Русская версия: Галилео Галилей: И всё-таки Земля вертится!

ГАЛІЛЕО ГАЛІЛЕЙ

15 лютого 1564 в університетському місті Великого герцогства Тосканського Пізі народився Галілео Галілей, а три дні по тому в Римі помер Мікеланджело Буонаротті. Найбільший художник епохи Відродження немов передав естафету її найславетнішому вченому. Ця естафета - духовне звільнення людини від пут Середньовіччя. Для них вона виражалася словами Біблії: "І сказав Бог: Створімо людину за образом Нашим і подобою".

Людина, кажуть нам барви Мікеланджело, не всесильна і не всемогутня, але Богоподібна. У людині живе краса духу Божого. Наш розум не може рівнятися з божественним, нескінченним за своїми можливостями, але людина, яка зрозуміла мову логіки і математики, звернувши очі до природи, знаходить знання тієї ж достовірності, яка є у Бога. Людина в усьому може і повинна покластися на свій розум саме тому, що він - дар Божий. Такою була віра великої епохи.

Галілей належав до знатної, але збіднілої флорентійської сім'ї. Його батько Вінченцо, відомий музикант і теоретик музики, зробив чимало для розвитку здібностей сина. Батьки були першими вчителями Галілео. Завдяки їм хлопчик отримав початкову класичну, музичну і літературну освіту.

У 1575 р. родина повернулася до Флоренції, де 11-річного Галілео віддали в світську школу при монастирі. Тут він вивчав мови, риторику, поезію, музику, малювання і просту механіку. Хлопчик настільки захопився цими предметами, що захотів стати живописцем і музикантом. Проте Вінченцо наполягав, щоб син допомагав йому в суконній торгівлі. Галілео забрали зі школи в 15 років, але, помітивши незвичайні здібності сина, батьки все-таки вирішили послати його в університет. Вони бажали бачити свого первістка лікарем.

У вересні 1581 Галілео став студентом Пізанського університету. Він оселився в будинку родича і жив на стипендію. Займався Галілео головним чином самостійно, вивчаючи підручники з медицини, праці Аристотеля і особливо Платона, якого полюбив за математичний склад розуму. Він захопився виготовленням машин, які були описані в працях Архімеда. Незалежність мислення Галілео, його обдумані аргументи спантеличували викладачів, а студенти прозвали його задиракою, тому що суперечки про праці Аристотеля часто переходили в гострі глузування Галілео над опонентом.

У 1582 р. він зробив кілька маятників. Спостерігаючи за їх качаннями, Галілео відкрив закон ізохронного (від гре%D� застосовував математику до практичної механіки, особливо до гідравліки. Результатом чотирирічного флорентійського періоду життя Галілея став невеликирй твір "Маленькі гідростатичні ваги".

Робота мала суто практичні цілі: вдосконаливши вже відомий метод гідростатичного зважування, Галілей застосував його для визначення щільності металів і дорогоцінного каміння. Він виготовив кілька рукописних копій своєї роботи і спробував їх розповсюдити. Цим шляхом він познайомився з відомим математиком того часу - маркізом Гвідо Убальдо дель Монте, автором підручника з механіки. Монте відразу оцінив видатні здібності молодого вченого і, займаючи високу посаду генерал-інспектора всіх фортець і укріплень в герцогстві Тосканського, зміг надати Галілею важливу послугу: за його рекомендацією в 1589 останній одержав місце професора математики в тому самому Пізанському університеті, де раніше був студентом. На час перебування Галілея на кафедрі в Пізі відноситься його праця Про рух (De Motu, 1590).

У ньому він вперше наводить аргументи проти арістотелівського вчення про падіння тіл. Пізніше ці доводи були сформульовані їм у вигляді закону про пропорційності шляху, пройденого тілом, квадрату часу падіння (за твердженням Аристотеля, "в безповітряному просторі всі тіла падають нескінченно швидко").

У 1591 помер батько Галілея, і йому довелося взяти на себе турботу про інших членів родини. На щастя, маркіз дель Монте домігся для свого протеже місця, більш ві�1�. "Ізос" - "рівний", "однаковий"; "хронос" - "час") коливаня: період коливань вантажу, підвішеного на нитці, залежить тільки від довжини нитки і не залежить від маси і розмаху коливань.

На другому курсі Галілео потрапив на лекцію з геометрії, захопився математикою і дуже шкодував, що не може кинути медицину. На четвертому році навчання йому не призначили стипендію. Саме в цей час він вперше познайомився з фізикою Аристотеля, з роботами стародавніх математиків - Евкліда і Архімеда (останній став його справжнім вчителем).

Залишившись без засобів, в 1585 р. (у його батька нічим було платити за подальше навчання) Галілей повернувся у Флоренцію. Тут йому вдалося знайти чудового вчителя математики Остіліо Річчі, який на своїх заняттях обговорював не тільки суто математичні проблеми, але дповідного його здібностям: в 1592 Галілей зайняв кафедру математики Падуанського університету у Венеціанській республіці. Він повинен був викладати геометрію, механіку, астрономію. Курс астрономії він читав, залишаючись у рамках офіційно прийнятих поглядів Аристотеля - Птолемея, і навіть написав короткий курс геоцентричної астрономії.

Однак його справжні погляди на систему світобудови були зовсім іншими, про що свідчать такі рядки з листа до Кеплера (4 серпня 1597):

"До думки Коперника (про геліоцентричної системи) я прийшов багато років тому і, виходячи з нього, знайшов причини багатьох природних явищ".

У перші роки свого професорства Галілей займався головним чином розробкою нової механіки, побудованої не за принципами Аристотеля. Він сформулював більш чітко "золоте правило механіки", яке вивів з відкритого їм більш загального принципу, сформульованого у Трактаті з механіки (Le Meccaniche, 1594).

У цьому трактаті, написаному для студентів, Галілей виклав основи теорії простих механізмів, користуючись поняттям моменту сили. Ця праця та записки з астрономії, поширювались серед студентів, створили авторові славу не тільки в Італії, але і в інших країнах Європи.

Крім того, в усному викладанні Галілей часто користувався італійською мовою, що приваблювало на його лекції численних студентів. У Падуанський період життя Галілея (1592-1610) визріли його основні роботи з області динаміки: про рух тіла по похилій площині і тіла, кинутого під кутом до горизонту; до цього ж часу відносяться дослідження про міцність матеріалів. Проте з усіх своїх робіт того часу Галілей опублікував тільки невелику брошуру про винайдений їм пропорційний циркуль, який дозволяє проводити різні розрахунки і побудови.

Перші праці Галілея зацікавили інспектора тосканських військових укріплень, механіка і геометра Гвідобальдо дель Монте. Вони подружилися і організували у Флоренції гурток любителів науки. Галілей ставав відомим.

У 1589 р. він отримав посаду професора математики в Пізанському університеті. Платня професора математики була в 50 разів менше окладу професора медицини, але все ж Галілей був задоволений. Він міг почати самостійне життя і зайнятися науковою діяльністю.

В обов'язки Галілея входило читання лекцій з геометрії, філософії природи і астрономії Аристотеля - Птолемея. У лекціях з філософії Галілей нерідко заперечував фізичні ідеї Аристотеля і тут же ставив досліди, щоб наочно довести свою правоту. Наприклад, він демонстрував рух куль однакового розміру з дерева і металу по гладкому похилому жолобу. Досвід показував, що прискорення куль залежить тільки від кута нахилу жолоба і не залежить від маси. Це суперечило твердженню Аристотеля, що швидкість падаючого тіла тим більше, чим більше маса тіла. Перші свої досліди і роздуми про закони падіння тіл Галілей виклав у невеликому праці "Про рух" (1590 р.).

Восени 1592 Галілей отримав кафедру математики в одному з найстаріших університетів Європи - Падуанському. Падуя входила до складу могутньої Венеціанської республіки. Її обрав Шекспір сценою для свого "Отелло" (Шекспір і Галілей - однолітки). В університеті Галілей читав ті ж курси геометрії Евкліда, астрономії Птолемея і фізики Аристотеля. Він завжди був блискучим лектором, але тепер не дозволяв собі ніяких випадів проти середньовічних авторитетів: Джордано Бруно, схоплений тут, у Венеції, вже сидів у катівнях інквізиції.

Падуанський період - час найвищого розквіту наукової діяльності Галілея. Він став найщасливішим у його житті. Слухачами його загальнодоступних лекцій були молоді аристократи, які бажали отримати освіту в галузі військово-інженерних дисциплінах. Для них Галілей читав курси з фортифікації і балістиці. Він відкрив у Пізі майстерню, де виготовлялися різні механізми і прилади, у тому числі винайдені ним самим. Тут було зроблено термоскоп Галілея - попередник сучасного термометра, а також прилад для вимірювання частоти - метроном. Рукописні тексти його лекцій, посібники з механіки і астрономії були дуже популярні не тільки в Італії, але і у всій Європі.

У 1597 р. почалося листування Галілея з Іоганном Кеплером. Кеплер надіслав Галілею свою першу книгу "Таємниця Всесвіту", написану з коперніканських позицій. Галілей відповів Кеплеру, що теж поділяє думку Коперника:

"Виходячи з його точки зору, я знайшов причини багатьох природних явищ. Я написав спростування багатьом доводам прихильників Птолемея, але до цих пір не наважуюся пустити їх у світ, будучи застрашеним долею вчителя нашого Коперника. У небагатьох він користується невмирущою славою, а нескінченним безліччю - бо таке число дурнів - він осміяний і обсвистаний. Я був би сміливішим, якби було більше таких людей, як ти ...  Як шкода, що мало людей, які шукають істину, а не слідують дурному способу  філософствування ".

10 жовтня 1604 в сузір'ї Змієносця спалахнула невідома раніше зірка. У максимумі блиску вона була яскравіше Юпітера. Галілей спостерігав її до кінця 1605. Тепер відомо, що це був спалах наднової зірки в нашій Галактиці. Галілей присвятив зірці три лекції в університеті, на які прийшло більше тисячі чоловік. Багато зацікавилися новим світилом. Зірка була в одному і тому ж місці небесної сфери, тому Галілей стверджував, що вона знаходиться набагато далі від Землі, ніж Місяць і планети. Він запропонував таку гіпотезу: нова зірка є щільним скупченням земних випарів, освітлюваних Сонцем. Це скупчення піднялося в область сфери нерухомих зірок. У гіпотезі Галілея немає нічого такого, що пізніше підтвердилося б, а його лекції вчать тільки тому, що завжди у природі існують явища, які сьогодні неможливо пояснити навіть приблизно правильно.

Чутки про те, що в Голландії винайдена зорова труба, дійшли до Венеції в травні 1609 р. Галілей відразу ж відправився до Падуї і зайнявся спорудою подібного інструменту у своїй майстерні. У перший же вечір він здогадався, як вона влаштована, і зробив трубу з триразовим збільшенням.

У серпні 1609 Галілео Галілей виготовив трубу зі збільшенням у 30 разів. Труба мала довжину 1245 мм; об'єктивом в неї була опукла очкова лінза діаметром 53 мм, а плосковігнутий окуляр мав оптичну силу -25 діоптрій. Використано там було зовсім не очкове скло, як прийнято думати з подачі самого Галілея. Він, мабуть, зрозумів, як можна ставити збільшення труби, але вважав за краще про це не писати.

Його телескоп був на порядок потужнішим і кращим за всі зорові труби того часу. Але головне, Галілей першим зрозумів, що основне наукове призначення зорової труби - це спостереження небесних тіл. З 30-кратної трубою Галілей зробив усі свої телескопічні відкриття. Вона до цих пір зберігається в музеї у Флоренції.
Зауважимо, що за 400 років після Галілея телескопів досягли лише 60-тикратне розширення наземних телескопів, тобто 1 кутової секунди. Обмеження дозволу викликається турбулентним рухом атмосферного повітря, і внаслідок цього, розмиванням зображення зірки до 1 - 3 секунд.

Єдиною істотною перевагою сучасних наземних телескопів є їх світлосила: із-за великого діаметру оптики вони збирають більше світла, і є можливість спостереження дуже тьмяних об'єктів.

Одну з труб Галілей підніс венеціанському дожеві (правителю) як прилад для раннього виявлення ворожого флоту. У результаті він був щедро нагороджений і довічно затверджений на посаді професора Падуанського університета зі збільшенням платні в три рази.

Перш за все Галілей приступив до спостережень Місяця. Він побачив місячний пейзаж - цирки і кратери, гірські ланцюги і вершини, розглянувши в телескоп відкидані ними тіні. Він вивчив також кілька великих темних низинних областей, які назвав морями. Поверхня Місяця виявилася схожою із земною. На підставі своїх спостережень Галілей прийшов до висновку, що Місяць є таким же кам'янистим тілом, як і Земля.

Галілей виявив фази у Венери і відкрив чотири супутники Юпітера, які тепер називають галілеївськими. Телескоп Галілея вперше розклав на зірки деякі туманні плями на небі. Так, суцільне сяйво Чумацького Шляху виявилося гігантським скупченням зірок. Таким чином, Галілей є першовідкривачем Галактики. Зірки втратили свої удавані розміри, і стало зрозуміло, що вони дійсно дуже далекі від Землі, як і передбачав Коперник.

У ніч на 7 січня 1610 Галілео Галілей виявив поблизу Юпітера три зірочки. Під час наступних спостережень він переконався, що бачив супутники, які залишаються біля Юпітера, змінюючи своє положення щодо нього.

У березні 1610 р. вийшов твір Галілея "Зоряний вісник, що відкриває великі і надзвичайно дивовижні видовища ...", що сповістив світ про нові астрономічні відкриття. Про Місяць він писав:

"Поверхня Місяця не цілком гладка, позбавлена будь-яких нерівностей і ідеально куляста, як вважає одна філософська школа. Навпаки, ця поверхня дуже неправильна, поцяткована ямами і підняттям, в точності як і поверхня Землі, яка всюди пересічена високими горами і глибокими долинами" .

Галілей зміг оцінити висоту місячних гір по довжині тіней, отримавши величину близько 7 км. Він спостерігав "попелясте світло" диска Місяця поблизу фази молодика, пояснюючи його тим, що темна поверхня Місяця в цей час висвітлюється променями Сонця, відбитими від земної поверхні.

Про свої спостереження супутників Юпітера Галілей повідомляв:

"Хоча я і прийняв їх за нерухомі зірки, мене здивувало їх розташування в точності на одній прямій лінії, паралельної екліптиці ... Дві зірки розташовувалися на схід, а одна - на захід ... Але коли я з волі Божої повторив спостереження 8 січня , то виявив цілком інше розташування - всі три зірочки стояли на захід від Юпітера, ближче до нього і один до одного ...".

І далі:

"Не може бути сумніву в тому, що вони роблять свої обороти навколо Юпітера, а разом з ним у дванадцять років - оборот біля центру світу ...

Ми набуваємо прекрасний аргумент проти тих, які, миряться в системі Коперника з рухом планет навколо Сонця, настільки бентежаться річним обігом Місяця разом із Землею навколо Сонця, що відкидають цю світову систему. Але тепер є не лише одна планета, що обертається навколо іншої і разом з останньою - навколо Сонця, але цілих чотири, подорожуючих і навколо Юпітера, і разом з ним - навколо Сонця ".
Нове відкриття Галілей присвятив своєму учневі - Великому герцогу Тосканському Козімо II Медичі і назвав нові планети Медичійськими світилами.

Ніколи ще наукові відкриття не виробляли настільки приголомшуючого враження на культурний світ. Галілей став знаменитий. Французький король Генріх IV дав зрозуміти, що якщо вчений в честь нього назве якусь зірку, то буде щедро нагороджений. Галілей став екстраординарним професором Пізанського університету (при цьому він не був зобов'язаний читати лекції) і отримав титул Першого математика і філософа Великого герцога Тосканського.

Проте офіційний науковий світ зустрів "Зоряний вісник" з недовірою. Галілей відправив екземпляр книги Кеплеру і попросив підтримки. Кеплер написав відповідь і опублікував його, назвавши "Розмова із Зоряним вісником". У "Розмові" Кеплер висловив повну довіру ретельності галілеївських спостережень. Він запропонував для "зірок" Юпітера і для Місяця нову назву "супутник", упевнений, що супутники є і в інших планет.

Дружня підтримка Кеплера була дуже важлива для Галілея. У відповіді на "Розмова" Галілей писав:

"Посміємося, мій Кеплер, великій дурості людській. Що сказати про перших філософів Пізанського університету, які із завзятістю гаспида, незважаючи на тисячі запрошень, не хотіли навіть поглянути ні на планети, ні на Місяць, ні навіть на телескоп. Цей сорт людей думає, що філософія - це якась книга на кшталт "Одіссеї" та істину, кажучи їх власними словами, треба шукати не в природі, а в звірянні текстів. Як голосно зареготав ти, якби чув, що тлумачив проти мене у присутності Великого герцога Тосканського перший учений тутешньої гімназії, як він намагався аргументами логіки, немов магічними заклинаннями, видалити з неба нові планети ".
Галілею належить відкриття яскравих плям - флоккула на Сонці, переміщення яких підтвердило незадовго до того виявлене обертання цього світила. Всі спостереження Галілей описав у роботі "Зоряний вісник".

Думки, висловлені Галілеєм в "Зоряному віснику", ніяк не вписувалися в рамки аристотелівського світогляду. Вони збігалися з поглядами Миколи Коперника і Джордано Бруно. Так, Галілей вважав Місяць подібною за своєю природою з Землею, а з точки зору Аристотеля (і церкви) не могло бути й мови про подібність "земного" та "небесного". Далі, Галілей пояснював природу "попелястого світла" Місяця тим, що її темна сторона в цей час освітлюється світлом Сонця, відбитим від Землі, а звідси випливало, що Земля - лише одна з планет, які обертаються навколо Сонця.

У жовтні 1610 Галілей зробив нове сенсаційне відкриття: він спостерігав фази Венери. Пояснення цьому могло бути тільки одне: рух планети навколо Сонця і зміна положення Венери і Землі щодо Сонця.

Проти астрономічних відкриттів Галілея посипалися заперечення. Його опоненти - німецький астролог Мартін Хорки, італієць Коломбе, флорентієць Францеск Сицци - висували суто астрологічні і богословські аргументи, що відповідали вченню "великого Аристотеля" і поглядам церкви.

Однак незабаром відкриття Галілея отримали підтвердження. Існування супутників Юпітера констатував Іоганн Кеплер; в листопаді 1610 Пейреск у Франції почав регулярні спостереження за ними. А до кінця 1610 Галілей зробив ще одне чудове відкриття: він побачив на Сонці темні плями. Їх бачили й інші спостерігачі, зокрема єзуїт Христофер Шейнер, але останній вважав плями невеликими тілами, що обертаються навколо Сонця. Заява Галілея про те, що плями повинні знаходитися на самій поверхні Сонця, суперечило уявленням Аристотеля про абсолютну нетлінності і незмінності небесних тіл. Суперечка з Шейнером посварив Галілея з єзуїтським орденом.

У хід пішли міркування про ставлення Біблії до астрономії, суперечки з приводу піфагорейського (тобто коперниканского) вчення, випади озлобленого духовенства проти Галілея. Навіть при дворі великого герцога Тосканського стали холодніше ставитися до вченого. 23 березня 1611 Галілей їде в Рим. Тут знаходився впливовий центр католицької вченості, т.зв. Римська колегія. Вона складалася з вчених-єзуїтів, серед яких були хороші математики. Батьки-єзуїти самі вели астрономічні спостереження. Римська колегія підтвердила, з деякими застереженнями, дійсність телескопічних спостережень Галілея, і на деякий час вченого залишили в спокої.

Після повернення у Флоренцію Галілей набув ще одну наукову суперечку - про плавання тіл. За пропозицією герцога Тосканського він написав з цього питання спеціальний трактат - Міркування про тіла, які перебувають у воді (Discorso intorno alle cose, che stanno in su l'aqua, 1612).

У своїй праці Галілей обгрунтовував закон Архімеда строго математично і доводив помилковість твердження Аристотеля про те, що занурення тіл у воду залежить від їх форми. Католицька церква, підтримувала вчення Аристотеля, тому розцінила друкований виступ Галілея як випад проти церкви. Вченому пригадали і його прихильність теорії Коперника, яка, на думку схоластів, не відповідала Священному Писанню.
Продовження: Галілео Галілей: І все-таки Земля крутиться!