ОТ КОПЕРНИКА ДО НЬЮТОНА
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186
24 мая (ст. ст.) 1543 г. тяжелая, гнетущая весть разнеслась среди жителей Фромборка — рыбачьего городка в устье Вислы, на севере Польши. Эта весть быстро распространилась по окрестным деревням и всей области и вызвала скорбь простых людей — крестьян, рыбаков, ремесленников: после долгой болезни скончался Николай Коперник.
Простые люди Вармии (так называлась самостоятельная церковная область в Польше, центром которой был Фромборк) знали, что доктор Коперник, самый образованный человек во всем государстве, всегда был их другом и защитником. Замечательный врач, он безвозмездно лечил бедняков и днем и ночью готов был спешить на помощь больному. Все знали, что, участвуя в управлении областью, Коперник защищал права простых людей. Многие помнили страшное время, когда наглые захватчики — тевтонские псы-рыцари — напали на страну. И тогда миролюбивый ученый, доктор Коперник, страстный патриот, возглавил оборону одного из городов.
Коперника знали не только его земляки и соотечественники, но и передовые ученые многих стран. Известие о его смерти было и для них тяжелым ударом. И только другая весть, пришедшая вслед за первой, смягчила тяжесть утраты: стало известно, что Коперник успел закончить и напечатать свою бессмертную книгу «О вращении небесных сфер». В этой книге он доказал, что Вселенная устроена совсем не так, как много веков утверждала религия.
Во всех странах почти полтора тысячелетия владело умами людей ложное учение Птолемея, который утверждал, что Земля неподвижно покоится в центре Вселенной. Последователи Птолемея в угоду церкви придумывали все новые «разъяснения» и «доказательства» движения планет вокруг Земли, чтобы охранить «истинность» и «святость» его ложного учения. Но от этого система Птолемея становилась еще более надуманной и искусственной.
Задолго до Птолемея греческий ученый Аристарх утверждал, что Земля движется вокруг Солнца. Позже, в средние века, передовые ученые разделяли точку зрения Аристарха о строении мира и отвергали ложное учение Птолемея. Незадолго до Коперника великие итальянские ученые Николай Кузанский и Леонардо да Винчи утверждали, что Земля движется, что она вовсе не находится в центре Вселенной и не занимает в ней исключительного положения.
Почему же, несмотря на это, система Птолемея продолжала господствовать? Потому, что она опиралась на всесильную церковную власть, которая подавляла свободную мысль, мешала развитию науки. Кроме того, ученые, отвергавшие учение Птолемея и высказывавшие правильные взгляды на устройство Вселенной, не могли еще их убедительно обосновать.
Это удалось сделать только Николаю Копернику. После тридцати лет упорнейшего труда, долгих размышлений и сложных математических расчетов он показал, что Земля — только одна из планет, а все планеты обращаются вокруг Солнца.
Своей книгой он бросил вызов церковным авторитетам, разоблачая их полное невежество в вопросах устройства Вселенной.
Коперник не дожил до того времени, когда его книга распространилась по всему свету, открывая людям правду о Вселенной. Он был при смерти, когда друзья принесли и вложили в его холодеющие руки первый экземпляр книги, отпечатанной в Нюрнберге, далеком городе на чужбине (тогда книгопечатание только входило в обиход и лишь в немногих городах Западной Европы были типографии).
Коперник родился в 1473 г. в польском городе Торуни. Он жил в трудное время, когда Польша и ее сосед — Русское государство — продолжали вековую борьбу с захватчиками — тевтонскими рыцарями и татаро-монголами, стремившимися поработить славянские народы.
Коперник рано лишился родителей. Его воспитал дядя по матери Лукаш Ватцельроде — выдающийся общественно-политический деятель того времени.
Жажда знаний владела Коперником с детства. Сначала он учился у себя на родине. Потом продолжал образование в итальянских университетах. Конечно, астрономия там излагалась по Птолемею, но Коперник тщательно изучал и все сохранившиеся труды великих математиков и астрономов древности. У него уже тогда возникли мысли о правоте догадок "Аристарха, о ложности системы Птолемея. Но не одной астрономией занимался Коперник. Он изучал философию, право, медицину и вернулся на родину всесторонне образованным для своего времени человеком.
По возвращении из Италии Коперник поселился в Вармии — сначала в г. Лидцбарке, потом в Фромборке. Деятельность его была необычайно разнообразна. Он принимал самое активное участие в управлении областью: ведал ее финансовыми, хозяйственными и другими делами. В то же время Коперник неустанно размышлял над истинным устройством солнечной системы и постепенно пришел к своему великому открытию.
Что же заключает в себе книга Коперника «О вращении небесных сфер» и почему она нанесла такой сокрушительный удар по системе Птолемея, которая со всеми своими изъянами и «заплатами» держалась четырнадцать веков под покровительством всесильной в ту эпоху церковной власти? В этой книге Николай Коперник утверждал, что Земля и другие планеты — спутники Солнца. Он показал, что именно движением Земли вокруг Солнца и ее суточным вращением вокруг своей оси объясняется видимое движение Солнца, странная запутанность в движении планет и видимое вращение небесного свода.
Гениально просто Коперник объяснял, что мы воспринимаем движение далеких небесных тел так же, как и перемещение различных предметов на Земле, когда сами находимся в движении.
Мы скользим в лодке по спокойно текущей реке, и нам кажется, что лодка и мы в ней неподвижны, а берега «плывут» в обратном направлении. На поезде мы обогнали идущего пешехода, а нам кажется, что пешеход движется в обратном направлении. Точно так же нам только кажется, что Солнце движется вокруг Земли. А на самом деле Земля со всем, что на ней находится, движется вокруг Солнца и в течение года совершает полный оборот по своей орбите.
И точно так же, когда Земля в своем движении вокруг Солнца обгоняет другую планету, нам кажется, что планета движется назад, списывая петлю на небе. В действительности планеты движутся вокруг Солнца по орбитам правильной, хотя и не идеально круговой формы, не делая никаких петель. Коперник, как и древнегреческие ученые, ошибочно полагал, что орбиты, по которым движутся планеты, могут быть только круговыми.
Спустя три четверти века немецкий астроном Иоганн Кеплер, продолжатель дела Коперника, доказал, что орбиты всех планет представляют собой вытянутые окружности — эллипсы.
Звезды Коперник считал неподвижными. Сторонники Птолемея, настаивая на неподвижности Земли, утверждали, что если бы Земля двигалась в пространстве, то при наблюдении неба в разное время нам должно было бы казаться, что звезды смещаются, меняют свое положение на небе. Но таких смещений звезд за много веков не заметил ни один астроном. Именно в этом сторонники учения Птолемея хотели видеть доказательство неподвижности Земли.
Однако Коперник утверждал, что звезды находятся от нас на невообразимо огромных
расстояниях. Поэтому ничтожные смещения их не могли быть замечены. Действительно, расстояния от нас даже до ближайших звезд оказались настолько большими, что еще спустя три века после Коперника они не поддавались точному определению. Только в 1837 г. русский астроном Василий Яковлевич Струве положил начало точному определению расстояний до звезд.
Понятно, какое потрясающее впечатление должна была произвести книга, в которой Коперник объяснял мир, не считаясь с религией и даже отвергая всякий авторитет церкви в делах науки. Деятели церкви не сразу поняли, какой удар по религии наносит научный труд Коперника, в котором он низвел Землю на положение одной из планет. Некоторое время книга свободно распространялась среди ученых. Прошло немного лет, и революционное значение великой книги проявилось в полной мере. Выдвинулись другие крупные ученые — продолжатели дела Коперника. Они развили и распространили идею бесконечности Вселенной, в которой Земля — как бы песчинка, а миров — бесчисленное множество. С этого времени церковь начала ожесточенное преследование сторонников учения Коперника.
Новое учение о солнечной системе (гелиоцентрическое, как его называют) утверждалось в жесточайшей борьбе со злейшим врагом науки— религией. Учение Коперника подрывало самые основы религиозного мировоззрения и открывало широкий путь к материалистическому, подлинно научному познанию явлений природы.
Во второй половине XVI в. учение Коперника нашло своих сторонников среди передовых ученых разных стран. Выдвинулись и такие ученые, которые не только пропагандировали учение Коперника, но углубляли и расширяли его.
Коперник полагал, что Вселенная ограничена сферой неподвижных звезд, которые расположены на невообразимо огромных, но все-таки конечных расстояниях от нас и от Солнца. В учении Коперника утверждалась огромность Вселенной, но еще не утверждалась бесконечность ее.
В 70-х годах XVI в. английский ученый Т. Диггес высказал мнение, что Вселенная бесконечна, а звезды не располагаются на одной сфере, т. е. на одинаковых расстояниях от Солнца, а рассеяны повсюду в бесконечной Вселенной.
Особенно смело развил и углубил эту идею в последней четверти XVI в. великий итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548— 1600).
Вся жизнь Бруно — это жизнь борца за научную истину, против религии и церкви, против всякого суеверия и мракобесия.
Бруно родился на юге Италии в религиозной семье. В юности его отдали в монастырь, где ему предстояло стать верным слугой церкви. Но свободолюбивый юноша не мог мириться с монастырскими порядками. Им владели жажда знаний и желание передавать знания людям.
Упорно овладевая знаниями, Бруно познакомился и с учением Коперника. Он стал ревностным сторонником этого учения, чем возбудил против себя ненависть монастырского начальства.
Бруно оставил монастырь и уехал из Италии. К этому времени он был уже сложившимся мыслителем и в своих взглядах на строение Вселенной шел дальше Коперника.
Долгие годы Бруно провел в разных странах Западной Европы. Преследования церкви заставляли его переезжать из Швейцарии во Францию, потом в Англию и Германию. Везде он развивал кипучую деятельность: читал лекции, издавал свои книги, выступал на публичных диспутах против сторонников системы мира Птолемея. Бруно учил, что Вселенная бесконечна, что у нее не может быть никакого «центра». Огромное Солнце — всего только одна из звезд. Каждая звезда — такое же Солнце. Этих солнц бесчисленное множество, они окружены планетами, на которых может быть жизнь. Бруно утверждал, что и Солнце, и звезды вращаются вокруг своих осей, а в солнечной системе, кроме известных уже планет, существуют и другие, пока еще не открытые.
Свои гениальные догадки Бруно не мог подтвердить результатами наблюдений. В его время не было телескопов. Однако предвидения Бруно потом подтвердились наукой. Со временем были открыты Уран, Нептун, Плутон — дальние планеты солнечной системы. Было доказано, что Солнце — рядовая звезда в гигантской звездной системе Млечного Пути, а эта система — одна из бесчисленных во Вселенной. Что Солнце вращается вокруг своей оси, было установлено вскоре после смерти Бруно, а доказательство вращения звезд — одно из недавних завоеваний науки.
В 1592 г. служителям римской церкви удалось при помощи обмана и предательства схватить Бруно. Более семи лет они продержали его в тюремных застенках. Слишком велика была его слава, и церкви хотелось во что бы то ни стало заставить его отречься от своих взглядов.
Бруно не сдался. Когда его приговорили к сожжению на костре, он произнес слова, оставшиеся в веках: «Сжечь не значит опровергнуть».
17 февраля (ст. ст.) 1600 г. Джордано Бруно был сожжен на одной из площадей Рима. Ученый трагически погиб, но никакой костер не мог опровергнуть его бессмертные идеи. Высказывая их, Бруно опережал свою эпоху на целые столетия, хотя наблюдения без телескопов и не могли подтвердить его правоту. Но прошло только десятилетие после гибели Бруно, и человечество получило в свое распоряжение новое средство наблюдения, при помощи которого были сделаны открытия, подтвердившие и учение Коперника, и предположения Бруно. Таким средством наблюдения был телескоп. Первые телескопы появились в самом начале XVII в. Неизвестно, кто был их изобретателем. Трудно сказать, кто первый начал и систематические наблюдения неба в телескоп. Но первые, притом выдающиеся астрономические открытия при помощи телескопа сделал соотечественник Бруно, итальянский ученый Галилей (1564—1642).
Джордано Бруно.
Имя Галилея было хорошо известно ученым еще при жизни Бруно: Галилей сделал важнейшие открытия в области физики и механики и нашел новые пути для развития этих наук.
В отличие от ученых — последователей Аристотеля, Галилей считал, что основой изучения природы являются наблюдение и опыт. Астрономия также должна развиваться на основе наблюдений, только необходимо совершенствовать их. Галилей сам строил зрительные трубы и использовал их для наблюдений неба.
Какими крохотными были эти трубы по сравнению с мощными современными телескопами, увеличивающими изображения в тысячи раз! Первая труба, с которой Галилей начал свои наблюдения, увеличивала в три раза. Позднейшая, самая совершенная труба Галилея увеличивала только в тридцать раз. И тем не менее при помощи этих самодельных инструментов Галилей сделал открытия, которые буквально потрясли его современников. Наблюдая Луну, Галилей обнаружил, что на ней есть горы, долины и глубокие впадины, т. е. поверхность Луны по своему рельефу похожа на поверхность Земли. Галилей открыл четыре спутника Юпитера, обращающиеся вокруг планеты, а это означало, что не только Земля и не только Солнце могут быть центрами обращения небесных тел. Вместе с тем оказывалось, что в солнечной системе, кроме уже известных небесных тел, существуют и многие другие, видные только в телескоп. Наблюдая солнечные пятна, Галилей установил, что они перемещаются по поверхности Солнца всегда в одном направлении, и сделал правильный вывод: Солнце вращается вокруг своей оси. Очевидно, что вращение присуще не только Земле, как установлено Коперником, но и вообще всем небесным телам.
Особенно поразительно было то, что при наблюдениях в телескоп обнаруживалось огромное количество звезд, не видимых простым глазом. Сплошное сияние Млечного Пути оказалось — как это предполагал в древности Демокрит — гигантским скоплением звезд.
Все эти открытия Галилея, опубликованные им в книге «Звездный вестник», получившей широкое распространение, подтверждали учение Коперника и догадки Бруно. Поэтому они вызвали особенно бешеную злобу со стороны церкви. Теперь уже не умозрения, а прямое наблюдение неба опровергало учение церкви о Земле как о центре Вселенной.
В 1616 г. римская церковь официально признала учение Коперника безбожным, не совместимым с «истинной верой» и запретила всякую его пропаганду. Однако Галилей не прекратил борьбы за распространение учения Коперника и за популяризацию своих открытий. Много лет он работал над большой книгой «Диалог о двух главнейших системах мира, Птолемеевой и Коперниковой», где убедительно доказывал правильность учения Коперника и полную несостоятельность учения Птолемея. Эту книгу Галилей с большим трудом издал в 1632 г.
Римская церковь привлекла Галилея за книгу к суду инквизиции. Суд над Галилеем — одна из позорнейших страниц в многовековой борьбе религии против науки. Галилея силой заставили отречься от учения о движении и вращении Земли. Вплоть до самой смерти он жил под надзором инквизиции, но открытия его были уже известны всему миру; по мере своих сил Галилей продолжал заниматься наукой, главным образом механикой. В Италии его книги даже не могли печататься, но их издавали в других странах, где влияние церкви уже не было таким сильным.
Одновременно с Галилеем выдающиеся открытия в области строения солнечной системы и движения тел в ней сделал австрийский ученый Иоганн Кеплер (1571—1630). Учение Коперника требовало математического уточнения. Вскоре после смерти Коперника астрономы составили на основе его системы мира новые таблицы движения планет. И хотя эти таблицы лучше согласовывались с наблюдениями, чем прежние таблицы, составлявшиеся еще по Птолемею, в них потом обнаружились расхождения с данными наблюдений. Необходимо было глубже исследовать и уточнить законы движения планет. Именно эту задачу и решил Кеплер.
Кеплер жил в неспокойное время, когда значительная часть Центральной Европы была раздроблена на множество мелких государств, а религиозные войны между католиками и протестантами препятствовали развитию науки и просвещения. Поступив в Тюбингенский университет, Кеплер с увлечением занимался математикой и астрономией. Преподававший эти науки проф. Местлин (1550—1631), вынужденный в аудитории излагать астрономию по Птолемею, был последователем учения Коперника и дома знакомил с этим учением своих слушателей. Кеплер вскоре стал последователем Коперника, но, в отличие от Местлина, он не скрывал своих взглядов, а открыто пропагандировал их.
Судьба Кеплера сложилась трагически. Преследуемый за свои взгляды богословами, как католическими, так и протестантскими, он вынужден был после окончания университета скитаться по разным городам и заниматься случайными работами. Но и тогда ученый неустанно размышлял над увлекшим его вопросом: какая геометрическая форма планетных орбит лучше объясняет особенности движения планет. Философы древней Греции были убеждены, что круг — это идеальная геометрическая форма и только по кругу могут двигаться небесные тела. Даже в системе мира Коперника еще сохранилось это представление. Кеплер пришел к выводу, что оно ошибочно. Планетные орбиты имеют не правильно круговую, а иную геометрическую форму. Но какую? В первые годы своей деятельности Кеплер еще не смог решить эту задачу. Но уже тогда он приобрел известность как замечательный математик-вычислитель. Это обстоятельство сыграло большую роль в дальнейшей судьбе ученого.
В 1600 г. в Прагу переехал датский астроном Тихо Браге. Он оставил свою родину — Данию после того, как ее король лишил его средств на содержание построенной им замечательной по тому времени обсерватории. Тихо Браге был выдающимся наблюдателем неба, но в вопросе о строении Вселенной придерживался отсталых взглядов и учения Коперника не признавал. В Праге Тихо Браге решил продолжить свои наблюдения, а в качестве помощника для вычислений пригласил Кеплера. Совместная работа двух ученых, из которых один отвергал учение Коперника, а другой был его ревностным сторонником, продолжалась недолго. Вскоре Тихо Браге умер (1601), и богатейшие материалы его наблюдений перешли в распоряжение Кеплера. Среди них особенное значение имели материалы долголетних наблюдений Марса. Изучая эти материалы, Кеплер сделал замечательное открытие: он установил, что Марс движется вокруг Солнца не по правильному кругу, а по вытянутому кругу — эллипсу. Потом оказалось, что так движется вокруг Солнца не только Марс, но и все планеты солнечной системы; по эллипсу движется и Луна вокруг Земли. Продолжая свои исследования, Кеплер установил три закона движения тел в солнечной системе.
Первый закон Кеплера: планеты движутся по эллипсам. Солнце расположено не в центре эллипса, а в точке, находящейся на некотором расстоянии от центра и называемой фокусом. Но из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое, а поэтому и скорость движения планеты вокруг Солнца также не всегда одинакова: чем ближе от Солнца находится планета, тем быстрее она движется, и, наоборот, чем дальше она от Солнца, тем ее движение медленнее. Эта особенность в движении планет составляет второй закон Кеплера. В третьем законе Кеплера устанавливается уже точная связь между расстояниями планет от Солнца и временами их обращения: оказывается, что квадраты времен обращений планет относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца.
Это можно легко показать на примере любых двух планет. Например, среднее расстояние Юпитера от Солнца в 5,2 раза превышает расстояние Земли от Солнца, а время обращения Юпитера — 11,86 земного года. Простое вычисление покажет, что куб первого числа равен квадрату второго. При вычислении получается небольшое отклонение от точного равенства; оно объясняется тем, что расстояние и время обращения Юпитера здесь взяты приближенно; для полной точности вычисления в эти значения нужно внести еще несколько десятичных знаков, а это затруднило бы для читателя вычисления.
Эти три закона с тех пор так и называются законами Кеплера, а самого Кеплера последующие поколения астрономов прозвали «законодателем неба». Он вошел в историю как один из великих продолжателей дела Коперника. Но жизнь Кеплера и после такого важного открытия протекала в исключительно тяжелых условиях— его продолжали преследовать за пропаганду учения Коперника, которой он посвятил целый ряд книг. Эти книги неоднократно запрещались и сжигались на кострах, а жизни Кеплера не раз угрожала опасность со стороны церкви и ее приспешников.
Итак, в начале XVII в. развитию астрономии на основе учения Коперника мешало упорное сопротивление церкви. Однако на протяжении XVII в. условия для развития астрономии, как
и для развития науки вообще, во многих странах резко изменились. Астрономия становилась наукой все более необходимой для географии и мореплавания, для определения точного времени и других нужд. В ряде государств Европы влияние церкви ослабело, и учение Коперника получило всеобщее признание. В разных странах появились выдающиеся астрономы, а успехи оптики давали возможность изготовлять телескопы гораздо более крупные и совершенные, чем те, которые были в распоряжении Галилея.
Важные открытия сделал замечательный польский астроном Ян Гевелий (1611 —1687). Свой талант ученого Гевелий совмещал с необычайными способностями и умением в области оптики, механики, рисования. Он сам изготовлял себе телескопы и угломерные инструменты. В 1641 г. Гевелий построил в своем родном городе Гданьске великолепную обсерваторию. Особенное внимание Гевелий уделял изучению Луны. Он тщательно наблюдал и зарисовывал все детали обращенной к Земле стороны Луны и на основе этих наблюдений создал первый атлас Луны. Гевелий дал названия горам, кратерам и долинам на Луне, многие из этих названий сохраняются и теперь. Этот лунный атлас он опубликовал в книге «Селенография» (1647). Гевелий составил обзор всех комет, появлявшихся на исторической памяти человечества, ему же принадлежит и обширный звездный каталог, более точный, чем все предшествующие.
Выдающимся наблюдателем неба был Джованни Доменико Кассини (1625—1712) — итальянский астроном, потом переехавший во Францию. Здесь он стал первым директором Парижской обсерватории. Кассини выяснил, что Марс и Юпитер вращаются вокруг своих осей подобно Земле и Солнцу, и открыл четыре спутника Сатурна.