Harmonices mundi ( «гармония мира»)
Эта работа, задуманная еще в Граце, была опубликована в 1619 году, хотя некоторые наброски к ней Кеплер начал делать задолго до этого, примерно в 1599-м, когда ученому было 28 лет. В труде, который не представляет никакой ценности с точки зрения современной физики и астрономии, речь вновь идет о фантазиях автора, основанных на божественной красоте и воле. Однако воображение Кеплера как способ мышления привело его к формулировке третьего из знаменитых законов. В любом случае, достойны уважения упорство и воображение мистика, философа, геометра и астронома, которые в этой книге соединяются с отличными знаниями музыкальной гармонии.
Для того чтобы углубить свои познания о музыке и гармонических созвучиях, Кеплер изучил крайне любопытную книгу Dialogo della musica antica et della modema («Диалог о древней и современной музыке»), написанную Винченцо Галилеем (1520-1591), отцом всем известного Галилео Галилея (1564-1642). В своем труде Кеплер объединил астрономию, геометрию и музыку, которая, наряду с прекрасными архитектурными пропорциями или стихотворным ритмом, является одним из воплощений гармонии.
Кеплер глубоко изучал труды Евклида (около 325-265 года до н. э.) и беспредельно восхищался ими. Ученый писал, что читая Евклида, человек «осознает, что он движется благодаря лучам истины; его охватывает невероятный энтузиазм, и со всей ясностью, как с дозорной вышки, и с радостью угадывает он целый мир». Математик верил, что евклидовы «Начала», вершина геометрии, доказывают, что существует всего пять идеальных геометрических тел. Также он изучал Платона (около 428-347 год до н.э.) – философа, который отличался близкой Кеплеру энергичной, мощной манерой ставить вопросы, и «Гармонику» Птолемея (около 100 – около 170 года), удивляясь, как «в головах двух людей [настолько отдаленных друг от друга во времени], полностью погруженных в созерцание природы, может возникнуть одна и та же идея о гармонической форме».
Кеплер полагал, что музыка – дополнительный элемент для объяснения мира, и в присущей ему манере аргументировал это. Геометрия предшествует миру, имеет божественную природу или даже сама является Богом. Гармония музыки имеет такую же божественную природу. Бог создал человека по своему образу и подобию для того, чтобы тот мог понять геометрию и наслаждаться музыкой и таким образом постичь мир – совершенное творение Бога. Таким образом, красота геометрическая и красота музыкальная являются источниками наших астрономических знаний.
Чтобы оценить гармонию звука, необходимы как минимум два тона, образующие созвучие. При этом красота музыки, ее гармония улавливается и создается не музыкальным инструментом, а душой, которая наделена божественной чувствительностью и способна постичь гармонию. Даже необразованный человек, даже некоторые животные способны понять красоту музыки, потому что каждая созданная Богом душа уже содержит чистую гармонию и радуется, встречая эту гармонию в мире. Кеплер считал, что каждой планете соответствует своя мелодия. Отношению чисел, лежащему в основе музыкального интервала, соответствует отношение максимальной и минимальной угловой скорости планеты. Он говорил, что музыка несет в себе божественную гармонию, однако высшая музыка, «музыка сфер», может быть постигнута только интеллектом или «чистыми душами и, в некотором роде, самим Богом».
Когда изливается мелодия небес, звучит божественная музыка.
Иоганн Кеплер
Нечто подобное происходило и с геометрией. Аристотель (384-322 год до н. э.) говорил, что такой фигуры, как круг, в реальности не существует – на эту мысль его наталкивали неидеальные очертания предметов и фигур в реальности. Кеплер, напротив, полагал, что круг – это концепт, который существует в душе изначально, потому что он предшествует миру, и человек постигает его благодаря своему подобию с Богом.
Прочитав Евклида, человек заново встречается с тем, что он уже знает благодаря своей природе. Так, очень давно было открыто, что квадрат длины стороны квадрата равен половине квадрата его диагонали.
Хотя книга Кеплера в целом полна фантазий, в «Гармонии мира» можно найти настоящие сокровища, такие как третий закон Кеплера, связанный с числовыми отношениями «музыки сфер».
Кеплер называл познаваемыми многоугольниками те правильные многоугольники, которые можно было построить с помощью циркуля и линейки. К ним относятся, как он считал, треугольник, квадрат и пятиугольник, а также шести-, четырех- и десятиугольник. Однако в итоге познаваемых многоугольников оказывалось слишком много, так, многоугольник с 15 сторонами тоже был правильным и познаваемым, а позже Гаусс доказал, что к этой группе можно отнести многоугольники с 17 и 257 сторонами. Таким образом, теория Кеплера пошатнулась, и ученый начал искать критерий, который помог бы ограничить количество многоугольников и соотнести фигуры с нотами. Однако это ему не удалось, и тогда Кеплер задался вопросом: с помощью каких правильных многоугольников можно полностью замостить поверхность в окрестности некоторой точки? Кажется, что он думал о такой молекулярной форме, как фуллерены.
ФУЛЛЕРЕНЫ
Фуллерены – это чрезвычайно стабильные молекулы, состоящие из большого количества атомов углерода. Самый известный фуллерен, С60, сформирован 60 атомами и также известен как бакминстерфуллерен. Лучшим примером фуллерена в реальном мире будет обычный футбольный мяч.
Он состоит из шестиугольников, стороны которых являются также сторонами пятиугольников, чьи стороны, в свою очередь, являются сторонами шестиугольников. В результате получается почти идеальная сфера из шести- и пятиугольников. Форма футбольного мяча совпадает с формой фуллерена С60.
Также необыкновенно красивы фуллерены с луковичной структурой. Эти образования часто встречаются в межзвездном пространстве и особенно в планетарных туманностях. Они были обнаружены в Магеллановых Облаках, что доказала группа Сусанны Иглесиас-Грот, согласно исследованию которой фуллерены могут составлять до 25% межзвездной материи и вызывать космическое микроволновое реликтовое излучение.
Фуллерен, состоящий из пяти- и шестиугольников, имеет практически сферическую поверхность.
После некоторых размышлений Кеплер решил, что многоугольники и многогранники имеют мистические свойства, и открыл два правильных многогранника из так называемых звездчатых. Гораздо позже, в 1810 году, Луи Пуансо (1777-1859) заново открыл эти два многогранника и еще два новых, а в 1811-м Огюстен Луи Коши (1789-1857) доказал, что других правильных звездчатых многогранников, помимо этих четырех, не существует (рисунок 1).
Чтобы представить, что такое правильный звездчатый многогранник, вообразим двенадцатигранник и на каждой из его граней поставим пятиугольную пирамиду такой высоты, что длина ее ребер будет равна стороне исходного двенадцатигранника. Мы получим многогранник, все грани которого – равные треугольники. Это один из четырех правильных звездчатых многогранников.
По Кеплеру, Земля имеет душу и наделена врожденной чувствительностью, которая позволяет ей распознавать аспекты других планет, то есть их взаимное расположение, и реагировать на них. При этом из недр Земли исходит влага, влияющая на погоду. Кеплер считал, что существует связь между погодой и расположением планет, он искал эту связь и даже «нашел ее».
Книга ученого полна постулатов, рожденных религиозной пылкостью автора, и иллюзий, поэтому она не является научной работой в современном смысле этого слова и поражает своей наивностью. Но несмотря на весь свой мистицизм, она опирается на точнейшие данные наблюдений. Не стоит забывать, что на момент публикации Harmonices mundi Кеплер располагал скрупулезными расчетами Тихо Браге.
Большой двенадцатигранник
Большой звездчатый двенадцатигранник
Маленький звездчатый двенадцатигранник
Большой двадцатигранник
РИС. 1
ВСЕЛЕННАЯ И МУЗЫКА
Еще пифагорейцы связывали музыку и ее гармонические созвучия с законами физики. И действительно, межзвездная среда – это не вакуум, она способна передавать волны Джинса, подобные звуковым. От звуковых эти волны отличаются тем, что при нарастании плотности и скорости прохождения волны после преодоления определенного порога гравитационные возмущения приводят к образованию звезд. Можно сказать, что волны Джинса сеют звезды на своем пути. Эти волны нельзя наблюдать с помощью радиотелескопа, но их можно увидеть. Собственно, это неудивительно: только ограничения человеческого зрения не позволяют нам наблюдать, как при прохождении обычного звука происходят мельчайшие изменения плотности, температуры или скорости на участках размером с длину волны.
Изображение, сделанное спутником WMAP, обнаруживает колебания температуры космического микроволнового фона,показанные на иллюстрации различными оттенками серого цвета. Они датируются приблизительно 13 700 миллиардами лет.
Чистая нота
Можно говорить и о настоящей музыке – отважимся сказать «небесной» – космическом микроволновом фоне (Cosmic Microwave Background, СМВ), или излучении, возникшем в результате Большого взрыва. Его колебания больше напоминают не шумовые помехи, а голос певицы или звук музыкального инструмента. При этом мы можем «увидеть» звуковые волны, наблюдая эффект Доплера (при движении источника звука происходит видимое изменение частоты волны), и различить изменение плотности благодаря красному смещению, предсказанному общей теорией относительности (эффект Сакса – Вольфа). Если бы кто-нибудь попытался выразить этот звук в децибелах, мы услышали бы чистейшие ноты.
АСТРОЛОГИЯ
Занимая пост математика в различных городах, Кеплер должен был составлять гороскопы или календари и консультировать своих меценатов. До сих пор неясно, занимался Кеплер астрологией по обязанности или действительно верил, что звезды могут предсказать будущее человека, города или страны. Астрологические опыты Кеплера могут показаться темным пятном в его биографии, однако таков был мир, в котором выпало жить ученому.
Вероятно, Кеплер все же верил во влияние звезд на людей и будущие события, хотя ему принадлежат и такие слова: «Люди ошибаются, думая, что от небесных светил зависят земные дела». Ученый писал астроному Мёстлину, комментируя свой собственный гороскоп («альманах»):
«Многое, что в нем содержится, должно быть сознательно оправдано, или он повредит моей репутации. Дело в следующем: я не пишу для подавляющего большинства, а также для людей знающих или образованных, я пишу для знатных и для тех, кто делает вид, что разбирается в вещах, в которых ничего не понимает».
Также Кеплеру принадлежат слова: «Конечно, эта астрология – глупая дочка, но, Боже мой, куда бы делась ее мать, высокомудрая астрономия, если бы у нее не было глупенькой дочки! Свет ведь еще гораздо глупее и так глуп, что для пользы этой старой разумной матери глупая дочка должна болтать и лгать. И жалованье математиков так ничтожно, что мать, наверное, голодала бы, если бы дочь ничего не зарабатывала». Ученый формулировал свои пророчества столь путаным языком, что это усложняло их интерпретацию и спасало его от обвинений в несбывшихся предсказаниях. Когда его спрашивали о значении новой звезды – суперновой Кеплера – он отвечал:
«Когда дух, привычный к математической аргументации, размышляет о несовершенстве основ, он сопротивляется так же долго, как упрямый мул, пока побои и ругательства не вынудят его ступить в эту лужу».
С другой стороны, в своих частных записях ученый нередко обращается к астрологическим толкованиям положений звезд, признавая их влияние на свою собственную жизнь.
Необходимо признать, что Кеплер смотрел на астрологию с новой, исследовательской точки зрения и смеялся над теми составителями гороскопов, которые в погоне за известностью использовали «предрассудки и суеверия невежественных умов». Не подобало «серьезным людям и философам рисковать славой своего таланта и авторитетом из-за материи, которая из года в год наполняется смешными и бессодержательными догадками». Но эта точка зрения, определенно негативная по отношению к астрологии, сочеталась у Кеплера с твердым убеждением, что следует искать закономерные соотношения между знаками зодиака, положением звезд, особенно важном при рождении, и судьбами и наклонностями людей. Он говорил:
«Большая часть принципов этого арабского искусства никак не выражается, но все, что составляет часть секретов природы, не может быть ничем и поэтому не должно отвергаться как пустяк. Необходимо отделить драгоценные камни от навоза и воздать хвалу Богу, созерцая природу».
Ученый сам рассказывал, что звезды предвещали ему «брак скорее безмятежный, нежели счастливый». Обратился он к астрологии и при рождении первенца, однако, хотя предсказание было очень благоприятным, ребенок вскоре умер. Доподлинно известно, что Кеплер в исследовательских целях составил собственный гороскоп, для чего привел внушительное количество информации о своем детстве и отрочестве, чем очень облегчил задачу своих биографов.
При рождении человека в его душе отпечатывается созвездие, под которым он появился на свет, и положение блуждающих звезд, что определяет астральную карту При этом звезды задают направление, но не точную судьбу:
«Моими звездами были не утренний Меркурий в углу седьмого дома в квадратуре с Марсом, а Коперник и Тихо Браге, без дневников наблюдений которого все, что я сегодня смог вытащить на дневной свет, продолжило бы пребывать погребенным в сумерках; Сатурн не был повелителем Меркурия, но благородные императоры Рудольф и Матвей были моими властителями; обиталищем планет был не Козерог Сатурна, а верхняя Австрия, дом императора […]. Единственное влияние моего натального созвездия – то, что оно раздуло скромный огонек моего врожденного таланта и здравого суждения, вдохновило меня работать с постоянством и упорством и приумножило мою страсть к знаниям».
Часто ли гороскопы Кеплера сбывались? История ненаучных предсказаний всегда обманчива, потому что она опускает промахи и рассказывает лишь об успехах, а пророчество, допускающее двоякое толкование, может считаться истинным только с молчаливого согласия заказчика гороскопа. Однажды случилась сильнейшая буря, в точности совпавшая с предсказанием ученого, и люди вышли на улицы, славя Кеплера. А вот его метеорологические прогнозы на 1604 год оказались настолько бессмысленными, что некоторые даже посоветовали ученому бросить астрологию. Меценаты математика призывали его быть более конкретным в своих словах и не ограничиваться, например, предсказанием скорой битвы, а сказать, кто выйдет победителем.