Українська версія: Галілео Галілей: І все-таки Земля крутиться!

ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ
15 февраля 1564 г. в университетском городе Великого герцогства Тосканского Пизе родился Галилео Галилей, а три дня спустя в Риме скончался Микеланджело Буонаротти. Величайший художник эпохи Возрождения словно передал эстафету её славнейшему учёному.

Эта эстафета - духовное освобождение человека от уз Средневековья. Для них она выражалась словами Библии: "И сказал Бог: сотворим человека по образу Нашему и подобию".

Человек, говорят нам краски и мраморы Микеланджело, не всесилен и не всемогущ, но богоподобен. В нём живёт красота духа Божия. Наш разум не может равняться с божественным, бесконечным по своим возможностям, но человек, постигший язык логики и математики, обратив глаза к природе, обретает знания той же достоверности, какая есть у Бога.

Человек во всём может и должен положиться на свой разум именно потому, что он - дар Божий. Такой была вера великой эпохи. Галилей принадлежал к знатной, но обедневшей флорентийской семье. Его отец Винченцо, известный музыкант и теоретик музыки, сделал немало для развития способностей сына. Родители были первыми учителями Галилео. Благодаря им мальчик получил начальное классическое, музыкальное и литературное образование.

В 1575 г. семейство вернулось во Флоренцию, где 11-летнего Галилео отдали в светскую школу при монастыре. Здесь он изучал языки, риторику, поэзию, музыку, рисование и простейшую механику. Мальчик настолько увлёкся этими предметами, что захотел стать живописцем и музыкантом.

Однако Винченцо настаивал, чтобы сын помогал ему в суконной торговле. Галилео забрали из школы в 15 лет, но, заметив необыкновенные способности сына, родители всё-таки решили послать его в университет. Они желали видеть своего первенца врачом.

В сентябре 1581 г. Галилео стал студентом Пизанского университета. Он поселился в доме родственника и жил на стипендию. Занимался Галилео главным образом самостоятельно, штудируя учебники по медицине, труды Аристотеля и особенно Платона, которого полюбил за математический склад ума. Он увлёкся изготовлением машин, которые были описаны в трудах Архимеда.

Независимость мышления Галилео, его обдуманные аргументы озадачивали преподавателей, а студенты прозвали его задирой, потому что споры о трудах Аристотеля часто переходили в острые насмешки Галилео над оппонентом.

В 1582 г. он сделал несколько маятников. Наблюдая за их качаниями, Галилео открыл закон изохронности (от греч. "изос" - "равный", "одинаковый"; "хронос" - "время") колебаний: период колебаний груза, подвешенного на нити, зависит только от длины нити и не зависит от массы и размаха колебаний. На втором курсе Галилео попал на лекцию по геометрии, увлёкся математикой и очень жалел, что не может бросить медицину. На четвёртом году обучения ему не назначили стипендию. Именно в это время он впервые познакомился с физикой Аристотеля, с работами древних математиков - Евклида и Архимеда (последний стал его настоящим учителем).

Оставшись без средств, в 1585 г. (у его отца нечем было платить за дальнейшее обучение) Галилей вернулся во Флорбальдо дель Монте, автором Учебника по механике.

Монте сразу оценил выдающиеся способности молодого ученого и, занимая высокий пост генерал-инспектора всех крепостей и укреплений в герцогстве Тосканском, смог оказать Галилею важную услугу: по его рекомендации в 1589 последний получил место профессора математики в том самом Пизанском университете, где ранее был студентом.

Ко времени пребывания Галилея на кафедре в Пизе относится его труд О движении (De Motu, 1590). В нем он впервые приводит доводы против аристотелевского учения о падении тел. Позже эти доводы были сформулированы им в виде закона о пропорциональности пути, пройденного телом, квадрату времени падения (по утверждению Аристотеля, "в безвоздушном пространстве все тела пан0�нцию. Здесь ему удалось найти замечательного учителя математики Остилио Риччи, который на своих занятиях обсуждал не только чисто математические проблемы, но и применял математику к практической механике, в особенности к гидравлике. Результатом четырехлетнего флорентийского периода жизни Галилея стало небольшое сочинение "Маленькие гидростатические весы".

Работа преследовала чисто практические цели: усовершенствовав уже известный метод гидростатического взвешивания, Галилей применил его для определения плотности металлов и драгоценных камней. Он изготовил несколько рукописных копий своей работы и попытался их распространить. Этим путем он познакомился с известным математиком того времени - маркизом Гвидо У%4ают бесконечно быстро").

В 1591 умер отец Галилея, и ему пришлось взять на себя заботу об остальных членах семьи. К счастью, маркиз дель Монте добился для своего протеже места, более соответствовавшего его способностям: в 1592 Галилей занял кафедру математики Падуанского университета в Венецианской республике.

Он должен был преподавать геометрию, механику, астрономию. Курс астрономии он читал, оставаясь в рамках официально принятых воззрений Аристотеля - Птолемея, и даже написал краткий курс геоцентрической астрономии. Однако его действительные взгляды на систему мироздания были совершенно иными, о чем говорят следующие строки из письма к Кеплеру (4 августа 1597):

В первые годы своего профессорства Галилей занимался главным образом разработкой новой механики, построенной не по принципам Аристотеля. Он сформулировал более четко "золотое правило механики", которое вывел из открытого им более общего принципа, сформулированного в Трактате по механике (Le Meccaniche, 1594).

В этом трактате, написанном для студентов, Галилей изложил основы теории простых механизмов, пользуясь понятием момента силы. Этот труд и записки по астрономии, распространившись среди студентов, создали автору славу не только в Италии, но и в других странах Европы.

Кроме того, в устном преподавании Галилей часто пользовался итальянским языком, что привлекало на его лекции многочисленных студентов. В Падуанский период жизни Галилея (1592-1610) созрели его основные работы из области динамики: о движении тела по наклонной плоскости и тела, брошенного под углом к горизонту; к этому же времени относятся исследования о прочности материалов.

Однако из всех своих работ того времени Галилей опубликовал только небольшую брошюру об изобретенном им пропорциальном циркуле, позволявшем производить различные расчеты и построения. Первые труды Галилея заинтересовали инспектора тосканских военных укреплений, механика и геометра Гвидобальдо дель Монте. Они подружились и организовали во Флоренции кружок любителей науки.

Галилей становился известным. В 1589 г. он получил должность профессора математики в Пизанском университете. Жалование профессора математики было в 50 раз меньше оклада профессора медицины, но всё же Галилей был доволен. Он мог начать самостоятельную жизнь и заняться научной деятельностью. В обязанности Галилея входило чтение лекций по геометрии, философии природы и астрономии Аристотеля - Птолемея.

В лекциях по философии Галилей нередко оспаривал физические идеи Аристотеля и тут же ставил опыты, чтобы наглядно доказать свою правоту. Например, он демонстрировал движение шаров одинакового размера из дерева и металла по гладкому наклонному жёлобу.

Опыт показывал, что ускорение шаров зависит только от угла наклона желоба и не зависит от массы. Это противоречило утверждению Аристотеля, что скорость падающего тела тем больше, чем больше масса тела. Первые свои опыты и размышления о законах падения тел Галилей изложил в небольшом труде "О движении" (1590 г.).

Осенью 1592 г. Галилей получил кафедру математики в одном из старейших университетов Европы - Падуанском. Падуя входила в состав могущественной Венецианской республики. Её избрал Шекспир сценой для своего "Отелло" (Шекспир и Галилей - одногодки).

В университете Галилей читал те же курсы геометрии Евклида, астрономии Птолемея и физики Аристотеля. Он всегда был блестящим лектором, но теперь не позволял себе никаких выпадов против средневековых авторитетов: Джордано Бруно, схваченный здесь, в Венеции, уже сидел в застенках инквизиции.

Падуанский период - время наивысшего расцвета научной деятельности Галилея. Оно стало самым счастливым в его жизни. Слушателями его общедоступных лекций были молодые аристократы, желавшие получить образование в области военно-инженерных дисциплин. Для них Галилей читал курсы по фортификации и баллистике.

Он открыл в Пизе мастерскую, где изготовлялись различные механизмы и приборы, в том числе изобретённые им самим. Здесь был сделан термоскоп Галилея - предшественник современного термометра, а также прибор для измерения частоты - метроном.

Рукописные тексты его лекций, пособия по механике и астрономии были очень популярны не только в Италии, но и во всей Европе. В 1597 г. началась переписка Галилея с Иоганном Кеплером. Кеплер прислал Галилею свою первую книгу "Тайна Вселенной", написанную с коперниканских позиций. Галилей ответил Кеплеру, что тоже разделяет мнение Коперника:

10 октября 1604 г. в созвездии Змееносца вспыхнула неизвестная ранее звезда. В максимуме блеска она была ярче Юпитера. Галилей наблюдал её до конца 1605 г. Теперь известно, что это была вспышка сверхновой звезды в нашей Галактике.

Галилей посвятил звезде три лекции в университете, на которые пришло более тысячи человек. Многие заинтересовались новым светилом. Звезда была в одном и том же месте небесной сферы, поэтому Галилей утверждал, что она находится гораздо дальше от Земли, чем Луна и планеты.

Он предложил такую гипотезу: новая звезда является плотным скоплением земных испарений, освещаемых Солнцем. Это скопление поднялось в область сферы неподвижных звёзд. В гипотезе Галилея нет ничего такого, что позднее подтвердилось бы, а его лекции учат только тому, что всегда в природе существуют явления, которые сегодня невозможно объяснить даже приблизительно правильно.

Слухи о том, что в Голландии изобретена зрительная труба, дошли до Венеции в мае 1609 г. Галилей сразу же отправился в Падую и занялся сооружением подобного инструмента в своей мастерской. В первый же вечер он догадался, как она устроена, и сделал трубу с трёхкратным увеличением.

В августе 1609 г. Галилео Галилей изготовил трубу с увеличением в 30 раз. Труба имела длину 1245 мм; объективом у неё была выпуклая очковая линза диаметром 53 мм, а плосковогнутый окуляр имел оптическую силу -25 диоптрий. Использовано там было вовсе не очковое стекло, как принято думать с подачи самого Галилея. Он, видимо, понял, как можно задавать увеличение трубы, но предпочитал об этом не писать.

Его телескоп был на порядок мощнее и лучше всех зрительных труб того времени. Но главное, Галилей первым понял, что основное научное назначение зрительной трубы - это наблюдение небесных тел. С 30-кратной трубой Галилей сделал все свои телескопические открытия. Она до сих пор хранится в музее во Флоренции.

Заметим, что за 400 лет после Галилея телескопостроители достигли лишь 60-тикратного разрешения наземных телескопов, то есть 1 угловой секунды. Ограничение разрешения вызывается турбулентным движением атмосферного воздуха, и вследствии этого, размыванием изображения звезды до 1 - 3 секунд. Единственным существенным преимуществом современных наземных телескопов является их светосила: из-за большого диаметра оптики они собирают больше света, и имеется возможность наблюдения очень тусклых объектов.

Одну из труб Галилей преподнёс венецианскому дожу (правителю) как прибор для раннего обнаружения вражеского флота. В результате он был щедро награждён и пожизненно утверждён в должности профессора Падуанского университета с увеличением жалования в три раза.

Прежде всего Галилей приступил к наблюдениям Луны. Он увидел лунный пейзаж - цирки и кратеры, горные цепи и вершины, разглядев в телескоп отбрасываемые ими тени. Он изучил также несколько больших тёмных низменных областей, которые назвал морями. Поверхность Луны оказалась схожей с земной. На основании своих наблюдений Галилей пришел к выводу, что Луна является таким же каменистым телом, как и Земля.

Галилей обнаружил фазы у Венеры и открыл четыре спутника Юпитера, которые теперь называют галилеевскими. Телескоп Галилея впервые разложил на звезды некоторые туманные пятна на небе. Так, сплошное сияние Млечного Пути оказалось гигантским скоплением звезд. Таким образом, Галилей является первооткрывателем Галактики. Звёзды потеряли свои кажущиеся размеры, и стало понятно, что они действительно очень далеки от Земли, как и предполагал Коперник.

В ночь на 7 января 1610 г. Галилео Галилей обнаружил вблизи Юпитера три звёздочки. Во время последующих наблюдений он убедился, что видел спутники, которые остаются возле Юпитера, меняя своё положение относительно него. В марте 1610 г. вышло сочинение Галилея "Звёздный вестник, открывающий великие и в высшей степени удивительные зрелища...", оповестившее мир о новых астрономических открытиях. О Луне он писал:

Галилей смог оценить высоту лунных гор по длине теней, получив величину около 7 км. Он наблюдал "пепельный свет" диска Луны вблизи фазы новолуния, объясняя его тем, что тёмная поверхность Луны в это время освещается лучами Солнца, отражёнными от земной поверхности. О своих наблюдениях спутников Юпитера Галилей сообщал:

И далее:

Новое открытие Галилей посвятил своему ученику - Великому герцогу Тосканскому Козимо II Медичи и назвал новые планеты Медичейскими светилами.

Никогда ещё научные открытия не производили столь ошеломляющего впечатления на культурный мир. Галилей стал знаменит. Французский король Генрих IV дал понять, что если учёный в честь него назовёт какую-нибудь звезду, то будет щедро награждён.

Галилей стал экстраординарным профессором Пизанского университета (при этом он не был обязан читать лекции) и получил титул Первого математика и философа Великого герцога Тосканского. Однако официальный научный мир встретил "Звёздный вестник" с недоверием. Галилей отправил экземпляр книги Кеплеру и попросил поддержки. Кеплер написал ответ и опубликовал его, назвав "Разговор со Звёздным вестником".

В "Разговоре" Кеплер выразил полное доверие тщательности галилеевских наблюдений. Он предложил для "звёзд" Юпитера и для Луны новое название "спутник", уверенный, что спутники есть и у других планет. Дружеская поддержка Кеплера была очень важна для Галилея. В ответе на "Разговор" Галилей писал:

Галилею принадлежит открытие ярких пятен - флоккулов на Солнце, перемещение которых подтвердило незадолго до того обнаруженное вращение этого светила. Все наблюдения Галилей описал в работе "Звездный вестник". Мысли, высказанные Галилеем в "Звездном вестнике", никак не вписывались в рамки аристотелевского мировоззрения.

Они совпадали со взглядами Николая Коперника и Джордано Бруно. Так, Галилей считал Луну сходной по своей природе с Землей, а с точки зрения Аристотеля (и церкви) не могло быть и речи о подобии <земного> и <небесного>. Далее, Галилей объяснял природу "пепельного света" Луны тем, что ее темная сторона в это время освещается светом Солнца, отраженным от Земли, а отсюда следовало, что Земля - лишь одна из планет, обращающихся вокруг Солнца.

В октябре 1610 Галилей сделал новое сенсационное открытие: он наблюдал фазы Венеры. Объяснение этому могло быть только одно: движение планеты вокруг Солнца и изменение положения Венеры и Земли относительно Солнца.Против астрономических открытий Галилея посыпались возражения. Его оппоненты - немецкий астролог Мартин Хорки, итальянец Коломбе, флорентиец Францеско Сицци - выдвигали чисто астрологические и богословские аргументы, соответствовавшие учению <великого Аристотеля> и взглядам церкви.

Однако вскоре открытия Галилея получили подтверждение. Существование спутников Юпитера констатировал Иоганн Кеплер; в ноябре 1610 Пейреск во Франции начал регулярные наблюдения за ними. А к концу 1610 Галилей сделал еще одно замечательное открытие: он усмотрел на Солнце темные пятна. Их видели и другие наблюдатели, в частности иезуит Христофер Шейнер, но последний считал пятна небольшими телами, обращающимися вокруг Солнца. Заявление Галилея о том, что пятна должны находиться на самой поверхности Солнца, противоречило представлениям Аристотеля об абсолютной нетленности и неизменности небесных тел.

Спор с Шейнером поссорил Галилея с иезуитским орденом. В ход пошли рассуждения об отношении Библии к астрономии, споры по поводу пифагорейского (т.е. коперниканского) учения, выпады озлобленного духовенства против Галилея. Даже при дворе великого герцога Тоскансого стали холоднее относиться к ученому. 23 марта 1611 Галилей едет в Рим.

Здесь находился влиятельный центр католической учености, т.н. Римская коллегия. Она состояла из ученых-иезуитов, среди которых были хорошие математики. Отцы-иезуиты сами вели астрономические наблюдения. Римская коллегия подтвердила, с некоторыми оговорками, действительность телескопических наблюдений Галилея, и на некоторое время ученого оставили в покое.

По возвращении во Флоренцию Галилей вступил в еще один научный спор - о плавании тел. По предложению герцога Тосканского он написал по этому вопросу специальный трактат - Рассуждение о телах, пребывающих в воде (Discorso intorno alle cose, che stanno in su l'aqua, 1612).

В своем труде Галилей обосновывал закон Архимеда строго математически и доказывал ошибочность утверждения Аристотеля о том, что погружение тел в воду зависит от их формы. Католическая церковь, поддерживавшая учение Аристотеля, расценила печатное выступление Галилея как выпад против церкви. Ученому припомнили и его приверженность теории Коперника, которая, по мнению схоластов, не соответствовала Священному Писанию.