Это открытие стало важным подтверждением теории Коперника. С одной стороны, система Юпитера и его спутников в миниатюре демонстрировала, как, по представлению Коперника, должны выглядеть Солнце и окружающие его планеты. Небесные тела обращались вокруг небесного тела, которое не являлось Землей. Кроме того, существование спутников у Юпитера полностью разрешило вопрос, который задавали противники теории Коперника: если Земля находится в движении, то как Луна не улетает от нее? Все соглашались с тем, что Юпитер двигается, но его спутники явно оставались при нем.
Хотя эти результаты были получены слишком поздно, чтобы включить их в «Звездный вестник», Галилей к концу 1611 г. измерил периоды обращения четырех открытых им спутников Юпитера и в 1612 г. опубликовал их на первой странице труда, посвященного другим вопросам{203}. Сравнение результатов, полученных Галилеем, с современными значениями (в днях, часах и минутах) приводятся в таблице ниже.
Такая точность измерений была достигнута Галилеем путем тщательных наблюдений и точного хронометража{204}.
Галилей посвятил свой «Звездный вестник» Козимо II Медичи, бывшему своему ученику, ставшему впоследствии Великим герцогом Тосканы, и назвал четыре спутники Юпитера «Медицейскими звездами». Это был хорошо рассчитанный комплимент. В Падуе у Галилея было неплохое жалованье, но ему сказали, что оно никогда не будет повышено. Кроме того, за это жалованье Галилео должен был преподавать, отнимая время от своих научных изысканий. Он был готов заключить соглашение с Козимо, который называл его придворным математиком и философом, к тому же профессорская должность в Пизе не предполагала обязанностей преподавать. Галилей настаивал на титуле придворного философа, поскольку, несмотря на достижения, которых добились в астрономии такие математики, как Кеплер, и на аргументы таких профессоров, как Клавий, статус математиков был гораздо ниже, чем тот, который имели философы. Также Галилей хотел, чтобы его работы принимали серьезно, как то, что философы называли «физикой», то есть как объяснение природы Солнца, Луны и планет, а не как математическое описание явлений.
Летом 1610 г. Галилей уехал из Падуи во Флоренцию. Это решение, как выяснилось впоследствии, оказалось для него катастрофическим. Падуя находилась на территории Венецианской республики, которая в то время была под меньшим влиянием Ватикана, чем любая другая область Италии, и счастливо избежала папских запретов за несколько лет до отъезда Галилея. Переезд во Флоренцию сделал Галилея гораздо более беззащитным перед контролем Церкви. Современный университетский декан может сказать, что такой поворот событий был просто наказанием за бегство Галилея от преподавательских обязанностей. Но на какое-то время наказание было отсрочено.
5. В сентябре 1610 г. Галилей сделал пятое из своих великих астрономических открытий. Он направил телескоп на Венеру и выяснил, что у нее есть фазы, как у Луны. Галилео послал Кеплеру зашифрованное сообщение: «Мать любви [Венера] принимает формы Цинтии [Луны]». Существование фаз предполагалось и теорией Птолемея, и теорией Коперника, но фазы должны были быть разными. По теории Птолемея Венера всегда находится, более или менее, между Землей и Солнцем, поэтому она не может быть в фазе больше половины. С другой стороны, по теории Коперника Венера оказывается полностью освещенной, когда находится по другую сторону Солнца относительно Земли.
Это было первое прямое доказательство того, что теория Птолемея неверна. Вспомним, что теория Птолемея дает ту же картину солнечного и планетного движения, видимого с Земли, что и теория Коперника, какой бы размер деферента мы ни выбрали. Но она не дает ту же картину солнечного и планетного движения, как и теория Коперника, если смотреть с планет. Конечно, Галилей не мог отправиться на другую планету, чтобы увидеть, как движение Солнца и планет выглядит оттуда. Но фазы Венеры указали ему направление на Солнце с Венеры: ее яркая сторона – это та сторона, которая обращена к Солнцу. Только один частный случай теории Птолемея мог верно описать это явление – тот случай, когда деференты для Венеры и Меркурия совпадают с орбитой Солнца, что, как мы уже заметили, соответствует теории Тихо Браге. Эту версию теории никогда не принимали ни Птолемей, ни его последователи.
6. Через некоторое время после приезда во Флоренцию Галилей нашел гениальный способ изучить поверхность Солнца, спроецировав его изображение через телескоп на экран. С помощью этого метода он сделал шестое открытие: на поверхности Солнца были видны темные пятна. Результаты этих исследований он опубликовал в 1613 г. в работе «Письма о солнечных пятнах», о которой мы поговорим немного позднее.
В истории бывают моменты, когда новые технологии открывают большие перспективы для чистой науки. Усовершенствование вакуумных насосов в XIX в. сделало возможными эксперименты с электрическими разрядами в катодной вакуумной трубке, что привело к открытию электрона. Усовершенствование корпорацией Ilford фотографических эмульсий позволило открыть целую группу элементарных частиц за десятилетие, последовавшее после Второй мировой войны. Развитие микроволновых радаров во время войны позволило использовать микроволновое излучение для изучения атомов, обеспечив принципиально важное обоснование законов квантовой электродинамики в 1947 г. И не стоит забывать о гномоне. Но ни одна из этих новых технологий не позволила достичь таких впечатляющих результатов, как телескоп в руках Галилея.
Реакция на открытия Галилея колебалась от осторожной предусмотрительности до энтузиазма. Давний противник Галилея в Падуе Чезаре Кремонини отказался даже посмотреть через телескоп, как и профессор философии в Пизе Джулио Либри. С другой стороны, Галилей был избран членом «Академии деи Линчеи» – первой научной академии в Европе, основанной несколькими годами ранее. Кеплер использовал телескоп Галилея[16] и подтвердил его открытия. (Кеплер разработал теорию телескопа и вскоре изобрел собственный вариант инструмента с двумя двояковыпуклыми линзами.)
Вначале деятельность Галилея не вызывала вопросов у Церкви, возможно, потому, что его поддержка учения Коперника еще не была выражена явно. Коперник был упомянут только один раз в «Звездном вестнике», ближе к концу, в связи с вопросом, почему, если Земля движется, Луна остается рядом с ней. В то время не у Галилея, а у последователей Аристотеля вроде Кремонини были проблемы с римской инквизицией, по большей части из-за того же, что привело к запрету различных трудов Аристотеля в 1277 г. Но Галилей умудрился поссориться как с аристотелианцами, так и с иезуитами, что в будущем не принесло ему ничего хорошего.
В июле 1611 г., вскоре после того, как он занял свое новое место во Флоренции, Галилей вступил в полемику с философами, которые, следуя тому, что они считали доктриной Аристотеля, доказывали, что твердый лед имеет бо́льшую плотность (отношение веса к объему), чем жидкая вода. Иезуит кардинал Роберто Беллармино, который был среди римских инквизиторов, приговоривших Джордано Бруно к смерти, принял сторону Галилея, возразив, что поскольку лед плавает, то должен иметь меньшую плотность, чем вода. В 1612 г. Галилей опубликовал свои выводы о плавающих телах в «Рассуждении о телах, пребывающих в воде»{205}.
В 1613 г. Галилей восстановил против себя иезуитов, в том числе Кристофа Шейнера, в споре о частном астрономическом вопросе: являются ли солнечные пятна связанными с самим Солнцем наподобие облаков, проплывающих над его поверхностью, как считал Галилей (и это, как и горы на Луне, в очередной раз доказывало несовершенство небесных тел), или они являются маленькими планетами, обращающимися вокруг Солнца ближе, чем Меркурий? Если бы было заявлено, что это облака, тогда те, кто считал, что Солнце обращается вокруг Земли, не могли бы утверждать, что облака на Земле отставали бы от нее, если бы она обращалась вокруг Солнца. В 1613 г. в «Письмах о солнечных пятнах» Галилей доказывал, что эти пятна выглядят сужающимися, когда приближаются к краю солнечного диска, а, оказавшись около него, видятся под углом, следовательно, они двигаются вместе с поверхностью Солнца, когда оно вращается. Также существовал спор о том, кто первый открыл солнечные пятна. Это был только один эпизод в набирающем силу конфликте с иезуитами, в котором обе стороны были не всегда правы{206}. Для будущего гораздо более важным оказалось то, что в «Письмах о солнечных пятнах» Галилей впервые наконец открыто высказывал свою поддержку учения Коперника.
Конфликт Галилея с иезуитами обострился в 1623 г. после публикации «Пробирных дел мастера»{207}. В этой работе Галилей нападал на математика-иезуита Орацио Грасси, пришедшего к совершенно верному заключению, совпадающему с мнением Браге, что отсутствие суточного параллакса есть свидетельство того, что кометы находятся за орбитой Луны. Вместо этого Галилей предложил экстравагантную теорию о том, что кометы – это отражение солнечного света от вытянутых возмущений в атмосфере, которые не имеют суточного параллакса, потому что эти атмосферные возмущения вращаются вместе с Землей. Возможно, настоящим противником Галилея был не Орацио Грасси, а Тихо Браге, представивший геоцентрическую теорию планет, которую наблюдения тогда еще не могли опровергнуть.
В те годы все еще было возможно терпимое отношение Церкви к системе Коперника как к чисто математическому построению для расчета видимого движения планет, но только не как к теории, отражающей истинную природу планет и их движения. Например, в 1615 г. Беллармино писал неаполитанскому монаху Паоло Антонио Фоскарини, успокаивая Фоскарини и одновременно предупреждая его о последствиях защиты системы Коперника:
«Во-первых, мне кажется, что Ваше священство и господин Галилео мудро поступают, довольствуясь тем, что говорят предположительно, а не абсолютно; я всегда полагал, что так говорил и Коперник. [Не был ли Беллармино введен в заблуждение предисловием Озиандера? Галилей, разумеется, нет.] Потому что, если сказать, что предположение о движении Земли и неподвижности Солнца позволяет представить все явления лучше, чем принятие эксцентров и эпициклов, то это будет сказано прекрасно и не влечет за собой никакой опасности. [Беллармино, очевидно, не понимал, что Коперник, как и Птолемей, использовал эпициклы, только не в таком количестве.] Для математика этого вполне достаточно. Но желать утверждать, что Солнце в действительности является центром мира и вращается только вокруг себя, не передвигаясь с востока на запад, что Земля стоит на третьем небе и с огромной быстротой вращается вокруг Солнца, – утверждать это очень опасно не только потому, что это значит возбудить всех философов и теологов-схоластов; это значило бы нанести вред святой вере, представляя положения Святого Писания ложными»{208}.
Чувствуя, что над учением Коперника сгущаются тучи, в 1615 г. Галилей написал получившее известность письмо Кристине Лотарингской, Великой герцогине Тосканы, на чьей свадьбе со скончавшимся к этому времени Великим герцогом Фердинандо I Галилей присутствовал{209}. Как и Коперник в своем трактате «О вращении», Галилей упомянул отрицание сферической формы Земли Лактанцием в качестве ужасающего примера использования Священного Писания в противовес научным открытиям. Также он возражал против буквальной интерпретации текста «Книги Иисуса Навина», которую Лютер ранее использовал против Коперника, чтобы доказать движение Солнца. Галилей убеждал читателя в том, что Библия едва ли задумывалась как текст по астрономии, поскольку из пяти планет там всего несколько раз упоминается только Венера. Самые известные строки из письма к герцогине Кристине гласят: «Здесь я бы хотел упомянуть слова, которые услышал от одного духовного лица: “Намерением Святого Духа было научить нас, как двигаться по направлению к небу, а не тому, как небеса двигаются”» (сделанная Галилеем пометка на полях указывает, что упомянутым духовным лицом был кардинал Чезаре Бароний, глава Ватиканской библиотеки). Галилей также предложил свою интерпретацию библейских слов о том, что Солнце остановилось: речь шла о вращении Солнца вокруг своей оси, которое Галилей установил, наблюдая за солнечными пятнами. В свою очередь, из-за этого прекратилось движение планет по орбитам и вращение Земли и других планет, чтобы, как это описано в Библии, продлить день битвы. Непонятно, действительно ли Галилей верил в эту бессмыслицу или просто искал политического прикрытия.
Не послушав друзей, в 1615 г. Галилей отправился в Рим возражать против давления на учение Коперника. Папа Павел V страстно желал покончить со спорными вопросами и по совету Беллармино решил подвергнуть теорию Коперника суду группой теологов, которые вынесли вердикт о том, что система Коперника – «[учение] глупое и абсурдное с философской и формальной точки зрения, поскольку оно явно еретическое, противоречит Священному Писанию…»[17]{210}.
В феврале 1616 г. Галилея вызвали в инквизицию, где он получил два не подлежащих разглашению предписания. Подписанный документ приказывал Галилею не придерживаться и не защищать идеи Коперника. Неподписанный документ шел дальше, запрещая придерживаться, защищать и в какой-либо форме преподавать коперниканство. В марте 1616 г. инквизиция опубликовала формальный указ, в котором Галилей не упоминался, но запрещалась книга Фоскарини и содержался призыв подвергнуть сочинения Коперника цензуре. Трактат «О вращении» был внесен в список запрещенных для католиков книг. Вместо того чтобы вернуться к Птолемею или Аристотелю, некоторые астрономы-католики, такие как иезуит Джованни Баттиста Риччоли в своем сочинении «Новый Альмагест», вышедшем в 1651 г., выступали за систему Тихо Браге, которая в то время не могла быть опровергнута наблюдением. «О вращении» оставляли в списке запрещенных книг до 1835 г., затрудняя обучение науке в некоторых католических странах, например, в Испании.
Галилей надеялся на лучшее, когда в 1624 г. Маффео Барберини стал папой Урбаном VIII. Барберини был флорентийцем и восхищался Галилеем. Он тепло встретил Галилео в Риме и дал ему полдюжины аудиенций. В разговорах Галилей объяснял ему свою теорию приливов и отливов, над которой он работал с 1616 г.
В теории Галилея принципиальным моментом являлось вращение Земли. В сущности, идея состояла в том, что воды в океане накатываются и откатываются, так как Земля вращается вокруг своей оси и одновременно обращается вокруг Солнца. При этом фактическая скорость точки на поверхности Земли вдоль направления движения Земли по ее орбите то возрастает, то уменьшается. Это вызывает регулярные волны в океане с периодичностью в одни сутки. Как и при любых других колебаниях, тут возможны обертоны – периоды могут составлять половину суток, треть суток и т. д. Таким образом, влияние Луны оставалось в стороне, хотя еще с античности было известно, что самые высокие приливы бывают в полнолуние и новолуние, а самые низкие – в первой и последней четвертях Луны. Галилей попытался объяснить влияние Луны, предположив, что по неким причинам орбитальная скорость Земли возрастает в новолуние, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем, и снижается в полнолуние, когда Луна оказывается по другую сторону Земли от Солнца.
Это была не лучшая работа Галилея. Не так важно, что его теория была неправильной. Без теории всемирного тяготения у него не было способа правильно понять причины приливов и отливов. Но Галилео должен был осознавать, что частная теория приливов, у которой нет явного эмпирического подтверждения, не может рассматриваться как доказательство движения Земли.
Папа сказал, что разрешит публикацию этой теории приливов, если Галилей будет представлять теорию движения Земли как математическую гипотезу, а не как факт, который существует на самом деле. Урбан объяснил, что не одобряет публичный указ инквизиции от 1616 г., но не готов отменить его. В своих разговорах с папой Галилей не упоминал конфиденциальные предписания, которые инквизиция вручила ему лично.
В 1632 г. Галилей был готов опубликовать свою теорию приливов, которая выросла во всестороннюю защиту учения Коперника. Как и раньше, Церковь не критиковала Галилея открыто, поэтому, когда он обратился к местному епископу за разрешением на публикацию новой книги, оно было получено. Это был «Диалог» (полностью – «Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой»).
Заглавие книги Галилея очень примечательно. В то время существовало не две, а четыре главные системы мира: не только системы Птолемея и Коперника, но и система Аристотеля, основанная на гомоцентрических сферах, вращающихся вокруг Земли, а также система Тихо Браге, в которой Солнце и Луна обращались вокруг неподвижной Земли, но все остальные планеты – вокруг Солнца. Почему Галилей не упомянул системы Аристотеля и Браге?
По поводу системы Аристотеля можно было бы сказать, что она не согласовывается с наблюдением, но она не согласовывалась с наблюдением вот уже 2000 лет и при этом не растеряла своих поклонников. Просто вспомним аргумент Фракасторо, приведенный им в начале XVI в. и процитированный в главе 10 этой книги. Век спустя после Фракасторо Галилей явно считал, что на такие аргументы не стоит даже отвечать.