Развитие астрономии

Первой отраслью естествознания, в которой проявился новыи научный дух и сделаны великие открытия, была астрономия. В предшествующий период в Западной Европе, а также в передовых для своего времени странах Востока господствовала геоцентрическая теория (от греческого гэ — земля), созданная ещё в античную эпоху. Согласно этой теории в центре мира находится неподвижная Земля. Вокруг неё в определённой последовательности обращаются Луна, Солнце, планеты и, наконец, звёзды. Вселенная считается конечной и имеющей форму сферы, центром которой является Земля. Основные принципиальные положения этой системы мира были сформулированы ещё Аристотелем, однако её подробная математическая разработка дана позднейшими античными учёными, особенно Гиппархом (II в. до н.э.) и Птолемеем (II в. н. э.).

Астрономические наблюдения, производившиеся в средние века, не укладывались в рамки геоцентрической системы. Для объяснения с точки зрения этой системы движений планет приходилось создавать сложные и искусственные построения, что всё же не давало возможности точно предсказать положение планет на небе. Однако выводы о ложности геоцентрической системы из этих наблюдений сделаны не были.

Мысль о центральном положении Земли во Вселенной вполне соответствовала христианским мифам, согласно которым Земля была центром мироздания, местом действия описываемых в Библии и Евангелии мифических событий. В связи с этим католическая церковь сделала геоцентрическую теорию одним из краеугольных камней своей системы взглядов. Для того чтобы отвергнуть геоцентрическую теорию, недостаточно было поэтому преодолеть силу непосредственных чувственных представлений о неподвижности Земли и сделать правильные выводы из астрономических наблюдений; для этого нужно было отвергнуть признанное католической церковью учение, восстать против авторитета церкви.

Пока господствовала феодально-церковная культура, лишь отдельные мыслители в общей форме выражали сомнение в правильности геоцентрической теории. Когда, однако, в XVI в. мысль учёного начала освобождаться от гнёта схоластики и богословия, создаются, наконец, условия для критики этого учения и замены его новыми, находящимися ближе к истине воззрениями. Человеком, смело сделавшим, наконец, научные выводы из астрономических наблюдений и отвергнувшим геоцентрическую теорию, был польский учёный Николай Коперник (1473—1543).

Трудности, возникающие при объяснении движений небесных тел с точки зрения геоцентрической теории, вызывали у Коперника сомнения в её правильности. Он решил сделать попытку объяснить эти движения при помощи высказанного ещё некоторыми античными астрономами предположения о том, что Земля вместе со всеми планетами обращается вокруг неподвижного Солнца (гелиоцентрическая система, от греческого гелиос — солнце). Сделав эту попытку, Коперник убедился, что гелиоцентрическая теория лучше объясняет астрономические явления, и, очевидно, уже около 1507 г. пришёл к выводу о её правильности. Все последующие годы своей жизни он посвятил подробной разработке своих новых взглядов, изложенных в его знаменитом труде «Об обращении небесных кругов» («Dе rеvolutionibus оrbium сое1еstium»). В течение многих лет Коперник не решался опубликовать свою книгу, опасаясь открыто выступить против господствовавших астрономических воззрений, санкционированных католической церковью. Книга Коперника вышла в свет только в 1543 г., и первый печатный её экземпляр был получен им в день его смерти.

Титульный лист издания сочинений Николая Коперника. 1543 г.

Значение работы Коперника в истории науки огромно. Хотя гелиоцентрическая теория зародилась ещё в античном мире, однако она представляла собой тогда всего лишь предположение, лишённое обоснования и отвергаемое подавляющим большинством крупных учёных. Поэтому Коперник фактически впервые подробно развил и обосновал научный взгляд на строение солнечной системы, согласно которому Земля, как и все планеты, обращается вокруг Солнца и вместе с тем вращается вокруг своей собственной оси. Тем самым он освободил науку от многовекового заблуждения, поддерживаемого всем авторитетом церкви, и дал мощный толчок дальнейшему развитию свободной научной мысли. «Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии...»

Утверждение и развитие гелиоцентрической системы Коперника происходило в ожесточённой борьбе со старыми воззрениями, связанными с религиозными предрассудками. Уже Лютер, ссылаясь на священное писание, отвергал учение Коперника. «... Как указывает священное писание, —говорил он, — Иисус Навин велел остановиться Солнцу, а не Земле». Примеру Лютера следовали и другие протестантские богословы. Однако особенно враждебную позицию по отношению к взглядам Коперника заняла католическая церковь. Сначала она не поняла той угрозы, которую несло для неё распространение учения Коперника. Когда же это учение стало овладевать умами, католическая церковь начинает преследовать его сторонников. Первой жертвой этих преследований стал замечательный итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548—1600).

Джордано Бруно, развивая дальше положение Коперника, что Земля не является центром мира и находится в движении, создал поразительную для своего времени по смелости мысли картину мироздания. Он утверждал, что мир бесконечен и наполнен бесчисленным множеством небесных тел, состоящих из единой по своей природе материальной субстанции. Солнце является всего лишь одной из звёзд. Эти звезды-солнца имеют обращающиеся вокруг них планеты, сходные с Землёй и даже населенные живыми существами. Иначе говоря, по его мнению, Земля является всего лишь одним незначительным небесным телом, наряду с бесконечным множеством других небесных тел, движущихся в бесконечном и не имеющем центра пространстве.

Джордано Бруно. Гравюра. XVI в.

Эти мысли, являющиеся гениальным предвосхищением выводов науки последующих столетий, означали полное отрицание всей совокупности признанных католической церковью взглядов на мироздание. Джордано Бруно был обвинён в ереси и подвергнут заточению, но никакие страдания и пытки не могли заставить его отречься от своих взглядов. После восьми лет заключения он был сожжён на площади Цветов в Риме.

В борьбе с католической церковью протекала деятельность и великого итальянского астронома и физика Галилея, более полно обосновавшего взгляды Коперника на солнечную систему. Галилео Галилей родился в городе Пизе в 1564 г. В дальнейшем он жил во Флоренции, преподавал в университетах Пизы и Падуи, а в 1610 г. вернулся во Флоренцию, где получил место «первого философа и математика» при дворе герцога Тосканского.

Астрономические открытия Галилея связаны с применением телескопа, самостоятельно сконструированного им на основании известия о его изобретении в 1608 г. в Голландии. В телескоп Галилею удалось увидеть громадное количество не видимых для невооружённого глаза звёзд, горы на поверхности Луны, спутников Юпитера, фазы Венеры, пятна на Солнце и т. д. Результаты своих первых открытий (фазы Венеры и солнечные пятна были открыты немного позднее) Галилей опубликовал в 1610 г. в небольшой книжке «Звёздный вестник», произведшей на современников колоссальное впечатление: открытия Галилея сравнивали с открытием Америки.

Галилео Галилей. Гравюра 1623 г.

Наблюдения Галилея явственно обнаружили несостоятельность старых астрономических воззрений и подтвердили правильность системы Коперника. Сходство Луны с Землёй (например, горы на её поверхности) опровергало господствовавшее до тех пор представление о коренном отличии небесных тел от Земли, мешавшее принять мысль Коперника, что Земля является одной из планет. Наличие у Юпитера спутников опровергало традиционное представление, что только Земля является центром обращения небесных тел, и доказывало необоснованность сомнений в возможности движения Земли вокруг Солнца, вызываемых тем обстоятельством, что вокруг неё обращается другое небесное тело (Луна): Юпитер, как оказалось, имел спутников, и притом не одного, а целых четыре, хотя сам описывал такое же круговое движение, какое, согласно Копернику, совершала и Земля. Фазы Венеры ясно указывали на её движение вокруг Солнца.

После этих открытий учение Коперника стало распространяться ещё быстрее; Галилей и его многочисленные последователи умело использовали их для опровержения геоцентрической теории. Католическая церковь, после выступления Джордано Бруно уже ясно осознавшая опасность для неё учения Коперника, решила окончательно пресечь его дальнейшее распространение. В 1616 г. взгляды Коперника были признаны еретическими, а его сочинение внесено в список запрещённых книг.

Несмотря на это, Галилей всё же продолжал собирать и накапливать доказательства правильности системы Коперника. В 1632 г. он, наконец, решился опубликовать результаты многолетней работы и издал свою знаменитую книгу «Диалог о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой», в которой были собраны воедино и в блестящей форме изложены все существовавшие тогда доказательства правильности гелиоцентрической теории. В частности, он использовал открытые им законы механики (особенно закон инерции) для опровержения повторяемых ещё со времени Аристотеля и Птолемея возражений против учения о движении Земли. Памятуя о запрещении учения Коперника, Галилей рассматривал его как одну из возможных гипотез, но содержание книги не оставляло сомнения в том, на каких позициях он в действительности стоял.

Книга Галилея нанесла решающий удар геоцентрической теории. Однако, чем убедительнее были аргументы, приводимые Галилеем в доказательство правильности взглядов Коперника, тем большие опасения и ненависть вызывал он у сторонников старых воззрений. В 1633 г. Галилей был вызван в Рим на суд инквизиции. Несмотря на вынужденное у него под угрозой пыток и сурового наказания отречение, он был признан виновным в том, что поддерживал доктрины «ложные и противные святому и божественному писанию» и осуждён на тюремное заключение, заменённое, правда, пребыванием в определенном указанном ему месте.

До самой своей смерти в 1642 г. Галилей оставался под надзором инквизиции и был лишен права печатать свои труды Всё же он продолжал свою научную работу; в 1638 г. ему удалось напечатать вне Италии (в Голландии) книгу «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению», в которой были подведены итоги его замечательных исследований в области механики.

Другим ученым, сыгравшим крупную роль в дальнейшем развитии и окончательной победе гелиоцентрической теории, был немецкий астроном Кеплер.

Иоганн Кеплер родился в 1571 г. После окончания учения в Тюбингене он жил последовательно в Граце, Праге (где занимал должность придворного математика), Линце, переезжая с места на место из-за религиозных преследований со стороны католиков и материальной нужды. Умер Кеплер в Регенсбурге в 1630 г., куда прибыл в тщетной надежде получить не выплаченное ему из императорской казны жалованье.

Заслуга Кеплера состояла в том, что он внес в систему Коперника одно очень важное уточнение. Заложив фундамент нового взгляда на строение солнечной системы, Коперник все же не смог полностью освободиться от господствовавших в науке его времени неправильных представлений. В частности, он продолжал придерживаться ложного мнения Аристотеля, что в сфере небесных явлений существует лишь наиболее «совершенная» форма движения — равномерное и строго кругообразное движение. Соответственно этому он ошибочно считал, что и движения планет вокруг Солнца слагаются из таких равномерных и кругообразных движений.

Кеплеру удалось, наконец, открыть истинные законы обращения планет вокруг Солнца. Во время пребывания в Праге он получил в свое распоряжение записи астрономических наблюдений знаменитого датского астронома Тихо Браге, проведшего здесь последние годы своей жизни и умершего в 1601 г. Тихо Браге славился искусством производить точные астрономические наблюдения. Поэтому оставленные им данные о движении планет отличались необычайной для того времени полнотой и точностью. Изучая произведенные Тихо Браге наблюдения над движениями планеты Марс, Кеплер в результате многих лет упорной работы пришел, наконец, к правильному выводу, что традиционное представление о строго кругообразном и равномерном движении планет ошибочно. Он доказал, что планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце (1-й закон Кеплера), и что скорость движения планет увеличивается с приближением к Солнцу (2-й закон, согласно которому радиусы-векторы, связывающие планету с Солнцем, в равные промежутки времени описывают равные площади). Эти законы были установлены сначала только для Марса, но затем были перенесены и на движение других планет.

Открытие Кеплера было опубликовано в 1609 г. в труде «Новая астрономия, причинно обоснованная, или Небесная физика, изложенная в исследованиях о движениях звезды Марс, по наблюдениям благороднейшего мужа Тихо Браге». В работе «Гармонии мира» (1619 г.) Кеплер сформулировал третий закон, устанавливающий связь между периодами обращения планет и их расстояниями от Солнца. Законы Кеплера дали, наконец, правильное теоретическое объяснение движения планет и позволили производить точные астрономические вычисления; в 1627 г. Кеплер опубликовал новые, гораздо более точные таблицы движения планет («Рудольфовы таблицы»). Большее, чем в ранее составленных таблицах, совпадение сделанных на основании законов Кеплера вычислений движения планет с астрономическими наблюдениями было важным доказательством правильности гелиоцентрической теории.

Работы Галилея и Кеплера с такой очевидностью подтвердили учение Коперника, что со второй половины XVII в. все астрономы, стоящие на уровне научных требований своего времени, уже признают его истинность. Тем не менее католическая церковь ещё длительное время продолжала тщетно бороться с новыми взглядами на Вселенную.