«Мне представляется, что на небе имеется материя того же сорта, что и в подлунных предметах»
Эти слова Уильяма Оккама, написанные около 1323 года, оказались пророческими. Потребовалось почти три столетия, чтобы их подтвердили экспериментально. 25 сентября 1608 года Генеральные штаты в Гааге получили письмо. Неизвестный изобретатель (им оказался Иоганн Липперсгей) заявил об изобретении оптического прибора, позволяющего получить увеличенное изображение удалённых объектов. Это была зрительная труба — раздвижная трубка с двумя линзами. К апрелю 1609 года «голландские телескопы» уже продавались в Париже, в мае телескопом обзавёлся испанский губернатор Милана. В том же году телескопы появились в Риме, Венеции, Неаполе, Падуе и Лондоне. Конец весны или начало лета 1609 года — о телескопе заговорил Галилео Галилей, молодой профессор математики из университета в Падуе, интересовавшийся оптикой. Он заявил, что создал свой собственный телескоп.
Человек, приблизивший небо
Галилей родился в Пизе в 1564 году. В 1581 году он был зачислен на медицинский факультет, но, попав на лекцию по математике, увлёкся этой наукой. Финансовые трудности заставили его бросить университет без степени. В 1589 году он получил место профессора математики в Пизанском университете. Из лекционных конспектов видно, что он преподавал математику и физику в схоластической традиции и был знаком с идеями Оккама, на которого нередко ссылался. В 1592 году он получил место в более престижном университете Падуи. В 1597 году Галилей написал письмо Кеплеру, ознакомившись с его книгой «Тайна мироздания».
«Много лет назад я обратился к идеям Коперника, — писал Галилей, — и с помощью его теории мне удалось полностью объяснить многие явления».
В мае 1609 года Галилей познакомился с Паоло Сарпи, учёным-коперниканцем, который стал его другом и покровителем. Номиналистические взгляды Сарпи и восхищение Оккамом свидетельствуют: идеи Оккама сохранили популярность и в XVII веке. Сарпи дал Галилею прочитать письмо об оптическом приборе, увеличивающем изображение. Галилей за несколько дней сконструировал свой телескоп. Через некоторое время он создал телескоп с восьмикратным, а затем с тридцатикратным увеличением.
Первые наблюдения: Луна, звёзды и спутники Юпитера
В первую ночь Галилей наблюдал звёзды. Их оказалось в несколько тысяч раз больше, чем видно невооружённым глазом. Млечный Путь из неясной пелены превратился в пояс из звёзд. На следующую ночь он направил телескоп на Луну. Вместо безукоризненно ровной поверхности возник изрезанный кратерами и горами лунный ландшафт.
«Поверхность Луны никак не является гладкой и отполированной, но неровной и шершавой, — записал Галилей, — на ней, как и на земной поверхности, существуют громадные возвышения, глубокие впадины и пропасти».
Луна предстала как другой мир, не сильно отличающийся от Земли. 7 января 1610 года Галилей направил телескоп на планеты. Юпитер оказался самым примечательным. Галилей обнаружил три крошечные звезды (позже — четвёртую), вращающиеся не вокруг Земли или Солнца, а вокруг Юпитера.
«Я решил считать вне всяких сомнений установленным, что в небе имеются три звезды, блуждающие вокруг Юпитера, подобно тому как Венера и Меркурий вокруг Солнца», — заключил Галилей.
Появилось доказательство: вопреки Аристотелю, далеко не все небесные тела вращаются вокруг Земли.
«Звездный вестник» и придворный математик
Открытия были ошеломляющими. Небо перестало быть обителью богов и ангелов — это мир, похожий на земной, как и предполагал Оккам триста лет назад. Галилей записал наблюдения в книге «Звездный вестник». Желая заручиться поддержкой семьи Медичи, он назвал спутники Юпитера «Медицейскими звёздами». Уловка удалась: 13 марта 1610 года книга вышла, все 550 экземпляров распродались за первую неделю. В мае Галилей стал придворным математиком и философом великого герцога Тосканского.
В «Звездном вестнике» Галилей писал о Земле: «Доказательствами и натурфилософскими рассуждениями мы подтвердим, что она движется и своим светом превосходит Луну, а не является местом, где скопляется грязь и подонки всего мира».
Земля такой же яркая, как Луна, и не менее достойная, чем другие планеты. Эти слова вызывали беспокойство у богословов. Если в центре Вселенной Солнце, то где рай и где ад? Авторитет церкви строился на том, что она была проводником между раем и адом. Когда Галилей разглядел на небе лишь каменистую поверхность, этот авторитет пошатнулся. Галилей привёл ещё два аргумента в пользу гелиоцентризма, но ни один не был убедительным. Фазы Венеры не противоречили гео-гелиоцентрической системе Тихо Браге. Утверждение, что приливы вызваны движением Земли, было ошибочным. Публикация «Диалога о двух главнейших системах мира» в 1632 году привела к конфликту с церковью. Галилей был вынужден отказаться от своих слов.
Эксперименты с наклонной плоскостью
Галилей был убеждён: движение земных тел подчинено математическим законам, однако их действие на Земле не очевидно из-за особенностей земного мира. Он решил доказать это опытным путём. Примерно в 1604 году Галилей начал эксперименты, чтобы измерить скорость падения. Вместо свободного падения он позволил телам катиться по наклонной плоскости. Он тщательно шлифовал шарики, прорезал желобки, выстилал их вощёной бумагой. Вместо пульса использовал водяные часы. Галилей обнаружил: Аристотель ошибался — тяжелые тела падают не быстрее лёгких. И вопреки Аристотелю, тела падают с ускорением под действием силы тяжести, и это ускорение равномерно. Это подтверждало теорему о средней скорости, которую сформулировали Оксфордские калькуляторы и доказал последователь Оккама Николай Орем.
Корабль Галилея: принцип относительности
В «Диалоге о двух главнейших системах мира» Галилей изложил принцип, который теперь называют принципом относительности Галилея. Он приглашает нас мысленно подняться на борт корабля, как когда-то это сделал Оккам:
«Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой корабля… Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте: мелкие летающие животные движутся во все стороны с одинаковой скоростью; рыбы плавают безразлично во всех направлениях; падающие капли попадают в подставленный сосуд; бросая предмет, не приходится бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую… Заставьте корабль двигаться с любой скоростью — и тогда (если движение равномерно и без качки) вы не обнаружите ни малейшего изменения и не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно».
Принцип относительности Галилея — пример силы упрощения, заложенной в математических законах. Стоящий на берегу наблюдатель столкнулся бы со сложнейшими расчётами движений каждого предмета на корабле. Но на самом корабле почти всё находится в состоянии покоя. Вслед за Буриданом, Оремом и Коперником Галилей предположил: в отсутствие трения небесные тела могут двигаться вечно. Суточное вращение Земли кажется ему куда «проще и естественнее», чем движение Луны, Солнца, планет и звёзд вокруг Земли. Галилей подкреплял аргументацию максимой: «Не следует прибегать к большому количеству причин, когда достаточно малого» — один из вариантов бритвы Оккама.
Две новые науки
В «Беседах и математических доказательствах, касающихся двух новых отраслей науки» (1638) Галилей описал закон инерции, два закона движения падающих тел и параболическую траекторию летящих предметов. Парабола — коническое сечение, как и эллипс, открытый Кеплером. Галилей не увидел этой связи, возможно, не читав книгу Кеплера. В последние годы жизни Галилей находился под домашним арестом в Арчетри. Его навещал бывший студент Эванджелиста Торричелли, будущий изобретатель барометра. Галилей умер 8 января 1642 года. Роберт Бойль, приехавший навестить его, опоздал на один день.
Главный вывод
Галилей не доказывал, что Земля вертится. Он не сбрасывал предметы с Пизанской башни. Он сделал нечто более важное: он показал, что небо выглядит примерно так же, как Земля, а значит, подчиняется тем же законам. И он доказал, что математические законы, по которым можно рассчитывать движение небесных тел, действуют и на Земле. Он сделал это, вооружившись телескопом и наклонной плоскостью. И бритвой Оккама, которая к тому времени уже триста лет ждала своего часа. Он не боялся смотреть на Луну и видеть там не идеальную сферу, а горы и кратеры. Он не боялся катать шарики по желобкам, чтобы опровергнуть Аристотеля. Он не боялся сказать, что корабль, движущийся равномерно, неотличим от неподвижного. И когда церковь заставила его отречься, он, по легенде, прошептал: «И всё же она вертится». Возможно, это легенда. Но она прекрасно иллюстрирует суть научной революции: истина не зависит от авторитетов. Истина — в простоте. В красоте математики. В элегантности законов. И в мужестве тех, кто готов смотреть на небо и видеть там не рай и ад, а горы, кратеры, спутники и эллипсы. И понимать, что всё это подчиняется одним и тем же законам. Законам, которые можно записать на языке математики. И которые сделают мир проще. Насколько это вообще возможно.