Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Калеб Шарф

За несколько десятилетий сразу после публикации «De revolutionibus» Коперника появилось множество новых противников птолемеевой Вселенной – и множество столь же рьяных ее поборников. Некоторые из противников дорого заплатили за свои воззрения, например, Джордано Бруно[20]. Этот монах-доминиканец родился в 1548 году, спустя пять лет после смерти Коперника. Научные и философские изыскания привели его к тому, что он стал сторонником не только гелиоцентрической системы, но и представления о бесконечности Вселенной, о том, что Солнце – всего-навсего одна из звезд и что громада всего сущего наверняка содержит в себе множество иных обитаемых миров. Бруно опирался на идеи древнегреческих атомистов и разработал модель мироздания, намного опережавшую его время. Однако Бруно занял весьма провокационную позицию и по другим религиозным вопросам, это привлекло пристальное внимание властей, и в 1600 году инквизиция сожгла бедного Бруно на костре за ересь.

Примерно в это же время состоятельный и знатный датский астроном Тихо Браге[21] делал колоссальные успехи в наблюдениях и записях движения светил. Телескопов тогда еще не было, и Тихо Браге пользовался лишь своими острыми глазами и хитроумными измерительными устройствами, чтобы следить за небесной механикой: он изобретал новые модификации квадрантов, секстантов, астролябий, чтобы измерять углы и координаты с достойной изумления точностью. Однажды ночью – дело было в 1572 году, когда Тихо Браге исполнилось 26 лет, – на его глазах в ноябрьском небе Западной Европы зажглась новая звезда[22]. Никакого параллакса Браге не зафиксировал, однако в предыдущие ночи этой звезды точно не было, и он пришел к выводу, что Вселенная не незыблема, она способна меняться, причем очень резко.

Сейчас мы понимаем, что Браге наблюдал вспышку сверхновой – в данном случае это был мощный взрыв набравшего критическую массу белого карлика, звездного остатка, расположенного примерно в 8000 световых годах от Солнечной системы. Благодаря наблюдению этого важнейшего явления западные астрономы стали с новыми силами изобретать усовершенствованные способы измерения положения и яркости объектов и искать новые объяснения их поведению. Сам Тихо Браге мучительно пытался сочетать или по крайней мере примирить птолемееву космологию с моделью Коперника. Он представил собственную, «тихоническую» гео-гелиоцентрическую модель, в которой Солнце и Луна двигались по орбите вокруг Земли, однако все остальные планеты вращались вокруг Солнца.

При всей своей надуманности эта модель самого Тихо Браге вполне устраивала, поскольку параллакса у звезд он так и не зафиксировал, а это легко объяснялось тем, что «вялая» Земля оставалась неподвижной. Мало того, эта модель позволяла найти компромисс со сторонниками мировоззрения Коперника, которые относились к своим научным представлениям очень нервно. Однако тщательность, с которой Браге вел астрономические наблюдения, заложила основу для следующего важнейшего шага на пути научного прогресса – и этот шаг сделал немец Иоганн Кеплер, одно время работавший помощником Браге.

За четыре года до встречи с Браге, которая состоялась в 1600 году, Кеплер опубликовал трактат, в котором с жаром отстаивал систему Коперника: этот трактат называется «Mysterium Cosmographicum» – «Космографическая тайна». Интересно, что Кеплер был не только одержим чистой математикой, но и глубоко религиозен и считал, что все, что определяет положение и движение небесных тел, подчиняется Господней воле. Это отчасти объясняет, почему его первая гелиоцентрическая модель мироздания представляла собой правильные многогранники, вписанные друг в друга – это было очень красиво с геометрической точки зрения, однако не имело никакого отношения к действительности.

Кеплер прожил очень трудную жизнь, и его научная биография не менее сложна. Он был готов трудиться до изнеможения, особенно на ниве науки, и оказался весьма плодовитым ученым. Исследования оптики натолкнули его на открытие фундаментального закона о том, что яркость объекта обратно пропорциональна квадрату расстояния до него. В 1604 году произошла еще одна вспышка сверхновой, и Кеплер, как и Браге, сделал вывод, что в отсутствие измеримого параллакса аристотелева модель вечной и неизменной Вселенной, вероятно, неточна. А главное – Кеплер оказался в уникальном положении в том, что касается объяснений, почему системы Птолемея и Коперника неточно предсказывали поведение светил. В конце 1601 года Тихо Браге безвременно скончался от лихорадки, и Кеплер унаследовал[23] точнейшие, подробнейшие таблицы позиций и отклонений светил, составленные великим астрономом. Некоторые источники полагают, что Кеплер весьма изобретательно подстроил все так, чтобы заполучить эти записи прежде, чем имущество зажиточного астронома разделят между наследниками. Кеплер уже некоторое время сотрудничал с Браге и точно знал, чего хочет. Беспрецедентные данные, собранные Тихо Браге, позволили Кеплеру продолжать изучать болезненный вопрос о точном предсказании движения светил в тех случаях, когда в уже готовых моделях зияли дыры и положение небесных тел время от времени не соответствовало прогнозам. В те или иные ночи планеты ни с того ни с сего не показывались в тех местах, которые полагались им согласно моделям, и это была довольно-таки серьезная проблема, бросавшаяся в глаза.

Когда Кеплер решил основательно изучить эти обширные данные, то сосредоточился в первую очередь на наблюдениях планеты Марс. Думаю, то, что он выбрал именно Марс, – пример величайшего научного везения за всю историю западной мысли, даже если к такому решению Кеплера успел подтолкнуть Браге, что вполне вероятно.

Из шести известных Кеплеру планет Марс хуже всех вписывался в прогнозы. В сущности, Кеплер доказал, что если Земля лежит в центре всего сущего, Марс никак не может двигаться по фиксированной орбите. Далее он сделал предположение, которое прежде не учитывалось ни в одной модели Вселенной: он выдвинул гипотезу, что скорость небесных тел непостоянна. Сделав это допущение, он распахнул новое окно в природу вещей: ведь если предметы движутся с переменной скоростью, может оказаться, что их орбиты представляют собой не идеальные окружности. Задача была не из легких: на то, чтобы получить ответ, у Кеплера ушло восемь лет исследований.

Кеплер исследовал различные формы орбит; яйцевидные овалы подходили, но не очень хорошо, другие очертания его тоже не устраивали. Тогда он попробовал рассчитать орбиты строго математическими средствами, получил решение, отверг его, но вскоре вернулся к той же самой идее, однако уже интуитивно. В конце концов он понял, что все орбиты планет принадлежат к так называемым коническим сечениям[24]. В этот класс кривых входят и окружности, и параболы, и гиперболы, а главное – эллипсы.

Как мы теперь понимаем, ошибки в прогнозировании поведения Марса согласно модели Коперника возникали потому, что его орбита сильнее всего отличается от окружности по сравнению с Венерой, Землей, Юпитером и Сатурном – то есть она самая эллиптическая из них. Из планет, которые были известны Кеплеру, более вытянутая орбита только у Меркурия, но Меркурий труднее наблюдать, поскольку он близко к Солнцу. Кеплер сделал вывод, что при движении по эллиптической орбите планета, как и любое другое тело, замедляется в дальней точке и ускоряется в ближней. Именно этих вариаций и недоставало, чтобы избавиться от досадных ошибок в прогнозах поведения Марса.

В 1609 году Кеплер свел свои идеи воедино и опубликовал трактат «Astronomia Nova» – «Новая астрономия», в котором представил два из своих знаменитых законов движения небесных тел: орбита любой планеты представляет собой эллипс с Солнцем в одном из фокусов, а если провести линию между планетой и Солнцем, она будет при движении планеты заметать равные площади за равные промежутки времени.

Кроме того, Кеплер обнаружил, что между Солнцем и планетами, вероятно, существует какое-то неизвестное взаимодействие (теперь мы назвали бы его силой). Это была революционная концепция, и хотя все это было изложено в терминах, отдававших мистицизмом, Кеплер отважился даже предположить, что подобное взаимодействие ослабевает с удалением от Солнца. Потому-то дальние планеты должны двигаться медленнее – и так оно и есть.

* * *

В этом месте возникает соблазн броситься вперед очертя голову, поскольку дальше важные события стремительно сгустились. Всего через год после публикации трактата «Astronomia Nova», в 1610 году, Галилео Галилей[25] при помощи телескопа наблюдал периодическое движение ярчайших спутников Юпитера и фазы Венеры. Все эти наблюдения вызвали жестокое столкновение между космологическими моделями, поскольку представили еще более убедительные доказательства, что гелиоцентрическая модель точнее геоцентрической, так что Галилею пришлось вступить в борьбу с общепринятыми представлениями того времени. Однако в картине мироздания появились и другие черты, зародившиеся в трудах Кеплера – черты не менее важные для нашего понимания собственной роли в мироздании.