Николай Коперник

VI. НЕМНОГО АСТРОНОМИИ

Астрономическая наука родилась из практических нужд: «Необходимость вычислять периоды разлития Нила создала египетскую астрономию, а вместе с тем господство касты жрецов, как руководителей земледелия»[72].

Таким образом, первым ученым-астрономом был жрец. Египетские и вавилонские жрецы были и первыми астрологами-звездочетами.

Астрономия вавилонян, полная логических несуразностей, но накопившая немало фактов, досталась в наследство Элладе. Уже в VI и V веках до нашей эры в эллинских философских школах природу стали рассматривать как нечто независящее от сверхъестественных сил и живущее по собственным законам. Это было грандиозное завоевание человеческого разума.

Испытующим оком глядели философы и математики древней Греции на простертый над ними звездный шатер. В чем заключается то общее, исходное, начало всех начал, что способно объяснить мироздание, внести стройность и простоту в запутанный бег небесных светил? Семь веков — от Анаксимена до Птолемея эллины искали эту простую и ясную «общую идею» вселенной. То, что было найдено ими, поразительно, но наряду с великими истинами они передали последующим эпохам и огромные заблуждения.

Философ Анаксимен, живший в VI веке до нашей эры, учил, что звезды прикреплены к вращающейся хрустальной сфере[73]. Такое представление о небесном своде подсказывалось наивным «здравым смыслом». Введенная в науку Анаксименом хрустальная сфера продержалась в ней двадцать один век — до Галилея.

«Но здравый человеческий смысл, весьма почтенный спутник в четырех стенах своего домашнего обихода, переживает самые удивительные приключения лишь только он отважится выйти на широкий простор исследования»[74].

Большой шаг вперед сделал глава философской школы Пифагор (предположительно 571–497 годы до нашей эры). Он первый высказал убеждение, что Земля — шар. По Пифагору, неподвижный земной шар находится в центре вращающейся шарообразной вселенной.

Пифагоровская идея неподвижности Земли и ее центрального положения в мироздании полностью согласуется с непосредственными зрительными восприятиями и должна быть поэтому также отнесена к числу кажущихся «очевидными» истин. И только учение Пифагора о Земле-шаре, утверждая впервые подлинную научную истину, совершенно расходилось со «здравым смыслом».

Наблюдая небо, философы и математики Эллады должны были натолкнуться на препону, о которую в дальнейшем «спотыкались» многие. У древних не мог не возникнуть вопрос о расстоянии от Земли до планет, до Луны и Солнца. Эллины были слишком хорошими геометрами, чтобы не суметь очень рано установить факт огромности этих расстояний[75]. На колоссальную величину расстояния до Луны указывало прежде всего отсутствие параллакса, то-есть сколько-нибудь заметного изменения положения Луны на фоне звездного неба при наблюдении ее из двух далеко отстоящих один от другого пунктов.

Из этих фактов вытекало два вывода: прежде всего — о громадных размерах ночного светила, а затем — и о грандиозности пути, пробегаемого Луной при суточном обороте небосвода вокруг Земли. Воображение должна была поражать скорость этого движения. Надо полагать, что именно эта картина головокружительного суточного бега светил, претившая сознанию математиков и механиков древности, впервые побудила Филолая, жившего в конце V века до нашей эры, принять вращение не небесной сферы, а Земли. По Филолаю, в центре мироздания находится не Земля, а некое «вечное пламя». Против «очевидности», против признанных ранее учений Филолай утверждал, что движется Земля, обращаясь за сутки вокруг центрального пламени с запада на восток. Ни один человек, пояснял он, не может видеть «вечного огня», ибо Земля в своем суточном беге вокруг него совершает одновременно полный оборот около самой себя таким образом, что обитаемая людьми часть земной поверхности все время отвращается от центрального пламени. При этом создается видимость, будто весь небосвод с его звездами обращается вокруг Земли тоже в течение суток, но в обратном направлении.

В учении Филолая мы видим первую попытку логически упростить небесные явления и «сбросить со счетов» суточное коловращение всей вселенной.

Система эта имела, однако, существенный недостаток, на который и не преминули указать ее противники: если бы небесные явления протекали по этой схеме, расстояние между Землей, с одной стороны, Луной и Солнцем, с другой, должны были бы сильно изменяться в течение суток, а с ними — и видимые размеры Луны и Солнца. Но таких резких изменений не происходит.

Проницательной мысли древних надо было сделать еще одно усилие, чтобы довести идеи Филолая до их логического завершения: следовало выбросить из его мироздания «вечное пламя» и поставить на его место Землю, сохраняя при этом ее «филолаевско. е» вращение вокруг самой себя.

Такие системы вскоре появляются. Некий Гисет из Сиракуз восстанавливает в центре мироздания Землю. Он приписывает ей суточное вращение вокруг своей оси с запада на восток и, подобно Филолаю, объявляет обманчивой видимостью движение звездного неба в противоположном направлении.

О другом ученом — Экфанте — авторы древности пишут: «Некий Экфант из Сиракуз заставляет вращаться Землю, но не движением, которое двигало бы ее с ее места, но вращательным, наподобие колеса, которое вертится вокруг собственной оси».

Итак, еще за полтысячелетие до нашей эры наука древних, движимая чисто логическими побуждениями, устанавливает, вопреки наивному «здравому смыслу» и «очевидности», две капитальной важности истины: шаровидность Земли и суточное вращение ее вокруг собственной оси.

Из этих двух великих приобретений ей удается, однако, удержать только первое, а суточное вращение вытесняется иными идеями, вскоре полностью возобладавшими в древнегреческом миропонимании.

Виновниками этого были два крупнейших философа древности: Платон (427–347 годы до нашей эры) и Аристотель (384–322 годы до нашей эры).

Платон представлял себе вселенную как вращающуюся среди безграничной пустоты сферу, а Землю — как неподвижный шар в центре вселенной. Движение каждой из семи планет — Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна, — согласно Платону, слагается из двух равномерных движений их сфер: общего им всем суточного и второго, свойственного только каждой из них, перемещающего отдельные планеты "среди остальных светил.

Платон завещал астрономам разрешить задачу — представить движения небесных тел при помощи системы равномерных круговых движений семи сфер, имеющих общим центром Землю.

Завет Платона выполнил в начале IV века до нашей эры Эвдокс из Книдоса[76], один из величайших математиков древности. Эвдокс построил систему двадцати семи включенных один в другой полых шаров — сфер. Семь сфер несли планеты, а двадцать было вспомогательных. Они походили на вложенные один в другой деревянные детские шарики. Каждая из сфер вращалась строго равномерно вокруг своей оси. Ось первой внутренней сферы вделана была в поверхность второй сферы, объемлющей ее. Эта вторая сфера вращалась вокруг оси, наклоненной под углом к оси первой сферы и вделанной в третью сферу, и так далее.

Трудность задачи заключалась в таком подборе угла наклона для оси каждой сферы и в выборе такой скорости вращения для каждой из них, чтобы сочетание их образовало движение, которое из центра всей системы выглядело бы так, как наблюдаемое с Земли движение планет на небосводе.

Эвдоксу удалось объяснить многие явления, наблюдаемые на небосводе. Однако был и крупнейший недостаток, к тому же неустранимый. Если бы мир был устроен по Эвдоксу, то расстояния между Землей и каждой из планет должны были бы оставаться всегда одинаковыми и видимая величина планет, следовательно, также строго неизменной. Но это явно не соответствовало тому, что наблюдалось на небе.

Этот порок, очевидно, свойственный всякой системе концентрических сфер, и заставил древних астрономов покинуть путь Эвдокса и искать решения в построениях, гораздо более сложных.

Аристотель все же уложил все свои «умозрительные идеи» о мироздании в рамки Эвдоксовой конструкции, увеличив лишь количество сфер до пятидесяти шести.

Подобно Платону, Аристотель рассматривал мир как замкнутый шар, вне которого нет «ни места, ни пустоты, ни времени». Нет и движения. Вселенная Аристотеля построена в виде концентрических оболочек. В центре мира — неподвижный земной шар.

Аристотелю принадлежит возведение простой «очевидности» равномерного и кругового движения небесного свода в некую непререкаемую и изначальную «истину» — якобы присущее всякому небесному телу свойство двигаться только равномерно и только по замкнутому идеальному кругу. Эта идея держала в плену человеческую мысль почти два тысячелетия. Из ее тенет не мог вырваться и Коперник. И только точные наблюдения Кеплера позволили сдать ее, наконец, в архив великих заблуждений человеческого разума.

Аристотель рассматривал геометрические сферы Эвдокса как физическую реальность. Всякая сфера передавала свои движения следующей, находящейся внутри нее. Сфера Луны разделяла две коренным образом различные области вселенной: подлунный и надлунный миры. Под Луной было царство прямого движения и четырех «подлых» — низших, подверженных непрестанному изменению элементов. Над Луной парил эфир, совершеннейший пятый элемент, способный к единой лишь перемене — места.

Все же возобладавшие надолго идеи о мироздании Платона и Аристотеля не могли, видимо, приостановить исканий мысли древних в иных направлениях. Побуждали к этому явные логические и физические несуразности учения Аристотеля: если небесные сферы реально существуют, как могут они совершать столь стремительные суточные обороты? Если планеты движутся по концентрическим кругам вокруг центра — Земли, почему меняется их видимый размер?

Геоцентрическая система по Аристотелю.

Один из учеников Платона и Аристотеля, Гераклид из Понта, живший в IV веке до нашей эры, снова высказывает старое утверждение Экфанта и Гисета о том, что видимое ежедневное вращение неба есть в действительности лишь результат осевого вращения Земли в обратном направлении.

Но этот мудрый эллин излагает перед своими слушателями еще одну, совершенно новую и смелую мысль. Он дает свое объяснение странному, беспокоившему многих астрономов явлению: они никак не могли понять причины постоянной близости к Солнцу двух Планет — Меркурия и Венеры. Меркурий и Венера, видимые только на рассвете и при закате Солнца, никогда не отходят далеко от дневного светила, как то делают остальные планеты. Это явление не находило и не могло найти никакого объяснения в системе Аристотелевых концентрических кругов. В концентрической системе обязательно должны были бы образоваться положения, когда Солнце окажется по одну сторону Земли, а Меркурий или Венера — по другую. А при таком положении планета должна была бы усматриваться на части небосвода, противоположной Солнцу. В действительности же этого никогда не бывает.

И вот Гераклид, вопреки категорическому утверждению Аристотеля, уже ставшего непререкаемым авторитетом, высказывает догадку, что Венера и Меркурий обращаются не вокруг Земли, а вокруг Солнца, в то время как само Солнце по большему кругу обращается вокруг Земли. Таким образом, Гераклид сделал Солнце центром обращения двух планет. В истории развития человеческих представлений о вселенной это утверждение Гераклида трудно переоценить: сделан был первый шаг в сторону гелиоцентризма[77].

Многие исследователи высказывают предположение, что ученики Гераклида вскоре распространили его идею и на другие планеты. Они заставили обращаться вокруг Солнца не только Меркурий и Венеру, но и Марс, Юпитер, Сатурн. А Солнце с пятью планетами, ставшими его спутниками, должно было, по этому построению, обращаться вокруг Земли. Таким образом, оказалась созданной новая и очень сложная планетная система: Земля продолжала пребывать в центре вселенной; она получала двух спутников — Луну и Солнце, а Солнце становилось центром обращения пяти собственных спутников.

Не. подлежит сомнению, что именно воззрения Гераклида и его последователей подготовили почву для учения Аристарха Самосского, жившего в начале III века до нашей эры. Аристарха с полным основанием называют «Коперником древности». «Аристарх Самосский, — говорит Энгельс, — уже за 270 лет до хр. эры выдвигал коперниканскую теорию о земле и солнце»[78].

Вот что рассказывает о нем Архимед в книге «Счет песчинок»:

«Как ты знаешь, большинство астрологов изображает мир, как шар, имеющий свой центр в центре земли. Его диаметр равен расстоянию до солнца. Это учение нашло общее признание, ты знаешь об этом от астрологов. Но Аристарх из Самоса составил иное учение, из которого он выводит, что мир должен быть гораздо больше, чем выше сказано. По его допущению, солнце и звезды недвижимы. Земля бегает по кругу вокруг солнца, находящегося в средине мира. Сфера неподвижных звезд, имеющая тот же центр, так велика, что орбита, описываемая землей вокруг солнца, так относится к расстоянию до неподвижных звезд, как центр шара к его поверхности».

Рассказ Архимеда хорошо дополняет Плутарх: «Только не впутывай нас, глубокоуважаемый, в обвинение в безверии, как то хотел сделать однажды Клеант против Аристарха из Самоса, когда он обвинил его в оскорблении веры: Аристарх сдвинул святой центр мира, он оставил в неподвижности небо звезд, а землю заставил двигаться по наклонной окружности и в то же время вращаться вокруг своей оси. И все это для того, чтобы объяснить небесные явления».

В учении Аристарха заключены были, следовательно, все элементы гелиоцентрической системы: неподвижное Солнце в центре обращающихся вокруг него планет; обращение Земли вокруг Солнца; суточное вращение Земли вокруг своей оси.

Астрономические идеи Гераклида из Понта и Аристарха Самосского, поразительные по силе прозрения подлинной картины мироздания, остались лишь зародышами истины, не вышли из состояния неразвитых догадок. Эти идеи не были доказаны, не были развернуты в учения, обоснованные математически и через систематическое наблюдение небесных явлений. Их вскоре вытеснили совершенно иные астрономические системы; «фантазии» Гераклида и Аристарха стали иногда вспоминать как курьез, а затем и вовсе забыли.

В чем причина такой огромной исторической неудачи мысли древних?

Первая и самая важная причина: наивному «здравому смыслу» древних трудно было примириться с утверждением о движении Земли, которое никем и никогда не ощущается.

Вторая причина: яростный религиозный протест против «оскорбляющего веру» учения, которое лишало человека исключительного и привилегированного положения в центре вселенной, вытесняя Землю из «святого центра мира». Третья причина: все возрастал авторитет Аристотеля и неопровержимыми казались его доводы в пользу геоцентрической[79] системы мира.

И, наконец, четвертая причина: геоцентрическая система мироздания получила у древних столь замечательное математическое развитие, что оказалась в состоянии удовлетворяющим образом не только объяснять явления, происходящие на небе, но и «предвычислять» их.

Начиная с III века до нашей эры математики и астрономы древней Эллады, стремясь как-то объяснить хотя бы геометрически то, что происходит на небе, стали изображать движение планет по двум сложным схемам.

Для внешних планет — так назывались Марс, Юпитер и Сатурн — создали схему подвижного эксцентра[80]. Планета, по этой схеме, обращалась не около Земли, а вокруг некоторой подвижной точки С. Вокруг Земли же описывала правильную окружность ее планета, а эта точка С. Таким образом, происходило не одно, а два одновременных движения: по большому кругу двигалась планета, в то время как центр ее движения все время перемещался, описывая меньшую окружность около Земли.

Благодаря такой комбинации двух окружностей сразу отпадало самое сильное возражение, какое выставлялось против схемы Эвдокса: в схеме подвижного эксцентра расстояние от Земли до планеты— иначе говоря, от точки 3 до точки П — могло измениться. Мало того, можно было так подобрать радиусы внутренней и внешней окружностей, придать им такие скорости и направления движения, чтобы из точки 3, то-есть с Земли, движение точки П, то-есть планеты, казалось направленным то в одну, то в другую сторону, что вполне соответствовало явлениям, наблюдаемым на небе.

Иную схему создали для внутренних планет — Меркурия и Венеры. Это была схема эпицикла: планета П описывала малую окружность, именуемую эпициклом, вокруг точки С, а эта точка одновременно перемещалась по большой окружности, именуемой деферентом или «несущим кругом». Центром же большой окружности была Земля— точка 3.

Эти системы эксцентров и эпициклов тяжело погрешали если не против буквы, то против духа учения Аристотеля. В подобных системах Земля переставала на деле быть точным центром движения планет. А путь их, если смотреть с Земли, вовсе не выглядел, как окружность.

Но такой «компромисс» со строгими заветами Аристотеля позволил все же удержать самое дорогое для его последователей — неподвижность Земли в центре мироздания. С другой стороны, эксцентры и эпициклы открыли путь к созданию схем, которые способны были как-то объяснить, хотя бы чисто геометрически, то, что человеческий глаз наблюдал на небе. Стало возможно объяснить изменение видимых размеров планет, их остановки и даже попятные движения среди неподвижных звезд.

От астронома этой новой школы требовалось хорошо подобрать радиусы окружностей, больших и малых, правильно рассчитать скорости и направление движений.

Первый разработавший полную геоцентрическую планетную систему с эксцентрами и эпициклами был знаменитый в древности математик Аполлоний из Перга[81] (III век до нашей эры). Через сто лет ее усовершенствовал Гиппарх Родосский[82] (II век до нашей эры).

Но высшего своего развития такая геометрическая система мира, с Землей в центре, достигла в трудах знаменитого Клавдия Птолемея Александрийского, жившего во II веке нашей эры. Он изложил ее в ясной, логической форме в «Синтаксисе математики», более известном под арабским именем «Альмагест» (Алмагест). Птолемей решал все проблемы движения планет как геометр. Когда ему для геометрического воссоздания того, что наблюдалось в действительном движении планеты, недостаточно было эпицикла, он прибавлял к нему эксцентр. В конце концов великий александриец сумел подобрать для всех семи известных древним планет небесного свода геометрические фигуры, на их основе построить астрономические таблицы, не только отражавшие движение планет, но и позволявшие предвычислять положения их среди неподвижных звезд на любой срок вперед.

Результаты, получившиеся у астрономов при пользовании Птолемеевыми расчетами, настолько близко подходили к действительным явлениям, наблюдаемым на небе, что долгое время они их совершенно удовлетворяли. А самая возможность предвычисления по Птолемею казалась сильнейшим доводом в пользу непогрешимости всей Птолемеевой геометрической системы.

Создавая свои схемы, Птолемей исходил, как мы знаем теперь, из совершенно ложных положений: он ставил в центре планетной системы Землю, тогда как в действительности центральное место занимает Солнце. Он принимал за незыблемую истину строго равномерное движение планет по идеальным окружностям, тогда как движутся они в действительности неравномерно и по овальным орбитам. Большой изобретательностью надо было обладать, чтобы на подобных предпосылках создать все же схемы и таблицы, способные удовлетворять потребности практической астрономии!

Конечно, вся конструкция представляла собою лишь ухищрение, хотя и гениальное. Однако, строя на песке, Птолемей возвел здание изумительной прочности, простоявшее полтора тысячелетия!

Все же червь сомнения стал глодать и самого Птолемея — он не очень верил в реальность созданного им мира.

Аристотель видел в своих концентрических хрустальных сферах, к которым прикреплены планеты, нечто физически существующее, совершенно вещное. А что такое были эти эпициклы и эксцентры? Диковинные малые сферы из хрусталя, приданные большим сферам? Как могла работать такая машина?

Мир Аристотеля имел неоценимое преимущество — его можно было представить себе как реальность, хоть он и находился в полном несогласии с тем, что человек видел на небе. А геометрический мир Птолемея хорошо объяснял самые сложные движения планет, но представить себе этот мир как подлинно существующую небесную машину никак нельзя.

Птолемеева система была замечательной математической абстракцией, которой мешала воплотиться в физическую реальность ее чрезмерная сложность.

Как бы оправдывая эту прирожденную слабость своей системы, Птолемей писал: «Невозможно или, по крайней мере, очень трудно находить основы первых начал, и не должно удивляться множеству вводимых нами кругов, если учесть наблюдаемые неправильности в движении светил, которые тем не менее удается спасти движениями правильными и круговыми».

Птолемей, таким образом, не воссоздавал в своей системе физической картины вселенной, он лишь «спасал видимость», объясняя ее геометрически. «Спасать видимость» — apparentiam salvare — это крылатое словечко проходит через всю историю астрономии средних веков. Многие астрономы средневековья довольствовались тем, что система Птолемея, давая им мощное средство предвычисления небесных явлений, вместе с тем спасает видимость. Но велико было и число тех, кто стремился познать подлинную физическую картину мира. Так как Птолемей их стремлений удовлетворить никак не мог, они готовы были покинуть его.

Особенно остро чувствовали слабость Птолемея астрономы-арабы. Видный арабско-еврейский философ Маймонид[83] писал: «Посмотри, как все это темно. Если истинно все то, что утверждает Аристотель в Науке физической, то ни эксцентров, ни эпициклов существовать не может и все обращается вокруг земли. Но откуда же тогда появляются эти сложные движения планет?» Знаменитый Аверроэс[84] был более непримирим. По Аверроэсу астрономия Птолемея «ничтожна в отношении существующего». Однако Аверроэс вынужден признать ее незаменимость в отношении предвычислений: «Но, — продолжает он, — она удобна, чтобы вычислить то, чего не существует».

Арабские философы и астрономы на протяжении пяти веков расцвета арабской культуры — с VIII по XIII век нашей эры — прилагали большие усилия к тому, чтобы освободиться от Птолемея и развить Аристотелеву систему концентрических сфер до степени, которая сделала бы эту систему пригодной для задач практической астрономии.

В отличие от арабов астрономы и математики средневековой христианской Европы слепо следовали за Птолемеем.

Наряду с Аристотелем, Птолемей был непререкаемым церковным «авторитетом», и всякое посягательство на его учение считалось делом «богомерзким».