Г.М. Идлис. «Идеи Коперника и их значение для развития естествознания»

1973 г. по решению ЮНЕСКО считается годом Коперника. Весь мир торжественно отмечает 500-летний юбилей со дня рождения великого польского ученого, совершившего революционный переворот в представлениях человечества о строении Вселенной.

Астрономия — древнейшая наука. Причинами, породившими ее, были не только насущные потребности людей (счет времени, предвидение суточных и сезонных изменений, ориентация на поверхности Земли), но и стремление человека понять свое место в окружающем мире. Однако долгое время астрономия ограничивалась лишь внешним или сугубо формальным описанием непосредственно наблюдаемых явлений. Веками господствовала освященная авторитетом церкви геоцентрическая система мира Птолемея, основанная на аристотелевском противопоставлении земного и небесного. Система, принимающая Землю — обитель высшего божественного творения, созданного по образцу и подобию бога — за неподвижный центр мироздания и отождествляющая видимые перемещения небесных тел с их действительными движениями вокруг этого центра. Далекие звезды считались неподвижно прикрепленными к особой сфере, равномерно вращающейся вокруг земной полярной оси. Чтобы описать с достаточной точностью наблюдаемые замысловатые перемещения планет на фоне этой сферы, явно неравномерные, а иногда и петлеобразные, не выходя за пределы традиционной идеи об идеальных равномерных круговых движениях, как единственно приличествующих совершенным небесным телам, Птолемею приходилось пользоваться сложнейшей системой довольно произвольно выбираемых основных и вспомогательных кругов, так называемых деферентов и эпициклов.

Заслугой Николая Коперника является освобождение от подобного противоестественного произвола, существенное упрощение картины мира, переход от видимости наблюдаемых явлений к их сущности. Он остановил Солнце и звезды и двинул Землю, превратив ее в одну из планет Солнечной системы. Все величие созданной им гелиоцентрической системы мира обнаружилось лишь позже, когда именно в рамках системы Коперника Кеплер установил истинные законы эллиптического движения планет, позволившие Ньютону вывести общий закон всемирного тяготения, на основе которого по наблюдаемым возмущениям в движении Урана была открыта новая планета — Нептун. По этому поводу Фридрих Энгельс писал: «Солнечная система Коперника в течение трехсот лет оставалась гипотезой, в высшей степени вероятной, но все-таки гипотезой. Когда же Леверье на основании данных этой системы не только доказал, что должна существовать еще одна, неизвестная до тех пор планета, но и определил посредством вычисления место, занимаемое ею в небесном пространстве, и когда после этого Галле действительно нашел эту планету, система Коперника была доказана»¹.

Разрушив мистические представления об исключительности Земли, о коренном различии между земным и небесным, Коперник тем самым как бы открыл путь для распространения обычных — физических, методов исследования нашей планеты и на другие космические объекты. Свидетельством плодотворности этого пути служат успехи современной астрофизики и выдающиеся достижения наших дней в деле уже начавшегося освоения космоса.

Отнеся видимое вращение звездного неба за счет действительного осевого вращения Земли, Коперник в своей гелиоцентрической системе мира по существу устранил принципиальное различие между покоящимся Солнцем и столь же неподвижными звездами, т. е. подготовил дальнейшее развитие этой системы, которое оказалось необходимым после действительного установления, что Солнце — лишь одна из множества звезд и движется вместе с ними вокруг центра нашей Галактики.

В наше время стало уже общеизвестным, что Земля — рядовая планета, Солнце — рядовая звезда, Млечный Путь — рядовая галактика и т. д. Даже Метагалактика, охватывающая все непосредственно доступные нам астрономические объекты, лишь условно считается уникальной космической системой (с точностью до справедливости соответствующих релятивистских космологических моделей). Все движется и не имеет никакого абсолютно неподвижного центра. Современная картина мира сформировалась в результате длительного исторического развития науки. Причем наиболее трудным здесь, как и всюду, был именно первый шаг — шаг, сделанный Коперником. Вот почему все последующие достижения человечества не заслоняют и не умаляют, а лишь подчеркивают величие сделанного Коперником первого, решающего шага на трудном пути к истине.

Теперь, когда грань между земным и небесным стирается не только теоретически, но и практически (по мере освоения космоса), не так просто представить себе всю силу традиционных догм о неподвижности и центральном положении Земли, с которыми решительно порвал Коперник. Только всматриваясь в глубины веков, вспоминая деяния инквизиторов, пытавшихся сожжением Джордано Бруно и осуждением Галилео Галилея предотвратить распространение и развитие учения Коперника и повернуть вспять движение истории, осознаешь значение предложенной им новой — гелиоцентрической — системы мира.

Пожалуй, наиболее яркая и точная историческая характеристика Коперника принадлежит Фридриху Энгельсу: «Современное исследование природы — единственное, которое привело к научному, систематическому, всестороннему развитию, в противоположность гениальным натурфилософским догадкам древних и весьма важным, но лишь спорадическим и по большей части безрезультатно исчезнувшим открытиям арабов, — современное исследование природы, как и вся новая история, ведет свое летосчисление с той великой эпохи, которую мы, немцы, называем, по приключившемуся с нами тогда национальному несчастью, Реформацией, французы — Ренессансом, а итальянцы — Чинквеченто, и со

держание которой не исчерпывается ни одним из этих наименований. Это — эпоха, начинающаяся со второй половины XV века...

Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характера, по многосторонности и учености...

Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости и как бы повторило лютеровское сожжение папской буллы, было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии, хотя выяснение между ними отдельных взаимных претензий затянулось до наших дней и в иных головах далеко еще не завершилось даже и теперь. Но с этого времени пошло гигантскими шагами также и развитие наук, которое усиливалось, если можно так выразиться, пропорционально квадрату расстояния (во времени) от своего исходного пункта»².

Другими словами, значение эпохальной работы Коперника «О вращениях небесных сфер», опубликованной им буквально накануне своей смерти, в 1543 г., выходит далеко за пределы собственно астрономии. Она послужила началом всего современного научного естествознания.

Оттягивая до самого конца издание основного труда всей своей жизни, Коперник опасался не за себя, а за судьбу своего учения.

«Наедине сам с собой, — писал он в предисловии, — я долго размышлял, до какой степени нелепой моя αχοαμα (концепция. — Г.И.) покажется тем, которые на основании суждения многих веков считают твердо установленным, что Земля неподвижно расположена в середине неба, являясь как бы его центром, лишь только они узнают, что я, вопреки этому мнению, утверждаю о движении Земли. Поэтому я долго в душе колебался, следует ли выпускать в свет мои сочинения, написанные для доказательства движения Земли, и не будет ли лучше последовать примеру пифагорейцев и некоторых других, передававших тайны философии не письменно, а из рук в руки, и только родным и друзьям, как об этом свидетельствует послание Лисида к Гиппарху, Мне кажется, что они, конечно, делали это не из какой-то ревности к сообщаемым учениям, как полагают некоторые, а для того, чтобы прекраснейшие исследования, полученные большим трудом великих людей, не подверглись презрению тех, кому лень хорошо заняться какими-нибудь науками, если они не принесут им прибыли, или если увещания и пример других подвигнут их к занятиям свободными науками и философией, то они вследствие скудости ума будут вращаться среди философов, как трутни среди пчел. Когда я все это взвешивал в своем уме, то боязнь презрения за новизну и бессмысленность моих мнений чуть было не побудила меня отказаться от продолжения задуманного произведения.

Но меня, долго медлившего и даже проявлявшего нежелание, увлекли мои друзья... выдающиеся и ученейшие люди, увещевавшие не медлить дольше и не опасаться обнародовать мой труд для общей пользы занимающихся математикой. Они говорили, что чем бессмысленнее в настоящее время покажется многим мое учение о движении Земли, тем больше оно покажется удивительным и заслужит благодарности после издания моих сочинений, когда мрак будет рассеян яснейшими доказательствами»³.

И действительно, учение Коперника о движении Земли получило в конце концов всеобщее признание.

Истоки теоретического естествознания и критерии его справедливости в конечном счете всегда сводятся к опыту. Но сам по себе опыт никогда не определяет искомую теорию однозначно. Как правило, одни и те же фактические данные допускают различную теоретическую интерпретацию. Поэтому среди всевозможных конкурирующих теорий наиболее естественной или истинной обычно признается та, которая содержит минимум произвольных предположений и имеет соответствующие принципиальные преимущества. Именно этим отличалась гелиоцентрическая система Коперника от геоцентрической системы Птолемея (а не фактической точностью предвычисления видимых положений небесных тел). Кинематически обе схемы были практически взаимно эквивалентными. Но в системе Коперника суточный ход всех небесных тел, вплоть до далеких звезд, и годичная цикличность в видимом движении Солнца и планет утратили характер непонятного случайного совпадения и приобрели естественное общее объяснение, как отражение собственного движения Земли, суточного (вокруг своей оси) и годичного (вокруг Солнца).

Однако, несмотря на все несомненные принципиальные преимущества системы Коперника перед системой Птолемея, не так-то просто было отказаться от традиционного положения об абсолютной неподвижности Земли, которое воспринималось как нечто само собой разумеющееся, подтверждаемое непосредственными ощущениями. Так, например, Тихо Браге строил свою систему мира с точки зрения неподвижной Земли, вокруг которой обращается Солнце, увлекающее в своем движении все планеты, т. е. являющееся, как и у Коперника, динамическим центром планетных орбит, но все это помещал во вращающуюся небесную сферу звезд.

Только после создания классической механики Ньютона с его законом всемирного тяготения окончательно выяснилась физическая привилегированность гелиоцентрической системы Коперника как наиболее близкой к соответствующей преимущественной, инерциальной системе отсчета.

Создавая свое учение о движении Земли, Коперник объяснял ее кажущуюся неподвижность относительностью движения и покоя: «Так при движении корабля в тихую погоду все находящееся вне представляется мореплавателям движущимся, как бы отражая движение корабля, а сами наблюдатели, наоборот, считают себя в покое со всем с ними находящимся. Это же, без сомнения, может происходить и при движении Земли, так что мы думаем, будто вокруг нее вращается вся Вселенная»⁴.

В дальнейшем отсюда возник галилеевский принцип относительности, пронизывающий всю теоретическую физику. Равномерное прямолинейное движение по инерции — «движение корабля в тихую погоду» — оказалось на самом деле сугубо относительным. Ни о какой абсолютной скорости такого движения нельзя говорить ни в механике Ньютона, ни в электродинамике Максвелла—Лоренца. Эйнштейн возвел на этом принципе свою специальную теорию относительности.

Однако вращение имеет абсолютный характер и в принципе всегда может быть установлено непосредственно. Правда, с точки зрения так называемой общей теории относительности Эйнштейна формально являются совершенно равноправными любые, в том числе и явно неинерциальные (скажем, вращающиеся), системы отсчета, т. е. относительными считаются не только сами скорости, но и их изменения во времени по величине и направлению, поскольку из-за тождественного равенства инертных и гравитационных масс все тела движутся в заданном гравитационном поле с одинаковым ускорением и возврат от гелиоцентрической системы Коперника к геоцентрической системе Птолемея был бы, дескать, просто эквивалентным введению некоторого дополнительного гравитационного поля. Тем не менее ни о какой действительной равноправности систем Коперника и Птолемея говорить, конечно, нельзя. Возврат от Коперника к Птолемею лишен всякого физического смысла и в рамках общей теории относительности, так как возникающее при этом дополнительное гравитационное поле, лишенное реальных источников, имело бы явно фиктивный характер (оно полностью устраняется при выборе рациональной — гелиоцентрической — системы Коперника).

В настоящее время учение Коперника о движении Земли имеет уже отнюдь не чисто академический интерес. Запуская космические ракеты, осуществляя полеты космонавтов, приходится учитывать собственное вращение нашей планеты и ее орбитальное движение вокруг Солнца.

Принято говорить, что основой и лидером современного естествознания является физика. Но нельзя забывать, что наиболее универсальная физическая лаборатория — это сама Вселенная. Астрономические открытия, касающиеся всей Вселенной, как это было в случае системы мира Коперника, не могли не оставить неизгладимый след на всем последующем развитии теоретической физики. Основные этапы исторического развития теоретической физики, связанные с созданием таких радикально новых общефизических оснований, как классическая механика Ньютона с его законом всемирного тяготения, специальная или общая теория относительности Эйнштейна, начинались, как правило, с решения, казалось бы, чисто астрономических проблем, а именно: обоснование кемеровских законов движения планет, объяснение безуспешности попыток определить абсолютную скорость движения Земли относительно так называемого мирового эфира, выяснение причины тождественной эквивалентности инертных и гравитационных масс взаимодействующих небесных тел. Не исключено, что аналогичная ситуация, повторится и в будущем, поскольку характерные особенности элементарных частиц, например, могут иметь космологическое происхождение.

Уместно отметить, что когда Эйнштейн связывал гравитацию с пространственно-временными свойствами мира, геометризуя ее в своей общей теории относительности и превращая тождественное равенство инертных и гравитационных масс из непонятного случайного совпадения в естественную — необходимую — закономерность, он, по существу, лишь последовательно шел по пути, указанному Коперником, который первым начал устранять произвольные положения из наших представлений о мире. Кстати, в качестве эпиграфа, предваряющего шесть книг Николая Коперника Торунского «О вращениях небесных сфер», выступает надпись, находившаяся по преданию на дверях Платоновой Академии: «Пусть не входит никто, не знающий геометрии».

Примечания

1. К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., изд. II, т. 21, стр. 284.

2. К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., изд. II, т. 20, стр. 345—347.

3. Николай Коперник. О вращениях небесных сфер, стр. 11—12.

4. Николай Коперник. О вращениях небесных сфер, стр. 27—28.