Владимир Кирсанов - Научная революция XVII века
То, что Коперник принял наблюдения Птолемея, но отверг его систему, стало фактором огромного исторического значения. Но еще предстоял долгий путь до того, как коперниканская теория была обнародована, и еще более долгий — до ее признания.
В конце XIX в., а точнее, в 1977 г. была обнаружено рукопись под названием «Николая Коперника Малый комментарий относительно установленных им гипотез о небесных движениях», которая при жизни Коперника не была опубликована и, по-видимому, не предназначалась для опубликования. Тем не менее Коперник, предпочитавший, по его собственным словам, обсуждать математические проблемы с математиками, наверняка распространил некоторое количество рукописных копий среди своих коллег. Во всяком случае, один из краковских математиков к 1515 г. уже имел в своем распоряжении анонимный текст «Малого комментария». Как указывает польский исследователь творчества Коперника Л. А. Биркенмайер, этот трактат был написан не позднее 1515 г., а вероятнее всего, между 1505 и 1507 гг. {3, с. 218}. В «Малом комментарии» уже декларируются по пунктам все основные положения его системы:
«1. Не существует одного центра для всех небесных орбит или сфер.
2. Центр Земли не является центром мира, а только центром тяготения и центром лунной орбиты.
3. Все сферы движутся вокруг Солнца, расположенного как бы в середине всего, так что около Солнца находится центр мира.
4. Отношение, которое расстояние между Солнцем и Землей имеет к высоте небесной тверди, меньше отношения радиуса Земли к ее расстоянию от Солнца, так что по сравнению с высотой тверди оно будет даже неощутимым.
5. Все движения, замечаемые у небесной тверди, принадлежат не ей самой, а Земле. Именно Земля с ближайшими к ней стихиями вся вращается в суточном движении вокруг неизменных своих полюсов, причем твердь и самое высшее небо остаются все время неподвижными.
6. Все замеченные нами у Солнца движения не свойственны ему, а принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом, Земля имеет несколько движений.
7. Кажущиеся прямые и понятные движения планет принадлежат не им, а Земле. Таким образом, это одно движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей» {2, с. 420}.
В дальнейшем эти положения подверглись детальной разработке в его книге «О вращениях небесных сфер». Не входя в обсуждение деталей такого анализа, остановимся на двух пунктах, заслуживающих специального внимания.
Интересное предположение относительно истоков коперниканской теории высказал в 1973 г. американский историк астрономии, профессор Чикагского университета Ноэл Свердлов {4, с. 471–477}. Он указал на прямую связь построений Коперника с рассуждениями, представленными Региомонтаном в книге XII его трактата «Сокращения Клавдия Птолемея». Напомним, что «Сокращения» были опубликованы в 1496 г. и бесспорно были той самой книгой, по которой Коперник изучал птолемеевскую астрономию.
В книге XII Региомонтан пытается освободиться от модели, состоящей из эпициклов и деферентов, с помощью геогелиоцентрической модели, напоминающей систему Тихо Браге, о которой будет сказано позже. Региомонтан показывает, что система пяти планет (исключая Землю), вращающихся вокруг Солнца по эпициклам и деферентам, может быть заменена системой эксцентрических окружностей, центры которых располагаются на луче, проведенном от Солнца. Приводимый выше чертеж поясняет рассуждение Региомонтана. Положение планеты Р однозначно определяется этими двумя способами, которые, как легко видеть из чертежа, являются эквивалентными.
Эквивалентность систем Коперника и ПтолемеяСуть высказанного американским ученым предположения сводится к тому, что, во-первых, Коперник не мог не обратить внимания на столь существенное место в книге, которую он досконально изучал. Во-вторых, он не остановился на выводе Региомонтана, что систему пяти планет, вращающихся вокруг Солнца по деферентам и эпициклам, можно заменить эквивалентной системой планет, вращающихся вблизи Солнца по эксцентрическим окружностям. То, что они могут вращаться не только вблизи, но и вокруг Солнца как центра, также неявно следовало из рассуждений Региомонтана.
Но Коперник пошел дальше, потому что его интересовала не только кинематическая модель, но и физическая (или философская — для того времени это было практически одно и то же) подоплека модели. Понятие небесных сфер, заимствованное им у Аристотеля, казалось Копернику единственным возможным объяснением действительного движения планет, а если принять модель Региомонтана, получалось, что движения некоторых планет и движение Солнца пересекались. Это, в свою очередь, означало, что планетные сферы также должны пересекаться. Именно факт взаимного пересечения небесных сфер был абсолютно неприемлем для Коперника, и он неизбежно должен был прийти к единственному усовершенствованию модели Региомонтана, устранявшему это несоответствие, — поставить Солнце неподвижным в центр Вселенной, а Землю сделать вращающейся аналогично остальным планетам.
Догадка Свердлова кажется весьма правдоподобной, но не следует забывать, что от исходной идеи до создания теории, тем более вычислительной теории, имеется огромная дистанция, преодолеть которую смог только гений Коперника. В качестве иллюстрации трудностей, с которыми он столкнулся, остановимся на следующем важном моменте, связанном с определением движения Земли.
Этот пункт, столь важный в теории Коперника, часто ускользает от внимания исследователей, и даже Галилей не понимал, как представлял Коперник движение Земли. Впрочем, пренебрежение Галилея математическими деталями вполне для него характерно. Галилей указывает в «Диалоге», что Земле присущи два движения — движение по окружности вокруг Солнца и вращение вокруг собственной оси. Но в действительности если под движением вокруг Солнца понимать вращение Земли вокруг Солнца, то этих двух движений недостаточно для описания наблюдаемых на Земле явлений, прежде всего смены времен года. Дело в том, что во времена Коперника и Галилея не существовало понятия поступательного движения, т. е. движения твердого тела, в процессе которого любая линия тела переносится параллельно самой себе. Поэтому движение Земли вокруг Солнца могло пониматься только как вращение.
Согласно теории Коперника. Земля участвует в трех вращениях: вращении центра Земли вокруг Солнца в плоскости эклиптики; вращении Земли вокруг оси, перпендикулярной к плоскости эклиптики и проходящей через ее центр — это вращение Коперник назвал деклинационным, и, наконец, вращении Земли вокруг собственной оси, перпендикулярной к плоскости земного экватора, составляющей неизменный угол с плоскостью эклиптики. Вращение вокруг Солнца и деклинационное вращение имеют одинаковый период и противоположные направления, они составляют то, что мы сегодня называем парой вращений. В первой половине XIX в. было установлено, что пара вращений эквивалентна поступательному движению. Всего этого Коперник в свое время, конечно, знать не мог, и достойно удивления, что тем не менее он смог представить математически адекватное описание движения Земли.
Вселенная по КоперникуВ построении своей теории Коперник столкнулся и со многими другими трудностями, обсуждение которых не входит в задачу этой книги. Следует только отметить, что в результате он вынужден был сохранить эпициклы для движения планет, а также сохранить эквант, так что истинный центр круговых орбит получался несколько смещенным относительно Солнца.
Коперник вполне сознавал революционное значение своего труда. Именно поэтому он столь долго не решался обнародовать свои воззрения и сделал это лишь на пороге смерти, уступив настойчивым просьбам своих друзей, в первую очередь увещеваниям Ретика и вармийского епископа Тидемана Гизе. В 1543 г. только что отпечатанный экземпляр книги был принесен умирающему астроному. На титульном листе значилось: «О вращении небесных сфер, шесть книг Николая Коперника Торунского». Книга содержала развернутое изложение системы мироздания, основанное на принципах, сформулированных еще в «Малом комментарии». Значение этого события состояло в том, что отныне научное мировоззрение обрело твердую и плодотворную почву, па которой впоследствии смогло возникнуть все здание современной науки.
Альберт Эйнштейн, говоря о критериях выбора научной теории, подчеркивал, что истинная теория должна обладать двумя качествами: внешним оправданием, т. е. соответствием эксперименту, и внутренним совершенством, т. е. простотой и логической стройностью. Теория Птолемея удовлетворяла первому критерию, но не удовлетворяла второму.
