицу поправок, дающую ошибки для каждого участка шкалы — точный метод, которым он пользовался потом всю жизнь. Так поступают хорошие экспериментаторы: чтобы увеличить точность своих измерений, они не пытаются сконструировать «идеальный прибор», они пользуются надежным и чувствительным прибором, который градуируют соответствующим образом. Затем составляют таблицу поправок, которой и пользуются при измерениях.

Угроза войны заставила Тихо Браге возвратиться домой. Его дядя умер, а остальная семья встретила его холодно. Его порицали за то, что он оставил изучение права, и с презрением отнеслись к его увлечению астрономией. Разочарованный, Тихо покинул Данию и уехал в Германию, чтобы там продолжать свои исследования. Во время путешествия он приобрел друзей среди богатых астрономов-любителей в Аугсбурге. Он убедил их в необходимости проведения очень точных измерений, и они совместно сконструировали огромный квадрант для измерения положений звезд и планет (фиг. 62).

Фиг. 62. Первый квадрант Тихо Браге (построен совместно с друзьями).

_{Эта иллюстрация, как и последующие, взята из составленного самим Тихо Браге описания его приборов и его научных трудов}

[36] Я должен выразить свою признательность и восхищение Оливеру Лоджу, который первым продемонстрировал в своей книге «Пионеры науки» (Pioneers of Science, London, 1893), как история астрономии помогает понять историю физики. В последующих главах я заимствую из его книги некоторые общие идеи, а во многих местах отдельные выражения и целые абзацы. Я признателен ему и его предшественникам, к которым он в свою очередь обращался. Современные историки науки совершенно правильно удалили из его книги некоторые ошибочные данные, стремясь получить более объективное и всеобъемлющее описание исторических фактов, где было бы поменьше преклонения перед отдельными личностями] но эта книга — труд физика и человека с большим кругозором.

[37] Может показаться, что для предсказания даты встречи планет ошибка в месяц очень велика; однако эти таблицы были составлены Птолемеем четырнадцать столетий назад. Один месяц за 1400 лет — ошибка весьма малая, и это делает честь системе Птолемея, которая хотя и неуклюже, но довольно точно предсказывала такие события.