Гелиоцентрическое астрономическое учение Н. Коперника

Николай Коперник (1473 – 1543). Николай Коперник родился в польском городе Торунь в семье купца. Отец его умер рано, воспитанием мальчика занимался дядя Лукаш Ваченроде, ставший вскоре епископом. С 1491 г. Ко­перник в течение четырёх лет изучал математику и медицину в Краковском университете. Чтобы продолжить своё образование, он едет затем в Италию, в Болонью. Следуя желанию своего дяди, Коперник поступает на факультет церковного права Болонского университета. Здесь он вновь начинает заниматься астрономией, помимо своих академических занятий, в чём находит поддержку у одного из выдающихся итальянских астрономов – Доменико Новары. Затем он изучает медицину в Падуанском университете, а в 1503 г. получает в Ферраре степень доктора канонического права.

Когда Копернику исполнилось 25 лет, дядя выхлопотал для него место каноника –члена церковного совета Фромборкского собора, однако после это­го Коперник еще долгое время остаётся за границей и лишь в 1504 г. возвращается в Польшу. Он принимает активное участие в общественной и политической жизни Вармийского епископст­ва– автономного церковного княжества в тогдашнем Поль­ском королевстве, помогая своему дяде Лукашу Ваченроде в его борьбе против самоуправства крестоносцев, расположившихся лагерями вокруг земель епископства. Коперник становится канцлером Вармийского епископства. Он ведает казной, строительством оборонных сооружений, нотариальными делами и т. д. Но астрономия по-прежнему остаётся главным занятием в его жизни. С помощью сконструированных им самим инструментов он ведёт наблюдения за Солнцем, Луной и планетами, но основные свои усилия сосре­доточивает на теоретической обработке астрономических данных. Результаты исследований он держал в глубокой тайне, и лишь в 1530 г. сообщил о них своим ближайшим друзьям. Он приходит к выводу, что повсеместно принятая птолемеевская система мира неверна, что истинной является гелиоцентрическая модель космоса.

Страх перед возможными нападками, вызванными ломкой привычных представлений, удерживает Коперника от публикации своих сочинений. Лишь настойчивые увещевания друзей, в первую очередь его ученика, виттенбергского профес­сора Георга Ретика, заставили Коперника согласиться обнародо­вать свои исследования. Они были напечатаны в год его смерти под названием «О вращении небесных сфер».

Спустя три столетия в Варшаве был открыт памятник Копернику работы знаменитого скульптора Торвальдсена. На пьедестале памятника высече­ны слова: «Остановивший Солнце, сдвинувший Землю».

Углублённое знакомство с теорией Птолемея поставило Коперника перед альтернативой, являются ли несовпадения теоретических предсказаний с данными наблюдательной астрономии результатом ошибочно­сти астрономической теории, т. е. птолемеевской модели, или же это есть результат погрешности астрономических наблюдений. Копер­ник счел несостоятельной систе­му Птолемея. Следуя платоновско-пифагорейской тра­диции, Коперник стремился, как после него и Кеплер, к построе­нию гармоничной картины мира, в которой отсутствовали бы лишние детали и не соответствующие реальности построения. В связи с этим он писал: «В процессе представления ма­тематиками того, что они называют системой, мы находим, что у них или отсутствуют некоторые необходимые детали, или же вводится нечто абсолютно постороннее и не относящееся к делу. Определённо, они не следуют установленным принципам, ибо, если бы их гипотезы не вели к ошибке, все выводы, на них ос­нованные, могли бы быть очевидно подтверждены». Таким образом, Коперник указывает на отмечавшуюся нами в своё время не раз типичность математической произвольности при построении античных геоцентрических астрономических моделей в рамках и на основаниях аристотелевской физики. Видимо, Коперник предполагает, что математическое построение теоретической астрономической модели должно соответствовать физическим принципам, лежащим в основании теоретической астрономической системы и что это невозможно обеспечить без ревизии, по крайней мере, хотя бы некоторых принципов физики Аристотеля.

В то же время Коперник стремился к тому, чтобы его гелиоцентрическая теория не была воспринята как несовместимая с христианско-богословским учением.. Нет никаких оснований считать, утверждал он, что Бог был не способен соз­дать мир с неподвижным Солнцем в центре, потому что его могуществу нет предела. Аргумент этот, конечно, довольно искусственный, ибо с его помощью можно позволить себе доказывать любой тезис, не укладывающийся в догматы. Основополагающий же философский довод Коперника, оправдывающий правомерность гелиоцентризма, несмотря на то, что в видимом мире как очевидное воспринимается движение Солнца вокруг Земли, но не наоборот, заключается в том, что, как подчеркивает Коперник, покой и равномерное движение являются понятиями относитель­ными. «Наблюдаемое изменение положения, – пишет Коперник, – может возникать в результате движения или объекта, или наблюдателя, или же в результате неодинакового движения обоих (ибо между двумя равными и параллельными движениями движение не ощущается). Следовательно, если постулировать движение Земли, оно отразит­ся на внешних телах, которые будут казаться движущимися в противоположном направлении». Нельзя не заметить, что данный довод не мог не выглядеть основательным после того, как Николаем Кузанским был развит космологически масштабный принцип относительности, о котором было сказано выше.

В случае, если принять Солнце за центр Вселен­ной, а Землю и остальные планеты представить движущимися, то возникает картина, превосходящая птолемеевскую своей стройностью и необходимой взаимосвязанностью частей. Вот как об этом говорит Коперник: «Если движения остальных планет сопоставляются с обраще­нием Земли и рассматриваются пропорционально орбитам каж­дой планеты, то (из этого) вытекают не только известные, при­сущие им явления, но также порядок и величина всех небесных тел и самих небес получаются столь связанными друг с другом, что ничего невозможно сдвинуть ни в одной из частей без того, чтобы не вызвать беспорядок в остальных частях и во Вселенной в целом».

В рукописи под названием «Николая Коперника Малый комментарий относительно установленных им гипотез о небесных движениях» Коперник сформулировал основные пункты своего учения, которые затем и разработал детально в своем главном сочинении «О вращениях небесных сфер». Эти пункты следующие:

«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 Землёй имеет к высоте небесной тверди, меньше отношения радиуса Земли к её 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».

Коперник, как видно, согласен с Птолемеем и, соответственно, с принимаемой Птолемеем физикой Аристотеля, в том, что Земля и небесный свод имеют сферическую форму. Что же касается по­ложения Земли и её подвижности, то здесь Коперник утверждает прямо противоположное Птолемею: Земля не находится в центре мира и не яв­ляется неподвижной, она движется, как доказывает Коперник, «тремя движениями». «Три движения» суть годовое вращение Земли вокруг Солнца в плоскости эклиптики; вращение ее вокруг оси, перпендикулярной плоскости эклиптики (так называемое деклинационное движение) и её суточное вращение вокруг своей оси. Центром мира, по Копернику, является Солнце (или, как он иногда осторожнее говорит: центр мира находится около Солнца), и вокруг Солнца вращаются как Земля, так и остальные планеты. Что же касается небесного свода, который, по Птолемею, вращается вокруг Земли, то здесь Коперник решительно утверждает неподвижность небесного свода и при­водит ряд философских соображений в пользу своего утверждения. «Так как именно небо всё содержит и укра­шает и является общим вместилищем,– пишет он, – то не сразу видно, почему мы должны приписывать движение скорее вмещающему, чем вме­щаемому, содержащему, чем содержимому». И продолжает так, что вспоминается соображение, предполагавшееся еще Аристархом Самосским: «... гораздо более удивительным было бы, если бы в двадцать четыре часа поворачи­валась такая громада мира, а не наименьшая его часть, которой является Земля». «Громада мира», по Копернику, выступает не просто как гораздо большая, чем Земля, а как неизмеримо большая по сравнению с Землей, пределы которой, т.е. пределы «громады мира», невозможно установить: «Ско­рее следует допустить, что подвижность Земли вполне естественно соот­ветствует ее форме, чем думать, что движется весь мир, пределы которо­го неизвестны и непостижимы» (Выделено мной. – В. М.).

Надо заметить, что и это допущение Коперника о необъятности «неба»– мира, по сути, повторяет соответствующее допущение Аристарха Самосского, отличаясь от аристарховского только более корректной математической формой. Мы помним, что Архимед, будучи также и выдающимся математиком, критиковал Аристарха Самосского за допущение того, что, согласно Аристарху, радиус земной орбиты так же относится к радиусу сфе­ры неподвижных звезд, как центр сферы, т.е. центр Земли, – к ее поверхности, т.е. к радиусу земного шара. Критиковал за то, что центр, будучи точкой, которая по определению имеет нулевые размеры, не может иметь отношение к радиусу. Но Архимед, отмечая эту математическую некорректность, в то же время догадывался, что Аристарх предполагал в действительности не сравнение центра Земли с радиусом земного шара, а то, что о Земле, имеющей все-таки размеры, можно говорить как центре, который является «как бы» центром, т.е. «как бы» точкой; иначе говоря, радиус Земли в масштабах космоса близок к нулю, его в масштабах неизмеримо громадного космоса можно условно принять за нуль.

Однако следует иметь в виду, что до Коперника не только гелиоцентрист Аристарх, но и Птолемей с его геоцентрической теорией тоже мог допускать, что мир невообразимо больше, чем Земля, поскольку считал, притом выражаясь, как и Коперник, математически корректнее, чем Аристарх Самосский, что Земля – это как бы точка по отношению к расстоянию до сферы неподвижных звезд. Но позиция Коперника и в этом случае отличается от позиции Птолемея.

Стоит обратить внимание на приведенный выше четвертый пункт учения Коперника, в котором сказано, что отношение радиуса зем­ной орбиты к радиусу Вселенной меньше, чем отношение радиуса Зем­ли к радиусу земной орбиты. Т.е. Коперник полагает, что не только радиус Земли можно принять за исчезающе малую величину по сравнению с раз­мерами мира, но что исчезающе малой величиной является также и земная орбита («несущий Землю Великий круг», как выражается Коперник). Тезис о близкой к нулю величине радиуса орбиты вращения Земли вокруг Солнца важен был для Коперника потому, что принятие им гелиоцентризма не отменяло того, что Земля, а не Солнце, представляется с Земли находящейся в центре «неба» – видимого мира. Исчезающе малая величина радиуса орбиты вращения Земли вокруг Солнца как бы уравнивает положение Солнца и Земли в мире, объясняя видимость центрального положения Земли и правомерность рациональных доказательств в пользу того, что действительным центром для вращающейся Земли является Солнце, а не наоборот.

Впрочем, и здесь заметим, что хотя и не совсем в такой же форме, как у Коперника, но и Аристархом тоже проводилась та мысль, что замена геоцентризма гелиоцентризмом немногое меняет в плане положения Земли в космосе в силу громадных его размеров. Аристарх этим соображением отводил, как мы упоминали, возможный контрдовод против гелиоцентрической теории, состоящий в том, что если Земля движется, то мы бы должны были наблюдать параллакс – изменения в конфигурациях расположения звезд на небесном своде.

Мы видим, что теоретический образ видимого космоса в учении Коперника совпадает с теоретическим образом космоса у Аристарха, что не удивительно в силу общности самого принципа гелиоцентризма их астрономических учений. Коперник и сам отдает должное учению Аристарха Самосского, считая его своим предшественником. Но если учение Аристарха Самосского, как это отмечалось нами ранее, точно нельзя признать научной теорией, а следует признать ее теорией преднаучной, то в случае теории Коперника, по меньшей мере, проблемой является её квалификация либо как всё ещё преднаучной, либо уже научной. Учение Аристарха уже потому нельзя признать научным, что оно не завершено – не проработано в сколько-нибудь должной мере математически, без чего и её эмпирический базис, – всё-таки достаточно солидный с точки зрения тех наблюдательных данных, которыми располагала тогда античная наблюдательная астрономия, – не мог быть обобщен в теорию, соответствующую стандартам научности. Но, как мы предположили, загвоздка состояла не в самой по себе возможности математической проработки теории – для этого существовал уже и достаточно развитый математический аппарат и автор теории обладал достаточной математической компетенцией. Загвоздка состояла в том, что сам принцип гелиоцентризма противоречил физике Аристотеля, господствовавшей тогда безраздельно. Без новых же физических оснований теория Аристарха не могла решить осознанную к тому времени проблему неравенства астрономических времен года, ибо считавшееся равномерным круговым, в соответствии с физикой Аристотеля и общим для античности мнением, воспринятым и Аристархом, движение Земли вокруг Солнца предполагало, напротив, равенство времен года. Теория Аристарха Самосского в результате почти не получила отклика у других астрономов и осталась для Античности тупиковой ветвью развития астрономии. Теория Коперника строилась, конечно, на значительно возросшем объеме данных наблюдательной астрономии, а главное была хорошо проработана математически – на уровне тех возможностей, которые обеспечивала математика ко времени создания теории Коперника.

Однако проблематичность квалификации теории Коперника в качестве собственно научной теории видна хотя бы из того, что при очевидном её превосходстве над гелиоцентрической теорией Аристарха Самосского превосходство над геоцентрическим учением Птолемея не было столь очевидным.

Что касается эмпирического базиса, то ко времени создания теории Коперника учение Птолемея всё ещё, в общем, не хуже, чем новая теория, соответствовала накопившимся после Античности данным наблюдательной астрономии.

Сам Коперник, как мы отметили ранее, хотел доказать преимущество своей теории над учением Птолемея на пути устранения из теоретической астрономии произвольных математических конструкций (что, безусловно, было необходимы для создания более совершенной, т.е. – в конце концов, научной астрономии) и ожидаемой от этого упрощения гармоничности астрономической теории (вспомним, что критерии простоты и красоты являются, наряду с другими критериями, признаками научности теорий). Собственно, в том, что назрели такого рода математические усовершенствования астрономии, Коперник и видел главную цель и главный мотив для создания своей теории – её же возможная практическая полезность, судя по всему, не осознавалась Коперником как стимул для своего исследовательского творчества. Однако, большой вопрос, насколько удалось Копернику достичь указанной цели. Прежде всего, надо сказать, что хотя ко времени Коперника после Птолемея математика и приобрела более развитую форму за счет некоторых достижений в алгебре, в том числе – упоминавшихся нами в связи с характеристикой состояния преднауки в Средние века, за счет создания в начале эпохи Возрождения предпосылок аналитической геометрии, понятия бесконечности, инфинитезимального подхода и др., всё же принципиальных сдвигов в математике ещё не произошло. Поэтому принципиально математический аппарат теории Коперника не отличался от аппарата учения Птолемея. Главное же в том, что птолемеевского математического произвола, выразившегося во введении эксцентра, экванта и эпициклов с их сложнейшими, изощренно-причудливыми траекториями, сферами и т.п. не удалось избежать и Копернику. Как Птолемей не мыслил движения небесных тел иначе, чем в качестве круговых, и потому решал проблему неравенства астрономических времён года за счёт введения эксцентра, а проблемы неправильностей в видимых движениях небесных тел – за счёт эпициклов, так и Коперник в своей системе, оставив не тронутым принцип кругового движения не смог избавиться от эксцентра – только теперь не Земли, а Солнца, и от экванта и эпициклов в представлении движения планет – только теперь при движении центра эпицикла вокруг Солнца.

Потому и не очевидно, что в математическом отношении теория Коперника была проще и гармоничнее теории Птолемея. Так, Галилео Галилей признавался, что не понимает, как Коперник представляет движение планет. Не все известные и даже выдающиеся астрономы приняли теорию Коперника после ее опубликования. Например, такой выдающийся астроном как Тихо Браге (1531 – 1601) не принял теорию Коперника. Правда, у Тихо Браге были причины для этого, не относящиеся прямо к математическому строю теории Коперника – приверженность Тихо религиозному учению церкви, догматизировавшей геоцентрическую картину мира, и соображения физического плана, на его взгляд, противоречившие гелиоцентризму. Браге уже не удовлетворяло учение Птолемея, но он не принял и теорию Коперника, потому разрешая возникшую дилемму, он создал свою астрономическую теорию, согласно которой Солнце вращается вокруг Земли, а остальные планеты – вокруг Солнца. Но как чрезвычайно честный исследователь Тихо Браге, конечно, признал бы теорию Коперника, будь она математически с очевидностью доказательней учения Птолемея и его собственного.

Правда и то, что принятие теории Коперника сильно затруднялось сохранявшейся еще идеологической монополией церкви, догматизировавшей геоцентризм. Не случайно Коперник боялся публикации своего учения и обставил свои теоретические тезисы оговорками, призванными снизить остроту расхождений с церковной позицией. Но и это не совсем помогло: спустя годы после смерти автора, а именно в 1616 г., сочинение Коперника было внесено католической церковью в «Список запрещенных книг» и этот запрет был снят только через 200 лет. Галилей поплатился за приверженность теории Коперника публичным отречением от своих взглядов, а Джордано Бруно – самой жизнью. И это, конечно, далеко не все примеры церковных преследований учения Коперника.

Справедливо и то обстоятельство, отмеченное, в частности, Тихо Браге, что астрономическая теория противоречила тогдашним физическим представлениям. Конкретно же Тихо Браге указывал на, что утверждение Коперником идеи движения Земли не объясняет почему брошенный вниз камень не отклоняется от прямой линии по ходу этого движения. Подобных аргументов, опровергающих подвижность Земли в силу невоспринимаемоси её движения, было много и они были в ходу ещё со времен создания гелиоцентрического учения Аристархом Самосским. Коперник не имел достаточных физических оснований для утверждения своей теории. Он пошел просто по пути отказа от положений физики Аристотеля, сохранив только минимум из них – круговые движения небесных тел, сферичность космоса и форм небесных тел. И эти-то оставшиеся физические допущения как раз и не позволили ему построить вполне убедительную в математическом плане теорию.

Потому-то, имея в виду, конечно, прежде всего, задачу убедить публику в невинности сочинения Коперника в религиозно-догматическом отношении, но и без всякого лукавства, а во многом и вполне резонно автор предисловия к первому изданию книги «О вращении небесных сфер» А. Осиандер квалифицирует теорию Коперника как одну из чисто математических гипотез, удобных для объяснения наблюдаемых на небе движений, но едва ли способных утверждать истину о реальном положении дел на астрономическом небе. А именно, Осиандер пишет: «... Всякому астроному свойственно на основании тщательных и искусных наблюдений составлять повествование о небесных движениях. Затем, поскольку никакой разум не в состоянии исследовать истинные причины или гипотезы этих движений, астроном должен изобрести и разработать хоть какие-нибудь гипотезы, при помощи которых можно было бы на основании прин­ципов геометрии правильно вычислять эти движения, как для будущего, так и для прошедшего времени. И то и другое искусный автор этой книги выполнил в совершенстве. Ведь нет необходимости, чтобы эти гипотезы были верными или даже вероятными, достаточно только одного, чтобы они давали сходящийся с наблюдениями способ расчета... ». Конечно, сам Коперник так не думал, он был уверен, что его учение отражает реально существующий мир движущихся небесных тел. Однако, действительно, его теории недостает физической обоснованности – аристотелевские физические принципы он свёл к минимуму, а новые в качестве целостной системы еще не существовали.

И, тем не менее, астрономическая теория Коперника была принципиально новым шагом преднауки к науке, не очередной ступенью в эволюции преднауки, как все предшествующие преднаучные теории, а ступенью непосредственного превращения преднауки в науку. Можно сказать так, что это была теория, хотя ещё и незрелая в качестве научной теории, но уже всё-таки научная теория. Она превосходила в смысле обоснованности гелиоцентрическую теорию Аристарха Самосского не только потому, что была построена на более широком эмпирическом базисе и хорошо обоснована математически, но и в том смысле, что лежала в русле ожиданий новой физики. И в русле тенденции реального созревания из отдельных –отчасти выработанных ещё в прежние эпохи, а отчасти возникших в эпоху Возрождения – неаристотелевских физических представлений новой физики как целостной системы. Об этих неаристотелевских физических представлениях нами уже говорилось и в разделах предшествующей темы и в рамках данной темы – это представления о пространственно-временном континууме как «чистой сцене» для движений тел, об импетусе как движущем тело мгновенно приложенном к нему импульсе, о близком по размерам к бесконечной величине пространстве космоса и др. Астрономическая теория Коперника не просто была погружена в контекст этих неаристотелевских физических представлений, но и сама, как мы это подчёркивали в ряде случаев выше, была пронизана этими представлениями.

И потому, несмотря на все риски преследований со стороны церкви, хотя и не все, но всё-таки многие выдающиеся умы готовы были, в отличие от ситуации в Античности, сложившейся вокруг теории Аристарха Самосского, поддержать теорию Коперника, увидев в ней возможности новых горизонтов в физическом познании вообще и в астрономии в частности. И так и случилось в перспективе. Недостатком теории Коперника была ее недостаточная физическая обоснованность, из чего проистекало и известное математическое ее несовершенство. Но как раз в том, что недостаточная физическая обоснованность была связана с отказом от аристотелевской метафизической физики, состояло и преимущество теории Коперника, её преимущество по отношению к астрономической системе Птолемея, в которой имели место лишь незначительные изъятия аристотелизма, проведённые явочным порядком. Теория Коперника была перспективна именно потому, что, отказавшись, насколько оказалось возможным, от аристотелизма, она отказалась и вообще от включения в свой обосновывающий арсенал какой-либо метафизики или метафизической физики. Новая физика, чтобы стать научной, должна была строиться не на базисе метафизических, философских идей, а на эмпирическом базисе. Становление такой именно физики и стимулировала теория Коперника, а эта новая физика затем позволила завершить начатую Коперником реформу астрономии как научной теории, как научной «небесной механики». И при этом всё очевиднее обнаруживалось, что развитие «небесной механики» в направлении, намеченном Коперником, успешнее, чем теория Птолемея, служит нуждам мореплавания и многим другим практическим нуждам; астрономическая теория становилась наукой, благодаря, не в последнюю очередь, запросам социальной практики, осознаваемым исследователями как стимул для научного творчества.

Значительную эвристическую роль и на последующих этапах становления науки продолжала играть философия.

Тема 9. От эпохи Возрождения к Новому времени: философия и возникновение науки. Второй этап(сер. 16 в. – сер. 17в.)

9.1. Натурфилософское учение Джордано Бруно

9.2. Философия, физика и астрономия Галилео Галилея

9.3. Открытие законов движения планет Иоганном Кеплером

9.4. Учение Френсиса Бэкона и его роль в формировании науки

9.5. Учение Рене Декарта и его роль в формировании науки

9.6. Атомизм Гассенди в формировании науки