Наука и религия (Главы из книги)

Первые два кеплеровских закона были опубликованы в 1609 году, третий в 1619 году. Наиболее важным для понимания общего устройства Солнечной системы был первый закон, утверждавший, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсам, а Солнце находится в фокусе одного из этих эллипсов. В свое время греки предполагали, что все небесные тела должны двигаться по кругу, потому что круг - самая совершенная из всех кривых. Обнаружив, что эта гипотеза не работает, они стали считать, что планеты движутся по "эпициклам", то есть по кругам вокруг точки, которая сама движется по кругу. Например, если Земля движется вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли, то Луна движется вокруг Солнца по эпициклу.

Хотя греки знали множество вещей об эллипсах и тщательно изучили их математические свойства, им никогда не приходило в голову, что, возможно, небесные тела движутся как-то иначе, нежели по кругам или сложным сочетаниям кругов. Эстетическое чувство господствовало над их рассуждениями и заставляло отвергать гипотезы, которые не содержали соображений симметрии. Схоласты унаследовали эти предрассудки, и Кеплер первым отважился выступить против них. Заранее составленное мнение, исходящее из соображений эстетики, столь же обманчиво, как и любое моральное или теологическое предубеждение. По одной этой причине Кеплер - выдающийся новатор. Однако три его закона имеют решающее значение в истории науки прежде всего потому, что они способствовали доказательству закона тяготения Ньютона.

Законы Кеплера, в отличие от закона тяготения, носили чисто описательный характер. Они не предлагали никакой общей причины движения планет, но давали простейшую формулу, обобщавшую результаты наблюдения. Простота описания была тогда единственным преимуществом теории, утверждавшей, что планеты обращаются вокруг Солнца, а кажущееся суточное обращение небес вызвано вращением Земли. Астрономы XVII века полагали, что дело тут не только в простоте: Земля действительно вращается, а планеты действительно обращаются вокруг Солнца; и взгляд этот был подкреплен работами Ньютона. Фактически же, поскольку всякое движение относительно, эти гипотезы ничем друг от друга не отличаются: обращается ли Земля вокруг Солнца, или Солнце обращается вокруг Земли, - неважно. Обе гипотезы просто по-разному описывают одно и то же событие: можно сказать "А женится на Б", а можно - "Б выходит замуж за А". Но когда мы переходим к деталям, простота коперниканского описания оказывается настолько важной, что не один здравомыслящий человек не станет обременять себя трудностями, связанными с теорией Птолемея. Мы говорим, что поезд идет в Эдинбург, а не Эдинбург - к поезду. Мы могли бы сказать и последнее, не совершая при этом принципиальной ошибки, но должны были бы предположить вместе с этим, что все города и поля вдоль железнодорожной линии внезапно устремились на юг, и случилось это со всем на свете, кроме эдинбургского поезда. Такое предположение логически возможно, но оно является чересчур сложным. Не менее сложно и предположение о суточном вращении звезд, хотя и оно не является ошибочным. Однако для Кеплера, Галилея и их оппонентов, вследствие того, что они не признавали относительности движения, этот вопрос не был вопросом о простоте описания, а касался объективной истины. И это было в то время необходимым стимулом для прогресса астрономической науки, ибо законы движения небесных тел никогда не были бы открыты без тех упрощений, которые предложила коперниканская гипотеза.

Галилео Галилей (1564-1642) был самой заметной фигурой в науке того времени - как благодаря своим открытиям, так и вследствие того, что он конфликтовал с инквизицией. Его отец был математиком и всячески старался обратить внимание сына на занятия, которые, как он надеялся, оказались бы более прибыльными, чем математика. Ему даже удавалось довольно долго скрывать от Галилея, что такой предмет, как математика, вообще существует, пока в возрасте 19 лет тому не случилось услышать лекцию по геометрии. Галилей жадно набросился на науку, имевшую для него всю сладость запретного плода.

В Галилее счастливо сочетались навыки экспериментатора и инженера и умение выражать результаты в математических формулах. Изучение динамики, то есть законов движения тел, начинается именно с него. Греки изучали статику, то есть законы равновесия. Но законы движения, особенно движения с изменяющейся скоростью, были совершенно неизвестны - ни грекам, ни ученым XVI века. Считалось, что движущееся тело, если его предоставить самому себе, должно останавливаться. Галилей же выяснил, что в отсутствие внешних воздействий оно будет продолжать движение по прямой с равномерной скоростью. Другими словами, объяснением служили обстоятельства среды, и объяснялось не движение тела, но изменения в движении - в его направлении, скорости или том и другом вместе, - то есть ускорение, указывающее на действие внешних сил. Открытие этого принципа было важнейшим шагом в изучении динамики.