© Александр Потупа (Alexander Potupa)
Открытие Вселенной — прошлое, настоящее, будущее, Юнацтва, Минск, 1991 (Discovery of the Universe — Past, Present, Future)

ЧАСТЬ I: В ГЛУБИНАХ ВРЕМЕНИ

Глава 5:  ВСТУПЛЕНИЕ  В  НАУКУ

Пора чудес прошла, и нам

Подыскивать приходится причины

Всему, что совершается на свете.

В. Шекспир

ОТКРЫТИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ — 2 АКТ

Начало 17 века — своеобразный рубеж астрономических эпох, время, когда на смену подвижническим наблюдениям невооруженным глазом пришло нечто новое, головокружительно раздвигающее горизонты — телескоп. Он стал тем незаменимым прибором, с помощью которого была завершена коперниковская революция, а впоследствии создана современная картина Вселенной.

В 1609 году телескоп с 3-кратным увеличением построил 45-летний руководитель кафедры математики падуанского университета Галилео Галилей (1564—1642). Вскоре он же соорудил трубу с 32-кратным увеличением, и небо стало раскрывать перед пытливым итальянцем настоящие чудеса.

Идеальные, согласно античным представлениям, небесные тела оказались даже не гладкими, они обнаруживали явные черты сходства с Землей. На Луне Галилей увидел горы и кратеры. Оказалось, что Солнце вращается и на нем — божественном
светиле! — есть какие-то затемнения-пятна. В течение одной недели Галилей обнаружил 4 спутника Юпитера (Ио, Европу, Ганимеда и Каллисто), которые вообще ни в какой схеме Солнечной системы не фигурировали. Открытие ранее невидимых элементов строения космоса, а главное — огромного числа звезд, недоступных глазу, расщепление гигантской светящейся туманности Млечного пути на отдельные звезды — все эти факты оказали взрывообразное действие на мировоззрение образованных современников. Действительно, с помощью вроде бы немудреного прибора* Галилей буквально за считанные месяцы получил больше принципиально новых астрономических результатов, чем все астрономы мира за предыдущие 3—4 тысячи лет.

*Подзорные трубы, изготовленные искусными голландскими мастерами, уже давно были известны Европе — главным образом как забавные аттракционы. Первый телескоп был создан в 1608 году голландским оптиком Гансом Липперсгеймом.

В марте 1610 года Галилей публикует знаменитый «Звездный вестник», где излагаются результаты его работы. Восторг — вот главное в реакции любознательных людей, ознакомившихся с этой книгой. Но восторг — это еще не понимание. Истинная глубина открытия Галилея — возможность огромного усиления органов чувств с помощью приборов, что может вести иногда к полной переоценке существующих концепций. И понимание этого было еще впереди. С галилеева телескопа астрономия, а вслед за ней физика и другие науки вступают в область приборного эксперимента, резко расширившего наше знание.

Однако первоначальный восторг перед новыми фактами чередовался с весьма критическими оценками. В какой-то степени Галилей увидел то, что хотел увидеть, вернее то, что предчувствовал. Первые телескопы были весьма несовершенны, и, кроме того, они требовали особых наблюдательских навыков. На публичных демонстрациях, которые устраивал Галилей, зачастую мнения разделялись — многие любопытствующие попросту не видели того, что видел он, у других оставалось лишь смутное впечатление. Поэтому немалая часть людей оценивала тогда открытие Галилея как оптический фокус, очень забавный, но все-таки фокус. Недоумение вызывала даже сама правомерность использования телескопа в качестве посредника при наблюдениях.

Но пока накапливались, отливаясь до поры до времени в форму тайного злопыхательства, сомнения, в судьбе Галилея наступает пора взлета. В 1611 году он становится придворным философом флорентийского герцога Козимо II Медичи, одновременно занимая должность первого математика местного университета. При этом оговаривается необязательность чтения лекций, что для Галилея-исследователя было сущим благом. Теперь он, казалось бы, мог целиком сосредоточиться на концентрации славы, всячески уточняя и популяризируя свои недавние достижения. Но именно здесь, во Флоренции, Галилей вступает на свой крестный путь к застенкам инквизиции.

Если в жизни Кеплера основную роль сыграли обстоятельства именно его времени и его характера, сформировавшегося в особо неблагоприятных условиях, то с Галилеем дело выглядело несколько иначе. В его жизни сфокусировались многие особенности первопроходческих судеб самых разных времен.

Внешне жизнь Галилея на протяжении многих десятилетий кажется удивительно гладкой. В 25 лет он получил свою первую кафедру математики в родном пизанском университете. Через три года перебрался в Падую, где за последующие 18 лет достиг мировой известности. Потом был восторженный прием в Риме, великолепное положение во Флоренции*…

*Даже запрет учения Коперника не привел к крупным неприятностям для Галилея – он не был упомянут в папском эдикте, хотя ни для кого не составляло секрета его увлечение коперниковской системой. Все свелось к тому, что весной 1616 года кардинал Беллармино вручил ему под расписку свидетельство об объявлении эдикта, согласно которому: «… учение Коперника противно Священному Писанию,  и его нельзя ни защищать, ни придерживаться». Между тем, с марта 1615 года в римской инквизиции находился донос доминиканского монаха Фомы Каччини, где прямо указаны места Библии, которым противоречили Коперник и Галилей (10 глава Иисуса Навина, 1 глава Экклезиаста, 18 Псалом, 38 глава Исайи)…

Но за всем этим внешним благополучием стояла напряженная работа, которая привела Галилея в  лагерь опаснейших противников Птолемеевой картины мира и, в конечном счете, католической церкви. Он очень рано поверил в истинность модели Коперника, однако предпочитал молчать до тех пор, пока его собственные исследования и авторитет в ученом мире позволят по-настоящему способствовать ее торжеству.

Яростная пропаганда идей Коперника приводит на костер Джордано Бруно, а через 16 лет коперникианство вообще подвергается запрету.

И если протестанту Кеплеру обстоятельства позволяют осуществить в 1617—1620 годах издание многотомного «Краткого изложения астрономии Коперника», сразу же включенного в Индекс запрещенных книг (впрочем, без особых последствий для автора), то для католика Галилея, работающего в самом центре католического мира, ситуация складывается совсем по-иному.

Он тоже стал проводить апологию коперниковской модели, но в очень (как ему казалось!) хитрой форме — в работе, посвященной механизму приливов и отливов*. Эта книга, которая первоначально так и называлась «Диалог о приливах и отливах», была подготовлена во Флоренции, и в 1620 году Галилей воспользовался восшествием на святой престол сочувствовавшего ему кардинала Маффео Барберини (папы Урбана VII), чтобы добиться разрешения на публикацию. После долгих путешествий по цензорским инстанциям книга увидела свет во Флоренции в феврале 1632 года под названием «Диалог Галилео Галилея» и сразу же попала в поле зрения инквизиции. При внешне безобидной и объективной форме дискуссии о Птолемеевой и Коперниковой системах в книге сразу усматривалась блестящая защита последней. Словами одного из собеседников (Сальвиати) автор прямо утверждает: «Все болезни гнездятся в системе Птолемея, все же лекарства в учении Коперника».

*Увлеченность борьбой с астрологией и вообще небесными влияниями на земные дела привела Галилея к неверной теории приливов. Но это не столь существенно для основной направленности его «Диалога». Например, Галилей не верил и в Кеплеровы эллипсы, но это не мешало ему бороться за гелиоцентрическую модель.

Осенью 1632 года Галилей вынужден отправиться в Рим, где под угрозой пыток и костра приносит отречение и публично, стоя на коленях, кается в церкви Святой Марии... Но, видимо, не боязнь телесных страданий стала основной причиной отречения 69-летнего ученого. Он спасал свое еще не напечатанное и главное детище — «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук — механики и локального движения». Казнь могла уничтожить не только Галилея, но и рукопись его последнего труда. И ради него ученый пошел на все*.

*Формально к «Диалогу» было трудно придраться — книгу пропустила высшая католическая цензура. Но изощренность в борьбе со свободой слова и тогда была на высоте. Галилея обвинили в своеобразном мошенничестве — использовании римского цензурного разрешения на территории Флоренции, в нарушении слова, данного Беллармино, и т. п. В общем, он все равно оказался преступником, и ему всерьез грозило сожжение.
В приговоре римской инквизиции от 21 июня 1633 года прозвучала следующая гротескно-вещая ученая резолюция: «...богословы-квалификаторы постановили следующие два положения:
1. Считать Солнце центром Вселенной и стоящим неподвижно есть мнение нелепое, философски ложное и крайне еретическое, ибо оно явно противоречит Священному писанию.
2. Считать Землю не центром Вселенной и не неподвижным есть мнение нелепое, философски ложное и, с богословской точки зрения, также противное духу веры».          

Последние 9 лет жизни Галилей проводит в качестве узника инквизиции, мыкаясь по разным местам ссылки. Он казнен самой страшной для мыслителя казнью — запретом на творчество. Ему запрещено не только печатать свои труды, но и вообще обсуждать проблемы строения Вселенной.

Но идеи Галилея уже вырвались в мир. В 1635 году голландская фирма Эльзевиров в Лейдене издает латинский перевод «Диалога». Рукопись «Бесед» Галилей нелегально и с большим риском переправляет к протестантам через французского посла. Книга выходит опять-таки в Лейдене в 1638 году — в ней заложены основы механики, она считается стартом будущей теоретической физики.

В 1641 году ослепший Галилей диктует письмо флорентийскому послу в Венеции Риннучини: «Все аргументы Коперника и его последователей опровергаются аргументом о всемогуществе Бога, для которого все возможно, даже то, что представляется нелепым. Но система Аристотеля и Птолемея еще ошибочней, ибо для их опровержения нет нужды прибегать к авторитету церкви и к всемогуществу Бога, а достаточно простого человеческого разума...»

Отсюда хорошо видно, что великий итальянец внутренне никогда не отрекался от своих идей. А католическая церковь, применив чисто административный прием решения космологических проблем, нанесла себе же невосполнимый урон. Такова судьба всех организаций, пытающихся силой пресечь развитие культуры, и случай с Галилеем стал лишь одной из граней того процесса, который начался в 15—16 веках и о котором Галилей с горечью писал:

« Учение Коперника теперь под запретом в Италии и в странах католицизма; но пусть не думают, что это произошло лишь потому, что в Риме не в состоянии понять доктрину Коперника; нет, эрудиция и таланты живы в Италии».

Речь идет об углублении раскола между католической и реформаторскими церквями. Протестантское движение, поддерживаемое широкими кругами рвущейся к экономическому и культурному господству буржуазии и некоторыми монархами, стремящимися к национальной самостоятельности, охватило Германию, Нидерланды, Англию и Скандинавию и возобладало здесь. Острая борьба шла во Франции, разделенной на два огромных враждующих лагеря.

Произошло нечто, напоминающее схизму 11 века, когда восточная христианская церковь, целиком попавшая под диктат византийских императоров, законсервировала реакционные теистические концепции, практически пресекла исследовательскую активность, в частности, в области астрономии.

Теперь аналогичную роль сыграл Рим, попытавшийся морем костров затопить эволюцию мышления, приостановить социальное и культурное развитие. Эта операция (во многом благодаря Реконкисте) успешно завершилась на Пиренейском полуострове, где методы познания надолго занормировались схоластической теологией. И соответственно, очень быстро, уже к 17 веку, Испания и Португалия оказались в числе отстающих европейских государств. Обилие заокеанского золота не смогло компенсировать общего технологического и познавательного торможения.

Потом пришла очередь Италии — под ударами инквизиции этот главный очаг Возрождения стал быстро приходить в упадок, что усиливалось и феодальной раздробленностью, и таким важным экономическим фактором, как сдвиг основных торговых морских путей в Атлантику.

Длительные успехи католицизма во Франции и здесь привели к заметному отставанию, хотя и не в столь сильной форме, как в Испании или в Италии. Однако оно ощущалось во всех сферах экономики и культуры, вплоть до революционных событий конца 18 века.

Галилей неплохо чувствовал этот процесс, видел, что свобода уходит из колыбели христианского мира на север в протестантские страны. А вместе со свободой мысли — пусть и весьма относительной — на север перемещалась исследовательская активность*.

*Первая в Европе научная организация — Академия опыта (Academia del Cimento) во Флоренции, открытая великим герцогом Тосканы Лодовико Медичи в 1657 году, просуществовала всего 10 лет. Герцог закрыл этот рассадник ереси, когда папская курия пожаловала его кардинальским званием... Между тем, повсюду открывались и набирали силу научные учреждения — Лондонское королевское общество (1662), Парижская Академия наук (1666), Академия наук в Берлине (1672).

Создатель великолепных телескопов голландец Христиан Гюйгенс (1629—1695) открывает кольца Сатурна и один из его спутников (Титан), впервые наблюдает полярные шапки на поверхности Марса и полосы на Юпитере. Видимо, Гюйгенс впервые попытался всерьез определить расстояние до звезд, используя идеи созданной им волновой теории света. Предположив, что истинные яркости Солнца и Сириуса одинаковы и сравнивая их по видимой яркости, Гюйгенс нашел, что Сириус находится на расстоянии 200 тыс. астрономических единиц (3^.10¹³ км), то есть ошибся примерно в 400 раз (на самом деле Сириус много ярче Солнца). Однако этот расчет способствовал переоценке размеров Вселенной.

В 1671 году французский астроном Жан Рише (1630—1696) и директор парижской обсерватории Джованни Доменик Кассини (1625—1712) довольно точно определяют астрономическую единицу — среднее расстояние от Земли до Солнца. Они наблюдали Марс из обсерватории в Париже и в Кайенне (Французская Гвиана). Одновременно зафиксировав положение Марса относительно звезд, они использовали измеренный угол и известное расстояние между Парижем и Кайенной, чтобы вычислить расстояние до Марса. Но в Кеплеровой модели одного этого расстояния было достаточно для полного определения масштабов Солнечной системы. Полученная таким образом астрономическая единица (140 млн. км) всего на 7 % отличалась от истинного значения. Масштабы Солнечной системы почти в 20 раз возросли по сравнению с античными!

На уникальном в то время телескопе Парижской обсерватории Кассини открывает 4 новых спутника Сатурна (Япет, Рею, Диону и Тетис).

В 17 веке центр исследований Вселенной начинает перемещаться в Англию. Именно здесь наметился наиболее быстрый рост капиталистической системы хозяйства, технического изобретательства. Эти факторы наряду с огромной морской и колониальной экспансией обусловили все возрастающий запрос на точные и рационально организованные знания. Давление Рима здесь ощущалось слабо, и в рамках английской церкви наметилась явная склонность к прогрессивным деистическим тенденциям. Бог был важен постольку, поскольку он не вмешивался в земные дела и планы предприимчивых англичан. Папа тоже воспринимался терпимо, если не слишком рьяно критиковал короля и парламент.

Англиканская церковь отошла от католицизма гораздо менее других реформаторских течений — ровно на ту дистанцию, которая была необходима для независимости королевской власти от Рима, а потом — в период революции и диктатуры Кромвеля — чуть дальше, чтобы обеспечить духовную базу быстроразвивающегося капитализма. Зато Англия избежала и многих извращений, свойственных, скажем, радикальным реформаторам Швейцарии, усердствовавшим в чистоте веры не меньше своих католических коллег.

Где-то к середине 17 века английское естествознание нашло разумный баланс со своей церковью, выдвигая в высшей степени рациональные методы познания мира и непременно восхваляя Всевышнего за столь разумную его, этого мира, организацию.

Провозвестником нового направления мысли стал Фрэнсис Бэкон (1561 —1626), блестящий философ, полемист и политик. Его головокружительная карьера началась с восшествия на престол Якова I Стюарта в 1603 году. Через 14 лет Бэкон достиг поста лорда хранителя печати, а потом и лорда-канцлера. Его политическая карьера, к счастью для науки, резко оборвалась судебным процессом в 1621 г. Бэкон был помилован королем, но от дальнейшей административной деятельности отошел.

Жесточайшая критика типично схоластического метода ссылки на древние авторитеты, широкая и остроумная пропаганда экспериментального знания — вот основные достижения Фрэнсиса Бэкона, оказавшие большое влияние на взгляды современников и на систему организации английских научных учреждений. «Истина — дочь времени, а не авторитета»,— прямо заявлял он.

Огромную роль в становлении науки сыграла деятельность французского математика и философа Рене Декарта (1596—1650), чья военная и светская карьера завершилась в 1629 году эмиграцией в Нидерланды. Вдали от опасной парижской суеты Декарт разработал аналитическую геометрию и самое главное — свою концепцию научного познания. Как и Бэкон, Декарт был рационалистом, считал опыт высшим критерием любой новой идеи, но очень важно, что на первый план он выдвинул скептический взгляд на мир, точнее, на существующие картины мира. Сомнение — своеобразный первотолчок познания. Допустим любой подход вопреки любым авторитетам, лишь бы его можно было оправдать наблюдениями. Эта идея свободного конструирования гипотез, не противоречащих экспериментальным данным, стала колоссальным стимулом в развитии теоретического естествознания.

Есть много проблем, в решении или постановке которых Декарт считается первым. Начнем с того, что именно он ввел в обращение понятие «законы природы» — едва ли не основное в естественных науках. Он первым попытался ответить на вопрос о природе сил тяготения, формирующих Солнечную систему. Опираясь на свою общую концепцию материи, безгранично делимой и непрерывно заполняющей пространство, Декарт считал, что движение планет и их происхождение обусловлено некими тончайшими материальными вихрями. В его модели планеты двигались подобно щепочкам в круговороте.

Разумеется, историческая близость схоластических времен и беспредельный рационализм нередко приводили Декарта к очень громоздким, неверным, или, во всяком случае, несвоевременным гипотезам. Скажем, четко разграничивая духовный и телесный мир, Декарт пытался объяснить взаимодействие между человеческой душой и телом функционированием особой железы. Так и осталась неразгаданной природа придуманных им вихрей. Однако важны не столько заблуждения, сколько направление мысли. В той же вихревой модели возникает первое предчувствие будущих теоретико-полевых представлений для гравитации и других сил. В этом плане Декарт пошел дальше не только современников, но и ближайших последователей, пытаясь единым законом охватить проблемы структуры и эволюции Солнечной системы.

Между тем, строгое математическое объяснение модели Коперника и Кеплеровых законов стало весьма актуальной задачей. К решению ее устремились многие крупнейшие ученые, среди них — Гюйгенс, Гук и Ньютон.

Видимо, первым, кто ясно осознал связь между эллиптическими орбитами планет и законом гравитационной силы (обратной пропорциональностью силы квадрату расстояния), стал английский ученый Роберт Гук (1635—1703), удивительно разносторонний исследователь и изобретатель*. Это произошло в 1679 году.

*Гук знаменит не только своим Законом упругой деформации твердых тел, но и открытием клеточного строения живых существ.

Однако проблема оказалась глубже — дело было не в конкретном законе взаимодействия небесных тел, а в отсутствии достаточно общих законов движения. Не хватало понятийного и математического аппарата, связывающего воедино все достижения того времени.

Гигантскую работу по созданию такого аппарата теоретической механики удалось выполнить Исааку Ньютону (1642—1727). Начало его жизни совпало с бурным периодом английской истории — казнью Карла I, диктатурой Кромвеля и реставрацией Стюартов. В 1661 году Ньютон поступил в знаменитый Тринити-колледж Кембриджского университета, чтобы пройти славный и, в общем-то, спокойный путь от сына простого фермера до президента Лондонского Королевского общества и директора королевского Монетного Двора. Жесткие ветры времени почти не коснулись его семьи, но, несомненно, создали особую атмосферу, его взрастившую.

В какой-то степени на пользу Ньютону пошла даже разразившаяся в 1665 году в Лондоне эпидемия чумы, заставившая молодого магистра удалиться в деревню и с головой уйти в опыты и размышления. Видимо, в этот период у него начали формироваться новые идеи по поводу небесной механики и оптики. Во всяком случае, возвратившись в Кембридж, он продемонстрировал превосходный телескоп-рефлектор, а немного позднее, в 1671 году,— новый зеркальный телескоп. Последнее изобретение и послужило поводом для его приема в члены Лондонского Королевского общества. Успешно работая в области оптики и в математике, Ньютон шаг за шагом создает главный труд своей жизни — «Математические начала натуральной философии». Книга увидела свет — и то благодаря активному напору друзей — лишь в 1687 году*.

ТЕЛЕСКОПЫ. СХЕМЫ ЛИНЗОВОГО РЕФРАКТОРА И ЗЕРКАЛЬНОГО РЕФЛЕКТОРА


 

*Упорное нежелание Ньютона публиковать предварительные результаты привело в это уже довольно интенсивное время к ряду неприятных осложнений в его отношениях с Гюйгенсом и Гуком, претендовавшими на приоритет в открытии закона тяготения.

Развернув общую теорию механического движения по образцу Евклидовых «Начал», Ньютон дал четкую формулировку закона всемирного тяготения (F = Gm₁m₂/r²) и доказал, что такая сила обуславливает движение материальной точки по одному из трех типов кривых — эллипсу, параболе или гиперболе. Это позволяет не только объяснить кеплеровские законы движения планет, но и включить в описание способные уходить за пределы видимости кометы, казавшиеся каким-то случайным фактором в картине ночного неба.

Первой наглядной демонстрацией предсказательной силы ньютоновской теории послужила работа его друга Эдмунда Галлея (1656—1742), замечательного английского астронома. Галлей, видимо, раньше всех ознакомился с результатами Ньютона — он издавал «Начала» на свои средства. Наблюдая в 1682 году комету, Галлей смело отождествил ее с кометами, появлявшимися в 1456, 1531, 1607 годах. Он считал, что это полноправный член Солнечной системы, обладающий очень сильно вытянутой орбитой с периодом около 76 лет (комета Галлея и на самом деле уходит за орбиту Нептуна). В этом плане комета Галлея — крупнейшее открытие нового типа объектов после галилеевских спутников Юпитера. На умы современников сильно подействовало то, что в отличие от других тел Солнечной системы — планет и их лун, движущихся почти по круговым орбитам,— эллипсоидальный характер траектории кометы выбивался за всякие эпициклы и эксцентры. В 1705 году в своем «Очерке кометной астрономии» Галлей на основе расчетов по ньютоновской теории предсказал, что комета вернется в 1758 году, и она действительно вернулась* — вечный памятник могуществу теоретического знания.

* Правда, несколько позднее — 12 марта 1759 года, что было объяснено более точным учетом возмущений в движении кометы Галлея со стороны Юпитера и Сатурна.

Увлекшись ретроастрономией — анализом старых наблюдений, Галлей не остановился на кометах. Он стал первым астрономом, удачно покусившимся на святая святых — неизменность звездной сферы. Анализируя старые каталоги, Галлей нашел, что три ярких звезды — Сириус, Альдебаран и Арктур — изменили свое положение в созвездиях, то есть являются подвижными телами.

Наряду с этими важнейшими конкретными открытиями происходили и общемировоззренческие сдвиги.

Сам Ньютон, воодушевленный идеями английского деизма, довел в своих работах деистическую концепцию едва ли не до логического конца. Факты вмешательства божественного начала он видел только там, где научный анализ оказывался бессильным. Например, он понимал, что закон всемирного тяготения объясняет лишь форму орбит небесных тел, но одного его недостаточно для объяснения светимости звезд.

Пораженный открывшейся перед ним гармонией, Ньютон писал:

«Эта прекраснейшая система Солнца, планет и комет могла возникнуть только по мысли и воле разумного и могущественного Существа. И если неподвижные звезды являются центрами других таких же систем, то и они, будучи созданы той же мудрой мыслью, должны все подчиняться воле Одного»*.

* Характернейшим образом отразил эту идею и впрочем всю ситуацию английского компромисса религии и науки ученик Ньютона профессор Рожер Котес в предисловии ко 2-му изданию «Начал»: «Надо быть слепым, чтобы из прекраснейшего и мудрейшего строения мира не усмотреть величайшей мудрости и благости всемогущего Творца, надо быть безумцем, чтобы этого не признавать. Поэтому превосходнейшее сочинение Ньютона представляет вернейшую защиту против нападок безбожников, и нигде не найти лучшего оружия против нечестивой шайки, как в этом колчане».


Завершая экскурс в ньютоновскую эпоху, стоит задержать внимание еще на одном обстоятельстве. Как и многие крупнейшие ученые, Ньютон сам творил методологию науки. Огромный успех его механики, математики и оптики на долгое время создал исключительный авторитет его лозунгу «Гипотез не изобретаю». В отличие от Декарта Ньютон допускал в качестве схемы объяснения не любую мысленную конструкцию, согласующуюся с опытом, но только ту, которая как бы из опыта выводится. Тем самым он неявно предполагал, что каждая экспериментальная ситуация может лишь единственным образом описываться в теории. В 3-й книге своих «Начал» («О системе мира») он даже формулирует особые «правила философствования» (1. «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений» и т. д.).

Эти правила очень практичны, если знать заранее, что есть истинная причина и чего именно достаточно для объяснения явлений... На самом деле реальная работа теоретика всегда требовала изобретения гипотез, и Ньютон был искуснейшим их изобретателем, что особенно хорошо видно в его оптике. В каждой области науки существуют десятки ярких примеров, когда к описанию одного и того же явления подходят с разными моделями. Однозначность описания появляется на сравнительно поздних стадиях — при построении общей теории, синтезирующей отдельные частные модели. Видимо, Ньютон полагал, что механика нуждается в чем-то таком — общем.

Его правила заметно повлияли на будущий подход к построению физики. Направленные в первую очередь на борьбу с последователями Декарта (картезианцами)*, они в какой-то степени отражали неудовлетворенность Ньютона физическим содержанием закона всемирного тяготения — фактическим отсутствием такого содержания. Трудно было понять, каким образом малейшее изменение относительного расстояния между планетами, разделенными миллионами километров, мгновенно сказывается на поведении обеих планет. Причем сказывается без всякого посредника — представление о гравитационном поле как особом виде материи развилось позднее. И отвергая Декартовы вихри, Ньютон оставался с чисто математической формой...

* Прямой критике картезианской модели вихрей посвящено немало места во 2-й книге «Начал». Ньютон четко демонстрирует, что из теории Декарта следует не 3-й закон Кеплера, а нечто совсем иное (a₁²/a₂²=T₁/T₂). Но Ньютону важно показать не только недостатки конкретной модели Солнечной системы, но и порочность всей картезианской методологии. Его твердая деистическая позиция не допускает свободы в моделировании единого космического закона, раз и навсегда установленного Творцом, и он уверен, что такой закон может иметь одну и только одну форму, отражающую истинный замысел Всевышнего. В этом, по-моему, суть деизма, взлелеянного в лоне ранних конституционных монархий, питавших иллюзию абсолютной юрисдикции — неких безусловно справедливых законов, трактуемых единственным образом любым членом общества. Вероятно, именно у Ньютона религиозный синтез античной натурфилософии, монотеизма и эллинистической космической юрисдикции достигает апогея.

Некоторые последователи Ньютона возвели его разумный рационализм и неудовлетворенность в трактовке гравитации едва ли не в ранг философии науки. Механика стала для них чем-то вроде абсолютного образца в трактовке всех деталей картины Вселенной. Механицизм превращался в своеобразное мировоззрение. Вопросы, на которые не сумел ответить Ньютон, подчас объявлялись бессмысленными.

Но время берет свое — впоследствии обе тенденции, картезианская и ньютонианская, слились в стройном здании теоретической физики 19 века.
 

НОВОЕ И НЕВЕДОМОЕ

Основные результаты Эдмунда Галлея — открытие кометы как нового элемента Солнечной системы и собственного движения звезд — в какой-то степени предопределили главные линии развития астрономии 18—19 веков.

Во-первых, выделилось особое направление поиск — новых объектов в Солнечной системе. Астрономы стремились не только отыскать их, но точнейшим образом определить их движение для дополнительной проверки ньютоновской теории. С другой стороны, интерес исследователей все больше обращался к звездам, чья природа пока казалась загадочной.

Вспыхнувшая сразу вслед за Галлеем охота за кометами необычайно стимулировала наблюдения нестандартных событий.

Историю открытия принципиально новых объектов стоит начать с опубликованной в 1733 году работы Жан-Жака Дорту де Мэрана. В своем «Физическом и историческом трактате о северном сиянии» он смело связал красивейшее явление северного неба с влиянием солнечной активности, а не со свечением вулканических испарений, как это делалось до него. Мэран полагал, что солнечная атмосфера — та корона, которая наблюдается во время солнечных затмений,— может в отдельных случаях простираться на огромные расстояния и достигать Земли, вступая в сильное взаимодействие с земной атмосферой. Иными словами, родилась гипотеза о существовании особого элемента Солнечной системы — того, что сейчас называют солнечным ветром, причем этот элемент должен заметно влиять на состояние околопланетного пространства. Разумеется, в доспутниковую эру не было возможности проверить гипотезу Мэрана прямым экспериментом, но качественно она вполне оправдалась. После ньютоновской теории приливов, обусловленных гравитационным влиянием Луны и Солнца, это была, пожалуй, первая неастрологическая идея о воздействии небесных тел на земные события. В мае 1761 года русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711 —1765), человек необычайной одаренности и широты увлечений — от физики до литературы, наблюдал необычное явление. Край Солнца как бы пузырился или размывался при прохождении через него Венеры — вокруг диска планеты возникал тончайший светящийся ободок. Этот эффект был правильно истолкован Ломоносовым в его брошюре «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Академии наук». Размывание солнечного диска он связал с наличием у ближайшей соседки Земли мощной атмосферы — «таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Так — по сути, впервые со времен Галилея — удалось дополнительно доказать схожесть Земли и других планет. Старые сугубо умозрительные гипотезы об атмосферах небесных тел получили столь сильное подтверждение, что фантасты и популяризаторы науки 18—19 веков стали считать чуть ли не само собой разумеющимся, что всякая планета имеет подходящий для человека воздушный океан.

Принципиально новый тип небесного тела — астероид, или малую планету, обнаружил в первый день 19 столетия итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746—1826). Орбита первого астероида, названного Церерой, была заключена между орбитами Марса и Юпитера. В течение нескольких следующих лет немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс (1758—1840) снова зарегистрировал Цереру и обнаружил два других астероида — Палладу и Весту. Вскоре между орбитами Марса и Юпитера были найдены и другие планетки. Это позволило Ольберсу предложить гипотезу о существовании в очень давние времена особой планеты — Фаэтона, которая по неизвестным причинам взорвалась, и ее осколки образовали астероидный пояс. Эту идею до сих пор трудно обосновать или окончательно опровергнуть, но она, бесспорно, стимулировала интерес к законам эволюции Солнечной системы и отдельных планет.

Так обогащались представления о Солнечной системе, но самое впечатляющее открытие этого времени, завершившееся триумфом ньютоновской теории, было опять-таки связано с кометным бумом.

13 марта 1781 года 42-летний астроном-любитель Вильям Гершель открыл, как ему показалось, новую комету, наблюдая звезды между созвездиями Тельца и Близнецов.

Фридрих Вильгельм Гершель (1738—1822), сын ганноверского военного музыканта, сам композитор и музыкант, приехал в Англию 18-летним юношей. Здесь он, преобразовавшись в Вильяма, длительное время зарабатывал на жизнь музыкальными уроками. Постепенно он увлекся астрономией, и к 33 годам осознал, что только этот предмет по-настоящему для него интересен. Свой первый телескоп Гершель достроил в 1773 году и через год приступил к систематическим наблюдениям. К моменту упомянутого открытия он все еще оставался любителем, хотя и проявил незаурядное упорство в конструировании телескопов и наблюдениях.

26 апреля 1781 года Вильям Гершель представил в Лондонское Королевское общество «Сообщение о комете» и, возможно, стал бы очередным счастливцем из немалой тогда когорты кометчиков, если бы не странное поведение предмета его мартовского открытия. Объект не увеличивал яркость, то есть не желал приближаться к Солнцу. Уже в мае французский астроном Жан Сарон установил, что новое небесное тело находится за орбитой Сатурна, а несколько позже петербургский академик, ученик Л. Эйлера, Андрей Иванович Лексель (1740—1784) показал, что оно вообще ведет себя как планета, обращаясь вокруг Солнца с периодом около 84 лет.

Так произошло открытие седьмой большой планеты — Урана. Впрочем, мудрый Гершель первоначально предложил назвать ее Георгом в честь здравствующего короля. Это предложение не прошло — оно противоречило тысячелетней традиции называть планеты именами античных богов, но сыграло свою положительную роль в судьбе Гершеля. В том же 1781 году он стал членом Лондонского Королевского общества, а через год благодарный Георг III назначил его своим придворным астрономом с годовым жалованием в 200 фунтов. Это позволило Гершелю целиком погрузиться в любимую работу.

С именем Вильяма Гершеля справедливо связывается целая эпоха в астрономии, а его достижения и объем работы сопоставимы среди предшественников, пожалуй, только с деятельностью Гиппарха и Тихо Браге.

Хотя открытие Урана стало в глазах современников ярчайшей вехой его жизни, главное его достижение заключается в ином — в колоссальном подъеме уровня систематичности наблюдений и в изменении их ориентации.

Гершель обратился к звездам. Именно звездные системы интересовали его в первую очередь.

В 1783 году он показал, что обнаруженное Галлеем изменение положения звезд частично обусловлено движением Солнечной системы в сторону созвездия Геркулеса*. Это нанесло сильнейший удар по гелиоцентрической картине Вселенной — Солнце становилось рядовой звездой, мчащейся среди других светил.

* Более обширные современные данные показывают, что апекс (точка, куда со скоростью около 20 км/с  стремится Солнце) расположен в созвездии Лиры, неподалеку от созвездия Геркулеса.

Еще через 20 лет Гершель обнаружил особый тип космического населения — двойные звезды*. Эти объекты сыграли важнейшую роль в определении масштабов Вселенной.

* Видимо, первое указание на существование двойных звезд было получено итальянским астрономом Джованни Батиста Риччоли (1598—1671), составителем энциклопедического «Нового Альмагеста», подытожившего астрономические достижения того времени.

Вообще же, фантастическим подвигом выглядит сухой факт — Гершель открыл и описал более 2500 звездных скоплений и туманностей!

Туманности, более или менее размазанные светящиеся пятнышки, представляли собой известную к тому времени космическую загадку. Дело не в редкости — как туманность выглядит и древнейший небесный объект Млечный путь*, расщепленный Галилеем на отдельные звезды. Но многие туманности не поддавались такому расщеплению даже с помощью самых сильных телескопов.

*Это красивый древнеримский образ (via lactea). Греки называли его «молочным кругом» (galaktikos kyklos), откуда и пошел термин «галактики».

В практическом плане туманности заинтересовали астрономов опять-таки в связи с кометным бумом 18 столетия. Первый каталог аббата Николы Луи де Лакайля (1755 год), как и более известный, включающий 103 объекта, каталог французских астрономов Шарля Мессье и Пьера Мешена (1784 год), появились в качестве руководства для желающих выделить кометы среди иных светящихся пятнышек.

Систематическая работа Вильяма Гершеля, а впоследствии его сына и достойного продолжателя Джона Фредерика Уильяма Гершеля (1792—1871), автора знаменитого CG-каталога на 5079 звездных скоплений и туманностей*, привлекла внимание к этим объектам и вообще к проблеме островного строения Вселенной.

* Джону Гершелю, ставшему впоследствии президентом Лондонского Королевского общества, принадлежит заслуга и в систематизации двойных звезд — в своих 11 каталогах он описал 3000 этих объектов. Он впервые стал вести постоянные наблюдения в Южном полушарии. Его творческая увлеченность фотоделом способствовала внедрению фотографических методов в астрономию.

Что же нового давали гершелевские результаты для общей картины космических структур?

Прежде всего, двойные звезды оказались первыми системами небесных тел, движущихся под действием сил тяготения сугубо вне Солнечной системы. Это позволило распространить закон, выявленный для взаимодействия Солнца и планет, на межзвездные расстояния, то есть проверять его совсем в иных масштабах.

Во-вторых, и это не менее важно, открытие двойных звезд подорвало сложившийся предрассудок* об одинаковости истинной яркости всех звезд и ее примерному равенству яркости Солнца. Гершель ясно наблюдал звезды — компоненты двойной системы, расположенные на практически одинаковых от нас расстояниях, но с весьма разной яркостью.

*Как и всякий предрассудок, он возник из отсутствия проверки иных возможностей – лишь как простейшая гипотеза.

Уильям Гершель впервые подошел к открытию нашей Галактики. Систематический подсчет звезд по различным направлениям позволил ему выработать своеобразную модель сплющенного дискообразного сгустка звезд, в центре которого находится Солнце. Это выглядело определенным витком коперниковской гелиоцентрической идеологии, но, разумеется, качественно новым витком, хотя бы потому, что Солнце уже не считалось неподвижным центром мира. Подобно тому, как древние полагали естественным движение Солнца вокруг Земли, астрономам на рубеже 18—19 веков трудно было отделаться от впечатления, что Млечный путь более или менее равномерно окутывает Солнечную систему и ее окрестности. Впрочем, эта точка зрения подкреплялась объективными трудностями наблюдения центральной области Галактики, закрытой от нас пылевыми облаками. Темные туманности, то есть участки пространства, где из-за огромных облаков космической пыли не просматриваются звезды, были восприняты Гершелем с удивлением — он образно называл их «дырами в небе». Его внимание было приковано к форме шаровых звездных скоплений, но их концентрации в направлении созвездия Стрельца он не придал должного значения. Это выпало на долю его сына, который впервые указал на концентрацию шаровых скоплений как на важный фактор строения Галактики.

И все-таки Уильям Гершель сделал важный шаг в конструировании галактической модели. Его работам непосредственно предшествовала картина в пифагорейском духе, нарисованная в 1750 году английским астрономом Томасом Райтом (1711—1786) в «Оригинальной теории, или Новой гипотезе Вселенной». Райт полагал, что Млечный Путь представляет собой что-то вроде плоского кольца или сферической оболочки (он дал оба варианта), в центре которых находится некий духовный первоисточник — «Глаз Господа». Существенно в этой гипотезе не ее обоснование, а идея множественности миров такого рода. Модель Райта относится к модели Гершеля примерно так же, как пифагорейская огнецентрическая картина к схеме Аристарха.

Уильям Гершель стал одним из первых астрономов, смутно почувствовавших, что за разнообразием звездного населения кроется какая-то генетическая связь звездных объектов.

Главное дело его жизни было подхвачено сыном, а впоследствии значительно развито голландским астрономом Якобусом Корнелисом Каптейном (1851—1922). Уточнив подсчеты звезд и тщательно классифицировав их величины, Каптейн пришел к заметно большим размерам Галактики. И к началу 20 века модель Гершеля-Каптейна — Галактика как дискообразное сверхскопление звезд с Солнцем в центре — стала практически общепринятой.

Итак, деятельность Уильяма Гершеля переопределила ориентацию астрономии, углубив и конкретизировав последовательную программу Галлея.

Открытие Урана послужило сильнейшим толчком для развития математических методов небесной механики и поиска новых объектов.

Открытие двойных звезд, обладающих переменным блеском, привлекло внимание ко всем вообще переменным явлениям звездного мира — не к звездам как статическим телам, а к происходящим там процессам. Именно благодаря этому интересу в течение последующих десятилетий астрономы сумели построить хорошую модель Галактики и подтвердить гипотезу Райта о множественности звездных миров. Глубокий интерес Гершеля к туманностям сработал в этом же направлении, одновременно стимулировав четкую постановку космогонической проблемы. Все эти линии развития мы и рассмотрим в следующих разделах.

ОТКРЫТИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ — 3 АКТ

Обнаруженный Вильямом Гершелем Уран оказался своеобразной копилкой сюрпризов.

Прежде всего, выяснилось, что задолго до Гершеля эту планету наблюдали другие астрономы, причем регистрировали ее не менее 19 раз. Первым это сделал Джон Флемстид в самом конце 1690 года. В течение последующих 25 лет он повторял этот результат еще четырежды. В 1750—1771 гг. целых 12 наблюдений Урана провел французский астроном Пьер Лемонье (1715—1799), уже современник Гершеля. В общем, видели ее многие, но до поры до времени никому не пришло в голову выделить ее среди слабых звезд.

Но это полбеды — новые явления нередко исчезают из поля восприятия. Главное то, что Уран очень быстро продемонстрировал необычное поведение. Строгое вычисление его орбиты в рамках ньютоновской теории тяготения, даже с учетом поправок на влияние гигантов — Юпитера и Сатурна, не привело к успеху. Уран ускользал с предназначенной ему траектории. В 20-х годах 19 века астрономы пришли к выводу, что такая модель не описывает наблюдаемых положений новой планеты.

Естественно, появились гипотезы, подчас весьма причудливые, но лишь две из них оказались жизнеспособны и некоторое время конкурировали друг с другом. Реальный выбор свелся к тому, что либо закон тяготения неверен, например, сила убывает не как квадрат расстояния, а более сложным образом, либо существует какая-то новая планета, сбивающая Уран с пути. Первый вариант весьма авторитетно поддерживался директором Гринвичской обсерватории Джорджем Бидделом Эри (1801 —1892). Однако столь радикальное решение привлекало немногих — модификация закона Ньютона вела к перестройке всей теории движения планет, а для этого нужны были более веские экспериментальные и теоретические причины.

Реальное решение проблемы Урана было найдено в рамках второго подхода. Тут и развернулась отчасти забавная и отчасти драматическая история открытия Нептуна, история, описанию которой посвящены целые книги.

Вкратце она выглядит так. К 1820 году французский астроном Алексис Бювар (1767—1843) четко показал, что все старые (догершелевские) и последующие наблюдения не согласуются с теорией движения Урана. И даже поправки на влияние Юпитера и Сатурна, модель движения которых он только что завершил, не спасают дела. Видимо, Бювар первым и высказал гипотезу о влиянии на Уран какого-то неизвестного тела. Однако сам он первоначально больше склонялся к версии катастрофического воздействия — то есть кратковременного влияния некой кометы, столкнувшейся с Ураном или очень сильно сблизившейся с ним как раз в промежутке между ранними и поздними наблюдениями Лемонье.

Но результаты последующего десятилетия показали, что непоседливая планета продолжает все дальше уходить от предписанной орбиты. Значит, дело не в катастрофе, а в каком-то систематическом влиянии. Так сложилась конкретная гипотеза о трансурановой планете, фактически общепринятая к концу 30-х годов. Поиск трансурановой планеты несколько затягивался — многие полагали, что расчет ее орбиты по очень неполным данным преждевременен и нужны тщательные наблюдения на протяжении одного-двух полных оборотов Урана. Эта точка зрения подкреплялась и сомнениями в точности старых данных Флемстида и других астрономов, посеянными Бюваром.

Чтобы поверить в достаточную точность всех данных и предпринять на этой основе трудоемкую работу по расчету орбиты возмутителя, нужна была немалая смелость и вера в свои силы.

Всем этим в избытке обладал молодой английский математик и астроном Джон Кауч Адаме (1819— 1892), который летом 1843 года приступил к вычислениям. Необычайно тщательная и самокритичная деятельность Адамса увенчалась успехом — к сентябрю 1845 года он получил удовлетворившие его результаты с конкретным указанием ожидаемого положения трансурановой планеты на 30 сентября 1845 года. Эти результаты были переданы директору Кембриджской обсерватории Джеймсу Челлису, который тогда же имел возможность провести успешный поиск на своем 12-дюймовом рефлекторе — предсказание Адамса расходилось с истинным положением Нептуна менее чем на 2°. Но Челлис переадресовал молодого математика к лидеру английской астрономии Джорджу Эри. Эри, по-видимому, не сразу поверил в возможность открытия, но главное — он сам искал причину отклонений Урана совсем в ином, и вычисления Адамса не показались ему достаточно убедительными.

В результате до лета 1846 года официальные руководители английской астрономии никаких попыток наблюдения трансурановой планеты не предприняли. Адамc же, понадеявшись на них, ограничился «донесением по инстанции» и не сделал необходимой публикации.

Лишь летом 1845 года во Франции к анализу проблемы приступает Урбен Жан Жозеф Леверье (1811 —1877) и блестяще формулирует решение в двух статьях, опубликованных к весне 1846 года. Эти работы сразу же привлекли внимание не только соотечественников, но и англичан. Срабатывает известный принцип социальной психологии — нет пророков в своем Отечестве. Благодаря работам Леверье (а не Адамса!) меняет свою веру сам Эри, который обратился к Челлису с просьбой начать наблюдения.

Челлис в течение 2 месяцев (до 29 сентября) проводит необычайно громоздкую регистрацию положений почти 3 тысяч звезд в заданной области неба площадью в 300 кв. градусов, надеясь найти среди них подвижный объект. По ряду несчастливых совпадений он трижды наблюдает Нептун, но не фиксирует свое открытие и вообще завершает серию наблюдений в уверенности, что планета не обнаружена. И буквально сразу же — 1 октября — узнает из газеты, что трансурановая планета открыта молодым ассистентом Берлинской обсерватории Иоганном Готфридом Галле (1812—1910) и его помощником Генрихом Луи д'Аррестом 23 сентября на том же участке неба.

Леверье оказался гораздо практичней Адамса и не стал обращаться к руководителям обсерваторий, ибо уже тогда включить ту или иную работу в планы научного учреждения было не так-то просто. Инициативный Галле буквально отвоевал право на внеочередные наблюдения и провел их с блеском — Нептун был обнаружен в первую же ночь. Этому очень способствовала идея д'Арреста — непосредственно сопоставлять вид звездного неба с картами астрономического атласа Берлинской Академии наук, изданного в конце предыдущего года. Это давало фантастическую экономию времени. Дополнительно Галле и д'Аррест (в отличие от Челлиса) ориентировались на то, что Нептун должен иметь угловой размер около 3".

История подпольной первопроходческой деятельности Адамса всплыла как раз в момент величайшего триумфа Леверье и наделала много шума*. Не слишком благожелательно воспринятая в научных кругах Франции весть о том, что некий безвестный Адаме опередил их кумира Леверье, превратилась прессой в проблему покушения на национальную честь.

*Адамсу едва ли не до конца дней везло на законспирированные открытия. После обнаружения Нептуна он первым определил близкие к истинным параметры орбиты новой планеты (кстати, почти на 50 % отличающиеся от первоначальных предсказаний — его и Леверье), но постеснялся сразу об этом сообщить. Он же внес важнейшее изменение в лапласовскую теорию движения Луны, в которое сначала просто не поверили. Но впоследствии именно оно позволило учесть такой важный фактор взаимодействия, как приливное трение.

Но время — линза истины. Оба ученых, несмотря на ажиотаж, стали друзьями.
Леверье впоследствии возглавил Парижскую обсерваторию и много сделал для расцвета астрономии и небесной механики у себя на родине. Он провел в жизнь гигантскую программу по составлению таблиц планетных орбит — многими его данными успешно пользуются до сих пор. Он же впервые обратил внимание на вековое смещение перигелия Меркурия, необъяснимое в рамках теории Ньютона.

Адамc со временем занял пост директора Кембриджской обсерватории и даже в течение одного выборного срока возглавлял Английское астрономическое общество.

История планетных открытий на этом не завершилась — Нептун привнес новые загадки и даже не решил всех проблем с движением Урана. Однако поиск следующей 9 планеты, Плутона, развивался как бы по известному сценарию.
Достаточно полные вычисления орбиты Плутона провел американский астроном Персиваль Ловелл (1855 —1916), который всего за год до смерти приступил к систематическому его поиску на телескопе своей обсерватории в штате Аризона. Здесь же, в Ловелловской обсерватории, ассистент Клайд Томбо в 1929 году стал фотографировать подозреваемые участки неба. Годичная работа привела к успеху — новая планета была зафиксирована 18 февраля 1930 года.

Я относительно подробно (хотя и не так подробно, как хотелось бы) остановился на истории открытия Нептуна вовсе не из желания лишний раз пересказать ее хитросплетения. Важнее другое — в ней ярко проявились некоторые новые тенденции науки, на которых стоит немного задержать внимание.

Во-первых, наука 19 века принимает выраженные организационные формы. Астрономия уходит из рук любителей-одиночек, все большую роль играют учреждения, стягивающие единой структурой более или менее крупные коллективы исследователей. Даже самый похвальный энтузиазм талантливых одиночек, не включенных в систему научного поиска, с трудом пробивает себе дорогу, как это видно в истории Адамса. Уже во времена Ньютона в науке было тесновато, и из-за одновременно проводимых исследований вспыхивали конфликты. В 19 веке, когда одним и тем же вопросом иногда начинают заниматься десятки людей, проблема включенности ученого в хорошо функционирующий коллектив, необходимость постоянного потока информации о его работе выступают на первый план. Это значительно повышает требования к уровню профессионализма. Иной темп жизни и развития науки предъявляет свой счет. Небольшие частные обсерватории и лаборатории потихоньку уходят в тень — они, как правило, не могут обеспечить необходимых масштабов и темпов работы.

Если в коперниковские времена ученый мог жить ощущением собственного течения мысли, ориентируясь по ярким и практически неподвижным звездам веками возвеличенных классиков, то теперь он чувствовал себя песчинкой — в лучшем случае островком — в общем потоке идей. Интеллектуальная вселенная стала переменной — многие маяки замерцали и погасли. На протяжении одной жизни, а не веков и тысячелетий стали меняться существенные детали картины мира. Мнения, в высшей степени правдоподобные и обоснованные вчера, назавтра могли развеяться совокупностью более точных вычислений и наблюдений. И это был лишь ветер из будущего — лишь неспешные тени того фантастического калейдоскопа новизны, которым заискрился 20 век.

В связи с этим выделяется и второй важнейший аспект — всеохватность увлечений, свойственная Возрождению и основанная на убеждении, что существует некая простая и универсальная картина мира, лишь до поры сокрытая от безграничного ума высшего творения Господня,— эта всеохватность постепенно исчезает, хотя ее остаточные явления сохранялись до недавних времен.

Ученые в отличие от общеобразованных дилетантов почувствовали это весьма остро. Дело не только в том, что один человек просто физически не был способен вести серьезные исследования во многих областях знаний. Возникало новое разделение труда, характерное для коллективной работы,— экспериментальная деятельность, требующая тренировки органов чувств и глубоких технических навыков, зачастую не позволяла сосредоточиться на отыскании новых моделей и применения сложных математических методов, и наоборот.

Так произошло разделение ученого мира на экспериментаторов и теоретиков. Еще Коперник и Тихо Браге использовали свои наблюдения для построения собственных теоретических схем. Но уже Кеплер выступает в основном как теоретик по отношению к наблюдениям Тихо Браге и математическим путем выводит свои законы. Ньютон, ставивший превосходные механические и оптические эксперименты, в небесной механике выступает как чистый теоретик — здесь его исходным материалом были в первую очередь даже не данные наблюдений, а эмпирические законы Кеплера. Галлей совмещал функции астронома-наблюдателя и теоретика, выводившего из общей теории Ньютона конкретные предсказания для наблюдений.

На рубеже 18—19 веков в этой области намечается явное разделение. Уильям Гершель, открыв Уран, не слишком интересовался неприятностями, внесенными новой планетой в царство теоретической небесной механики. Адамc и Леверье приложили огромные усилия для проецирования ньютоновской теории на экспериментальный материал, но сами не стремились провести наблюдения, перепоручив их Челлису и Галле.

Именно это характерно для развитой науки. Люди, способные одинаково хорошо работать в эксперименте и в теории, на любом ее уровне — это и в 19 веке, а тем более теперь — редкое исключение из правил.

Итак, наука усложнилась, и постепенно стали вырисовываться важные элементы ее структуры — расслаиваться стали сама теория и сам эксперимент.

До поры считалось естественным, что астроном сам конструирует и изготовляет свои телескопы. Но изготовление крупных приборов требует особых навыков и средств, наконец, немало времени. Выделяются специальные мастерские, где умеют делать хорошие зеркала, монтировать сложные конструкции. Обилие приборов и большой объем наблюдений влекут за собой участие многочисленных помощников в каждой крупной программе.

Еще наглядней процесс усложнения структуры в теории.

Когда мы говорим о триумфе ньютоновской системы в 19 веке, то надо понимать, что у самого Ньютона задавалась лишь принципиальная структура подхода к задачам небесной механики, проиллюстрированная очень простыми и сильно идеализированными моделями.

Истинное движение планет гораздо сложней, чем это следует из Кеплеровых законов, прежде всего потому, что Солнечная система состоит из многих взаимодействующих тел. Аналитически точно решить систему уравнений для многих планет невозможно — уже задача трех тел составляет крупную проблему (едва ли не самостоятельный раздел механики). Поэтому для учета дополнительных влияний на данную планету требуется немалое искусство — ведь истинная орбита, которую с превеликой точностью определяют астрономы, представляет собой, строго говоря, очень сложную волнистую кривую, и ее лишь приближенно можно считать эллипсом.

Трудности в расчете орбиты Урана выглядят еще безобидно по сравнению с теми сюрпризами, которые поднесла астрономам 18 века старая добрая Луна. В значительной степени именно на описании движения Луны создавались и оттачивались мощные методы небесной механики — теория возмущений.

Интенсивное развитие ньютоновской теории началось именно с этого в середине 18-го века. В работах блестящих математиков французской школы Алекси Клеро (1713—1765) и Жана Лерона д'Аламбера (1717—1783) родились корректные методы учета относительно слабых воздействий. Их работы по теории взаимного возмущения планетных орбит обусловили настоящее подтверждение ньютоновского закона тяготения. До того отклонение от строгой эллиптичности движения на равных правах рассматривалось как возможное нарушение этого закона.

Почти сразу же вслед за первой весьма удачной моделью движения Луны, построенной Клеро к 1751 году, появилась еще более точная модель, основные идеи которой использовались впоследствии для всей небесной механики.

Автор этой модели Леонард Эйлер (1707—1783), уникально результативный ученый, сыгравший выдающуюся роль в становлении научных исследований сразу двух стран — России и Германии. 20-летним юношей Эйлер приехал в Петербург по приглашению столичной Академии наук и художеств. В 1741 году Эйлер, завоевавший уже мировой авторитет в науке, приглашается Фридрихом П для организации работ в Берлинской академии. Однако связи с Петербургом он не терял и через четверть века возвратился на свою научную родину. В 1756 году Петербургская академия присудила ему премию именно за работу по теории движения Луны.

Главное достижение Эйлера заключалось в разработке так называемого метода оскулирующих элементов. Эллипс, по которому должен двигаться одинокий спутник центрального тела, принимается за основу, но элементы, характеризующие эту фигуру (эксцентриситет и т. д.), считаются теперь переменными. В их периодическом изменении и сказывается влияние других тел Солнечной системы. Иными словами, поправки к идеальному кеплерову движению приобрели теперь ясный и наглядный смысл.

На рубеже 18—19-х веков серьезных успехов в создании методов обработки астрономических данных добивается немецкий математик Карл Фридрих Гаусс (1777—1855). Его интересует задача о восстановлении параметров орбиты по данным наблюдений. Совокупности точек, которые получают наблюдатели и теоретики, никогда полностью не совпадают, и возникает проблема — какую именно совокупность теоретически вычисленных точек предпочесть, какая из них наилучшим образом соответствует совокупности экспериментальной. Гаусс получил решение, строго обосновав так называемый метод наименьших квадратов. Лучшей оказывалась та теоретическая кривая, для которой сумма квадратов отклонений от наблюдаемых значений принимает наименьшее значение. Этот метод положен в основу всей техники обработки экспериментальных данных в различных областях науки.

Интерес Гаусса к задаче реконструкции орбит обострился после открытия астероидов, когда соответствующие вычисления «стали на поток». В 1809 году в своей «Теории движения небесных тел» он доказал, что для полного определения элементов эллиптической орбиты необходимо как минимум 3 наблюдения.
Гаусс первым обратил внимание на описание кривых поверхностей независимо от конкретной системы координат. Размышления об этом и обширная работа по составлению геодезических карт привели его уже в 1818 году к идеям неевклидовой геометрии, сыгравшей впоследствии огромную роль в построении современной теории гравитации. К сожалению, он всячески избегал любой формы публикации этих идей и, в конце концов, добился своего — создателями неевклидовой геометрии стали Лобачевский, Больяи и Риман. И на своем памятнике Гаусс велел выбить правильный 17-угольник — задачу его построения с помощью циркуля и линейки великий геометр считал лучшим своим достижением...

В стройное здание, основанное на немногих общих принципах, превратил ньютоновскую механику французский математик Жозеф Луи Лагранж (1763—1813). Развивая идеи Эйлера, он добился чрезвычайно прозрачного описания планетных движений. Вселенная, считал Лагранж, должна описываться простейшим образом, и эта простота непосредственно отражается в законах механики. Эти законы он воспринимал как нечто объективное, заложенное в самой природе, и отсюда возникал механицизм как мировоззрение.

Но по-настоящему попытался превратить ньютоновскую картину Вселенной в мировоззренческую систему французский математик и физик Пьер Симон Лаплас (1749 —1827), сын нормандского крестьянина, человек очень интересной судьбы.
Рано приобщившись к идеям французского просветительства, Лаплас в определенной степени пошел дальше традиционных деистических взглядов и стал атеистом. Годы расцвета его деятельности приходятся на бурный период истории Франции — Великую революцию, консульство, наполеоновскую империю и реставрацию. Его положение и взгляды эволюционизируют от события к событию. Он приветствует восстание и защищает республиканские взгляды, при Наполеоне становится даже министром внутренних дел (!)*, потом — вице-председателем сената, получает графский титул. Падение императора застает его сторонником реставрации, и Бурбоны, в свою очередь, жалуют ему титул маркиза и пэра Франции...

*Что касается странного для ученого министерского портфеля — с ним Лаплас расстался менее чем за два месяца. Наполеон сместил его, пожаловав сенаторское место и высказавшись в том духе, что Лаплас «...всюду выискивал тонкости, видел только одни проблемы и в конце концов привнес в управление дух бесконечно малых величин».


Но главное, разумеется, не эти колебания, а воистину титаническая работа Лапласа по созданию 5-томной «Небесной механики», где картина Солнечной системы получила до мельчайших деталей ясное и красивое оформление.

Лаплас сделал очень важный шаг не только в создании моделей движения Луны и планет. Он показал, что Солнечная система — устойчивое образование и может существовать, по крайней мере, миллионы лет. Баланс гравитационных сил таков, что все параметры планетных орбит могут меняться лишь в довольно узких пределах. Отсюда следовало, что никакого внешнего вмешательства для периодического восстановления равновесия просто не требуется. Тем самым одна из ролей, которую Ньютон отводил Богу — текущий ремонт вселенской машины, оказалась излишней.

Лаплас впервые блестяще обосновал тот факт, что все крупные небесные тела должны иметь более или менее схожую форму немного сплющенной из-за вращения сферы. Эта проблема была связана с из ряда вон выходящим явлением — кольцами Сатурна, которые выглядели весьма искусственным образованием на фоне других объектов Солнечной системы*. Лаплас показал, что кольца не могут быть единым твердым телом, а должны состоять из огромного числа небольших камней и пыли. Загадка превратилась в естественное явление — кольца стали рассматривать как плотную группу спутников Сатурна, некоторым образом аналогичную астероидному кольцу Солнечной системы. Теперь расчищался путь для сугубо научной постановки вопроса о происхождении Солнца и планет.

* Кольца Сатурна долгое время считали чем-то неестественным, связывая их с особой изобретательностью Творца. К счастью, тогда еще не вошло в моду говорить о высокоразвитых пришельцах, иначе кольца сразу же приписали бы инженерному гению их цивилизации.
 

ВЕЧНЫЙ ОТДЫХ ТВОРЦА

Проблеме происхождения Солнечной системы повезло гораздо меньше, чем проблеме ее строения. Тому есть множество объективных причин. Но главная та, что движения Солнца, Луны и планет наблюдались систематически на протяжении тысячелетий и играли значительную роль в человеческой практике. Космогоническая же задача всегда существенно выходила за рамки этой практики — ни одна звезда или планета в окрестностях Земли (к счастью для нас!) не рождалась. Периоды обращения всех доурановых планет вполне умещаются в масштаб одной человеческой жизни, космогонические же масштабы совсем иные — миллиарды лет. Поэтому получилось так, что на протяжении почти всей своей истории человек воспринимал свою планету и небесные тела как некие данности, во всяком случае, не допускал возможности естественного их образования.

Космогоническая проблема так или иначе решалась во многих мифологических системах. Мы имели возможность убедиться, что мотивы творения Земли, неба, звезд и т. п. встречались у древних очень часто. Этот интерес восходит, на самом деле, к типично первобытному приему объяснения любого предмета или явления способом его изготовления. Функциональное назначение вещи как бы сливается с этим способом, они неразрывно составляют ее суть. В этом сказывалась необходимая активность человека в создании орудий труда, в общении с полезными или опасными элементами окружающего мира. Сколь-нибудь развитые космогонические мифы, видимо, возникают на ранних этапах становления религиозного типа мышления, когда интеллектуальный мир начинает заселяться богами. Для создания таких грандиозных объектов наблюдаемого мира, как небо и земля, требовались аналоги человека, но в соответствующих масштабах могущества. Боги и сыграли роль этих аналогов. Вероятно, с этим связана и попытка построения календаря на предельно большие сроки — от начала до конца мира. Но наблюдательных данных собственно космогонического характера под этими моделями не было.

В христианскую эпоху вплоть до Возрождения, когда доминировала теистическая мысль о непосредственном руководстве каждым небесным движением, проблемы вообще как бы не существовало — считалось самоочевидным, что Солнечную систему, Землю, человека Творец создал сразу в наблюдаемом виде. С античными идеями в духе Анаксимандра боролись беспощадно, как с прямым противоречием тексту Библии.

Деизм, конечно, расшатывал эту традицию, но, как мы видели, формирование науки шло, прежде всего, по пути исследования явлений, доступных прямому наблюдению. Античность же не дала будущей космогонии первотолчок мысли, аналогичный гениальной гелиоцентрической гипотезе Аристарха в смысле связи с наблюдаемым миром. Интерес к структуре явно опережал интерес к генезису. Усмотреть же в строении Солнечной системы отпечатки ее эволюции было не так-то просто.

В Новое Время к идеям Кузанца о единой природе космических тел и наблюдательным данным Галилея по этому поводу добавилась антично-натурфилософская, по сути, гипотеза Рене Декарта, с которой и начинается история научной космогонии.

Декарт, пытавшийся объяснить своими вихрями невидимых мельчайших частиц природу взаимодействия планет, не ограничился описанием структуры Солнечной системы. В «Началах философии», опубликованных в 1644 году, он выдвинул идею естественного формирования планет из сгустившихся вихрей. Три основных элемента — огонь, воздух и земля*— естественно распределяются за счет вытеснения более легких вихрей к периферии. Накопление тяжелых землистых атомов ведет к уплотнению вихря и формированию твердой планеты, над которой в виде атмосферы накапливается более легкий воздух.

 * В отличие от первоэлементов ионийских философов (Фалеса и других) Декартовы элементы — это как бы три группы различных элементарных частиц, находящихся в непрерывном движении: тяжелые (земля) — медленные и сильновзаимодействующие, легкие шарики воздуха — быстрые, а всепроникающие (огонь) — наибыстрейшие. Это в какой-то степени оживило атомистику Демокрита — Эпикура — Лукреция, но Декарт не допускал пустоты, заполняя ее тончайшими и не имеющими самостоятельной формы атомами огня, причем не устанавливал предельного размера своих атомов. Отсюда бесконечная дробимость Декартовой материи и отсутствие понятия абсолютно пустого пространства в смысле Ньютона.

Нельзя не отметить, что при всей своей умозрительности гипотеза Декарта была на редкость красива и необычна.

Как и вся концепция вихрей, лежащая несколько в стороне от общего пути, эта гипотеза подверглась уничтожающей критике со стороны Ньютона и его последователей, то есть людей, определивших лицо науки своего времени. И как говорится, с водой едва не был выплеснут ребенок.

Ньютон считал, что регулируемая тяготением Солнечная система — продукт деятельности Творца. В этом он исходил из преувеличенной оценки неустойчивости системы, где возмущения со временем приводят якобы к резкому нарушению орбит. Кому же, кроме Творца, восстанавливать обычный порядок? За подобную идею его едко высмеивал Лейбниц, справедливо полагая, что Ньютон унижает Творца, низводя его до уровня плохого часовщика, не способного как следует смонтировать свои уникальные часы...

Объективным в Ньютоновой критике оказалось то, что в его времена (а тем более в годы создания Декартовых «Начал») было преждевременно ставить космогоническую проблему на повестку дня — во всяком случае, ставить ее в том духе, как в Ньютоновых «Началах» ставилась проблема описания движения планет. Потребовалось еще немало времени — примерно половина 18 столетия, чтобы в закон всемирного тяготения поверили по-настоящему, осознали, что с помощью точных математических уравнений можно рассчитывать положение небесных тел в далеком прошлом и в далеком будущем. И только после этого наука оказалась готова к первичной разработке колоссальной идеи о возможности описания естественной эволюции объектов — не только их движения, что было прямо доказано, но и их формирования. Здесь фактически лежат истоки величайшей революции уже в научном мировоззрении — впервые зародились подозрения, что можно познать не только движение готовых материальных тел, но и законы их естественного развития, то есть сами тела становились как бы переменными во времени процессами.

Разумеется, влияние самого передового тогда раздела науки — небесной механики — в этом пункте огромно. Но немалую роль играли и иные направления исследований.

В 1669 году датчанин Нильс Стенсен (1638— 1686), врач и естествоиспытатель, работавший во Флоренции, впервые объясняет строение геологического среза последовательностью событий, относящихся к различным эпохам.

В 18 веке происходит подлинное зарождение эволюционных концепций, связанное прежде всего с работами директора Парижского ботанического сада Жоржа Луи Леклерка Бюффона (1707 —1788), создателя грандиозной 36-томной «Естественной истории», где он впервые попытался дать единую картину развития Земли, растительного и животного мира, настаивая на изменчивости видов.

В 1749 году в «Теории Земли» Бюффон прямо говорит о нашей планете, как об эволюционизирующем объекте и даже определяет ее возраст примерно в 70 тыс. лет*. Он же выдвинул гипотезу о происхождении Земли из сгустка солнечной материи, вырванного внезапным ударом гигантской кометы. Эта первая модель в ряду так называемых «катастрофических теорий» находилась в оппозиции к картезианской картине, но важно было то, что возникновение планеты объяснялось здесь вполне естественной причиной.

*Впоследствии выяснилось, что Бюффон доводил возраст Земли до полумиллиона лет, но этот результат остался неопубликованным. Идеи Бюффона о возрасте Земли и о естественных трансформациях видов встретили весьма холодный прием у руководителей церкви, и уже в 1751 году он вынужден был отречься от своих результатов под угрозой отлучения...

Картезианская же космогоническая идея вспыхнула на новом более высоком уровне во «Всеобщей естественной истории и теории неба», изданной в 1755 году молодым немецким ученым Иммануилом Кантом (1724—1804), впоследствии выдающимся философом. Кант предположил, что Солнечная система развивается из туманности*  — пылевой материи, первоначально рассеянной по всему ее объему. Туманность, вращаясь как целое вокруг центрального сгустка (будущего Солнца), постепенно конденсируется в отдельные планеты, которые тоже образуют как бы центры небольших туманностей, развивающихся в спутники. Очень интересно, что Кант увидел своеобразную иерархию таких процессов — планетные туманности выступают у него как относительно сконденсированные элементы галактического облака, а то, в свою очередь, как элемент еще большей туманности. Это было глубоким предчувствием лишь через много десятилетий установленной структуры Вселенной. Кант довел возраст Солнечной системы до миллионов лет.

* По латыни небула (nebula) — туманность. Отсюда и название модели Канта — небулярная гипотеза.

Такая же точка зрения была блестяще развита в лапласовском 2-томном труде «Изложение картины мира» (1796). Не останавливаясь на причине, приводящей туманность во вращение*, Лаплас показал, что это вращение совместно с силами тяготения в принципе способно привести к образованию планет. Сжатие туманности под действием гравитации ведет к ускорению вращения и сплющиванию всего облака. В дальнейшем начинается сброс вещества с очень быстро вращающегося экватора, и это вещество периодически выплескивается в форме газопылевых колец, которые, в свою очередь, конденсируются в планеты.

*Лаплас допускал, что первичный толчок к вращательному движению мог дать какой-то внешний фактор, скажем, находящаяся неподалеку звезда. В этом плане нельзя считать, что «небулярщики» с самого начала безоговорочно расходились с «катастрофистами».

Таким образом, к началу 19-го века возникло представление, что принципиально проблема строения и эволюции Солнечной системы решена в рамках ньютоновой механики. Оно поддерживалось и гершелевским открытием многочисленных туманностей — многие из них казались зародышами буквально на глазах образующихся планетных систем.

Отсюда понятна и сильная переоценка уровня и состояния науки, именуемая лапласовским детерминизмом.

Сам Лаплас восторженно писал: «Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее так же, как прошедшее, предстало бы перед его взором. Ум человеческий в совершенстве, которое он сумел придать астрономии, дает нам представление о слабом наброске того разума».

Иными словами, если записать полную систему уравнений Ньютона для всех тел Вселенной, учитывая все силы взаимодействия между ними и задавая начальные скорости и положения этих тел в какой-то момент времени, то никаких тайн не останется — все они будут заключаться в решениях этой грандиозной суперсистемы. «Бог» Лапласа — это просто некий суперкомпьютер, способный ее решить.

Разумеется, Лаплас и его современники понимали, что полная реализация этой программы — фантастика, но развитие науки все-таки мыслилось в ее рамках. Небесная механика становится общепризнанным лидером естествознания, нормируя своим образцом другие области.

«Правильность, которую обнаруживает нам астрономия,— пишет Лаплас,— без всякого сомнения, имеет место во всех явлениях. Кривая, описанная молекулой воздуха или пара, определена так же точно, как и орбиты планет; разницу между ними делает только наше незнание».

Библейский творец остался в лапласовской Вселенной безработным. Ньютон думал, что Бог хоть несколько тысяч лет назад совершил доброе дело по строительству Солнечной системы. Лапласу он вообще не нужен — за рьяными деистами он оставляет право домысливать какие-то первотолчки. Единственно кому он готов молиться — тому самому Разуму, который справился бы с решением суперсистемы...

Небулярная картина Канта — Лапласа удерживала свои позиции до начала 20 века. Она в немалой степени стимулировала развитие общего эволюционного учения и в то же время накладывала на него отпечаток детерминистских иллюзий. Процесс освобождения от них и до сих пор не совсем завершен.

В 1809 году появляется «Философия зоологии» Жана Батиста Пьера Ламарка (1744—1829), где впервые формулируется целостная эволюционная теория живых организмов, идея образования растительного и животного мира из неорганической природы. Несмотря на некоторые наивные выводы и явную дань механистическим идеалам, Ламарк заложил настоящую основу для блистательного взлета биологии в последующее столетие. Его работа — как бы мост между Пьером Беллоном (1517—1574), впервые сопоставившим скелеты человека и других позвоночных, Карлом Линнеем (1707 —1778), включившим человека в отряд приматов, и дарвиновской теорией происхождения видов.

В середине 19 века эволюционная теория испытывает взлет, связанный с работами Чарльза Дарвина (1809—1882), Альфреда Рассела Уоллеса (1823— 1913) и Томаса Гексли (1825—1895). Человек окончательно входит в естественную систематику мира, не требуя особого акта творения и окончательно лишая Творца каких-либо функций.

Однако главный урок интенсивно развивающейся биологии был принят и понят не сразу. Ведь биология столкнула ученых с рассмотрением сверхсложных систем, требующих совсем иного подхода, чем системы механические. Физика до сих пор усваивает этот урок.

Кроме всего прочего, теория естественного отбора предъявляла существенно иные требования к оценке возраста Вселенной. Очень медленный процесс биоэволюции не мог бы так далеко зайти на планете, существующей сотни тысяч и даже миллионы лет. Счет подошел к миллиардам! В этом плане биология как бы подтверждала те выводы, которые стали складываться к середине 19 века в области геологических исследований.

В недрах Земли обнаружилось явное расслоение по различным очень длительным эпохам, когда на планете царили совсем иные виды животных и растений, иной была и минеральная структура. Для постепенного возникновения этих слоев требовались сроки в тысячи раз больше тех, которые предписывались небулярной моделью.

Общая геологическая картина была построена Джеймсом Хаттоном (1726—1797) в «Теории Земли» (1785) и Чарльзом Лайеллом (1797 —1875) в его трехтомных «Основах геологии», опубликованных в начале 30-х годов прошлого века. Развитая ими теория геологической эволюции, основанная на идее постепенного формирования слоев осадочных пород и земного рельефа, напрямую приводила к заключению об огромных сроках существования Земли. Живо интересовавшийся биологическими проблемами Лайелл опубликовал в 1836 году книгу «Геологические доказательства древности человека», послужившую важным подспорьем для последующего становления дарвиновской теории.

Так во взаимодействии наук формировалось представление о меняющихся космических мирах. Роль здесь биологии и бурно пошедшей в рост с середины 19 века теории эволюции социальных структур во многом еще постигается. Их связь с астропроблемами будет обсуждаться в 3-й части этой книги.

Но в обсуждении современных этапов открытия Вселенной совершенно особую роль играет взаимодействие астрономии с физикой. С этого мы и начнем следующую главу.