Введение. Николай Коперник и естественнонаучная революция Нового времени

Совершающаяся на наших глазах и при нашем непосредственном участии научно-техническая революция сопровождается глубочайшими изменениями в сфере производства, в человеческой деятельности. Всего поколение назад человечество могло только мечтать о машинах, аппаратах, устройствах, которые в настоящее время стали привычными, но характеристики которых и сейчас еще с трудом укладываются в сознание: одни из них производят вычисления со скоростью миллионов операций в секунду, другие покрывают расстояния в сотни миллионов километров со скоростью, измеряющейся десятками тысяч километров в час, третьи перевозят за один рейс сотни тысяч тонн грузов. Люди создали новые материалы с неизвестными ранее свойствами, новые, не существующие в природе химические элементы, расщепили атом, начали освоение космического пространства.

А между тем еще сравнительно недавно, всего несколько веков назад, люди, мнившие себя привилегированными обитателями центра всего мира, жили в примитивных с нашей точки зрения условиях: основным источником механической энергии у них были мышцы, в меньшей мере — натуральные «лошадиные силы», ветер и — совсем немного — вода. Путешествие между двумя соседними городами длилось тогда дольше, чем сейчас длится полет на реактивном лайнере между двумя материками. Человечество не умело измерять температуру и давление, не имело средств для обострения зрения и усиления других органов чувств.

Однако и в прошлом выделяются периоды бурного, революционного развития науки, сопровождавшегося расширением ее приложений к практической деятельности человека. Об одном из таких периодов, занимающем в истории человечества, в истории естествознания и техники исключительно важное место, Энгельс писал:

«Современное естествознание, — единственное, о котором может идти речь как о науке, в противоположность гениальным догадкам греков и спорадическим, не имеющим между собой связи исследованиям арабов, — начинается с той грандиозной эпохи, когда бюргерство сломило мощь феодализма, когда на заднем плане борьбы между горожанами и феодальным дворянством показалось мятежное крестьянство, а за ним революционные предшественники современного пролетариата, уже с красным знаменем в руках и с коммунизмом на устах, — с той эпохи, которая создала в Европе крупные монархии, сломила духовную диктатуру папы, воскресила греческую древность и вместе с ней вызвала к жизни высочайшее развитие искусства в новое время, которая разбила границы старого orbis^* и впервые, собственно говоря, открыла Землю.

Это была величайшая из революций, какие до тех пор пережила Земля. И естествознание, развивавшееся в атмосфере этой революции, было насквозь революционным, шло рука об руку с пробуждающейся новой философией...»¹

Этот революционный процесс в развитии естествознания сейчас часто называют естественнонаучной революцией Нового времени. Этот термин подчеркивает и определенные аналогии (скачкообразное развитие науки с переходом количества в качество, усиление ее связей с практической деятельностью человека), и существенные отличия как количественного, так и качественного характера от совершающейся в настоящее время научно-технической революции.

Революцию совершают люди. Именно о той эпохе и ее наиболее выдающихся представителях писал Энгельс, что это была «эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености»². Титаном той эпохи был и великий польский ученый Николай Коперник, преобразователь астрономии и математик, искусный врач и видный экономист, талантливый администратор и дипломат, со дня рождения которого 19 февраля 1973 г. исполнилось 500 лет.

Внешне жизнь Коперника была небогата событиями. Лишь постоянные притязания на северопольские земли соседнего Тевтонского ордена, угрозы, сменявшиеся грабительскими набегами и прямыми военными действиями, омрачали и осложняли ее. За исключением лет учения в Кракове, а затем на родине гуманизма — в Италии, — почти вся его сознательная жизнь прошла в одном из самых глухих уголков Европы — маленьком городке Фромборке, расположенном на побережье Балтийского моря строго на север (буквально на одном меридиане) от тогдашней польской столицы Кракова.

И вот в этом «медвежьем углу» Коперником были выполнены исследования, влияние которых на умы людей, на последующее развитие науки трудно переоценить. Чтобы в немногих словах и в то же время достаточно ярко и значимо охарактеризовать его научный подвиг, мы снова обратимся к Энгельсу: «Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости... было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил... 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»³.

Упоминаемое здесь бессмертное творение — это знаменитая книга Коперника «De Revolutionibus orbium coelestium», «О вращениях небесных сфер», опубликованная в 1543 г., буквально за несколько недель до смерти ее автора. Какие же положения коперниканского учения, изложенные в этом произведении, позволяют столь высоко оценить его вклад в развитие науки, его влияние на мыслителей последующих поколений?

Основной заслугой Коперника было обоснование положения о том, что видимое движение Солнца и звезд объясняется не обращением их вокруг Земли, а суточным вращением самой Земли вокруг собственной оси и годичным обращением ее вокруг Солнца. Этим самым идее гелиоцентризма, высказанной еще в древности Аристархом Самосским, была придана научная форма и отвергалось геоцентрическое учение Клавдия Птолемея, древнегреческого ученого II в. н. э., господствовавшее до того и официально поддерживавшееся отцами церкви.

Исходя из необходимости различать истинные и кажущиеся движения, Коперник приходит уже около 1515 г. к следующим выводам:

«Все замечаемые нами у Солнца движения не свойственны ему, но принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета; таким образом, Земля имеет несколько движений.

Кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле. Таким образом, одно ее движение достаточно для объяснения большого числа видимых в небе неравномерностей»⁴.

Теория Коперника с помощью двух основных движений Земли (т. е. ее вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Солнца) позволила просто и логично объяснить причины сложных и запутанных движений планет (попятные движения, стояния, петли) и суточных перемещений Солнца, Луны, планет и звезд. Придя к выводу, что при движении Земли вокруг Солнца ее ось сохраняет неизменное положение (остается параллельной самой себе), Коперник впервые в истории астрономии объяснил причину смены времен года. Для этого ему понадобилось ввести еще одно, «третье» движение Земли — обратное вращение вокруг оси, проводившейся им через центр Земли перпендикулярно к плоскости эклиптики. Именно с помощью комбинации годичного вращения Земли вокруг Солнца и ее «третьего» движения Копернику удалось впервые сконструировать кинематический механизм явления прецессии — предварения равноденствий. Объяснение этому явлению с помощью законов механики дал позже Ньютон.

Разработанная Коперником теория позволила ему впервые в истории науки о небе сделать обоснованные выводы о действительном расположении планет в Солнечной системе и с весьма большой точностью определить их относительные расстояния от Солнца.

Любое из упомянутых здесь положений учения Коперника представляло собой большое открытие, важное не только для астрономии, но и для всего естествознания в целом. Однако еще более важным было значение теории Коперника для того переворота в мировоззрении человечества, который был непосредственно или опосредствованно ею вызван.

В самом деле, почему церковь поддерживала геоцентрическую модель мира, по Птолемею, и учение Аристотеля, по которому опять же Земля вместе с непосредственно окружающим ее «подлунным миром» расположена в центре всего, ибо состоит из самых тяжелых элементов, ни один из которых не может быть вечным; «надлунный» же мир обладает свойствами «чистоты» и «нетленности», резко отличающими его от земных? Да потому, что эти положения и в самом деле не задевали догматов Священного писания о том, что бог создал человека «по своему образу и подобию» и все в природе приспособлено к его существованию: покоящаяся в центре мира Земля — для его обитания, движущееся вокруг нее Солнце — для обеспечения человека светом и теплом, дождь — для увлажнения его пашни и т. д., а вот уж землетрясения, наводнения, бури и «моровое поветрие» посылаются богом в наказание за грехи.

И над такими привычными, освященными веками, традицией и церковью представлениями о столь целесообразном устройстве мира нависает угроза: если Земля не занимает в мире центрального, главенствующего положения, а представляет собой одну из многих планет, обращающихся вокруг Солнца, то можно ли рассматривать мир как нечто, созданное исключительно для и ради основного обитателя Земли — человека? И учение Коперника не могло не вызвать сомнений в истинности и непоколебимости библейских догм. В этом состоял удар, нанесенный новым учением теологии в самое чувствительное ее место. И удар этот имел далеко идущие последствия, важные не только для дальнейшего развития астрономии, естествознания, науки в целом, но и для революционного изменения в образе мыслей, в подходе к изучению закономерностей окружающего нас мира, без которого был бы немыслим тот бурный процесс развития научного естествознания, который начался вскоре после опубликования гениального произведения Коперника, процесс естественнонаучной революции Нового времени, по праву называемой коперниканской.

Непосредственное наблюдение небесных явлений применялось астрономами в течение многих веков и даже тысячелетий и до Коперника, но тем не менее человечество продолжало оставаться в неведении о действительных связях и отношениях между наблюдавшимися явлениями. Коперник проводил астрономические наблюдения с простыми и примитивными даже для того времени инструментами и с невысокой точностью. Однако он по праву считается первым представителем нового естествознания — он отбросил старый схоластический метод построения научных теорий и сумел познать скрытые связи явлений, выделив в них путем абстракции главное, существенное, и, отправляясь от этого существенного, объяснить несущественные признаки данного явления; полученные таким образом научные выводы Коперник апробировал на практике; явления окружающей действительности он рассматривал не изолированно друг от друга, а в их взаимосвязи и взаимной обусловленности. Эта методика исследования была впоследствии принята на вооружение и развита многочисленными сторонниками учения Коперника с Кеплером и Галилеем во главе.

Николай Коперник. Гравюра неизвестного художника конца XVI в.

Удар нового учения по теологическим представлениям в области естествознания был исключительно эффективным, воздействие его на человеческие умы — огромным, отразить этот удар было невозможно.

Менее известна деятельность Коперника в области общественных наук, в экономике. В течение довольно длительного времени он занимался исследованием законов денежного обращения, крайне запутанного в силу многих обстоятельств на северопольских землях того времени. Этому вопросу было посвящено несколько публичных выступлений Коперника, а также несколько специальных трактатов, при его жизни не опубликованных. Исследованиями в области теории денег и денежного обращения Коперник позже прославился как видный ученый-экономист периода раннего капитализма. Им был открыт, в частности, экономический закон, гласящий, что «худшие деньги вытесняют из обращения лучшие»⁵, который значительно позже был переоткрыт англичанином Т. Грешемом и получил его имя. Следует отметить и определенное антитеологическое значение работ Коперника о природе денег. Показав, что их стоимость зависит не от монаршей власти, а от стоимости содержащегося в них драгоценного металла (золота или серебра), Коперник тем самым опровергал освященную канонами церкви доктрину о том, что сила денег определяется волей выпускающих их властителей, своей печатью придающих им чудесное свойство быть мерой всех ценностей.

Для развития своей астрономической теории Коперник по необходимости должен был овладеть всеми известными к тому времени методами математического исследования. При этом нельзя не отметить, что уровень развития математических знаний в Европе того времени был относительно низким — едва только закончился процесс усвоения основных достижений античных математиков и ученых арабоязычных стран и совершались первые самостоятельные шаги. Благодаря отличной постановке обучения математике в Краковском университете Коперник уже там овладел математическими знаниями своего времени и имел возможность пополнить их во время пребывания в Италии. Ощущая неполноту имеющихся в его распоряжении знаний, он вынужден был самостоятельно заняться совершенствованием математических методов и средств, имеющих важные приложения в астрономических исследованиях. При этом он упорядочивает аппарат сферической тригонометрии, дает оригинальные выводы основных ее теорем, отличающиеся простотой и изяществом. Тригонометрическая часть сочинения Коперника «О вращениях небесных сфер» в 1542 г. выходит отдельной книгой, которая заключается оригинальными таблицами синусов, вычисленными до седьмой цифры с шагом в 1 минуту, впервые приспособленными для вычисления синусов дополнительных дуг, иначе говоря, косинусов. Авторство Коперника в составлении этих таблиц несомненно, этим самым им был сделан существенный вклад в развитие вычислительных средств. Ему же принадлежит и идея введения в вычислительную математику секанса.

Однако роль Коперника и коперниканского учения в развитии математики этим не исчерпывается. Дальнейшее развитие его теории, в частности уточнение формы планетных орбит и характера движения по ним планет, оказалось невозможным старыми методами, методами математики постоянных величин, и последователям Коперника, начиная с Кеплера, пришлось заняться разработкой принципиально нового математического аппарата, а этим ознаменовалось начало нового периода в развитии математики — этапа математики переменных величин. Усилиями многих ученых XVII в. новые математические методы были доведены до высокой степени совершенства и сыграли огромную роль в дальнейшем развитии естествознания. Так учение Коперника оказалось мощным стимулятором для создания принципиально новых математических методов. Активный приверженец учения Коперника Иоганн Кеплер, используя новые математические методы, им разработанные, открыл знаменитые законы движения планет, стал основателем новой науки — небесной механики. Другой сторонник коперниканизма, великий итальянский ученый Галилео Галилей, выполнил цикл исследований по динамике, установил законы свободного падения тел, движения по наклонной плоскости, движения тел, брошенных под углом к горизонту, закон изохронизма колебаний маятника, а наблюдая небо с помощью построенных им телескопов, нашел новые факты, подтверждающие учение Коперника.

Наконец Исаак Ньютон, используя в качестве исходных пунктов Кеплеровы законы движения планет, основы динамики, заложенные Галилеем, и теорию центростремительной силы при круговом движении, разработанную Гюйгенсом, а также идеи тяготения, открыл универсальный закон всемирного тяготения, объяснявший все наблюдаемые движения в Солнечной системе динамически, после чего законы движения планет и наблюдаемые отклонения от них стали следствиями этого более общего закона.

В течение длительного времени учеными велись поиски прямых доказательств обращения Земли вокруг Солнца и ее вращения вокруг собственной оси. Их удалось обнаружить только в XIX в. Но к тому времени открытия последователей Коперника, о которых шла речь выше, уже давно поставили движение Земли вне сомнений. Эти и многие другие открытия — законов геометрической оптики, атмосферного давления, явлений дифракции и интерференции света, определения его скорости в пустоте и т. д. — были сделаны в исторически очень короткий срок — время жизни двух-трех поколений. В это же время появились телескоп, позволивший человеку глубже заглянуть в пространства Вселенной, и микроскоп, открывший мир мельчайших существ, не видимых невооруженным глазом; были изобретены термометр и барометр, маятниковые часы и воздушный насос, первые паровые машины Папена и первые вычислительные машины Шикарда, Паскаля и Лейбница.

Именно в то время началось радикальное изменение в отношениях между наукой и техникой, с того времени ученые начинают проявлять все большее внимание к решению важных задач практической деятельности человека, а общество начинает все шире привлекать ученых для решения таких задач. Изменяется социальная функция науки и ученого. Кардинальные изменения происходят и в организационном плане — образуются первые объединения ученых в государственном масштабе — академии наук, появляется научная периодика.

После открытий Коперника и его непосредственных последователей в XVII в. периоды бурного развития науки следовали один за другим со все меньшими интервалами. Работы Коперника как бы положили начало «цепной реакции» замечательных открытий и достижений во все новых областях наук. Научный подвиг Коперника со временем не меркнет, а сияет все ярче — в этом бессмертие его имени.

* * *

Работа над настоящей книгой распределилась следующим образом: Ю.А. Белым написаны «Введение», главы 1, 2, 4, 6, 11, 14, 21, 23, им же составлены указатели; И.Н. Веселовским написаны главы 7, 9, 10, 12, 15—17, «Заключение», а также составлен словарь астрономических и историко-астрономических терминов. Остальные главы являются результатом совместной работы.

Примечания

*. Orbis terrarum (лат.) — круга земель, т. е. мира.

1. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 20, стр. 508.

2. Там же, стр. 346.

3. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 20, стр. 347.

4. Николай Коперник. Малый комментарий. В кн. Николай Коперник. О вращениях небесных сфер. М., «Наука», 1964, стр. 420.

5. Имеются в виду металлические монеты различного качества, т. е. с разным процентом содержания драгоценных металлов.