Глава 19. Галилео Галилей (1564–1642)
«Наука спустилась с небес на Землю по наклонной плоскости Галилея».
В то время, когда Тихо Браге переехал в Прагу с частью спасенных им приборов, а Кеплер начал наступление на Марс, Галилею — современнику Кеплера — было за тридцать и он имел уже некоторую известность как математик и физик. За свою жизнь Галилей совершил ряд великих открытий и величайшее из них, пожалуй, — введение в качестве основы научного познания описания данного эксперимента на языке математики. Галилей упорно ставил опыты сам и использовал чужие эксперименты, пока не добивался правильного решения проблемы; но прежде всего он был великим мыслителем и учителем и обладал столь блестящим полемическим талантом, что мог выбить почву из-под ног у философов, воспитанных на старых традициях, пользуясь их же собственными аргументами. Он любил пользоваться тем, что мы называем «мысленными» экспериментами, т. е. воображаемыми экспериментами, которые служат проверке той или иной гипотезы[52]. В этих мысленных экспериментах Галилей опирался на представления о природе явлений, основанные на здравом смысле, или иногда обращался к действительным экспериментам, а затем предсказывал, какими должны быть те или иные факты или соотношения. Его справедливо можно считать не только отцом, экспериментальной физики, как это давно вошло в традицию, но и первым современным физиком-теоретиком.
Галилей собрал и систематизировал те факты и идеи, из которых много лет спустя Ньютон вывел законы движения. Он заимствовал многочисленные данные, полученные до него экспериментаторами и мыслителями; известны даже издания этих авторов, которые были им использованы в книгах. Он не был открывателем новой механики, однако создал стройную логичную систему механики, сделал ее убедительной и превратил во всеобщее достояние.
Сконструировав телескоп, он с его помощью получил новые данные, подтверждающие теорию Коперника и третий закон Кеплера. Галилей излагал и разъяснял теорию Коперника с поразительной четкостью и ясностью, опровергая тем самым установившиеся с давних пор традиции и ниспровергая признанные авторитеты. Он так страстно призывал к правдивым экспериментам и к их разумной интерпретации, что вдохнул в физику новую жизнь.
Галилей и новая наука
Наиболее значительным вкладом Галилея в новую науку явилось изменение методов обработки экспериментальных результатов. Он обратился вновь к методам Пифагора и Архимеда: знания, полученные экспериментальным путем, должны были приводиться в систему с помощью абстрактных математических представлений. Так, он с определенностью установил, что свободно падающий предмет проходит за промежутки времени, равные 1, 2, 3, 4… (отсчитываемые от того момента, когда предмет находится в покое), расстояния, пропорциональные 1:4:9:16 (т. е. что существует соотношение, которое мы сейчас выражаем с помощью алгебры в следующей компактной форме: s ~ t2). При выводе этого соотношения он не учитывал такие факторы, как сопротивление воздуха, вращение, движение в горизонтальном направлении, и описал идеальный случай падения тела в пустоте. С помощью простых математических рассуждений он вывел следующую форму этого закона: расстояния, проходимые телом за последовательные равные промежутки времени, увеличиваются в пропорции 1:2:3:4…, или, как мы говорим теперь, Δs (при Δt = 1) ~ t[54].
Галилей и его преемники не грешили против истины из-за того, что не учитывали при рассмотрении тех или иных задач такие реальные факторы, как сопротивление воздуха. Современный ученый может сформулировать идеальные законы механики для материалов, не испытывающих трения, тележек, не имеющих веса, нерастяжимых проволок…, а затем добавить реальные условия и видоизменить эти законы.
Галилей содействовал также полному изменению взглядов в области астрономии: он устранил резкое различие между небесными и земными явлениями. Коперник придерживался мистического представления об идеальных сферах, а Галилей пытался рассматривать планеты, Солнце и Луну как обычные земные тела. Он пользовался одним и тем же методом, решая задачу о шаре, катящемся вниз с холма, и о планете, движущейся в небе. Он не довел до конца это рассмотрение, так как все еще считал, что планеты движутся по естественным круговым орбитам, однако благодаря ему человек стал использовать общие математические законы для описания всей Вселенной.
Галилей применял математические методы к величинам, которые можно было непосредственно измерить. Он придавал большое значение таким «первичным» качествам материи, как длина, объем, скорость, сила; он отвергал как нечто, выходящее за пределы настоящей науки, такие субъективные понятия, как цвет, вкус, запах, музыкальный слух, которые, по его словам, исчезают, когда отсутствует наблюдатель[55].
Вспомним строки Шекспира:
Крик ворона и жаворонка пенье
Равны, коль им внимают равнодушно…[55]
Так Галилей строил науку на трезвых математических рассуждениях и методах; впоследствии так поступал и Ньютон. Кроме того, Галилей ввел коренные изменения в философию — установил четкое разграничение материи и сознания. Продолжателем Галилея в этом направлении явился Декарт. Учение Галилея способствовало возникновению точки зрения на материю и движение как на нечто истинное и реальное, тогда как вкус, цвет и т. п. представлялись лишь ощущениями, вызываемыми в сознании наблюдателя формами или движениями атомов, хотя сами атомы точно следуют математическим законам. Столетием позже Беркли предположил, что даже первичные свойства материи субъективны; они воспринимаются нашим разумом как «ощущения». С этой точки зрения вся система научных законов и знаний, которую строил Галилей, — абстрактная картина, которую мы получаем на основе нашего субъективного восприятия внешнего мира.
Это хорошая картина, удобная, полезная, интересная, но это не тот мир, в котором мы существуем. Мир, каким бы реальным и конкретным он ни был вне наших ощущений, может быть значительно более сложным; чем нам удается «узнать», пользуясь доступными научными методами исследования. Если мы верим в то, что полученное нами с помощью этих методов представление о мире вполне реально и истинно, то можем найти законы механики, позволяющие проследить движение каждого атома от настоящего момента до далекого будущего и предсказать таким образом все события, включая наши собственные решения и поступки. Это лишило бы нас всякой свободы действия и всякой возможности выбора — очень печальная перспектива. Эти рассуждения применимы, однако, лишь к абстрактному миру ньютоновской науки, а не к тому сложному конкретному миру, который реально существует.
Жизнь и деятельность Галилея. Пиза
Галилей был сыном итальянского дворянина — философа и музыканта. Семья жила в Пизе, вблизи Флоренции. Молодой Галилей мечтал стать художником, но отец послал его в университет изучать медицину, чтобы он приобрел профессию, по тем временам весьма уважаемую и хорошо оплачиваемую. В университете Галилей воспользовался возможностью изучить геометрию. (Существует версия, будто Галилей, потрясенный тем, что открылось ему на лекции об Евклиде, умолял профессора математики взять его к себе в ученики.) Отец Галилея возражал против этого нового увлечения сына — в то время математики получали ничтожно малое вознаграждение за свой труд. Однако это не уменьшило энтузиазма Галилея. Он с увлечением читал сочинения Евклида и Архимеда и вскоре начал исследование свойств центра тяжести.
Когда Галилею минуло двадцать пять лет, герцог, один из членов правящей семьи Медичи, назначил его на должность преподавателя математики. Оплата была мизерной. С огромной энергией и энтузиазмом Галилей начал заниматься механикой движущихся тел, он увлеченно читал старинные книги, отделяя то, что представлялось разумным, от чепухи и проверяя утверждения и идеи с помощью эксперимента. Он с особым наслаждением раздражал последователей учения Аристотеля, доказывая им ошибочность то той, то другой их точки зрения. И хотя Галилей был прав, его запальчивость вряд ли была разумной.
«Обнаружение ошибок в устоявшихся взглядах вопреки трезвому рассудку может вдохновить и воодушевить молодого ученого. Чувство победы над противником способно повлечь резкости в выражениях, заставить смотреть на приверженца ошибочных мнений, как на врага науки. Подобно солдату, впервые обагрившему кровью врага свое копье, ученый способен запятнать свои первые достижения жестокостью… Галилей, по-видимому, вел непримиримую войну с последователями Аристотеля; и раздражение, которое возбуждали его многократные и успешные атаки, было столь велико, что до конца дней его преследовали со злобой, которую редко возбуждает простое различие во мнениях»[56].
Рассуждения Галилея о падении тел и ускоренном движении опрокинули существовавшие до того взгляды и, подобно доказательствам ложности старых доктрин, были встречены враждебно. Вокруг Галилея собирались восторженные поклонники, но одновременно росло и число врагов. Их злоба и зависть создали невыносимую обстановку в Пизе, и Галилей принял приглашение в Университет в Падуе, соседней республики Венеция. В Падуе он встретил философов, которые уже открыто говорили о том, что свободное падение тел должно происходить под действием некой силы, и сомневались в справедливости взглядов, полагавшихся на «естественное место вещей» или искавших «первопричину». Таким образом, в Падуе уже была подготовлена почва для учения Галилея.
Он читал свои лекции страстно и с поразительным мастерством, писал сочинения о движении, механике, астрономии. Но и здесь он получал столь скудное содержание, что вынужден был сдавать комнаты студентам и организовать мастерскую, в которой изготовлялись на продажу различные приборы[57].
Падуя
На новом посту в Падуе Галилей стал приобретать все большую известность. Он любил спорить, разъяснять и доказывать свою правоту. Никто не мог превзойти его в научных дискуссиях: он начинал с того, что излагал точку зрения своих противников более ясно, чем то могли сделать они сами, а затем разносил ее в пух и прах — в этом отношении он был истинным виртуозом.
В Падуе он пробыл двадцать лет и сделал очень много в области механики, многократно выступал он и с доказательствами правильности астрономии Коперника. Лекции собирали огромные аудитории; чтобы учиться у Галилея, в Падую приезжали многие высокопоставленные лица.
Когда на небе внезапно зажглась новая яркая звезда, Галилей прочел на эту тему три лекции. Его приходили слушать толпы народа, которых он упрекал за то, что внимание их привлекло случайное явление, тогда как кругом ежедневно происходят чудеса природы, которых они не замечают. Лекции Галилея приобрели такую популярность, что огромный зал Школы медицины порой не мог вместить всех желающих и Галилею приходилось выступать под открытым небом. С неотразимой силой и убедительностью проповедовал он новую науку.
Астрономия Коперника
В начале своей деятельности Галилей распространял идеи Коперника и доказывал его правоту спокойно, затем все более горячо и неосторожно. В своем «Диалоге» он, говоря от лица одного из собеседников, описывает, как сам пришел к убеждению в правильности теории Коперника:
«По этому случаю мне хочется рассказать вам некоторые происшествия, случившиеся со мной вскоре после того, как я впервые услышал разговоры об этом учении [системе Коперника].
Когда я был еще совсем юным и только что окончил курс философии… случилось, что некий… последователь Коперника приехал в наши края и прочел в одной академии две или три лекции на эту тему при большом стечении слушателей, вызванном, думается, более новизной предмета, нежели чем-либо другим. Я туда не пошел в твердом убеждении, что подобное мнение может быть только отменной глупостью. Когда я затем расспрашивал некоторых из присутствовавших на лекции, то услышал лишь сплошные издевательства, и только один человек сказал, что предмет этот не заключает в себе ничего смешного. Так как я почитал его за человека умного и очень рассудительного, то мне стало очень жаль, что я не пошел на лекцию, и с этого времени, встречая каждый раз сторонника мнений Коперника, я выспрашивал его, всегда ли он придерживался такого воззрения, и скольким я ни предлагал этот вопрос, я не нашел ни одного, кто бы не сказал мне, что он долгое время придерживался противоположного мнения и перешел к теперешнему под влиянием силы доводов, его убедивших. Испытывая их затем одного за другим, чтобы посмотреть, насколько хорошо они знакомы с доводами противной стороны, я убедился, что они владеют ими в совершенстве, так что поистине я не мог сказать, что они примкнули к этому мнению по невежеству, легкомыслию или, так сказать, умничая. Наоборот, скольких перипатетиков[58] и сторонников Птолемея я ни спрашивал, изучили ли они книгу Коперника (а из любопытства я спрашивал об этом многих), я нашел лишь весьма немногих, поверхностно знакомых с ней, и, думаю, ни одного, кто бы понял ее как следует. И от последователей учения перипатетиков я также старался узнать, придерживался ли кто-нибудь из них когда-либо иного мнения, и равным образом, не нашел ни одного такого. Вот почему, принимая во внимание, что среди приверженцев мнения Коперника нет никого, кто раньше не придерживался бы мнения противоположного и кто не был бы отлично осведомлен о доводах Аристотеля и Птолемея, и что, наоборот, среди последователей Птолемея и Аристотеля нет никого, кто придерживался бы ранее мнения Коперника и оставил его, чтобы перейти на сторону Аристотеля, принимая, говорю я, это во внимание, я начал думать, что тот, кто оставляет мнение, впитанное с молоком матери и разделяемое множеством людей, для того чтобы перейти к другому, отвергаемому всеми школами и разделяемому весьма немногими и кажущемуся поистине величайшим парадоксом, тот необходимо побуждается и даже принуждается к этому достаточно сильными доводами. Поэтому, мне кажется, любопытно, как говорится, испить до дна…»[59].
Учение Галилея о движении
В Пизе и Падуе Галилей собрал и привел в систему свои познания и идеи в области механики, которые он значительно позже изложил в трактате «Две новые науки». Одним из первых было его открытие замечательного свойства маятников; период колебания маятника (при малых амплитудах) не зависит от амплитуды. Существует легенда, что Галилей открыл это свойство маятников еще будучи студентом в Пизе при наблюдении затухающих колебаний паникадила в соборе. Галилей не имел точных часов (ведь именно он-то и открыл принцип действия точных часов), поэтому он пользовался для отсчета времени собственным пульсом[60]. Позднее он использовал свое открытие в медицине, сконструировав регулируемый маятник для счета пульса.
На одной из ранних стадий своей деятельности Галилей исследовал движение падающих тел и пришел к выводу, что существовавшее до тех пор представление о том, будто тяжелые тела падают быстрее, чем легкие, причем их скорость пропорциональна их весу, неправильно. Это представление восходит к Аристотелю, который, вероятно, рассматривал конечную скорость в случае очень долгого Падения, когда трение о воздух возрастало до тех пор, пока не начинало уравновешивать силу тяжести. Принимать это рассмотрение за закон падения тела из состояния покоя — бессмыслица, которую, однако, по прошествии столетий догматического учения стали считать неоспоримой. Галилей наблюдал, что тела, имеющие разные массы, падают с одинаковой скоростью, если не считать относительно малых отклонений, которые он объяснял сопротивлением воздуха. Он заметил, что раскатанный в тонкий листок кусок золота падает значительно медленнее, чем целый кусок. Он предложил произвести следующий решающий опыт: понаблюдать за падением кусочка свинца и клочка шерсти в пустоте, но в то время этот опыт осуществить было невозможно. Впоследствии он был проделан Ньютоном. Галилей возмущался последователями Аристотеля, утверждавшими, что за время, за которое пушечное ядро весом 100 фунтов падает на высоту 100 футов, мяч весом 1 фунт упадет всего лишь на 1 фут.
Реальный эксперимент, по его словам, приводит к различию в расстоянии, равному всего лишь ширине нескольких пальцев. «Как вам удается — спрятать 99 футов за двумя пальцами?» — спрашивал Галилей, высмеивая своих противников.
Галилей доказал правильность своего предположения о том, что все тела падают с одинаковой скоростью, сравнивая колебания маятников с легким и тяжелым грузами. Оказалось, что период колебания маятника, не зависит от веса груза. Движение маятника представляет собой как бы «замедленный» вариант падения, при котором можно точно измерить интервалы времени (можно измерять время нескольких колебаний и брать среднее, чтобы увеличить точность измерений); при этом трение практически отсутствует. (Поскольку период колебаний не зависит от амплитуды, то в этом случае трение о воздух не будет играть роли. Трение будет уменьшать амплитуду колебаний, но это не имеет значения!) Этот результат соответствует представлениям Ньютона о массе и тяготении, которые были сформулированы и развиты намного позднее. Тяжелый предмет весит больше, чем легкий, поэтому Земля сильнее его притягивает. С этой точки зрения мы должны были бы ожидать, что тяжелый предмет будет падать быстрее. Однако он содержит большее количество вещества (материи) или массы (термин, введенный позднее Ньютоном). Тяжелый предмет имеет большую «инерцию», нежели легкий, и нуждается в большей силе для своего ускорения[61]. Поэтому если эксперимент показывает, что тяжелые и легкие предметы падают с одним и тем же ускорением (или совершают одинаковые колебания вроде маятника), то это значит, что более тяжелый предмет имеет массу настолько большую, насколько больше его вес. Это замечательное свойство силы тяжести, согласно которому Земля притягивает тела с силой, пропорциональной их инертным массам. Галилей, по-видимому, принимал это положение, не доискиваясь его причины. В своих исследованиях силы и движения он не дал четкого определения массы. Это было сделано Ньютоном. В наш век, когда выяснилось, что масса связана с энергией, она приобрела новое значение.
Чтобы подробно исследовать падение тела, Галилей воспользовался наклонной плоскостью. Он описывает следующий эксперимент: шар катится по длинной, очень пологой наклонной плоскости — по доске с желобом, оклеенным гладким пергаментом (фиг. 87).
Фиг. 87. Опыт Галилея.
Время, в течение которого шар проходил отрезок пути, измерялось с помощью простых водяных часов: экспериментатор взвешивал количество воды, вытекающее через узкое отверстие из сосуда с водой. Измерения времени и расстояния находятся в следующем соотношении:
РАССТОЯНИЕ, ПРОХОДИМОЕ ТЕЛОМ ИЗ СОСТОЯНИЯ ПОКОЯ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНО КВАДРАТУ ВРЕМЕНИ.
Неизвестно, действительно ли Галилей сам произвел этот опыт или просто описал опыт, произведенный еще до него. Как бы то ни было, измерения были грубые, хотя Галилей считал, что установил правильный «закон». С помощью остроумных геометрических доказательств он показал, что этому закону должно с необходимостью подчиняться движение с постоянным соотношением Δv/Δt.
Таким образом, катящийся шар движется с постоянным ускорением. С помощью экстраполяции, переходя от малого наклона к большему и, наконец, к падению по вертикали, Галилей доказал, что свободно падающие тела имеют постоянное ускорение; следовательно, он получил закон, которому подчиняется их падение.
На произвольной наклонной плоскости сила, вызывающая ускорение, должна быть одинакова на всем пути. (Это — постоянная составляющая веса шара.) Таким образом, Галилей уже получил часть второго закона Ньютона: постоянная сила вызывает постоянное ускорение.
Рассматривая холмы с различными склонами, Галилей почти вплотную подошел к главному соотношению второго закона Ньютона: ускорение пропорционально силе; но это соотношение он выражал в геометрической форме, что не позволяло выявить роль силы. Галилей разработал экспериментальные методы науки о движении, которыми можно было пользоваться при решении самых разнообразных задач: о полете снарядов, движении маятников, планет, а позднее о движении различных механизмов и даже составных частей атомов.
Скорость у подножия холма
Галилей пришел к такому выводу: если шар катится вниз с одной наклонной плоскости А, а затем вверх по другой наклонной плоскости В, то он докатится до первоначального уровня, каков бы ни был наклон. Это привело его к очень важному общему допущению, на основании которого он сделал много предсказаний. Вообразим себе несколько различных склонов А1, A2, A3 одной и той же высоты, примыкающих к склону В (фиг. 88).
Фиг. 88. Идеальный случай движения «с горки на горку».
Если предположение Галилея правильно, то шар должен подняться на одну и ту же высоту по склону В, независимо от того, с какого склона А он спустился. У подножия холма, перед тем, как шар начнет подниматься по склону В, он будет иметь импульс, необходимый для того, чтобы подняться на склон В до точки, соответствующей той же высоте. Этот импульс должен, следовательно, быть одним и тем же у подножия холмов А1, A2 и т. д., т. е. одним и тем же для всех склонов. Поэтому шар должен иметь одну и ту же скорость у подножия любого склона. Галилей сделал на основании этого общее предположение: скорости, приобретаемые телом, движущимся по плоскостям, имеющим различные наклоны, равны между собой, если равны высоты, с которых он спускается. Мы вкратце говорили об этом свойстве в гл. 7[62], где указывали, что оно относится ко второму закону Ньютона. Галилей обобщил этот вывод на случай холмов, имеющих неровные склоны. Используя приведенные рассуждения и постоянство ускорения, Галилей получил ряд геометрических следствий для движения тел по наклонной плоскости.
Правило «с горки на горку»
Успешной демонстрации опыта с шаром, скатывающимся вниз по одному склону и затем подымающемуся вверх по другому на ту же высоту, препятствует трение. В своих рассуждениях Галилей, вероятно, исходил не только из эксперимента, но и из теоретических соображений — он обладал гениальной интуицией и благодаря ей, опираясь на самые грубые эксперименты, выдвигал правильные гипотезы. Для своих коллег Галилей подкреплял гипотезу тщательными аргументами о сложных движениях вниз и вверх, так что гипотеза должна была представляться еще более правдоподобной. Рассмотрим следующий «мысленный эксперимент» Галилея (описанный позже другим автором). Предположим, что шар остановится на склоне В выше. Воспользуемся доской С (фиг. 89, а), заставим шар скатиться обратно к началу его движения по склону А и позволим ему снова скатиться со скоростью, которую он приобрел. Будем повторять этот процесс. Шар от раза к разу будет приобретать все больший и больший импульс, что является абсурдом. Если шар, поднимаясь по склону В, остановится ниже, мы должны будем производить отсчет от (…нечитаемый текст…) такой подход к решению различных проблем имели большое значение. Кроме того, здесь, как и в любой другой области физики, дискуссия могла помочь выяснению данной проблемы, указать путь, по которому следует вести исследование.
Фиг. 89. «Мысленный опыт» Галилея.
а — шар остановился выше; б — шар остановился ниже.
Сам Галилей доказал правильность своих рассуждений, выполнив то, что казалось невозможным, — осуществил удивительно простой, но убедительный вариант описанного опыта «с горки на горку», а именно опыт с гвоздем и маятником. В этом опыте гвоздь задерживает нить маятника, когда последний проходит через нижнюю точку; таким образом, маятник из длинного внезапно превращается в короткий. Во всех случаях груз маятника, падавший по длинной дуге большого радиуса, поднимается затем по дуге меньшего радиуса на ту же высоту (фиг. 90). Попробуйте сами произвести такой эксперимент.
Исследуя это явление, Галилей держал в своих руках ключ и одному из аспектов закона сохранения энергии, который в общем виде был, однако, сформулирован позже.
Фиг. 90. Опыт с гвоздем и маятником.
Груз маятника поднимается на одну и ту же высоту, независимо от изменения движения, вызываемого наличием гвоздя
…???…
действует сила, то оно продолжает двигаться с постоянной скоростью (по прямой). Хотя Галилей этого и не знал, в его руках был ключ к решению одной из загадок, связанных с движением планет.
Какие силы поддерживают движение планет, Луны и других небесных тел? Что подталкивает их вдоль направления движения по орбитам? На этот вопрос теперь можно было бы ответить: сила не нужна, так как движение этих небесных тел продолжается само по себе.
Независимость движения
Сложение скоростей, сил и т. д. по правилу параллелограмма было только что открыто; по существу оно означало, что один вектор не оказывает влияния на другой — они действуют независимо и складываются геометрически. В своих экспериментах Галилей настаивал на том, что движения (и силы) не зависят друг от друга.
Например, ускоренное движение по вертикали и постоянное движение по горизонтали просто складываются как векторы, одно движение не влияет на другое, каждое происходит независимо. Он применил это правило к полету снарядов и показал, что их траектории являются параболами.
Галилей многократно говорил об этой независимости векторов в своих диалогах, возражая критикам теории Коперника. Последние заявляли, что если Земля движется, то падающие тела будут отставать от нее. Галилей задавал им вопрос: как ведут себя предметы, падающие с мачты корабля, который плывет с постоянной скоростью? Если его противники начинали что-то бормотать о влиянии ветра, Галилей проводил «мысленный эксперимент» в каюте корабля. Он утверждал, что воздух и облака, которые участвовали в движении поверхности Земли, просто продолжают двигаться вместе с ней и далее. Он предлагал своим читателям задачи, подобные тем, которые приводились в конце гл. 1 и 2[63], и демонстрировал, что равномерное движение лаборатории не влияет на эксперименты, связанные со статикой, со свободным падением тел, с полетом снарядов. Равномерное движение лаборатории невозможно обнаружить никакими механическими опытами, проводимыми внутри нее. В этом и заключается принцип относительности Галилея.
Отъезд из Падуи
Галилей прожил в Падуе двадцать лет. Его стали уговаривать вернуться в родной город Пизу, в университет. Он не терял связи с семейством Медичи и теперь вел переговоры с герцогом о переходе на работу во Флоренцию, которая оплачивалась бы выше, чем его работа в Падуе, и оставляла бы больше свободного времени. Его обязанности в Падуе занимали всего лишь один час в неделю, но он вынужден был давать частные уроки, ибо получаемое жалованье было все еще слишком скудным, хотя преклонявшийся перед ним университет уже несколько раз увеличивал его содержание. «Он устал от университетов, от чтения лекций, от преподавания, от квартирующих у него студентов; ему надоели длинные мантии, которые он высмеивал в сатирических поэмах… от душной и мелочной атмосферы Падуи… Он хотел жить на родине, дышать родным воздухом, жить свободно, среди друзей, выбранных им самим»[64]. Ему необходимо было свободное время для исследований и изложения своих идей, нужна была поддержка влиятельных лиц. Галилей обещал герцогу, что, получая большее жалованье, он напишет ряд книг: «…две книги о системе Вселенной, обширное сочинение, включающее Философию, Астрономию и Геометрию; затем три книги о движении, три книги о статике, две о демонстрации принципов, одну о проблемах, а также книги о звуке и речи, о свете и цвете, о приливах и отливах, о составлении непрерывных величин, о движении животных и о военном искусстве»[65]. Одно это перечисление дает некоторое представление о широте интересов Галилея и о той страстности, с которой он предавался научным исследованиям.
Телескоп
Готовясь к переезду из Падуи в Пизу и Флоренцию, Галилей случайно услышал об изобретении телескопа. Пронесся слух, будто какой-то голландец, занимающийся изготовлением очков[66], изобрел такую комбинацию двух линз, которая позволяет увеличивать и как бы приближать отдаленные предметы. Услышав об этом, Галилей, разместив в зрительной трубе две линзы, сконструировал простой телескоп всего с трехкратным увеличением.
В качестве первой линзы он воспользовался слабовыпуклой линзой, а в качестве окуляра — вогнутой линзой. Этот прибор по всей вероятности, отличался от того изобретения, о котором он слышал, так что можно считать, что именно Галилей изобрел театральный бинокль («opera glass»), который мы теперь иногда называем телескопом Галилея. Он был в восторге от прибора, и слава об этом чуде вскоре широко распространилась. Толпы народа стремились посмотреть в телескоп. Венецианский сенат намекнул, что был бы не прочь иметь такой прибор, и Галилей незамедлительно подарил им экземпляр. Вскоре после этого его жалованье удвоилось!
В свой телескоп Галилей наблюдал Луну, планеты и звезды, испытывая, по его словам, «невероятное восхищение». Если вам никогда не приходилось видеть Луну в телескоп возьмите простой полевой бинокль и попытайтесь это проделать.
Фиг. 92. Телескоп Галилея.
а — две металлические трубы, из которых одна скользят внутри другой, с двумя линзами; б — окуляр, сильная плосковогнутая линза; в — объектив, слабая плосковыпуклая линза.
Наблюдая Луну, Галилей увидел парней горы и кратеры. Он даже примерно оценил высоту лунных гор по отбрасываемым ими теням. Эти наблюдения были встречены враждебно теми, кому с детства внушали, что Луна — шар с гладкой поверхностью.
Горы и кратеры придавали Луне сходство с Землей, а это противоречило учению Аристотеля, который проводил резкое различие между грубой, подверженной изменениям и разрушениям Землей и вечными, совершенными небесами. Телескоп нанес вый удар старой астрономии с ее идеальными сферами.
Люди по большей части консервативны и не любят, когда пришелец, упорно доказывающий свою правоту, ломает их привычные представления. Их отнюдь не радует что-то новое, они возмущаются, когда опровергают их поверья, особенно когда вера внушена им в детстве — ощущение прочности покидает их. И Галилей обнаружил, что его открытие многих просто злит. Он предлагал тем, кто приходил к нему, лично убедиться в том, что он прав, и многие, посмотрев в телескоп, действительно приходили в восхищение, однако некоторые отказывались смотреть, а кое-кто, и посмотрев, продолжал утверждать, что не верит в его открытие. Один последователь Аристотеля допускал, что горы на Луне существуют, но считал, что долины между ними заполнены невидимым хрустальным веществом, дополняющим поверхность до идеальной сферы.: На это Галилей возразил, что в таком случае на Луне могут существовать и горы из невидимого хрусталя, высота которых в десятки раз больше!
Хорошие линзы было трудно достать, и Галилей сам шлифовал и полировал их в своей мастерской. Ол делал это лучше других, и его телескопы оказывались намного совершеннее. И все же телескоп Галилея (сохранившийся во Флоренции) дает, конечно, несравненно худшее изображение, нежели современные приборы.
Галилей построил второй телескоп с восьмикратным увеличением, затем третий — с тридцатикратным. Последний потребовал особенно много усилий: ведь придать куску стекла правильную форму — задача трудная и кропотливая, а качество прибора в значительной степени зависит именно от тщательности полировки. В новом телескопе планеты выглядели яркими дисками. Звезды тоже казались ярче, а расстояния между ними больше, но они по-прежнему представлялись лишь точками. Галилея очень радовало, что он мог видеть в свой новый телескоп гораздо больше звезд. Светлая дымка Млечного Пути превратилась в мириады звезд.
(…очень плохое качество сканирования…)
Фиг. 93. Фотография Луны в последней четверти (Ликская обсерватория).
Солнечный свет, падая на вершины гор вблизи края тени, выявляет грубый ландшафт, наблюдавшийся в телескоп Галилея.
(…очень плохое качество сканирования…)
Фиг. 94. Современная фотография лунных гор (Ликская обсерватория).
Часть фотографии фиг. 93, увеличенная примерно в 6 раз. Пик внизу снимка, отбрасывающий длинную тень, — горы «Питон»
Фиг. 95. Эскиз горы «Питон» и ее тени.
Так определяются высоты лунных гор.
Спутники Юпитера
С помощью нового телескопа Галилей сделал еще более важное открытие. Ночью 7 января 1610 г. он наблюдал три небольшие звезды, расположенные вблизи Юпитера, на одной прямой (фиг. 96), две к востоку от Юпитера, а одна к западу. Галилей принял их за неподвижные звезды и не обратил на них особого внимания, но на следующую ночь, случайно вновь взглянув на Юпитер, обнаружил теперь все три звезды уже к западу от Юпитера, причем расположены они были ближе друг к другу, чем в предыдущую ночь. Последнее обстоятельство, т. е. сдвиг, он объяснил движением Юпитера, но потом сообразил, что в таком случае Юпитер должен был бы двигаться в обратном направлении, ибо находился в то время на обратной части петли. Это уже было поистине загадочно. Галилей с нетерпением ждал следующей ночи, чтобы снова провести наблюдения, но небо было покрыто облаками. На следующую ночь, т. е. 10 января, были видны лишь две звезды к востоку от Юпитера. Вряд ли Юпитер мог передвинуться на значительные расстояния с запада на восток за один день и затем с востока на запад за два дня. Галилей решил, что «звезды» сами должны двигаться, и стал наблюдать за ними (см. фиг. 96). Так он открыл четыре маленьких спутника Юпитера.
Понаблюдайте сами за Юпитером в небольшой телескоп, даже в долевой бинокль. Вы не сможете не заметить его спутников и увидите их яснее, нежели это удалось тогда Галилею, использовавшему простые линзы.
Фиг. 96. Наблюдения спутников Юпитера, производившиеся Галилеем.
Эти рисунки представляют собой копию собственноручных зарисовок Галилея. Орбиты спутников лежат примерно в плоскостях, проведенных через прямую, соединяющую находящегося на Земле наблюдателя с Юпитером, поэтому спутники часто находятся то впереди Юпитера, то позади него или же попадают в отбрасываемую им тень. Так как их движение по орбитам происходит быстро, то приведенные картинки тоже быстро меняются и на них часто можно видеть не все четыре спутника, а лишь три или два.
Кеплер, получив письмо Галилея и узнав об этом открытии, разделил его восторги, хотя наблюдение спутников Юпитера, казалось бы, противоречило представлениям Кеплера о существовании всего шести планет. Философы — последователи Аристотеля отнеслись к этому открытию не очень благожелательно, ибо наличие «лун» у Юпитера умаляло исключительную роль Земли и подтверждало теорию Коперника. Один из таких философов рассуждал следующим образом:
«Голова имеет семь окон — две ноздри, два глаза, два уха и рот; небеса имеют две благоприятные звезды, две неблагоприятные, две освещающие Землю и один Меркурий, нерешительный и безразличный. На основании этих и других подобных же явлений природы, например из существования семи металлов и т. д., которые утомительно было бы все перечислить, мы приходим к выводу, что число планет с необходимостью должно быть равно семи. Кроме того, спутники Юпитера невидимы невооруженным глазом, поэтому не могут оказывать влияния на Землю. Следовательно, если бы они и существовали, то были бы бесполезны. А потому они не могут существовать…».
Галилей писал Кеплеру:
«О мой дорогой Кеплер, как мне хочется от души посмеяться вместе с вами! Здесь, в Падуе, есть профессор философии, которого я многократно и настойчиво просил посмотреть на Луну и планеты в мой телескоп, но он упрямо отказывается. Почему вас нет здесь? Как бы мы похохотали с вами над этой восхитительной глупостью! А послушать только, как профессор философии в Пизе рассыпает перед великим герцогом логические доказательства, стараясь как бы с помощью магических заклинаний изгнать новые планеты с неба!»
Юпитер и его спутники представляли собой нечто вроде миниатюрной модели Солнечной системы Коперника — неоспоримое доказательство правильности его теории. Кеплер воспользовался измерениями Галилея для грубой проверки применимости третьего закона к спутникам Юпитера. Он нашел, что третий закон применим и в этом случае, хотя отношение R3/T2 отличается от значения, соответствующего планетам Солнечной системы. В таблице на стр. 174 приведены современные, более точные данные. С тех пор был открыт ряд еще более отдаленных спутников, меньших размеров. Сейчас известна дюжина таких спутников.
* Размеры орбит спутников проще всего выражать через диаметр Юпитера. Для проверки третьего закона Кеплера радиусы можно выражать в тех же единицах, если же эти данные нужны в теории тяготения (например, для сравнения массы Юпитера с массой Солнца), то следует пользоваться в обоих случаях одними и тени же единицами, скажем милями.
** Проверку легко произвести благодаря удачному выбору единиц — миль и часов.
Возвращение в Пизу и Флоренцию
Когда Галилей согласился переехать во Флоренцию, ему пришлось отказаться от должности профессора в Падуе. Неожиданный отказ был встречен крайне недоброжелательно, поступок расценили как неблагодарный и даже нечестный. Однако новый пост сулил большие возможности. Галилей переехал во Флоренцию, потеряв некоторых своих друзей. Теперь у него оставалось больше времени для работы, но решение о переезде в общем оказалось неразумным, так как это было возвращение не только к друзьям, но и к врагам. (В студенческие годы Галилей был известен как «крикун и спорщик», он неистово нападал на тех кого называл «бумажными философами».) Галилей был искренним, но не очень тактичным человеком; противодействие, которое встречали его открытия и доводы, не столько огорчало его, сколько вызывало в нем чувство торжества. «Профессора — последователи Аристотеля, приспособляющиеся ко времени и обстоятельствам, иезуиты, занимающиеся политикой священники, а также робкие, но вполне почтенные люди, которые вечно опасаются всяких новшеств как в религии, так и в науке, объединились против деспотичного философа, поставившего под угрозу их знания»[67].
Во Флоренции Галилей с помощью своего нового телескопа продолжал изучать планеты и вскоре сделал новые открытия. Он обнаружил, что у Сатурна сбоку имеются какие-то выступы, как бы прикрепленные к нему. В современные телескопы Сатурн имеет вид большого яркого шара, окруженного плоским кольцом, напоминающим поля шляпы; теперь известно, что это кольцо состоит из пылевидных частиц, возможно кусочков льда, которые независимо друг от друга движутся вокруг Сатурна — целое полчище, иллюстрирующее третий закон Кеплера. В телескоп Галилея кольцо не было различимо и казалось, что по бокам Сатурна имеются еще две планеты. Затем Галилей обнаружил, что у Венеры существуют фазы, подобные фазам Луны. Этот факт явился уже прямым подтверждением теории Коперника. Галилей обнаружил также пятна на Солнце — движущиеся и изменяющиеся темные участки. Еще один удар, нанесенный представлению о непорочности небес!
Галилей со своим телескопом совершил необычайно успешную поездку в Рим, где его встретили с энтузиазмом. В то время телескоп являлся чудом, и церковь одобрила открытия Галилея.
Неприятности
Галилей вернулся в Пизу с намерением написать большой трактат о строении Вселенной. Система Коперника казалась ему правильной именно вследствие своей простоты. Она неоспоримо подтверждалась наблюдениями с помощью нового телескопа. Вращение Земли устраняло необходимость в представлении о казавшемся невероятным суточном вращении внешней сферы звезд, увлекаемой как бы «огромным приводным ремнем, идущим неизвестно откуда»[68], со странными передаточными механизмами к внутренним сферам. Предположение о том, что неподвижное Солнце находится в центре, а вокруг него вращается Земля как одна из планет, упрощало движение многих небесных светил и позволяло предсказать то, что Галилей видел в телескоп. Ему удалось увидеть даже модель Солнечной системы в виде Юпитера и его спутников. Но теория Коперника противоречила поэтичной библейской астрономии, которую проповедовала как римская католическая, так и протестантская церковь. Как раз в то время, когда Галилей с уверенностью почувствовал, что может доказать правильность теории Коперника, недовольство церкви внезапно усилилось. На Галилея стали нападать в проповедях, а доводы, которые он приводил в ответ, секретно отсылались инквизиции, в Рим. Друзья из Рима предостерегали Галилея, что доктрины Коперника находятся под серьезным сомнением. Ученики и друзья Галилея, включая самого герцога, благородно встали на его защиту, но он сам навлек на себя серьезные неприятности, начав писать вызывающие публичные письма о священном писании и о науке. В этих письмах он утверждал, что язык Библии следует понимать не буквально, а метафорически, когда речь идет о науке. Библия, по его словам, объясняет нам явления духовного порядка, а не явления природы; при этом он цитировал слова некоего кардинала: «Святой Дух учит вас тому, как попасть на небо, но не тому, как это небо устроено».
Так как священное писание и природа — создание одного и того же божественного творца, то они не могут противоречить друг другу, но служат они различным целям, и церковь не должна заставлять астрономов не верить в то, что они видят собственными глазами. Люди не должны осуждать книгу Коперника, не прочитав ее и не постаравшись ее понять. Таков был его открытый выпад.
Власти в Риме еще больше взволновались. Церковные астрономы, возмущенные писаниями Галилея, перестали его поддерживать. Встревоженный, Галилей поехал в Рим, чтобы самому выяснить сложившуюся обстановку. Но и там он продолжал непрерывно спорить как с друзьями, так и с врагами; «он не мог объяснить этим людям того, что в состоянии были понять только он и Кеплер: что три науки — математика, физика и астрономия стремятся к соединению, которое сделает их неотразимыми и создаст физическую науку о небесах»[69]». Тем временем церковь назначила группу экспертов по теологическим вопросам для исследования учения Коперника; эти эксперты высказались по поводу двух основных утверждений Галилея следующим образом:
УТВЕРЖДЕНИЕ, ЧТО СОЛНЦЕ НЕ ДВИЖЕТСЯ «неверно и абсурдно с точки зрения философии и является еретическим».
УТВЕРЖДЕНИЕ, ЧТО ЗЕМЛЯ ДВИЖЕТСЯ И ВРАЩАЕТСЯ «неверно и абсурдно и по меньшей мере ошибочно с точки зрения религии».
Галилей оставался в Риме, чтобы, как он считал, помочь дискуссии пойти по правильному руслу. Его вызвали и сказали, что доктрина Коперника осуждена как «ошибочная». На книгу Коперника наложен запрет — ни один благочестивый католик не должен читать ее до тех пор, пока она не будет «исправлена». А сам Галилей не смеет ее отстаивать или защищать истинность доктрины. Галилей выждал некоторое время, чтобы его нельзя было обвинить в трусости, и вернулся домой, как подобало благочестивому католику, испытывая, однако, горькое разочарование.
Во Флоренции Галилей оставался еще лет шесть. За это время был избран новый папа, который относился к науке более дружелюбно, чем его предшественник, к тому же он был другом Галилея.
Несмотря на плохое состояние здоровья, обрадованный Галилей предпринял утомительную поездку в Рим, чтобы поздравить нового папу; на этот раз его приняли великолепно. Он получил несколько аудиенций, папа оказал ему почести и вручил богатые подарки. Галилей даже попытался осторожно доказывать папе правильность системы Коперника, подчеркивая ее простоту. Кардиналы сдержанно молчали, но сам папа заметил: «Церковь не осуждает эту систему. Ее следует осудить не как еретическую, а лишь как опрометчивую». Однако, когда Галилей стал настаивать на своих взглядах, папа резко ответил, что прежний запрет остается в силе. Он посоветовал Галилею не ограничивать мудрость господа научной схемой: господь может создать любую схему по своему желанию — ловкий аргумент, способный, остановить развитие любой науки. Однако в конце концов папа позволил Галилею написать книгу, поясняющую доказательства, приводимые как в пользу теории Коперника, так и в пользу теории Птолемея. В книге должна содержаться лишь теоретическая дискуссия, предоставляющая высшей мудрости церкви решать, что есть истина.
Великий диалог
Галилей вернулся домой разочарованным, но все же польщенный оказанными почестями. Он был уверен в том, что получил разрешение написать давно задуманную книгу о строении Вселенной. Но он был слишком доверчив и недооценил церкви. Он продолжал тайно проповедовать идеи Коперника и писал свою книгу. Написал он ее в форме диалога — в те времена вполне обычная форма изложения. После некоторых затруднений с церковными цензорами, один из которых был личным другом Галилея, его книга была опубликована[70].
Диалог начинается с предисловия, обращенного к «благоразумному читателю», и выглядит самым неблагоразумным выпадом против инквизиции. Диалог ведется между Сальвиати, философом, который излагает точку зрения Коперника с помощью доводов Галилея, Сагредо, который, являясь как бы адвокатом Сальвиати, задает вопросы, указывает на возникающие трудности и оживляет диалог своим остроумием, и Симпличио, упрямым последователем Аристотеля и Птолемея, которого каждый раз побеждает своими доводами Сальвиати и подымает на смех Сагредо.
Фиг. 97. Титульный лист первого издания «Диалога».
Диалог был написан не по-латыни для ученых, а по-итальянски — для широкого круга читателей и изобиловал подробными рассуждениями и остроумными доводами. По словам одного из критиков, — это «непринужденное жизнеописание всего духовного мира того, времени»; по существу это выдающееся объяснение природы движения, земного и небесного, с исчерпывающими доказательствами правильности схемы Коперника. Диалог содержит много прекрасных идей и доказательств, но в нем имеются и серьезные ошибки. Галилей был великим ученым, но новая наука, которую он проповедовал, была еще не закончена и порой не ясна. Галилей никогда не понимал, что круговые орбиты не требуют подталкивания в направлении движения.
Он считал, что вертикальное падение присуще земным телам, а круговое движение — небесным телам (согласно Аристотелю), несмотря на то, что отлично понимал роль инерции в земной механике.
Галилей никогда не признавал эллиптических орбит Кеплера, может быть потому, что именно круговые орбиты считал необходимыми, а может быть потому, что представлял себе, насколько близки действительные эллиптические орбиты планет к круговым. Он считал, что приливы и отливы вызываются «дыханием Земли» — еще более нелепое объяснение.
Книга Галилея оказалась популярной и очень убедительной.
В противоположность ей книга Коперника была трудна — мало кто понимал ее истинное значение, к тому же она была запрещена. О ней велись разговоры и происходили тайные дискуссии, но большинство образованных людей не могло сложить воедино всей этой головоломки, которая благодаря приказанию свыше оставалась разобранной на части. Эту задачу выполнил Диалог — «собрал все воедино и впервые продемонстрировал картину в целом. Галилей не излагал в книге технических проблем; в Диалоге имелось много незаконченных мыслей и дерзких предположений. Однако книга соответствовала уровню образования людей того времени и непреодолимо убеждала их в правильности излагаемых идей. Это был заряд динамита, подложенный мастером своего дела»[71].
Слухи об этой мощной атаке на узаконенное церковью представление о строении Вселенной дошли до Рима и стали известны папе, который, хотя и был другом Галилея, приказал инквизиции запретить книгу и вновь подвергнуть проверке взгляды Галилея.
Дряхлый и больной Галилей был вызван в Рим. Там с ним в общем неплохо обошлись, признавая, что он выдающийся ученый, и предоставили ему даже удобное жилище, но инквизиция продолжала строгую проверку, формулируя его еретические высказывания и заставляя Галилея защищать свои идеи. Галилей знал, что его книга содержит опасные высказывания, но он ведь писал ее, получив на это разрешение. Первоначальный запрет был наложен лишь на утверждение, что астрономия Коперника истинна; правда, Галилей повиновался этому запрету не всегда и неискренне. Он чувствовал себя в безопасности до тех пор, пока не был представлен документ, по всей вероятности подложный, из которого следовало, будто бы Галилей обещал никогда не распространять и вообще не обсуждать систему Коперника. Теперь обвинение становилось очень серьезным: еретическое учение и написание книги, несмотря на клятву этого не делать. Не отрекшемуся от ереси и не раскаявшемуся еретику угрожали пытки. Галилей находился в большой опасности. Он нарушил приказ церкви; он изложил систему Коперника и опубликовал ее в виде книги (под очень сомнительным предлогом, что это лишь теоретические рассуждения); он даже осмелился критиковать интерпретацию, даваемую священным писанием. Могущественная и безжалостная церковь, которая жестоко преследовала сомневающихся и приговаривала к сожжению на костре непокорных еретиков, не могла, конечно, стерпеть столь вызывающего поведения. За стенами инквизиции с Галилеем обращались хорошо, да и в суде сначала к нему относились снисходительно; с ним спорили, предлагали привести доводы в защиту своих убеждений. Но его допрашивал суд, который обладал правом не только применить физические пытки, но и опирался на духовное превосходство церкви. Здоровье Галилея ухудшалось, а его все вызывали на допросы снова и снова. Однако он не отказывался от своих убеждений. Один из ведущих допрос, дружелюбно настроенный к Галилею, посоветовал ему сознаться в том, что он написал свой труд, движимый ложной гордыней, в этом случае его оставили бы в покое. Потеряв надежду доказать свою правоту, Галилей, наконец, согласился. Однако верховный суд церкви не был удовлетворен столь мягкой формой признания и продолжал настаивать на безоговорочном отказе от прежних убеждений. Галилей был вызван на «строгое следствие». Из судилища он вышел только через три дня. Неизвестно, насколько далеко зашла инквизиция в своем давлении на него. Физическим пыткам его не подвергали — он был слишком стар, однако ему пришлось пройти все ужасы моральных истязаний. В ходе допроса Галилей согласился полностью отречься от своих убеждений, взять назад свои еретические утверждения и признать неправильными прежние взгляды. Галилей принял приговор инквизиции как раскаивающийся грешник; не забудьте — он был набожным, хотя и любящим спорить, сыном церкви. Встав на колени, он прочитал требуемое отречение и поклялся никогда не верить в учение Коперника и не пытаться снова его распространять. Отречение представляло собой длинный документ, состоящий из унизительных извинений, признания ошибок, полного отказа от прежних взглядов, и все это под угрозой самых суровых наказаний. Стоя на коленях, Галилей подписал отречение.
Существует легенда, будто Галилей, поднявшись с колен, пробормотал: «А все-таки она (Земля) вращается!», но вряд ли это так. Поблизости не было друга, который мог бы услышать эти слова, к тому же Галилей был стар и совершенно подавлен. По словам Бертрана Рассела, «произнес это не Галилей, а весь мир».
Некоторое время Галилей находился в заключении, затем ему было разрешено вернуться домой, но на определенных и очень жестких условиях. Здоровье его пошатнулось, однако мысль, по его словам, была еще «слишком живой для столь немощного тела». Он написал большую книгу «Две новые науки». Она содержала описание его исследований ускоренного движения (которые легли затем в основу законов Ньютона), исследований упругости бревен и его обоснование исчисления бесконечно малых. Это был не популярный труд, а подробное специальное изложение. Работая над этой книгой, Галилей ослеп на один глаз, а вскоре и совсем лишился зрения. Он говорил по поводу своего несчастья: «Увы! Ваш верный друг и слуга полностью и непоправимо ослеп. Эти небеса, эта Земля, эта Вселенная, которую я, вопреки представлениям прежних веков, своими наблюдениями, в тысячу раз увеличил, для меня теперь сжались в узкую нору, которую я сам занимаю. Так угодно господу, поэтому и для меня это должно быть хорошо». Теперь ему была предоставлена большая свобода и, несмотря на тяжелую болезнь, он с помощью друзей продолжал писать. Но здоровье все ухудшалось, и в возрасте 78 лет он умер.
Спор науки с церковью
Труды Галилея, его лекции и дискуссии выявили разногласия между авторитарными представителями церкви и независимыми учеными. Своим резким поведением и убедительностью доказательств он навлек неприятности не только на себя, но и на науку в целом.
Биографы Галилея расходятся во взглядах на его конфликт с римской католической церковью, отражая тем самым собственные взгляды. Некоторые изображают его почти мучеником, находившимся под угрозой пыток со стороны фанатичной инквизиции, подозреваемым и преследуемым пленником, которому запрещалось провозглашать открытые им великие Истины; при этом церковь выступала как главный злодей, защищавший суеверия и предрассудки и старавшийся подавить в интересах догматической науки разъяснение простых явлений природы, что должно было бы укреплять всемирную религию. Другие считали, что Галилей сам навлек на себя беды горячими спорами и той оскорбительной манерой, с которой он старался рассеять заблуждения своих противников; эти историки изображали его неблагодарным по отношению к церкви, которая старалась разобраться в его учении и помогала ему материально; они указывали на то, что конфликт Галилея с церковью возник в результате его нападок на священное писание, т. е. в результате его прямого вмешательства в область, подвластную лишь церкви. Некоторые же сожалели о его раболепном поведении, о том, что он не стал мучеником науки, но это слишком жестокие упреки тому, кто почти всю жизнь был далек от раболепия.
Бертран Рассел пишет:
«Конфликт между Галилеем и инквизицией — это не просто конфликт между свободной мыслью и фанатизмом или между наукой и религией: это конфликт между методом индукции к методом дедукции. Те, кто верит в дедукцию как в метод познания, вынуждены где-то искать свои предпосылки, обычно в священном писании. Дедукция — этo метод выяснения истины, которым обычно пользуются юристы и верующие. Как метод познания дедукция терпит крах, когда возникают сомнения в правильность ее предпосылок, и те, кто в нее верит, должны неприязненно относиться к сомневающимся в непреложности истин священного писания. Галилей подвергал сомнению и учение Аристотеля, и священное писание и разрушал, таким образом, все здание средневековой науки. Его предшественники считали, что знают, как был создан мир, каково назначение человека, сокровенные тайны метафизики и принципы, управляющие поведением тел. Ничто во всей Вселенной, считали они, — ни духовное, ни материальное — не скрыто от них, ничто не таинственно, нет такого, что было бы невозможно изложить с помощью силлогизмов. А что по сравнению со всем этим богатством оставлял своим последователям Галилей? Закон падения тел, теорию колебаний маятника, эллипсы Кеплера? Можно ли удивляться тому, что разрушение накопленного богатства вызывало возмущение. Несколько истин, доказанных Галилеем, затмили тусклый свод средневековых представлений, подобно тому, как восходящее солнце своим сиянием затмевает бесчисленное множество звезд…. При противопоставлении желаемого действительному знания достаются с трудом. Даже слабое соприкосновение с реальным знанием выбивает почву из-под фантазии. Но знание приходит с большим трудом, нежели предполагал Галилей, и многое из того, что он считал правильным, оказалось лишь приближенно верным. Галилей сделал первый большой шаг к накоплению надежных и имеющих общий характер знаний. Поэтому его можно считать прародителем современной науки. Как бы мы ни относились к порождениям нашего времени — росту народонаселения, прогрессу медицины, поездам, машинам, радио, политике, рекламе мыла — все это идет от Галилея. Если бы инквизиция захватила Галилея, когда он был молодым, мы возможно и не были бы свидетелями, с одной стороны, атомного оружия и отравляющих газов, а с другой, — уменьшения бедности и болезней, которые характерны для нашего века»[72].
Главная ошибка и Галилея и церкви состояла в том, что схема Коперника рассматривалась не как гипотеза или часть «теории»; спор шел о том, истинна она или ложна.
«…было бы совершенно неверно утверждать, что церковь запретила Галилею продолжать научные эксперименты. Конфликт Галилея с церковью не имел ничего общего с его экспериментами. Он стал развиваться, если отвлечься от причин чисто личного порядка, со времени его отказа рассматривать по требованию церкви теорию Коперника как гипотезу, что в свете современной теории относительности представляется не столь уж неразумным требованием. О Галилее существует, вероятно, столько же мифов, сколько о любом святом»[73].
Сам Галилей, с его любовью к истине, мог более трезво относиться к теории Коперника как к гипотезе, хотя в механике он верил в абсолютно неподвижное пространство. Новое научное течение было враждебно встречено приверженцами классического учения, хотя их предшественники в эпоху Возрождения могли с радостью пойти ему навстречу. Церковь, занятая поддержанием своего духовного и политического могущества, его страшилась. (Еще при жизни Галилея Джордано Бруно был сожжен на костре за свои еретические взгляды, в частности за то, что пользовался астрономией Коперника. Согласно Бруно, если принять, что внешняя «сфера» звезд находится в покое, то звезды могут быть распределены в пространстве бесконечно далеко — мириады солнц, расположенных в небесах на сколь угодно больших расстояниях от Земли. Такое расширение границ нашей Вселенной было потрясающим новшеством для средневекового ума.)
Диалог был занесен в число запрещенных книг, и отречение Галилея читалось с амвона церквей и с кафедр университетов, «чтобы другим неповадно было». Новая протестантская церковь оказалась столь же нетерпимой. Выйдя из-под власти папы, ее руководители придавали еще больше значения буквальному толкованию Библии.
Мартин Лютер отзывался о Копернике, как о «глупце с вывернутой наизнанку астрономией». Не только в Италии, но и в других странах новая наука порицалась и строго запрещалась еще полстолетия.
Эта борьба отнюдь не исключение. Нечто подобное происходит почти в каждом веке. Противоречия между условиями жизни и сознанием людей, возможностями и верой приводят к борьбе между консервативными элементами, отнюдь не принадлежащими к одному и тому же слою общества, и передовыми кругами, причем причины не всегда одни и те же. В каждом веке, от Галилея до наших дней, эти битвы обычно кажутся столь серьезными, что быть на стороне борцов за новое или даже разделять их взгляды небезопасно… Спустя одно-два поколения обе стороны зачастую сожалеют о возникшей между ними вражде, однако сколь это ни печально, человечество извлекает из этого еще мало уроков.
Из поколения в поколение возникающие споры каждый раз кажутся столь же важными и серьезными, какими они представлялись и в те времена. Мы приводим ниже замечание, сделанное рукой Галилея на полях принадлежащего ему экземпляра «Диалога»:
«По поводу введения новшеств. Ну, кто может сомневаться в том, что новшества, стремящиеся сделать рабами чужой воли умы, созданные богом свободными, не могут не привести к сильнейшей смуте? Требовать, чтобы люди отказывались от собственных суждений и подчинялись суждениям других, и назначать лиц, совершенно невежественных в науке или искусстве, судьями над людьми учеными, наделяя их властью обращаться с последними по своему усмотрению, — это такие новшества, которые способны довести до гибели республику и разрушить государство».
Какой бы ни выглядела жизнь Галилея в описаниях историков, его труды лежат в основе физики и служат фундаментом для всех его последователей. Они служат основой знаний, на которой им уже в то время была построена механика.