Старая сказка о вражде науки и церкви далека от действительности
В самом начале XVII века Иоганн Кеплер утверждал, что во Вселенной есть тысячи огромных тел, больших настолько, что они сами по себе могут быть вселенными. Наличие этих гигантских тел, как говорил Кеплер, свидетельствует в пользу невероятного могущества, а также личных пристрастий, всемогущего Бога-творца. Гигантскими телами в его представлении были звёзды, скопившиеся вокруг Солнца, центрального тела Вселенной относительно малого размера, вокруг которого по орбитам движется свита из ещё более мелких планет.
Этого странного представления о Вселенной, которого придерживался Кеплер, астроном-инноватор, подготовивший почву для Исаака Ньютона и наступления современной физики, избавивший астрономию от идеальных кругов Аристотеля и рассчитавший эллиптическую природу орбитального движения, придерживалось также и несколько ранних последователей Николая Коперника и его гелиоцентрической («солнцецентричной») теории. На теории Кеплера настаивала наука – наблюдения за звёздами с высокой повторяемостью и тщательный математический анализ данных, полученных в результате этих наблюдений. А ещё это была ахиллесова пята теории Коперника. Астрономы, считавшие Землю неподвижно находящейся в центре Вселенной, высказывались об абсурдности гигантских звёзд, выдуманных сторонниками Коперника лишь для того, чтобы их любимая теория совпала с данными. История о «гигантских звёздах», описывавших Вселенную, была забыта.
Эти иллюстрации демонстрируют эффект Кориолиса, силу, действующую почти на все предметы, движущиеся по поверхности вращающейся сферы. Их нарисовал иезуит XVII века Клод Франсис Милье Дешаль , использовавший их в качестве аргумента против движения Земли. На иллюстрации слева показан шар F, падающий с башни. Если Земля не движется, то шар просто падает из точки F в точку G. Если Земля движется, то, поскольку верх башни находится дальше от центра Земли, чем основание, верх будет двигаться быстрее во время падения шара, чем низ: верх оказывается в точке H, а низ – в точке I. Поэтому шар, движущийся со скоростью верхушки башни в момент, когда его отпустят, должен приземлиться не в I, а в L [видимо, тут ошибка, и имелось в виду «не в G, а в I» / прим. перев.]. На вращающейся Земле шар не будет падать прямо вниз. Иллюстрация справа демонстрирует ту же самую идею, только для снаряда. Пушка стреляет по цели, находящейся на севере. Если Земля не вращается, тогда ядро летит прямо и попадает в цель, на которую направлена пушка. Если Земля вращается, тогда пушка, будучи ближе к экватору, чем цель, будет двигаться вправо быстрее цели, когда из неё будет вылетать ядро. Поэтому ядро не попадёт в цель, а уйдёт вправо. В обоих случаях должна иметься возможность обнаружить вращение Земли. И противники коперниканцев были правы. Только обнаружить эти эффекты оказалось гораздо сложнее, чем тогда считалось.
И это весьма прискорбно. История о Кеплере и гигантских звёздах иллюстрирует динамизм, присущий науке с самого её рождения. Он контрастирует с обычными историями, которые рассказывают нам о зарождении науки, историями, описывающими споры по поводу теории Коперника, как те случаи, когда науку подавлял мощный, глубоко укоренившийся истеблишмент. Истории о подавлении науки, а не о её динамизме, не сослужили науке хорошей службы. А история о гигантских звёздах будет ей полезна.
Иоганн Кеплер изложил свои идеи по поводу гигантских звёзд в книге, которую он написал в 1606 году, и назвал "De Stella Nova", или «О новой звезде». В книге рассказывалось о новой звезде, просто появившейся на некоторое время из ниоткуда в небе в 1604-м году. Согласно Кеплеру, новая звезда затмила все остальные, даже Сириус, ярчайшую из всех звёзд, регулярно появляющуюся на ночном небе. В книге Кеплер размышлял о размере новой звезды, и заключил, что её обхват значительно превосходит размер орбиты Сатурна (наиболее удалённой планеты из известных в то время). Сириус должен был быть примерно таким же огромным, и даже мельчайшие звёзды, по его мнению, должны были быть больше орбиты Земли.
Звёзды у него вообще были размером с вселенную. Бывший начальник Кеплера, Тихо Браге, предложил теорию Вселенной, позаимствованную у Коперника, согласно которой Земля неподвижно находилась в центре Вселенной. Незадолго до смерти в 1601 году Браге олицетворял собою «большую науку» своих дней – у него была огромная обсерватория, лучшие инструменты, множество прекрасных ассистентов (таких, как Кеплер), собственное книгоиздательство, и куча денег. В геоцентрической («землецентричной») модели Браге Солнце, Луна и звёзды вращались вокруг неподвижной Земли, а планеты – вокруг Солнца. Звёзды были расположены сразу за Сатурном, отмечая край наблюдаемой вселенной. Размеры, назначенные Кеплером новой звезде и Сириусу, превышали всю вселенную Браге, а размеры остальных звёзд были сравнимы с этой вселенной.
Почему же Кеплер заявлял, что размер звёзд сопоставим со вселенной? Поскольку об этом говорили данные – по крайней мере, в случае, если его гелиоцентрическая теория была верной. По этой теории Земля двигалась вокруг Солнца по кругу, совершая оборот за год. Поэтому, если в одно время года она двигалась по направлению к определённой звезде, то через шесть месяцев она двигалась от этой звезды. Можно было ожидать, что некоторые звёзды будут гореть ярче весной, когда Земля приближалась к ним, а затем становиться тусклее осенью. Подобный эффект называется параллаксом. Но никто не наблюдал никакого параллакса. Коперник объяснял это так: орбита Земли покажется крохотной точкой по сравнению с расстояниями до звёзд. Орбита Земли была пренебрежимо малой для звёзд, и движением Земли можно было пренебречь. Как писал сам Коперник, «то, что среди неподвижных звёзд не наблюдается подобного параллакса, свидетельствует о том, что они находятся на безмерной высоте, перед лицом которой круг ежегодного движения Земли исчезает».
Проблема заключается в пренебрежимо малом размере и огромном расстоянии. Люди с хорошим зрением, смотря в небо, увидят звёзды в виде небольших круглых точек, с малым, но измеримым видимым размером. Астрономы ещё во времена Птолемея во втором века н.э., определили, что наиболее яркие звёзды имеют размер от одной десятой до одной двенадцатой доли диаметра Луны. В книге «О новой звезде» Кеплер писал, что яркие звёзды примерно в десять раз меньше луны по диаметру, а Сириус чуть больше их. Проблема в том, что звезда, видимый размер которой составляет одну десятую размера Луны, может быть в десять раз меньше физического размера Луны по диаметру, только если она находится от нас на том же расстоянии, что и Луна. Но звёзды от нас дальше. Если бы звезда была в 10 раз дальше Луны, то её реальный размер совпадал бы с Луной – и она казалась бы в десять раз меньше Луны только из-за расстояния до неё. Если бы звезда была в 100 раз дальше, её истинный диаметр был бы в 100 раз больше Луны. Если бы она была в 1000 раз дальше луны, её истинный размер был бы в 1000 раз больше [наверное, имеется в виду в 10 раз и в 100 раз больше соответственно / прим перев.].
А что, если эта звезда, видимый размер которой в десять раз меньше Луны, была бы на таком расстоянии, которое требует теория Коперника для того, чтобы мы не замечали параллакса? Эта звезда, утверждал Кеплер, была бы размером с орбиту Сатурна. И абсолютно все видимые в небе звёзды были бы не меньше орбиты Земли. Даже самые маленькие звёзды были бы на несколько порядков больше Солнца. Сегодня это заявление может показаться нам странным, поскольку нам уже известно, что звёзды бывают разного размера, и если мало какие звёзды будут крупнее орбиты Земли (ярким примером такой звезды будет Бетельгейзе из созвездия Ориона), большая часть звёзд – это красные карлики, гораздо меньшие, чем Солнце. Однако во времена Кеплера вопрос состоял лишь в простом наблюдении, измерении и математике – обычные научные дела. Астроном того времени, веривший Копернику, измерениям и математике, должен был верить в то, что все звёзды огромны (чуть позже обсудим, в чём они ошибались).
Аргументация в пользу огромных звёзд была настолько убедительной, что детали их измерения не имели значения. Иоганн Георг Лохер и его ментор Христофор Шейнер красиво подытожат проблему гигантских звёзд в астрономической книге 1614 года «Disquisitiones Mathematicae», или «Математические изыскания». Они писали, что по теории Коперника орбита Земли похожа на точку во вселенной, полной звёзд; но звёзды, имея измеримые размеры, больше точек; следовательно, во вселенной Коперника каждая звезда должна быть больше орбиты Земли, и, естественно, больше Солнца.
Из-за гигантских звёзд Лохер и Шейнер отвергли теорию Коперника и поддержали теорию Браге. Эта теория совпадала с новейшими открытиями, сделанными при помощи телескопа, например, с фазами Венеры, подтверждавшими, что она движется вокруг Солнца. По теории Браге звёзды были расположены не так далеко – сразу за Сатурном. Астроном во времена Кеплера, веривший Браге, измерениям и математике, не обязан был верить в то, что звёзды огромны. (Браге подсчитал, что их размеры менялись от крупных планет до Солнца). Лохер и Шейнер были не одиноки – для многих астрономов, включая и самого Браге, изучавших эту проблему, теория гигантских звёзды была чем-то, выходящим из ряда вон.
Но у Кеплера не было никаких проблем с гигантскими звёздами. Они были для него частью общей структуры Вселенной; и Кеплер, видевший эллипсы у орбит и правильные многогранники в организации движения планет, всегда искал во всём структуру. Для него гигантские звёзды были как иллюстрацией могущества Бога, так и его стремлением к созданию целостной вселенной. Обсуждая части вселенной – звёзды, солнечную систему (систему «движимостей», как называл их Кеплер), и Землю – текст книги «О новой звезде» становится почти поэтическим, даже в переводе.
Другие последователи Коперника разделяли взгляды Кеплера. Такие люди, как Томас Диггес, Христоф Ротман и Филипп Лансберг, говорили о гигантских звёздах как о примере божественного могущества, как о божьем дворце, или дворце ангелов, или даже как о воинах Бога. Сам Коперник упоминал могущество Бога, обсуждая огромные расстояния до звёзд, отмечая «насколько чрезвычайно точна божественная работа величайшего и лучшего из художников».
Но противники Коперника не теряли своей точки зрения. Лохер и Шейнер отмечали, что Коперниковские «подхалимы» не отрицали того факта, что во вселенной Коперника звёзды должны быть гигантскими. «Вместо этого, — писали два этих астронома, — они распространяются о том, как, исходя из этого, все могут лучше почувствовать величие Творца», и называли эту идею «смехотворной». Один противник Коперника, астроном Джованни Баттиста Риччоли, писал, что взывание к божественному могуществу для поддержки теории «не может удовлетворить более разумных людей». Ещё один, Питер Крюгер, комментировал размеры звёзд так: «Я не понимаю, как пифагорова или коперникова система вселенной может выжить».
Противники Коперника не просто отрицали его теории. Лохер и Шейнер сообщали о своих открытиях. Они призывали астрономов заниматься систематическими наблюдениями при помощи телескопов, чтобы использовать затмения лун Юпитера для измерения расстояния до Юпитера, а «сопровождающих» Сатурна (тогда они ещё не поняли, что это кольца) – для изучения его движения. Они работали над объяснением того, как Земля может двигаться вокруг Солнца: постоянно падая на него, точно так же, как железное ядро может постоянно падать на Землю. (Эта идея появилась за несколько десятилетий до рождения Ньютона, который смог бы дать нам современное объяснение того, как орбита является разновидностью падения, и проиллюстрировать орбиты на примере пушки, стреляющей с горы). Они также исследовали вопрос того, как вращение Земли может влиять на траектории падающих тел и снарядов. На протяжении XVII века такой противник Коперника, как Риччоли, прорабатывал эту идею, выдвигая теорию об эффекте, который мы сегодня назвали бы «силой Кориолиса» (названной в честь учёного, описавшего его в XIX веке) и утверждал, что отсутствие такого эффекта служит ещё одним доказательством того, что Земля не движется.
Когда в школе мы изучали «Коперниковскую революцию», мы ничего не слышали об аргументах, касающихся размеры звёзд и эффекте Кориолиса. Нам рассказывали куда как менее динамичную с научной точки зрения историю, в которой такие учёные, как Кеплер, пытались при помощи научно корректных идей победить всемогущий, укоренившийся и непокорный истеблишмент. Сегодня, несмотря на прогресс технологии и знания, науку отвергают люди, утверждающие, что она страдает от мистификаций, заговоров и недостатка данных, происходящего по вине могущественного истеблишмента.
Но история коперниковской революции демонстрирует, что наука с самого начала была динамическим процессом, в ней случались удачные и неудачные моменты, причём у обеих дискутирующих сторон. Только по прошествии нескольких десятилетий после появления «О новой звезде» Кеплера и «Математических изысканий» Лохера и Шейнера астрономы начали находить свидетельства того, что измеренные ими размеры звёзд, как на глаз, так и в телескопы, преувеличены оптическим эффектом, и что звёзды во вселенной Коперника не обязательно должны были быть такими огромными.
Если в привычной истории о коперниковской революции чёткие открытия противостоят всемогущему истеблишменту, неудивительно, что некоторые люди ожидают от науки быстрых и ясных ответов и открытий, а в научной неясности видят руку законспирированных влиятельных сил. У нас у всех были бы более реалистичные ожидания от науки, если бы мы вместо этого узнали, что в коперниковской революции содержались динамические взаимные уступки, что с обеих сторон этого процесса находились разумные люди, и что открытия и прогресс идут неровно, с запинками, и иногда заводят в тупики – такие, как гигантские звёзды Кеплера. Когда мы поймём, что простой вопрос того, движется ли Земля, довольно долгое время представлял собой очень сложную научную проблему, тогда мы поймём, что и сегодняшние научные вопросы могут давать нам сложные ответы, и то лишь со временем.
