Глава 4. Галилей: физик и астроном
"О философии написано в величайшей книге вселенной, которая всегда открыта нашему взгляду... Написана она на языке математики" ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ
Италия эпохи Возрождения представляла собой ряд независимых государств, значительно отличающихся друг от друга по форме управления. Одно могло быть демократической республикой, другое - наследным владением герцогов. Подобное разнообразие показывало, что не существует какой-то одной оптимальной формы правления. Существовало очень много мнений по экономическим и социальным вопросам. В этом относительно открытом обществе, готовом к восприятию новых мыслей, начал свое образование Галилео Галилей.
Но существовало две сферы, где не могло быть и речи о "плюрализме мнений". Монополией на религиозную жизнь владела Римская католическая церковь, а в университетах царствовала философия Аристотеля. Тем не менее, во времена Галилея церкви и науке пришлось перейти в оборону: набирала силу Реформация, сказывались начатки свободомыслия, рожденного Ренессансом.
Реформация и Ренессанс не могли не повлиять на жизнь и труд Галилея, этой парадоксальной личности - того, кого так часто называют отцом современной науки. Вряд ли какие другие события из истории науки обсуждались шире, чем осуждение церковью теории Коперника в 1616 году и суд над Галилеем в 1633 году. Эти два факта всплывают всякий раз, когда заходит речь о противоречии между наукой и религией.
Галилео был человеком среднего роста, плотного телосложения, вспыльчивым, но отходчивым; характером обладал пылким и сильным, всегда становясь центром внимания в классе или на научном диспуте. Талант и острый ум помогли ему приобрести немало интереснейших друзей в университете, при дворе и среди духовенства. Его друзьями были художники, музыканты, ремесленники. Но своими ядовитыми насмешками над научными противниками он нажил себе ряд влиятельных врагов. Галилео любил спорить, вступать в интеллектуальные и словесные бои, ибо знал: теорию нужно доказать, а людей - убедить. Жизнь Галилея-ученого проходила не только в наблюдениях и вычислениях, но и в дебатах, потому что он стремился и развить новое научное мировоззрение, и популяризировать его.
Творческую жизнь Галилея можно разбить на три главных периода. Первый (1564-1610 гг.) включает в себя студенческие годы, работу в Пизанском и Падуанском университетах. Второй (1610-1632 гг.) длится от возвращения во Флоренцию до издания "Диалога". Последний (1633-1643 гг.) начинается судебным процессом и охватывает десятилетие, проведенное под домашним арестом. В этой главе мы поговорим о первом периоде его жизни, о научных открытиях, сделанных вплоть до осуждения церковью системы Коперника в 1616 году. В главе 5 мы расскажем о богословских воззрениях Галилея во втором периоде творчества, о суде над ученым и последнем десятилетии жизни.
Ранние годы
Галилео - выходец из знатного, но обедневшего флорентииского рода. Его отец Винченцо ди Микеланджело Галилей был музыкантом, великолепно игравшим на лютне, занимавшимся теорией музыки. Больше всего его интересовали проблемы звучания отдельных инструментов: проводя эксперименты со специально созданными им однострунными инструментами, он обнаружил математический закон, опровергающий фундаментальные основы традиционной музыкальной теории. Этому он посвятил книгу "Диалог о старой и новой музыке".
У Винченцо возникли крупные противоречия с Джозеффо Зарлино, признанным музыкальным авторитетом, вместе с которым он учился два года в Венеции (1) . После оживленной переписки Винченцо написал свой "Диалог", но Зарлино не дал опубликовать книгу в Венеции, и тогда Галилей-старший издал ее во Флоренции. Он всегда считал, что даже остроумнейшая и авторитетнейшая теория не может заменить ухо музыканта. Его экспериментальный подход и полемический задор, видимо, произвели впечатление на сына, который впоследствии точно так же, как отец, обходился со своими противниками.
В 1562 году Винченцо женился на Джулии Амманнати ди Пеша, умной и образованной женщине из Пизы, где он тогда обосновался. Галилео был старшим из семи детей, он родился 15 февраля 1564 года, в том же году, что и Шекспир. Он рос в творческой атмосфере, многому учился у отца, от которого унаследовал любовь к музыке и математике. Молодой Галилей неплохо играл на лютне, был хорошим органистом. Возможно, знание музыки помогло ему в научных исследованиях. Он любил поэзию, живопись. От отца ему передалась тяга к экспериментам; ему, как и Ньютону в раннем возрасте, нравилось мастерить всякие механические устройства. Способности к механике пригодились Галилею: уже став ученым, он сам изготавливал приборы для проверки своих теорий и научных исследований.
В 1574 году семья перебралась во Флоренцию. Галилео поступил в школу при знаменитом бенедиктинском монастыре Валламброза, где изучал поэзию, музыку, рисование, практическую механику - все те дисциплины, которые привнесла в образование эпоха Ренессанса, - и богословские предметы Галилео чуть было не стал монахом - лишь отец отговорил его от этого решения. Тем не менее, мальчик проучился в монастыре до 1581 года.
В возрасте семнадцати лет Галилео, чтобы изучать медицину, поступил в университет в Пизе. В те годы Италия была одним из центров университетского образования - в ней насчитывалось тринадцать университетов (сравните: в Англии и Шотландии в те годы было лишь три университета). Но несмотря на все открытия и новшества, которые дала миру эпоха Возрождения, стиль обучения в университетах мало изменился; по-прежнему не поощрялась свобода мышления, а ко всему новому относились с явной неприязнью. В философии и науке продолжал господствовать подход Аристотеля: возвращаться вновь и вновь к достижениям золотого века Греции не считалось зазорным - зазорным было превзойти их. Обучение вели на латинском языке, причем студенты и вне занятий говорили только по-латыни. Учеба была проникнута античными традициями - но на пороге уже стоял новый мир.
Пока единственными доступными книгами для студентов были рукописи, университеты еще могли как-то удерживать монополию на знания (2) . Но после 1500 года ситуация в корне изменилась. Во многих городах появились книжные издательства. Чем большим тиражом выходили книги - тем легче было издателям вернуть затраченные на оборудование средства, а потому они выпускали недорогие книги, способные заинтересовать широкий круг читателей. Пользовались спросом и книги новых писателей. Таким образом, появились новые способы передачи практической информации, и научные знания вышли за пределы университетских городов.
От наплыва дешевых книг меньше всех выиграли университеты. Так как в течение многих веков текстов не хватало, то основными методами обучения были лекции и дебаты. Учебники содержали лишь самые основные труды, а задачи натурфилософов ограничивались устной передачей знаний студентам. Тут было не до экспериментов и новшеств. В результате важнейшие научные открытия XVI века (за исключением открытий в медицине) свершились вне университетских стен. Новая астрономия Коперника и Тихо Браге, разработки в области механики и физики так и не попали в университетские курсы. Во многих отношениях университетская наука отстала даже от того уровня, на котором была два столетия назад, и все потому, что не хотела признавать перемен.
В такой обстановке молодой Галилей знакомился с трудами римского врача I века Галена и еще более древней философией Аристотеля. Но уже в студенческие годы у него развилась независимость суждений, склонность к дискуссиям, чем, видимо, он и заслужил прозвище "задира". Его споры со сторонниками философии Аристотеля длились около полувека.
Тем временем, интерес Галилея к медицине постоянно убывал. Деньги закончились, и в 1585 году он оставил Пизанский университет, так и не получив ученой степени. Решив сосредоточиться на физике и математике, Галилей продолжил изучение трудов Эвклида и Архимеда под руководством друга своего отца Остилло Риччи. За год ему удалось соорудить усовершенствованные гидростатические весы, которые привлекли к нему внимание флорентийской знати. Его первые теоремы о центре тяжести твердых тел принесли ему известность и за границей. Постановка задач и методы их решения показывают, что Галилей находился под влиянием Архимеда, к трудам которого часто обращался (3) . Нельзя сказать, что работы Архимеда были неизвестны в средние века, но до XVI века им не уделяли должного внимания. В это же время у Галилея проявилась любовь к классической и современной литературе.
Профессор в Пизе и Падуе
После нескольких лет успешных научных исследований Галилей в 1589 году возвращается в Пизу, где получает на три года пост профессора математики. Изучая явления природы, он понял всю значимость механики - науки о движении, которая в натурфилософии Аристотеля считалась простейшим типом изменения материи. Но Галилею важно было разобраться в точных причинах движения: это, по его мнению, являлось первым и основополагающим знанием о материальной вселенной. Математики под влиянием Эвклида и Архимеда объясняли природные явления исходя из знания геометрических фигур и законов математики. Но такая наука считалась на порядок ниже натурфилософии, призванной дать объяснение сущности материального мира. Эти сторонники Аристотеля не были готовы впустить в свою физику какого-то простого математика и позволить ему выдвигать новые концепции движения.
Вскоре Галилей начал работу над трактатом, который не имел названия, но теперь известен как "De motu" ("О движении"); он так и не был опубликован и распространялся в рукописи (4) . В этой работе Галилей опровергает мысль Аристотеля о существовании двух типов движения - естественного (например, падение предметов на землю) и вынужденного (полет снаряда). Галилей дает определение "нейтральному" движению. Потом эта мысль подведет его к открытию инерции. Гений Галилея позволил ему ставить "мысленные эксперименты", во время которых он представлял себе движение в идеальных условиях, например, при отсутствии трения.
В работе "О движении" ученый постарался опровергнуть два предположения Аристотеля, касающихся падающих тел: 1) скорость падения тела прямо пропорциональна весу этого тела; 2) скорость падения тела обратно пропорциональна плотности среды. Он показал условия равновесия предметов на наклонных плоскостях, но в то время не смог понять значимость ускорения свободного падения. В результате ему тогда так и не удалось связать свои наблюдения с собственными теориями движения. (Рассказ об эксперименте Галилея, во время которого он бросал большое и малое ядра с наклонной Пизанской башни, описанный его биографами, видимо, не имеет под собой реальной почвы, хотя позднее он оброс научными подробностями, призванными показать истинность этого "самого известного из всех научных экспериментов") (008) .
К сожалению, Галилей был не очень коммуникабельным человеком. Его открытые выступления против университетских порядков обеспечили ему множество врагов. Он даже сочинил стихотворную сатиру, высмеивая правило, предписывающее всем профессорам всегда носить мантии ("Даже в спальне?" - спрашивал он). Это стихотворное издевательство было написано не по-латыни, а на разговорном итальянском языке. Потом Галилей неоднократно прибегал именно к этому языку для написания ряда трудов. Но в последний год его пребывания в Пизе коллегам пришлось столько вынести от Галилея, что в отместку они стали ходить на все лекции профессора и освистывать те высказывания, с которыми были несогласны.
Когда в 1592 году закончился срок его работы, Галилей понял, что подавать прошение о возобновлении контракта бесполезно. Поэтому с помощью нескольких влиятельных друзей он стал добиваться места профессора математики в Падуанском университете, неподалеку от Венеции. Предпочтение было отдано именно ему, а не перипатетику (стороннику Аристотеля) Джованни Мажини, у которого подходил к концу срок работы в Болонском университете. С тех пор Мажини затаил злобу на Галилея. Свободомыслие Падуанского университета привлекало в него талантливейших студентов со всей Европы, многие из которых приезжали специально для того, чтобы учиться у Галилео. Он преподавал в Падуе 18 лет.
Продолжал Галилей и свои занятия математикой, экспериментальной физикой, не забывал о практических изобретениях (5) . В 1595 году он придумал механическое объяснение приливов и отливов, основанное на двух типах вращения Земли, о которых говорил Коперник. Хотя его теория и оказалась неверной, она возбудила в Галилее интерес к астрономии. Два года спустя один немецкий путешественник передал ему первую книгу Кеплера "Космографическая тайна". В благодарственном письме автору Галилей утверждает, что уже давно стал приверженцем новой астрономии.
Исследуя способы измерения температуры воздуха, Галилей придумал термоскоп - предшественник термометра. Для исследований он завел мастерскую - и сам разрабатывал для нее оборудование. Прибавку к жалованью давали частные лекции, которые он читал дворянским детям, изучавшим строительство укреплений, баллистику и другие технические дисциплины. Именно Галилей изобрел "геометрический, или военный компас", который был очень полезен мореплавателям, баллистам и для сооружения солнечных часов. В 1599 году он нанял ремесленников, которые изготовляли разработанные им приборы и механизмы для продажи.
После смерти отца на плечи Галилея легли заботы о семье - матери, брате и сестрах. Побочные доходы от лекций и мастерской служили хорошим дополнением к его скромному профессорскому жалованью и дали возможность выделить сестре щедрое приданое, когда она в 1601 году выходила замуж. В Падуе у него была любовница-венецианка Марина Гамба, которая родила ему двух дочерей и сына. Обе дочери поступили в монастырь, где старшая Вирджиния приняла имя Мария Челесте. Она была особо близка отцу. Сын Винченцо много помогал отцу в последние годы его жизни. Но после отъезда Галилея во Флоренцию, Марина Гамба вернулась в Венецию и позднее вышла там замуж.
Время, проведенное в Падуе, было насыщено занятиями механикой. В 1602 году Галилей проводил исследования движений маятника и падения тел, что привело к открытию им ускорения. Его изначальные вычисления строились на ошибочном мнении, что скорость падения предмета прямо пропорциональна пройденному им расстоянию, но последующие исследования движения маятников и движения тел по наклонной поверхности подвели его к открытию закона ускорения свободного падения: пройденное предметом расстояние прямо пропорционально квадрату времени падения. Применив математику к решению проблем динамики, Галилей превзошел своего учителя Архимеда, который исследовал только статику.
В 1604 году, когда Галилей писал о законе падения тел, на вечернем небе вспыхнула новая звезда (6) . Сравнив наблюдения, проведенные в других городах, со своими и не обнаружив параллакса, Галилео пришел к выводу, что эта звезда находится от Земли на очень большом расстоянии, где-то в сфере неподвижных звезд. Но, по теории Аристотеля, в "надлунном" мире никаких изменений происходить не могло! Стараясь заработать научный капитал на этом взбудоражившем всю Европу событии, Галилей прочел три публичные лекции, разъясняя, как на основании наблюдений и тщательных измерений было доказано, что данный объект - действительно новая звезда, а не просто "комета, застрявшая неподалеку от Луны". Было совершенно ясно: Аристотель ошибался.
Это событие стало поводом к первому из пяти крупных разногласий между ученым и университетскими философами. Цезарь Кремонини, профессор философии при Падуанском университете, встал на защиту Аристотеля. Он не мог допустить, чтобы какой-то математик доказал изменчивость "надлунного мира", пусть даже этот математик - его личный и давний друг. Вступив в полемику, два профессора под вымышленными именами издавали письма друг против друга.
Галилео взял на вооружение распространенный литературный прием, который стал в его руках разящим полемическим оружием. Чтобы разбить аргументы Кремонини, он сочинил диалог между двумя крестьянами, написанный на простонародном падуанском диалекте. Один из крестьян рассуждал куда разумнее именитого профессора. На аргумент о том, что земные мерки никак не подходят для измерения небес, крестьянин с сарказмом отметил: "А чего вообще философы понимают в мерках?".
Хотя аристотелева традиция признавала важность наблюдений, предпочтение она отдавала качественным показателям. А вот Галилея, прежде всего, интересовали количественные. Когда предоставлялась возможность, он измерял движение небесных тел, показав, сколько нужно изобретательности и старания, чтобы получить осмысленные результаты (7) .
Кремонини выступал против подхода Галилея и старался опровергнуть те его научные доводы, которые они столь часто обсуждали вместе в Падуе. Пять лет спустя, когда Галилей опубликовал результаты своих астрономических наблюдений, Кремонини даже отказался взглянуть на небо через "зрительную трубу". Так что нет ничего удивительного в том, что именно он стал прообразом перипатетика в знаменитом "Диалоге" Галилея.
Новый телескоп и астрономические наблюдения
Сам Галилей убедился, что Земля вращается вокруг Солнца, но продолжал оставаться "тайным" последователем Коперника к большому неудовольствию Кеплера, который уговаривал его открыто заявить о своих взглядах (8) . Галилео отмалчивался, ибо не мог пока представить публике убедительных доказательств и поэтому боялся насмешек. Но одно открытие на многие годы переключило его интерес на другую сферу науки.
В середине 1609 года Галилео узнал, что голландский оптик Липперсгей с помощью выпуклой и вогнутой линз сделал зрительную трубу (9) . Понимая, насколько морской Венеции важно иметь подобный инструмент, он быстро изготовил пару линз и собрал собственный телескоп. После ряда экспериментов у него получилась зрительная труба, дающая девятикратное увеличение (большее, чем у некоторых современных биноклей). В конце августа он продемонстрировал телескоп венецианскому совету: с его помощью приближающийся корабль можно было заметить на два часа раньше, чем невооруженным глазом. В благодарность венецианский дож даровал Галилею пожизненное место профессора Падуанского университета, увеличив ему жалованье в два раза. Таких жалований профессора математики раньше не получали!
Галилео тут же переоборудовал свою мастерскую, чтобы в лей можно было изготовлять телескопы. Качество его телескопов оставалось непревзойденным. Он провел эксперименты с десятками инструментов и произвел сотни наблюдений. Отвечая свои противникам, Галилей говорил, что никто не смеет утверждать, будто он обманывал людей, сам выдумывая результаты.
С помощью телескопа, дающего двадцатикратное увеличение, он рассматривал небеса и обнаружил бесчисленные новые миры. Оказалось, что Млечный путь - это скопление звезд. Учение о бесконечности вселенной, выдвинутое Коперником, переставало казаться невероятным! Еще больше его поразили тела, не столь отдаленные от Земли. Но эти открытия полностью противоречили учению Аристотеля: Галилей увидел, что Луна - это вовсе не идеальный шар, сияющий внутренним светом. На ней есть горы, долины, холмы и впадины. Наблюдая положения Луны и длину теней, он смог рассчитать высоту лунных гор. Но что еще более странно, на Солнце обнаружились черные пятна, которые то появлялись, то исчезали. Даже Солнце оказалось не таким, каким его описывал Аристотель. Галилео пришел к выводу: либо Солнце вращается вокруг своей оси, либо Земля вращается вокруг Солнца.
Еще более тревожным оказалось открытие четырех тел небольшого размера, движущихся недалеко от Юпитера. Проведя ряд наблюдений за ними и вычислив их смещение, Галилей сделал вывод, что они - спутники, т.е. луны Юпитера. А согласно учению Аристотеля, лишь Земля - центр мира - могла иметь Луну. Теперь Юпитер с четырьмя вращающимися вокруг него спутниками стал "минимоделыо" Солнечной системы Коперника: так и планеты вращаются вокруг Солнца.
Хотя теория Коперника, казалось бы, противоречит здравому смыслу, эти свидетельства видны любому, кто удосужится взглянуть в телескоп. Созерцание небес через зрительную трубу стало любимым послеобеденным времяпрепровождением знати и высшего духовенства. После 1609 года даже не сведущие в математике люди могли увидеть ошибки Аристотеля: "Зрительная труба не доказала истинности системы Коперника. Но она дала мощное оружие сторонникам его теории. Это было не доказательство, а наглядная агитация... Вот каково значение астрономических исследований Галилея: он смог популяризировать астрономию, причем астрономию коперниковскую" (10) .
Вскоре и сам Галилей понял всю значимость своих открытий. К марту 1610 года он опубликовал небольшую книжку под названием "Звездный вестник", где рассказал читателю о великих и удивительных тайнах вселенной (11) . Результаты наблюдений были описаны ясным и доступным языком. Простая металлическая трубка с двумя линзами по краям стала той дубиной, которой теперь можно было бить перипатетиков и разрушать их вселенную. Но и в популярнейшем "Звездном вестнике" не содержалось прямых заверений в том, что Галилей принял теорию Коперника!
Второе издание этой книжки вышло во Франкфурте несколько месяцев спустя. В возрасте сорока пяти лет Галилей неожиданно стал европейской знаменитостью. В Праге тосканский посланник передал экземпляр книги Кеплеру с просьбой Галилея написать о ней отзыв. Брошюра Кеплера "Рассуждение о звездном вестнике" стала как бы дополнением к работе Галилея. В обеих книгах говорилось о зрительной трубе и астрономических наблюдениях.
Вскоре, наблюдая за Венерой, Галилей сделал еще одно замечательное открытие. Когда он впервые занялся наблюдением за небесами, Венера находилась слишком близко от Солнца. Но во втором полугодии 1610 года ученому удалось различить фазы Венеры, как и должно было быть, если верна теория Коперника. Одним ударом открытие фаз Венеры разрушило систему Птолемея.
Второй публичный спор Галилея разгорелся с тем же Джузеппе Мажини, которому восемнадцать лет назад из-за Галилея было отказано в профессорской кафедре. Мажини стал профессором астрономии в Болонье и после опубликования "Звездного вестника" заявил, что обязательно "сотрет с неба" открытые Галилеем спутники. Протеже Мажини Мартин Горки издал книгу с опровержением открытий Галилея. Кстати говоря, большинство астрономов либо смеялось над Галилеем, либо обвиняло его во лжи.
Мажини первым из ученых попытался втянуть в борьбу с Галилеем духовенство. Он подсказал молодому фанатичному христианину Франко Сици написать невероятную книгу с полурелигиозными идеями о том, что планет может быть только семь, поэтому "луны" Юпитера - это всего лишь иллюзия. Книга Сици была, конечно же, холостым выстрелом, но показала, как далеко могут зайти противники Галилея. Ученый счел, что не стоит отвечать на эти безосновательные обвинения, но один из студентов все-таки дал ответ от его имени.
Тьма сгущается
В июне 1610 года Галилей принял решение, которое имело абсолютно непредсказуемые последствия. Он отказался от пожизненного поста профессора Падуанского университета и сопутствующего ему жалованья. (Пост был "подарен" ему венецианским дожем в благодарность за сооружение телескопа). Оставив Венецианскую республику с ее политической стабильностью, Галилео вернулся во Флоренцию, став придворным философом и математиком великого герцога. Новая должность давала Галилею официальное признание как философа и возможность влиять на университетские учебные программы. Освободившись от профессорских обязанностей, он мог больше времени уделять экспериментам и работе над Двумя новыми книгами - "обширный замысел, включающий в себя философию, астрономию и геометрию" (12) . После двадцати лет размышлений Галилей хотел, чтобы эти труды, в которые вошли данные о новых открытиях в астрономии и физике, окончательно утвердили систему Коперника.
В сентябре Галилей перебрался во Флоренцию, но ему и там не удалось добиться "совершенного спокойствия ума", в котором он так нуждался. Сначала ученый думал, что множество его открытий, в том числе открытие фаз Венеры, убедит упрямых профессоров - сторонников Аристотеля. Но некоторые из них отказались даже взглянуть через его тонкую "оптическую тростинку", а другие взглянули, но продолжали утверждать, что ничего не видели. Кто-то предположил, что все его "открытия" - это лишь пузырьки воздуха в линзах или оптическая иллюзия.
Галилео чувствовал нарастающую опасность, ибо понимал, как далеко могут зайти ученые, защищая свои традиции и труды классиков. Завидуя большому жалованью Галилея и расположению к нему великого герцога, противники Галилея бились к тому же за свои профессорские места, отстаивали свой научный авторитет, Галилео физически чувствовал, как стягиваются силы противника из его "альма-матер" - Пизанского университета, Падуи и Болоньи.
Тогда он понял, что нужно получить подтверждение своих открытий от независимых наблюдателей. В апреле 1611 года Галилей отправился в Рим, где побеседовал с отцом Клавием и другими астрономами-иезуитами из Римской коллегии. Он захватил один из своих телескопов, показал, как он работает, и оставил иезуитам, чтобы они сами могли перепроверить его открытия. Ночь за ночью наблюдая открытые Галилеем явления, астрономы убедились в его правоте и стали горячими сторонниками ученого. Даже вера старого отца Клавия в систему Птолемея была поколеблена. Признанному авторитету иезуитской астрономии было нелегко изменить свои взгляды на происходящее в небесах, но и он сдался. В докладе церковной комиссии, возглавляемой кардиналом Беллармино, Клавий, правда, совершенно справедливо отметил, что указанные наблюдения не дают прямых подтверждений истинности теории Коперника.
Во время пребывания в Риме Галилей был избран членом Academium Lincei (Академии рысьеглазых, или Академии Линчей) - научного общества, основанного князем Федерико Цеси (13) . Последующая переписка Галилея с членами научного общества позволила ему постоянно быть в курсе научной жизни Рима.
Тогда же он получил аудиенцию у Папы Павла V, который приятно удивил его. Посетил ученый и кардинала Маттео Барберини, математика, выходца из знатного флорентийского рода, который впоследствии стал Папой Урбаном VIII. Казалось, что Барберини благосклонно отнесся к открытиям, и Галилей надеялся, что в будущем он сможет открыто принять новую теорию.
Окрыленный успехом, Галилей возвращается домой в полной уверенности, что его путешествие прошло удачно. Ведь подтвердили же высшие астрономические авторитеты страны его открытия! Более того, теперь он подружился с кардиналом Беллармино и князем Цеси. Чего бояться, если на твоей стороне церковь и знать? Ответа не пришлось долго ждать.
Пристыженные профессора Пизанского университета объединились с недовольными флорентийцами и организовали секретное движение сопротивления, названное "Лигой" (14) . Главной фигурой его был флорентийский философ Людовико делла Коломб. В 1611 году он опубликовал на итальянском языке работу, которая начиналась традиционными аргументами против движения Земли и заканчивалась цитатами из Библии, показывавшими, что данная теория противоречит Священному Писанию. Если нельзя было победить Галилея с помощью чисто научных аргументов, то, решила Лига, нужно перенести "поле боя" на богословские земли. Прозванные "голубями" (коломби) по имени своего предводителя ученые составили заговор, о котором часто говорил Галилей.
Астрономические воззрения Галилея становились все более популярными, и Лига решила сразиться с астрономом по вопросам физики во Флоренции, где у него было меньше всего сторонников. Нужно было вовлечь его в публичный диспут, в котором он наверняка будет разбит. Местом встречи избрали виллу друга Галилея Филиппо Сальвиати, где часто собирались ученые и профессора, чтобы отдохнуть от городской жизни. Застольные беседы о плавающих телах и их формах стали приобретать интересный ракурс. Коломб предложил экспериментально доказать неправоту своего соперника. (Он уже затаил на Галилея злобу за то, что тот раскритиковал его книгу о новой звезде, вышедшую в 1604 году). Они обменялись письмами и провели публичные эксперименты в поддержку своих позиций. Великий герцог предложил Галилею обсудить эту проблему с пизанским профессором философии во время обеда, который собирался дать в честь двух гостей-кардиналов. Позицию Галилея поддержал кардинал Маттео Барберини. Победа Галилея была абсолютной.
Третий публичный диспут привел к написанию книги "Беседа о телах, находящихся в воде", которая тут же приобрела известность и выдержала два переиздания в 1612 году. Интерес широкой публики к книге объяснялся тем, что в ней можно было найти описание множества забавных экспериментов, для проведения которых не требовалось специального оборудования. Снова Галилей нанес удар научному сообществу. Он отметил, что Архимед (его любимый древнегреческий натурфилософ) обладает не большим авторитетом, чем Аристотель. Но Архимед оказался прав лишь потому, что его предположения были подтверждены экспериментально. Во время дебатов Галилей обвинил Коломба в словоблудии, в том, что он старается говорить о вопросах, в которых ничего не понимает. Жажда мести профессора была удовлетворена чуть позже, когда он схватился с Галилеем уже не на научной почве.
Тем временем Галилей был втянут в четвертый публичный диспут, который имел очень неприятные последствия для него. То, что на первый взгляд казалось лишь спором по астрономическим вопросам, оказалось "ящиком с двойным дном". Отец Кристофер Шайнер - астроном-иезуит, трудившийся при Ингольштадтском университете в Баварии, - соорудил телескопы, основанные на конструкции Кеплера, и в апреле 1611 года начал наблюдать за Солнцем. Семь месяцев спустя он обнаружил пятна на поверхности светила. Шайнер решил, что пятна - это или изъяны на Солнце, или небольшие вращающиеся вокруг него тела. Он склонялся в пользу второго предположения потому что не мог поверить, чтобы на столь яркой поверхности были пятна. Шайнер стремился, чтобы его теория пятен не вызвала сомнений в учении Аристотеля, который говорил, что все небесные тела совершенны и неизменны.
Когда Галилей прочел в 1612 году отчеты Шайнера, он выпазил свое несогласие с ним. Галилею нравилась теория пятен, потому что она показывала: Солнце так же, как и Земля, несовершенно, это обычное небесное тело. На основании рисунков Шайнера и своих наблюдений он смог показать, что солнечные пятна меняют форму. Это громадные тучи над поверхностью Солнца!
В 1613 году вышла книга Галилея "История и демонстрация солнечных пятен". Напечатала ее Академия Линчей. Это было первое открытое выступление Галилея в защиту новой астрономии. В приложении он приводил убедительные доводы в пользу теории Коперника: писал о затмениях лун Юпитера и простейших методах их предсказания.
Аристотель учил, что небесные явления качественно отличаются от явлений земных, а потому и объяснять их нужно, исходя из иных законов. В противовес ему Галилей объяснял небесные явления по аналогии с земными. Из "Истории" стало ясно, что Галилей не только противник Аристотеля, но и ярый последователь Коперника: лишь на основании новой теории можно было объяснить результаты астрономических наблюдений, сделанных с помощью телескопа. Во вступлении Галилей заявил, что первым обнаружил пятна на Солнце, и это очень разозлило Шайнера. Оскорбились и многие другие иезуиты, приняв в этой долгой междоусобице сторону Шайнера.
В том же году бывший ученик Галилея Бенедетто Кастелли был назначен профессором на кафедру математики Пизанского университета. С самого начала местные профессора отнеслись к нему враждебно. Университетские власти заранее предупредили нового профессора, что в университете запрещено преподавать теорию Коперника, на что Кастелли ответил: Галилео Галилей его об этом уже проинформировал.
Фланговая атака
Будучи не в состоянии разбить Галилея в лобовой атаке на фронтах физики и астрономии, Лига сменила стратегию. Военные действия теперь развернулись при дворце: враги решили обсудить астрономические открытия Галилея с чисто богословских позиций. В 1613 году на званом обеде, данном великим герцогом Косимо II (патроном Галилея), завели разговор о новой астрономии. Так как сам Галилей на обеде не присутствовал, в защиту его взглядов выступил Кастелли. Во время этой беседы профессор Бостагли объявил, что движение Земли вообще невозможно, потому что это противоречит Священному Писанию. После обеда великая герцогиня Кристина много расспрашивала Кастелли об этом вопросе (15) . Во время их беседы Бостагли помалкивал.
Кастелли написал Галилею полный отчет о споре: обсуждать при дворе вопросы натурфилософии было привычным делом. Обеспокоившись, как бы его враги не направили обсуждение научных вопросов в опасное богословское русло, Галилей решил, что настало время встретиться с врагом в открытом бою.
В "Письме к Кастелли", написанном перед Рождеством 1613 года, Галилео тщательно изобразил свои позиции ученого и католика. Он подтвердил, что остается верен истине и Библии, а потом поднял вопрос о толковании Священного Писания. Очевидно, что в Библии есть места, написанные образным языком, а есть места совершенно ясные, понятные каждому читателю. Галилей выразил озабоченность тем, что "Священное Писание собираются вынести на диспут, посвященный чисто научным вопросам". Бог же дал нам две книги - книгу Природы и книгу Откровения. "И Священное Писание, и Природа произошли от Божьего Слова, первое в виде Слова Духа, а второе - как видимое исполнение Божьих Слов" (16) . Он отметил, что эти две истины не могут вступать в противоречие друг с другом, хотя и выражены разными языками и являются предметами изучения разных дисциплин: Писанием занимаются религия и этика, а природой - физика.
Почему же тогда с помощью Библии пытаются защитить позиции одних философов в споре с другими?
Рукописные копии этого письма передавались из рук в руки ученые и богословы постепенно разбивались на два лагеря Целью Галилея было показать всю нелогичность возражений против системы Коперника, но его враги старались представить слова Галилея как богохульство. Интригам и сплетням не было конца. В 1614 году ученого неоднократно обвиняли в том, что он старался подорвать доверие людей к Писанию, вмешивался в богословские вопросы.
Пятый крупный конфликт Галилея с ученым миром получил широчайшую огласку. 20 декабря 1614 года отец Томмазо Каччини, сочувствующий перипатетикам доминиканский фриар, прочел с кафедры главной флорентийской церкви проповедь о том, как Бог задержал Солнце на небе при Иисусе Навине. Идею о движении Земли он назвал ересью, а всех математиков окрестил слугами дьявола, которых следует отлучить от церкви. Это было серьезное обвинение. Для обывателя математик - значит, астролог, а к ним тогда начинали относиться все с большим недоверием.
Галилео написал римским друзьям, что его очень обеспокоила воскресная проповедь, центром которой стал он сам. То, что доминиканец потом принес ему формальные извинения, ученого не успокоило. Он знал, что многие власть имущие с симпатией относятся к новым открытиям - проповедь Каччини сплотила противников Галилея.
Вскоре после атаки Каччини священник Николо Лорини прочел копию "Письма к Кастелли". Если ученый размышляет о природе - это естественно, но совершенно другое дело, когда мирянин пишет о том, как толковать Библию, чтобы подогнать толкование под свои теории. Возможно, Лорини везде видел призраки протестантизма - протестантской герменевтики и возможности толкования Священного Писания каждым христианином. И вот 7 февраля 1615 года он направил копию "Письма Кастелли" кардиналу-секретарю римской инквизиции, выразив тревогу тем, что последователи Галилея "считают себя вправе толковать Священное Писание в свете своих личных воззрений... Они стараются разрушить всю аристотелеву философию... Я верю, что все сторонники Галилея - люди порядочные и добрые христиане, но излишне мудрствуют в своих суждениях" (17) .
Когда Галилей узнал, что его письмо передано в Священную коллегию, он тут же направил его копию в Рим своему другу архиепископу Пьеро Дини и попросил показать его кардиналу Беллармино. Галилео отметил, что набросал письмо в спешке и теперь хочет подробнее осветить ряд содержащихся в нем положений. В июне 1615 года он написал "Письмо великой герцогине-матери Кристине Лотарингской". Его тоже переписывали и передавали из рук в руки (оно было опубликовано лишь в 1636 году в Страсбурге).
О последствиях этого шага, приведших к окончательному осуждению теории Коперника в 1616 году, мы поговорим в следующей главе. А пока стоит остановиться на особенностях научного метода Галилея.
Научный метод Галилея
Чтобы оценить вклад Галилея в развитие западно-европейской мысли, нужно понять, каков же был его научный метод. Но при этом следует учесть, что существовали "Галилей-символ" и "Галилей-ученый". Галилей стал легендой еще при жизни. Для многих он - символ революции, борьбы свободной мысли и разума против предрассудков и ложных авторитетов, ясных научных идей против размытых догм средневекового богословия.
Первые историки науки - французские энциклопедисты конца XVIII века - рассматривали его труды как "водораздел" между новой и старой наукой, полный разрыв с прошлым. Для них ученый был символом. Они сделали из Галилея "святого мученика" и "покровителя" борьбы за интеллектуальные свободы против религиозных авторитетов. Вплоть до начала XX столетия никто не мог по достоинству оценить натурфилософию позднего средневековья и Ренессанса. Лишь недавно ученые вдруг обнаружили, что еще в XIV веке существовала неаристотелева математическая механика. И тут все впали в другую крайность: стало казаться, что Галилей просто старался спасти от забвения открытия прошлого и лишь дал им точные формулировки.
На самом деле истина, видимо, лежит где-то посредине, но остаются и вопросы, не получившие ответа. Насколько оригинальными были методы Галилея? В чем они заключались? Каким образом результаты его работы помогли становлению новой науки?
Мы уже обрисовали ту атмосферу, в которой развивалась натурфилософия Аристотеля и в рамках которой Галилей начал вести исследования в математике и механике. Мы уже говорили, по каким вопросам он расходился с учеными своего времени и как начал отходить от традиционной науки. Галилео не работал в вакууме, и можно отыскать источники, из которых он черпал научное вдохновение. Четырьмя главными источниками этого являются: чтение; экспериментаторство; размышления и мысленные эксперименты; коперниканство (18) .
Еще в Пизе Галилей пытался вывести законы движения и тогда наверняка читал написанное до него, особенное представителями школы "impetus". Будучи преподавателем в Падуе, он не мог не знать основных работ по теории движения Аристотеля, написанных его предшественниками, а также по сложнейшей математике, созданной школой Мертона. Что касается экспериментов, то Галилей, несомненно, умел их ставить, хотя и не занимался этим слишком часто. Он неоднократно писал о значении экспериментаторства. "Когда математические объяснения сопутствуют какому-то природному явлению.., то принципы (законы), открытые во время проведения грамотно поставленных экспериментов, ложатся в основу всего научного здания" (19) .
Что касается третьего источника, то Галилей очень часто ставил "мысленные эксперименты". Так проще было разобраться во всех тонкостях гипотезы и показать ее логичность. Это многое говорит о его мыслительных способностях. Порой он давал новое толкование хорошо известным фактам. А вот убежденность Галилея в истинности коперниковской системы мира направляла его исследования в совершенно конкретное русло и подвигла на труд всей его жизни - работу над законами механики.
Исследователи жизни и творчества Галилея приписывают решающую роль то одному, то другому из этих факторов, но нужно сказать, что каждый из них сказался на формировании мышления и мировоззрения великого ученого. Говоря о научном методе Галилея, не нужно искать простых объяснений. В отличие от Кеплера, он не информировал широкую публику о своих взглядах на тот или иной предмет, а в падуанский период жизни (1597-1610 гг.) практически ничего не написал для печати, хотя именно тогда у него сформировались новые представления о механике. Галилей не имел четкой программы издания собственных научных трудов и всю жизнь находился в поиске. Как многие ученые-практики, он писал именно о тех научных проблемах, над которыми работал, не стараясь подвести под них философское обоснование. Так как Галилею "трава по обе стороны забора казалась зеленой", то целый ряд философских школ оспаривали право "собственности" на него. Но мы воздержимся от обсуждения этой проблемы, отметив лишь основные элементы научного метода ученого.
Ключом к открытию тайн вселенной для него была математика.
"Эту великую книгу невозможно понять, если не научиться сначала ее языку, не узнать алфавита, которым она написана. Она написана на языке математики, ее буквы - это треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без знания которых совершенно невозможно понять в ней не единого слова. Без этих знаний чтение будет подобно плутанию по темному лабиринту" (20) .
По мере превращения математика в физика Галилей обретал понимание материального мира, познавая и его геометрическую структуру. Он верил, что "допросить" природу можно лишь на языке математики, но одновременно верил и в то, что отвечать она будет так, как захочет. Другими словами, математический анализ и теория должны основываться на экспериментальных фактах. Для Галилея научные факты - это наблюдения и измерения "основных" свойств предмета (количество, форма, размер, движение), а не "вторичных" (цвет, звук и запах), занимавших столь важное место в натурфилософии Аристотеля. Природа отвечает на вопросы, заданные на языке математики, потому что она - царство меры и порядка.
О месте эксперимента в научном методе Галилея много говорили и спорили. Большинство экспериментов, которые ему приписывали и которые он описывал сам, так и не было поставлено: он - великий толкователь, а не собиратель фактов. Ряд его экспериментов составляли "мысленные эксперименты": он представлял себе конкретную ситуацию и размышлял, какие последствия может иметь в данной ситуации то или иное действие. Но у него присутствовало главное качество экспериментатора: он всегда старался подтвердить свои теории конкретными экспериментами, ибо знал, что теории, на которых строится гипотеза, нужно проверять экспериментально. Хорошие научные теории должны совершенно естественно вписываться в действительность (21) . Нельзя назвать подход Галилея чисто математическим, скорее, он - физико-математический: для него реальность - это воплощение математики.
Как же нужно ставить эксперименты? Эксперимент - это больше, чем простое накопление данных. Для Галилея лаборатория - это не место, где создают новое, а место, где проверяют теории. Физические или мысленные эксперименты дают результат лишь тогда, когда их ставят для проверки конкретной гипотезы. Лишь при этом условии собранные данные можно подвергнуть математическому анализу: факты не заговорят, если их ни о чем не спрашивать, ответы же зависят от постановки вопроса. Сами по себе эксперименты не дают основания для построения новых теорий, а лишь доказывают, подтверждают или опровергают существующую теорию. Кроме того, эксперимент может подсказать пути усовершенствования теории.
Один из величайших вкладов Галилея в развитие научного метода исследований - это его привычка идеализировать проблему. Он умел свести ее к главному и основному, исключить те факторы, которые не оказывали непосредственного влияния на то или иное явление. Он сумел открыть законы, которые не описывали движение реального тела, а скорее, показывали, как оно будет вести себя, если ограничить или вообще убрать воздействие на него внешней среды. Например, в идеальном варианте поверхность земли - ровная. Проведенные к ней перпендикуляры образуют параллельные линии. В идеале тело падает, не испытывая трения и сопротивления среды. В идеале существует точка, к которой тяготеет масса тела. Галилео умел различить "главные и второстепенные стороны философии Аристотеля и сосредоточился на изучении первых. Он не стал останавливаться на сложной проблеме причин, а сразу перешел к поиску математических доказательств. Привычка "идеализировать" проблему позволила ему сразу достигать сути и строить логичные математические теории" (22) .
Три основные элемента научного подхода Галилея - это интуиция, доказательства и эксперименты. Во-первых, он представлял себе задачу в идеальном виде, чтобы четко ее сформулировать, выделить основные элементы и вывести гипотезу или модель. Во-вторых, он дедуктивным методом разрабатывал математическую модель и придумывал, как можно экспериментально проверить свои выкладки. В-третьих, он ставил эксперименты - реальные или мысленные - и анализировал их результаты. Галилео отмечал, что данный метод начинается с действий органов чувств, но порой приводит к выводам, которые противоречат данным, полученным органами чувств. Например, в коперниковской астрономии математические выводы (Земля вращается вокруг Солнца) противоречат ощущениям органов чувств (мы видим, что движется именно Солнце).
Новая наука?
Выступив против полного "бесплодия" аристотелевой науки XVI века, пионеры, подобные Фрэнсису Бэкону и Декарту, претендовали на открытие совершенно нового метода научных исследований. Но не об этом ли говорил Галилей, когда писал в "Разговоре" о "совершенно новой науке, изучающей очень старые материи"? В каком смысле считал он свою науку "совершенно новой"? Он говорил не о новом методе и не о новой концепции науки, а о тех аспектах движения, которые "не были ранее замечены и объяснены" (23) .
Галилей унаследовал и подтвердил аристотелеву концепцию науки, как "знания", которые можно "показать" или "смоделировать", т.е. доказать, объяснить и преподать (24) . Чтобы называться полностью "научными", знания должны быть направлены на достижение всех трех целей и сами иметь доказательства и объяснения. Аристотель выделял два типа научных знаний: "Что?" и "Зачем?" - следствие и причину. Один тип знания занимается поиском фактов (например, поведение шара, катящегося по наклонной плоскости), а другой разъясняет, откуда эти факты взялись (дает математическое объяснение). Галилей развенчал физику Аристотеля, но в "Диалоге" он не осуждает аристотелеву концепцию науки: он не соглашался с греческим философом по вопросу о "новых явлениях и наблюдениях", но сказал, что если бы Аристотель был жив, то, "несомненно", изменил бы свое мнение.
Галилео поддерживал и "научный реализм" Аристотеля - мнение о том, что существует истинная физическая теория, которую можно сформулировать на основании размышлений и наблюдений, и альтернативные ложные научные теории. Он верил, что отличительная черта наук о природе - это возможность сделать "истинные и однозначные" выводы, а истинного знания причин можно достичь, создавая математические модели явлений. В "Разговоре" много раз встречаются такие слова, как жесткое доказательство и объяснение.
Тем не менее, он не был согласен с Аристотелем по вопросу о природе материальной действительности. Он говорил, что по своей форме она - математическая, следовательно, математическая теория должна определять структуру экспериментальных исследований. Лишь с помощью математики можно дать однозначный ответ на вопрос, т.е. идеальная наука - та, которая дает математическое объяснение всем видимым явлениям. В этом Галилей следовал учению любимого им Архимеда.
К сожалению, телескоп открыл новые загадочные миры, где невозможно было создать "истинную и однозначную" модель. Для изучения небесных тел нужна была иная наука, новые косвенные методы доказательств, так как тела эти были далеки и не изучены: выводы в такой ситуации трудно проверить, потому что невозможно поставить реальный эксперимент. Галилео понимал, что наука, построенная на наглядном эксперименте, не сможет ответить на такие вопросы, как природа комет (как не смогла она войти и в области сверхмалого - мира атомов). В результате все выводы Галилея, например, о характере поверхности Луны основывались на аналогиях, сравнениях и ретродукции (когда на основании следствия делают выводы о причине, а потом вновь возвращаются к следствию, чтобы, проверив прогноз, сделать выводы об истинности гипотезы - см. главу 9).
Несостоятельность наглядной науки Галилей увидел, столкнувшись с коперниковской системой мира. Он использовал метод, который советовал ему Кеплер: исключать все гипотезы, пока не отыщется истинная. Потому-то он и выступал против физики Аристотеля и астрономии Птолемея. Чтобы показать, насколько проще предположение о вращении Земли, чем о вращении звезд, он привел семь аргументов, но тут же признал, что это не доказательство, а просто свидетельство о высокой степени вероятности данной гипотезы. Эти аргументы не являлись наглядным доказательством вращения Земли, потому-то он и обратился к проблеме приливов и отливов, о чем мы подробнее поговорим в следующей главе.
Итак, в трудах Галилея слились две различные концепции науки. От греческой он унаследовал идеал "наглядности", которого всегда придерживался и не оставил до самой смерти, хотя применительно к изучению вселенной его трудно было использовать. Вторая концепция - ретродуктивный метод.
Он проявляется в размышлениях Галилея о явлениях, чьи причины находятся вне сферы нашей досягаемости (кометы, солнечные пятна), которые слишком загадочны (движение Земли) или невидимы (атомы). Он мастерски овладел этим методом, но истинной наукой продолжал считать лишь то, что можно было доказать опытным путем (25) .
Пока велись разговоры о новых методах науки, Галилею удалось обнаружить наглядную науку о движении. Он был ученым, а не философом. Он не занимался разработкой теории "новой науки", а создавал новую науку, заложив основание современной математической физики, и при этом открыл путь, который, в конечном итоге, привел к возникновению новых представлений о научных исследованиях.
(008) "Первые люди на Луне" - американские астронавты - поставили в честь знаменитого ученого так называемый "эксперимент Галилея". Они взяли молоток и легонькое перышко, подняли их повыше и разом отпустили - оба предмета упали на лунный грунт одновременно - прим. перев.