СОЗДАНИЕ НОВОЙ, НАУЧНОЙ СИСТЕМЫ МИРА

Результаты всё более точных наблюдений над движениями небесных светил, трудность вычислений их положения на небе вызывали сомнение у многих учёных в правильности системы мира Птоломея. Так великий итальянский учёный Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.) опровергал существование аристотелевых сфер. Он утверждал, что Земля не находится в центре мира и имеет вращательное движение.

_{Великий польский астроном Николай Коперник.}

Смелостью взглядов отличался замечательный учёный позднего средневековья Николай Кузанский. Он учил, что Земля движется, что вселенная не может иметь центр, так как она бесконечна.

Однако до появления книги Коперника, в которой он изложил новую систему мира, не было сделано ни одной сколько-нибудь решительной попытки научно опровергнуть систему мира Птоломея.

Великий польский учёный Коперник был сыном эпохи Возрождения, той эпохи, которая, по словам Энгельса, «…сломила духовную диктатуру папы, воскресила греческую древность и вместе с ней вызвала к жизни высочайшее развитие искусства в новое время, которая разбила границы старого мира и впервые, собственно говоря, открыла землю».

Н. Коперник родился в 1473 году в польском городе Торуне. Он получил прекрасное по тому времени всестороннее образование. Коперник изучил труды древнегреческих учёных и сверил астрономические наблюдения и вычисления за много веков. Это привело его к таким выводам:

видимое суточное вращение небесного свода, а также смена дня и ночи происходят в результате вращения Земли вокруг своей оси;

видимое годичное перемещение Солнца относительно звёзд есть следствие обращения Земли вокруг Солнца;

все планеты, в том числе и Земля, обращаются по круговым орбитам вокруг Солнца; наблюдаемые с Земли петлеобразные движения планет есть следствий движений Земли и планет вокруг Солнца.

Правильное объяснение петлеобразных движений планет дало возможность учёному значительно упростить предвычисление их положений. Однако Коперник не сумел отказаться от неверного представления древних учёных, будто все небесные тела движутся только по наиболее «совершенным» кривым, т. е. кругам.

В доказательство своих научных выводов Коперник приводил не «священное» писание, не религиозные выдумки, а непосредственные наблюдения небесных явлений. Великий учёный заявлял: «Для того чтобы не подумали, что я предлагаю одни лишь утверждения, пусть сравнят моё объяснение с фактами: тогда убедятся, что оно хорошо согласуется с ними».

Гениальный учёный тщательно разработал различные стороны нового учения. И даже тогда, когда в 1530 году была полностью закончена рукопись его великого творения, он еще десять лет ничего не предпринимал для её распространения. Наконец, в 1540 году ученики Коперника опубликовали краткое изложение его теории.

Новое учение Коперника вызвало у «отцов» церкви на первых порах насмешки и глумление. Церковный реформатор Лютер — основоположник лютеранской церкви — выступил против учения Коперника: «Говорят о каком-то новом астрологе, который доказывает, будто Земля движется, а небо и Солнце неподвижны. Нуда теперь всякий, кому хочется прослыть умником, старается выдумать что-нибудь особенное. Вот и этот дурак намерен перевернуть вверх дном всю астрономию».

Подобные насмешки не смутили учёного. По настоянию друзей Коперник решил напечатать свою работу, и в 1543 году она вышла в свет под названием «Об обращениях небесных сфер». В это время великий астроном был уже при смерти. Спустя несколько дней после того, как ему был доставлен экземпляр книги, Николай Коперник скончался.

В своём сочинении Коперник доказал, что видимые с Земли движения звёздного неба, Солнца, Луны и планет можно объяснить лишь тем, что сама Земля — такая же планета, как и другие, — одновременно движется вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. Другие планеты также обращаются вокруг Солнца. Земля вместе со своим спутником Луной обращается вокруг Солнца между путями Венеры и Марса.

Противники теории Коперника выставляли множество возражений против мысли о движении Земли. Наиболее серьёзным было такое: если Земля движется, говорили они, то видимое расположение звёзд должно меняться, а этого не видно, значит, и Земля не движется. На эти возражения Коперник отвечал, что такие смещения есть, но звёзды находятся от Земли очень далеко, поэтому их параллактические смещения[2] не видны.

Система мира Коперника получила название гелиоцентрической (от греческого слова «гелиос» — Солнце). По этой системе центром мира являлось неподвижное Солнце, а не Земля.

Конечно, система мира Коперника далека от современных представлений о вселенной, так как все небесные тела, в том числе и одна из звёзд — Солнце, находятся в непрерывном движении. В дальнейшем исследователи уточнили форму и размеры планетных путей. Было также установлено, что вселенная бесконечна, а не ограничена сферой неподвижных звёзд, как это принимал Коперник. Однако историческая заслуга Коперника как революционера в науке состоит в том, что он не только достаточно правильно представил движение Земли, но и лишил её исключительного, центрального положения во вселенной, как тому учила религия. Его выводы создали предпосылки для дальнейшего развития науки о небе, а также других наук о природе.

Книга Коперника «Об обращениях небесных сфер», содержащая основы нового мировоззрения, подрывала устои религии. Однако она не сразу подверглась гонениям церкви, так как была написана сложным математическим языком, понятным лишь специалистам. И только после того, как стал понятен смысл нового учения и дно получило широкое распространение, католическая церковь спохватилась и объявила учение Коперника еретическим. Его книга была запрещена, чтобы, как признавали сами враги учения Коперника, «мнение о движении Земли более, не распространялось к великому ущербу католической истины».

Однако ничто уже не могло остановить дальнейшее развитие научной! изучения мира. После Коперника знамя борьбы против религиозного миропредставления высоко подняли Джордано Бруно и Галилео Галилей.

Выдающийся итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548–1600 гг.) выступил как пламенный защитник гелиоцентрической системы мира Коперника.

Бруно не только вдохновенно проповедовал новое учение, но и высказывал правильные смелые мысли, которые на столетия опередили современную науку. Он учил, что вселенная бесконечна, что звёзды — такие же огромные светила, как и наше Солнце, которое представляет собой лишь одну из звёзд и не является центром вселенной. Звёзды окружены планетами, населёнными, как и Земля, разумными существами.

Джордано Бруно боролся с церковно-библейским учением о мире, гневно бичевал мракобесие «святых отцов» церкви. Церковники понимали, что взгляды Джордано Бруно являются величайшей угрозой для религии. Бруно был схвачен и передан в руки инквизиции (судебно-политической церковной организации). Восемь лет его держали в тюрьме, жестоко истязали, требуя отречения от «еретических» взглядов. Но учёный мужественно отстаивал правоту своего учения. Не добившись ничего, инквизиторы приговорили учёного к сожжению на костре. Выслушав приговор, Бруно сказал: «Вы испытываете больший страх, произнося мне приговор, чем я, его выслушивая».

17 февраля 1600 года в Риме на Площади Цветов учёный был живым сожжён на костре. Но учение, которому он отдал жизнь, не погибло. Прошло немного лет, и великий Галилео Галилей (1564–1642 гг.) — один из основателей науки о движении — механики — дал человечеству наглядные доказательства справедливости учения Коперника.

Ещё в студенческие годы Галилей проявил исключительные способности к математическим наукам. Он считал, что основой изучения природы является опыт, наблюдение, что не схоластическое толкование сочинений древних философов и священного писания, а непосредственное изучение природы даёт возможность познать её сущность. Проведя многочисленные опыты, учёный открыл законы свободного падения тел, движения тел по наклонной плоскости, закон качания маятника и многие другие.

_{Великий итальянский учёный Галилео Галилей.}

В 1597 году в одном из писем немецкому астроному Кеплеру Галилей объявил себя сторонником теории Коперника.

В 1609 году Галилей построил первый телескоп — астрономическую трубу, увеличивающую в 30 раз. С этого времени он начал наблюдать небесные светила. Наблюдения привели к замечательным открытиям.

Результаты своих наблюдений Галилей обобщил в труде, опубликованном в 1610 году в Венеции. Он назывался «Звёздный вестник, возвещающий о великих и удивительных зрелищах и предлагающий их вниманию философов и астрономов, каковые зрелища наблюдаемы были Галилео Галилеем с помощью недавно изобретённой им зрительной трубы на лике Луны, в бесчисленных неподвижных звёздах, в Млечном Пути, в туманных звёздах, в особенности же при наблюдении четырёх планет, обращающихся вокруг Юпитера в различные промежутки времени с удивительной скоростью, планет, которые до последнего времени никому не были известны и которые автор совсем недавно открыл первый и решил назвать Медицейскими светилами».

Наблюдения Луны показали, что поверхность её покрыта горами. Это опровергало учение Аристотеля о том, что небесные тела отличаются от земных своим «совершенством» и прежде всего своей идеальной шаровой формой. По длине тени Галилей вычислил высоту лунных гор.

Продолжая наблюдения, учёный обнаружил, что Млечный Путь состоит из множества отдельных звёзд, невидимых невооружённым глазом. Это указывало на то, что в природе существует множество таких тел, которые недоступны наблюдению невооружённым глазом, и религиозные представления об ограниченности мира являются надуманными и ложными.

Наблюдая Солнце, Галилей увидел на его поверхности пятна. По движению этих пятен учёный установил, что Солнце вращается вокруг своей оси.

Но самым замечательным из того, что удалось открыть Галилею с помощью зрительной трубы, были четыре спутника Юпитера, которые вращались вокруг него, а также фазы Венеры, т. е. последовательные изменения вида планеты, подобные тем, которые происходят с Луной. Фазы Венеры доказывали, что эта планета, подобно Земле, является холодным тёмным шаром, освещаемым Солнцем, а порядок смены фаз доказывал обращение Венеры вокруг Солнца, а не вокруг Земли.

Таким образом, учение Коперника подтверждалось непосредственными наблюдениями.

Открытия Галилея произвели огромное впечатление на его современников. Повсюду появились многочисленные ученики знаменитого астронома.

Против учёного поднялись тёмные силы инквизиции. На специальном собрании богословов в 1616 году учение Коперника было объявлено несовместимым со «священным» писанием. Вскоре особым декретом были запрещены книги Коперника и его последователей. Защитники учения Коперника объявлялись еретиками и им грозили мрачные застенки инквизиции.

Однако Галилей не прекратил борьбы с церковью. В 1632 году вышла его книга «Диалог о двух главнейших системах мира — птоломеевой и коперниковой». В ней учёный защищал взгляды Коперника.

Книга была запрещена, а её автора папа Урбан VIII приказал немедленно арестовать. Больного учёного на носилках доставили на суд в Рим и заставили отречься от учения Коперника.

Но великий учёный не изменил своего отношения к теории, которую он сам подтвердил многочисленными доказательствами. Своим противникам Галилей говорил: «Это вы порождаете ереси, когда без основания требуете, чтобы учёные отрекались от своих чувств и неопровержимых доказательств».

В последние годы жизни под неусыпным наблюдением инквизиции слепой и обессиленный учёный продолжал свои замечательные исследования по физике.

Так, ни застенки инквизиции, ни угрозы отлучения от церкви не могли заставить передовых людей отказаться от учения Коперника. Наука о вселенной неудержимо двигалась вперёд. Астрономические открытия следовали одно за другим.

_{Знаменитый немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер.}

Законы движения планет были открыты великим астрономом и математиком Иоганном Кеплером (1571–1630 гг.).

Кеплер родился в г. Вейле, в Германии. Ещё со студенческой скамьи он стал последователем учения Коперника. Жизнь учёного была полна тяжёлых лишений. За свои взгляды он неоднократно подвергался гонениям церкви, ведя с семьёй полуголодное нищенское существование.

В 1600 году Кеплер переселился в Прагу, где работал с замечательным астрономом-наблюдателем Тихо Браге, создателем превосходной обсерватории в Дании.

Кеплеру недолго пришлось работать с Тихо Браге: в конце 1601 года Браге умер. После его смерти Кеплер получил в своё распоряжение все записи астрономических наблюдений Браге, в том числе и результаты многолетних наблюдений Марса. Тщательное исследование записей Браге привело Кеплера к мысли, что Марс не может двигаться вокруг Солнца по круговой орбите: в этом случае получались слишком большие расхождения между теоретическими вычислениями положения планеты и действительно наблюдаемыми по записям Тихо Браге. Чтобы найти действительную форму орбиты Марса, Кеплеру пришлось проделать огромную работу. Эта работа привела Кеплера к открытию законов движения планет.

Кеплер установил, что орбита Марса имеет форму эллипса. Солнце при этом располагается не в центре эллипса, а в одном из его фокусов — точке, лежащей на большой оси эллипса (рис. 3). Таким образом, планета, обращаясь вокруг Солнца, то приближается к нему, то несколько удаляется.

Проводя дальнейшие исследования движения Марса, учёный установил, что планета имеет различную скорость на разных участках своего пути. Вблизи Солнца, например, она движется быстрее.

_{Рис. 3. Солнце находится в фокусе эллиптической орбиты планеты П; РА — большая ось эллипса; О — центр эллипса.}

Оба вывода, полученные в результате изучения движения Марса, были в дальнейшем распространены учёным на все планеты и получили название законов Кеплера. Этими двумя законами устанавливалась форма планетных орбит и зависимость скорости планет от их положения на орбите.

Со времени Коперника было известно, что более далёкие планеты обладают большим периодом обращения вокруг Солнца. Это натолкнуло Кеплера на мысль, что здесь существует определённая закономерность. Вскоре она была установлена, и появился третий закон Кеплера, который определяет зависимость между расстояниями планет от Солнца и периодами их обращения вокруг него.

Заслуга Кеплера перед астрономией чрезвычайно велика. Открыв законы движения планет, он внёс полную ясность в систему мира Коперника.

Однако, какова же физическая причина движения планет? Почему эти небесные тела движутся вокруг Солнца по строго определённым путям, а не улетают от него прочь? Ответить на этот вопрос, который был наиболее серьёзным возражением церкви против движения Земли, Кеплер пытался. При этом он правильно полагал, что сила, движущая планеты, исходит от Солнца, но установить величину и характер действия этой силы учёный не смог.

Эту задачу решил великий английский учёный Ньютон (1642–1727 гг) — основатель небесной механики, того раздела астрономии, в котором изучается движение планет под действием притяжения Солнца и взаимного тяготения.

Эпоха, в которую жил Ньютон, характеризовалась дальнейшим развитием капитализма. Рост промышленности и торговли требовал развития техники и механики.

Ещё в университете Ньютона привлекли вопросы, связанные с движениями планет. Здесь и началась его напряжённая научная работа, которая привела учёного к великим открытиям в механике, физике и астрономии.

Размышляя над причинами, вызывающими движение планет, Ньютон пришёл к мысли, что все тела испытывают силу притяжения или, как он называл, тяготения друг к другу. Тяготение тел, как установил Ньютон, является одним из основных, постоянно проявляющихся свойств материи. Эта сила тяготения и не позволяет планетам улетать прочь от Солнца, удерживая их на орбитах. Чем больше масса тел и чем они ближе друг к другу, тем с большей силой они притягиваются.

Ньютон установил закон, получивший название закона всемирного тяготения. По этому закону, ставшему одним из основных законов современного естествознания, сила притяжения двух тел прямо пропорциональна их массе (т. е. во сколько раз больше масса тела, во столько же раз больше и сила притяжения) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (это означает, что если расстояние между телами уменьшить вдвое, то они будут притягиваться друг к другу в 4 раза сильнее; если расстояние уменьшить в три раза, то притяжение станет в 9 раз больше).

Поскольку сила притяжения представляет собой взаимное действие тел друг на друга, то оба тела будут притягиваться друг к другу с одинаковой силой. Результат действия этой силы зависит от массы притягивающихся тел: тело с большей массой будет двигаться медленнее другого, менее массивного тела.

На поверхности Земли главной силой притяжения является сила притяжения самой Земли, поскольку масса Земли несравненно больше массы любого тела, находящегося на её поверхности. Поэтому все тела на Земле под действием её притяжения падают по направлению к её центру.

Сила притяжения удерживает на своей орбите и спутника Земли Луну, заставляя её обращаться вокруг Земли.

Ньютон убедился в правильности своих выводов на примере движения Луны. Затем он применил закон тяготения к движению всех планет вокруг Солнца и к движению спутников Юпитера и Сатурна.

Сила взаимного притяжения действует между Солнцем и всеми планетами. Но масса Солнца больше массы всех планет в 750 раз. Поэтому массивное Солнце почти не смещается силой притяжения планет, в то время как лёгкие планеты под действием силы притяжения со стороны Солнца движутся вокруг него.

Таким образом, учёный подтвердил, что законы движения являются едиными как на Земле, так и вне её.

После работ Ньютона учение Коперника получило полную стройность и закономерность.

Убеждённым сторонником гелиоцентрической системы мира Коперника был великий русский учёный М. В. Ломоносов (1711–1765 гг.). Несмотря на противодействие церковных и светских властей, Ломоносов в ряде своих сочинений защищал и развивал учение Коперника. Он писал:

«Астроном весь свой век в бесплодном был труде,

Запутан циклами, пока восстал Коперник,

Презритель зависти и варварству соперник.

В средине всех планет он Солнце положил,

Сугубое Земли движение открыл».

Учёный был твёрдо убеждён, что вселенная бесконечна и состоит из великого множества обитаемых миров:

«Уста премудрых нам гласят:

Там разных множество светов;

Несчётны солнца там горят,

Народы там и круг веков».

В 1761 году Ломоносов наблюдал сравнительно редкое явление (например, в течение всего XX века этого не произойдёт): Венера, двигаясь вокруг Солнца, прошла точно между ним и Землёй. Когда маленький чёрный кружок Венеры пересёк солнечный диск и приблизился к его краю, вокруг Венеры появилась розоватая каёмка. Ломоносов правильно заключил, что это — атмосфера Венеры.

Своё открытие учёный выразил так: «Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Это открытие указывало на близкое сходство Земли и Венеры, что также подтверждало справедливость учения Коперника.