К концу первого десятилетия XVI в. в Европе появился мыслитель, которому суждено было начать первую великую революцию в астрономии, в корне изменившую, однако, и всю физическую картину мира, т. е. развившуюся в революцию универсальную. Этим мыслителем был гениальный польский астроном Николай Коперник (1473—1543). Еще в 90-е годы XV в., после первого глубокого восхищения математическим гением Птолемея, Коперник убедился и в существовании глубоких противоречий между его теорией мира и наблюдениями. Восхищение сменилось сомнениями… В поисках других идей он изучил в подлинниках сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и натурфилософов, иначе, первых физиков. Среди них были и автор геоцентрической системы, и первый истинный гелиоцентрист Аристарх Самосский, и пифагорейцы, также утверждавшие подвижность Земли и учившие о всеобщей числовой гармонии мира. Глубокое проникновение в древнегреческую науку, культуру, философию сформировало широкий склад мышления у самого Коперника. Вместе с тем он первым взглянул на весь накопившийся за тысячелетия опыт астрономии глазами смелого и уверенного в своих творческих и познавательных способностях человека эпохи Возрождения. После длительного периода замкнутости, оторванности от жизни, наука выходила на широкий простор сотрудничества с практикой. Новые, более точные таблицы движения небесных тел, прежде всего Луны и Солнца (по сравнению с Альфонсинскими, которые к XVI в. сильно разошлись с наблюдениями), нужны были для вычисления положений Луны для данного места и момента времени. Долгое время это был единственный способ нахождения долготы во время длительных морских плаваний в эпоху развития торговли и великих географических открытий. Немалым стимулом для совершенствования теории планетной системы были нужды популярной тогда астрологии. Наконец, теория движения Солнца и Луны стала необходимой для уточнения календаря. Определяя разницу во времени одного и того же положения Луны на небе — по таблицам и по часам, установленным по Солнцу во время плавания, находили долготу места на море. Календарная дата весеннего равноденствия, приходившаяся в IV в. новой эры на 21 марта и опрометчиво закрепленная за этим числом специальным церковным съездом — Никейским собором в 325 г. как важная отправная дата при расчете основного христианского праздника пасхи, к XVI в. отставала от действительной даты равноденствия на 10 дней!

Собравшийся по этому поводу в 1512—1517 гг. в Риме Латеранский собор отметил чрезвычайную остроту проблемы календаря (который пытались совершенствовать еще с VIII в.) и предложил ее решить крупнейшим астрономам, прежде всего Копернику. Но последний ответил тогда отказом, так как считал недостаточно развитой и точной теорию движения Солнца и Луны, которые и лежат в основе календаря. Вместе с тем это стало одним из стимулов взяться за такое совершенствование теории. В отличие от своих современников и предшественников, пытавшихся лишь совершенствовать детали птолемеевой системы либо же обращаться к древней схеме гомоцентрических сфер, но не имевших смелости отказаться от самого геоцентрического принципа, Коперник сумел преодолеть это преклонение перед авторитетами и робость перед догмой и вместе с тем глубоко понять плодотворность и истинность идеи древнегреческой натурфилософии — искать простоту и гармонию в природе как ключ к объяснению явлений, искать единую сущность многих кажущихся различными явлений. В итоге уже к 1530 г. в основном было завершено, но только в 1543 г. полностью увидело свет одно из величайших творений с истории человеческой мысли — «Николая Коперника Торунского. О вращениях небесных сфер. Шесть книг». Вновь, как и в «Альмагесте», содержанием этих шести книг-глав стала вся, теперь уже современная Копернику астрономия. Коперник изложил математическую теорию сложных видимых движений Солнца, Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими математическими таблицами и приложением каталога звезд. Но в основу объяснений был положен принцип, обратный геоцентризму. В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты,— и среди них впервые зачисленная в ранг «подвижных звезд» Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находилась сфера звезд. Его вывод о чудовищной удаленности этой сферы теперь диктовался и самим гелиоцентрическим принципом: только так мог Коперник согласовать его с видимым отсутствием у звезд смещений за счет движения самого наблюдателя вместе с Землей, отсутствием у них параллаксов. С течением времени первоначальные детали каждой теории стираются в памяти человечества. Она либо огрубляется (как это было с теориями Аристотеля и Птолемея), либо модернизируется по мере развития науки. И эти новые черты приписываются исходной теории. Так, в многовековой и драматической борьбе за торжество гелиоцентризма постепенно изменялось представление о первоначальном содержании теории Коперника. Уже первые борцы за новое мировоззрение использовали ее революционную сущность — принцип гелиоцентризма планетной системы; принцип движения Земли как рядовой планеты; объяснение всех главных особенностей видимого движения планет и звезд суточным и годичным движениями Земли. В результате сложилось и широко распространилось ошибочное мнение, что и для самого Коперника главной целью была замена геоцентризма на гелиоцентризм.

Система Коперника с точки зрения математики была несколько проще системы Птолемея, и этим сразу же воспользовались в практических целях. На ее основе составили «Прусские таблицы» О. Рейнгольд (1551 г.). Она позволила уточнить длину тропического года и провести в 1582 г. (указом от 24 февраля) давно назревшую реформу календаря. В результате был введен новый, пли григорианский стиль. Большая простота (вернее, меньшая сложность) теории Коперника и получавшаяся, но лишь на первых порах, большая точность предвычислений положений планет по гелиоцентрическим таблицам Рейнгольда породили другую иллюзию. Преимущество теории Коперника стали усматривать именно в ее практической пользе. Однако и то и другое оказалось иллюзорным. Как же в действительности обстояло дело? В чем была истинная сила теории Коперника? Почему она могла вызвать и вызвала коренное революционное преобразование всего естествознания и научного мировоззрения? Коперник, так же, как и ученые Древней Греции, представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным сферой звезд, неподвижных каждая на своем месте. Подобно античным ученым он считал истинные движения небесных тел равномерными и круговыми. Именно стремление восстановить чистоту планетной теории в этом отношении, достичь строгого выполнения в ней провозглашенных Платоном и Аристотелем принципов движения небесных тел, явно нарушенных в системе Птолемея введением экванта, было для Коперника, по его собственным словам, одним из стимулов для поисков иных способов описания движений планет. Но другим, несравненно более важным с точки зрения дальнейшего развития науки стимулом к ревизии и отказу от теории Птолемея стало для Коперника стремление восстановить утраченную логическую простоту и стройность планетной теории. В эпоху Коперника сосуществовало несколько моделей планетных движений, но все они опирались на геоцентризм и, в конце концов, сводились к системе Птолемея, лишь усложняя ее. (Общее число вспомогательных кругов в системах типа птолемеевой возросло до 80, в одной из последних попыток возродить систему гомоцентрических сфер число их для описания известных движений достигало 79). В этих системах движение планет представлялось с помощью нескольких равноправных независимых математических моделей. Для объяснения петель у данной планеты предполагалось, помимо движения по деференту, движение по своей группе эпициклов, никак не связанных, вообще говоря, с эпициклами и деферентом для другой планеты. В этом Коперник и увидел несовершенство, более того, указание на коренную несостоятельность теории Птолемея в чисто методологическом отношении. В ней отсутствовал единый стержневой принцип, который мог бы объяснить, по крайней мере, основные закономерности в движениях планет.

Это навело Коперника на мысль о ложности теории Птолемея и других подобных геоцентрических схем в чем-то основном. В них нарушался один из главных принципов природы: «природа не терпит лишнего». В этом принципе Коперник видел более глубокое проявление гармонии природы, выражающейся в стремлении возможно меньшим числом причин обеспечить возможно большее число следствий, явлений. Такая единая причина могла бы, по мнению Коперника, выявить общий порядок, «симметрию», «соразмерность частей» во Вселенной. Между тем птолемеева теория, как известно, не претендовала на большее, чел описание видимых угловых изменений в положении планет. Главный изъян геоцентрических систем мира Коперник видел именно в том, что «они не смогли определить форму мира и точную соразмерность его частей». Этими рассуждениями, изложенными в собственном предисловии к своему труду, Коперник, быть может, впервые отметил основную особенность птолемеевой и других подобных систем — их условный, модельный характер и ограниченность служебными целями. Эти теории позволяли предвычислять лишь направления на небесные светила, без попыток раскрыть истинную удаленность и расположение их в пространстве. Птолемей считал последние две задачи вообще неразрешимыми. Напротив, учет физических характеристик небесных тел в системе Коперника — уже во вводных главах — сразу показывает его отношение к своей теории, как к теории реального устройства планетной системы (а для Коперника — и всей Вселенной).

Идею иного, не геоцентрического способа описания видимого движения планет Коперник нашел у древнегреческих философов — Аристарха Самосского и некоторых пифагорейцев. Он использовал идею именно первого — идею подвижности Земли, обращающейся вокруг реального тела — неподвижного Солнца, расположенного в центре мира. Принять гелиоцентризм Копернику помогло развитое им представление об относительном характере движения (кинематический принцип относительности движения). Этот известный древним грекам принцип в средние века был забыт. Неравномерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца Коперник, как и Птолемей, считал кажущимся эффектом. Однако этот эффект он представил не как результат подбора и комбинации движений по условным вспомогательным окружностям, а впервые указал на реальную физическую (точнее — кинематическую) причину явления: перемещение самого наблюдателя (как при наблюдении с плывущего корабля предметов, находящихся на берегу). Таким образом, он допустил, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Это допущение подвижности Земли и было главным новым принципом в системе Коперника. Он стремился обосновать его рядом физических и логических соображений. Вторым нововведением было принятие аристарховой идеи центрального положения Солнца в системе. Коперник и сам, впрочем, обратил внимание на особую роль Солнца, отразившуюся уже в птолемеевой схеме. Планеты по свойствам их движений как бы разделялись в ней Солнцем на две группы — нижние (ближе к Земле, чем Солнце) и верхние. В комбинации кругов для описания видимого движения каждой планеты существовал обязательно один круг с годичным, как у Солнца, периодом движения по нему. Для верхних планет это был первый, или главный эпицикл, для нижних — деферент. Кроме того, Меркурий и Венера (нижние планеты) вообще все время сопровождали Солнце, лишь совершая около него колебательные движения. И все же допустить в XVI в. подвижность Земли, лишив ее положения центра мира, было настолько противоречащим общепринятому «здравому смыслу» (слова Коперника), что сам Коперник постарался смягчить впечатление от своего нововведения. Он особо отметил, что поскольку размеры сферы звезд и удаленность ее от планет колоссальны, то вся система планет вместе с подвижной теперь Землей оказывались практически в центре этой Вселенной. В свое время Птолемей (а до него еще Гиппарх) введением эксцентриков для более точного отображения неравномерностей видимого движения небесных светил уже лишили Землю ее строго центрального положения в мире, какое она должна была занимать в аристотелевой сферической Вселенной. Введением экванта Птолемей еще более нарушил аристотелевы физические основания геоцентризма, что делало систему Птолемея внутренне противоречивой. Но такой ценой Птолемей нащупал нечто вроде геоцентрического «зеркального» отображения второго закона Кеплера! Допуская лишь круговые равномерные движения по любым окружностям только, относительно их собственных центров, Коперник начал с того, что отверг эквант — быть может, наиболее остроумную находку Птолемея. Этим он сделал даже некоторый принципиальный шаг назад. Принцип круговых равномерных движений вынудил Коперника и в гелиоцентрической системе для достаточно точного описания движения планет сохранить несколько десятков (!) эпициклов (правда, 34 вместо 80). По той же причине — принятия принципа равномерности движения — теория Коперника при расчетах была не намного проще птолемеевой и практически не отличалась от нее по точности предвычислений положений — планет на длительный промежуток времени. Несколько более высокая точность, дававшаяся на первых порах Прусскими таблицами, объяснялась не введением нового, гелиоцентрического принципа, а более развитым (по сравнению с XIII в.) математическим аппаратом вычислений. Эти таблицы также вскоре неизбежно разошлись с наблюдениями. Последнее даже охладило первоначальное восторженное отношение к теории Коперника у тех вычислителей, которые ожидали от нее немедленных практических выгод (неплохой урок и пример ложного подхода к оценке принципиально новой теории).

Что же касается системы Коперника в целом как общей астрономической картины мира, то уже спустя четыре десятилетия Бруно разрушил ее, отвергнув замкнутую сферу звезд и центральное положение Солнца во Вселенной, провозгласив тождество Солнца и звезд и множественность «солнечных систем» в бесконечной Вселенной. В чем же таилась истинно революционная сила учения Коперника? Система Коперника завершала собою более чем двухтысячелетний путь развития умозрительных космологических теорий Вселенной и частично еще использовала некоторые древние космологические представления. Но она принципиально отличалась от всех прежних теорий. Революционная, преобразующая сила коперниковой гелиоцентрической системы таилась в ее внутренней логичности, экономности, совершенстве, достигнутых введением нового, гелиоцентрического принципа движения небесных тел, прежде всего подвижности самой Земли. С помощью двух основных действительных движений Земли — годичного и суточного — она сразу же объяснила все главные особенности запутанных видимых движений планет (попятные движения, стояния, петли) и раскрыла причину суточного движения небосвода. Впервые получила объяснение смена времен года: Земля движется вокруг Солнца, сохраняя неизменным в пространстве положение оси своего суточного вращения. Правда, для этого Копернику пришлось ввести «третье» движение Земли — обратное вращение с тем же годичным периодом вокруг некой другой оси в теле Земли — перпендикулярной плоскости эклиптики. С помощью комбинации обычного годичного движения — обращения вокруг Солнца — и этого вращения Земли, допуская небольшое различие в их скоростях, Коперник предложил довольно остроумное кинематическое объяснение явления прецессии. В системе Коперника впервые получила объяснение загадочная прежде последовательность размеров первых, или главных эпициклов у верхних планет. (Они были введены Птолемеем для описания петлеобразных движений планет.) Размеры их оказались убывающими с удалением планеты от Земли. Движение по этим эпициклам, равно как и движение по деферентам для нижних планет, совершалось с одним и тем же годичным периодом, равным периоду обращения Солнца вокруг Земли! — Все эти годичные круги геоцентрической системы оказались излишними в системе Коперника. Петлеобразные движения планет теперь объяснялись одной единственной причиной — годичным движением Земли вокруг Солнца. В различии же размеров петель (и, следовательно, радиусов соответствующих эпициклов) Коперник правильно увидел отображение того же орбитального движения Земли: наблюдаемая с Земли планета должна описывать видимую петлю и тем меньшую, чем дальше она от Земли.

Эта гениальная расшифровка видимых явлений позволила Копернику впервые за всю историю изучения неба сделать обоснованный вывод о действительном расположении планет в Солнечной системе и получить весьма точные относительные расстояния планет от Солнца (в расстояниях Земля — Солнце, т. е. в астрономических единицах, выражаясь современным языком). Таким образом, то, что Птолемей считал непостижимым, уже содержалось в скрытом виде в его системе. Но только Коперник понял, что этими расстояниями планет были величины, обратные радиусам первых эпициклов для внешних планет и совпадающие с радиусами деферентов — для внутренних («нижних» по геоцентрической терминологии). Коперник как бы поставил зеркало перед зеркально перевернутой (по отношению к действительности) системой Птолемея и таким образом впервые получил правильное, прямое изображение устройства планетной системы. Довольно хорошее совпадение оценок показывает достаточно высокую точность, достигнутую в измерениях некоторых постоянных астрономических величин уже в древности, но вместе с тем еще раз демонстрирует бессилие геоцентрической системы в. объяснении действительности. Только введение гелиоцентрического принципа позволило понять истинный смысл полученных величин. Именно логическая стройность, экономность и в этом смысле простота и совершенство теории Коперника, ее способность объяснить немногими причинами совокупность многих, считавшихся до этого совершенно различными явлений, увязать их в единую систему привлекли к ней горячие симпатии прогрессивно мыслящих современников. Эти черты теории свидетельствовали о ее правильности по существу. И уже не столь важным было то, что принесенная в ней дань традициям — принятие круговых равномерных движений небесных тел, центрального положения Солнца во Вселенной и ограничивающей Вселенную сферы звезд — снижала ее точность при практических расчетах или ограничивала мир единственной планетной системой. Возрожденные Коперником принципы подвижности Земли и центрального положения Солнца в системе планет не только явились ключом к объяснению истинного строения собственно Солнечной системы, но стали и мощным инструментом для дальнейшего познания мира за ее пределами. Теория Коперника вскрыла важнейший принцип устройства Вселенной: признав подвижность, планетарность, неуникальность Земли, она тем самым устраняла вековое представление и об уникальности центра вращения во Вселенной. Центром вращения стало Солнце. Но Солнце не было уникальным телом. О его тождественности со звездами догадывались еще в древности. Это «освобождение» центра вращения от его «единственности» в свою очередь освобождало человеческую мысль, выпускало ее на необъятный простор для дальнейших сравнений и обобщений. Уже вскоре Бруно объединил с этим принципом идею Николая Кузанского об изотропности и безграничности Вселенной и пришел к построению концепции о множественности планетных систем в бесконечной Вселенной.

Раскрытие двойственной причины сложных видимых планетных движений — разложение их на собственные реальные движения планет и на видимые, являющиеся отражением движения наблюдателя (т. е. Земли), направило мысль на поиски истинных движений небесных тел, что и сделал Кеплер, а также на углубленное изучение законов движения вообще (Галилеи). Эти два пути развития теории Коперника привели к созданию небесной и общей механики и объединились в новой физической картине мира Ньютона. Геоцентрический способ описания видимого движения, например Солнца, метеорных потоков, сохранился в современной астрономии лишь как удобный в некоторых задачах математический прием. На первый взгляд теория Коперника затрагивала лишь третий элемент аристотелевой физико-космологической системы мира — изменяла конкретную модель Вселенной и, напротив, даже стремилась сохранить остальное, во всяком случае, механизм процессов (второй элемент): равномерные круговые движения небесных тел, причина которых не обсуждалась и у Коперника, т. е. оно принималось как факт. Но теория Коперника сразу вступила в конфликт с первым элементом картины мира Аристотеля: небесные тела, как и Земля, которая была введена в круг планет, в свою очередь оказывались центрами тяжести, во всяком случае, центрами обращения других тел. А спустя чуть более полувека выяснилось противоречие гелиоцентрической системы и второму элементу картины мира Аристотеля: истинные движения планет оказались не круговыми и не равномерными. Таким образом, начавшись как революция в астрономии, коперниковская революция в теории планетных движений уже вскоре проявила черты революции универсальной, так как привела к полной смене физической картины мира, хотя взрывной силы этой новой теории не понимал и сам Коперник.

 

В статье Новый вариант большого взрыва и новый 1000 вопрос рассматривается очень красивая и интересное, но по своей сущности весьма фантастическая идея.