Через несколько месяцев мы отметим 450 лет со дня рождения Галилео Галилея. Жизнь человека, прославившегося как философ, механик, математик, вступившего в опасный научный спор с католической церковью и положившего начало экспериментальной физике, исследует Алексей Левин.
Драматическая судьба Галилея стала символом неустранимого антагонизма между наукой и церковью. Эта интерпретация покоится на приговоре суда над великим ученым, проведенного римской инквизицией 380 лет назад, в 1633 году. Благодаря этому процессу многие помнят Галилея только как жертву церковных иерархов.
Однако в историю науки Галилей вошел прежде всего как завершитель радикального преобразования астрономии, которое называют коперниканской революцией. Он не создал гелиоцентрической системы, как Коперник, не разработал прецезионных методов определения координат небесных тел, как Тихо Браге, не открыл законов движения планет, как Кеплер. Однако он сделал больше любого своего современника для пропаганды системы Коперника, которую в его время считали лишь гипотезой. У Галилея были и другие научные заслуги, речь о которых пойдет далее.
Галилео Галилей родился в Пизе 15 февраля 1564 года. Будущий ученый был старшим из семи детей лютниста и композитора Винченцо Галилея, занимающего видное место в музыкальной культуре Италии XVI века. В последние годы жизни Винченцо увлекся исследованием количественных связей между длиной и натяжением струн и высотой их звучания. Возможно, что эти эксперименты послужили примером для старшего сына в его научных занятиях.
В 1572 году Винченцо возвратился в родную Флоренцию, а через два года туда же перебралась и его семья. Галилео отправили учиться в аббатство Валломброза. Мальчика наставляли в латыни и греческом, литературе, логике, риторике, арифметике — и, конечно, в вере и богословии. В 15 лет он был готов к принятию монашеского обета, однако Винченцо желал для сына медицинской карьеры. Юноша провел еще два года во Флоренции, продолжая образование под руководством монахов, после чего поступил в Пизанский университет.
Галилей проучился в Пизе четыре года и покинул университет, так и не получив диплома. Медицина его не интересовала: у него уже имелась другая цель в жизни. В 1583 году он прослушал несколько лекций придворного математика Остилио Риччи, которые побудили его самостоятельно изучить «Элементы» Евклида. Риччи распознал в студенте блестящие способности и познакомил его с трудами Архимеда и основателя теории перспективы Леона Батисты Альберти. После этого Галилей не видел для себя иного пути, кроме науки. Но для этого была необходима приличная должность — либо при дворе одного из итальянских владык, либо в университете.
Четыре года он подрабатывал частными уроками по математике и лишь в 1589 году получил преподавательскую должность в своей alma mater в Пизе. Денег эта должность приносила немного, контракт заключен всего на три года, но всё же это было началом академической карьеры. В 1586 году Галилей изобрел гидростатические весы (не зря он изучал Архимеда!), которые описал в своем первом научном труде. Годом позже он придумал изящный способ практического определения центров тяжести некоторых твердых тел.
Галилей с самого начала считал работу в Пизе временной. Университет не пользовался особым престижем, надолго там задерживались лишь посредственности. Летом 1592 года ученый начал через друзей добиваться профессуры в Падуанском университете, где кафедра математики освободилась после смерти Молетти. Бороться было за что: университет принимал студентов со всей Европы (кстати, там учился и Коперник) и котировался на равных с Оксфордом, Сорбонной и Гейдельбергом. Галилей блестяще прошел квалификационные испытания и получил заветную должность. Ему и там платили не слишком щедро, но это был несомненный карьерный рост.
В Падуе Галилей провел 18 лет, нередко наезжая в близкую Венецию. Он обрел много друзей, среди которых был математик и дипломат Джанфранческо Сагредо, которого Галилей через много лет сделал персонажем своих книг. В его доме в 1599 году Галилей встретил Марину ди Андреа Гамба, с которой за 11 лет внебрачного союза прижил сына и двух дочерей.
ВЗГЛЯД В НЕБО
К занятиям астрономией Галилея подтолкнула сверхновая, появившаяся на небосводе 9 октября 1604 года. Ее изучали многие, в частности Кеплер, представивший результаты своих наблюдений в отдельной книге. Галилей начал следить за звездной вспышкой перед Рождеством и в январе прочел три лекции, в которых утверждал, что загадочное светило находится много дальше от Земли, чем Луна, поскольку все наблюдатели, где бы они ни находились, видели его в одной и той же позиции относительно соседних звезд. Появление нового светила было сильным ударом по учению Аристотеля о неизменности звездной сферы. Новой звезде была посвящена и первая опубликованная книга Галилея, напечатанная в Падуе и переизданная в Вероне. Летом 1606 года он опубликовал еще один труд: пособие по работе с угломерным устройством.
В феврале 1609 года Галилею исполнилось 45 лет—весьма почтенный возраст для того времени. Он стал благополучным и уважаемым профессором хорошего университета, водил дружбу с аристократами и государственными мужами Венеции и Флоренции. В число его учеников входил и Козимо Медичи, будущий великий герцог.
Но подлинных научных высот Галилей всё же не достиг. Его книга о новой звезде не могла конкурировать с кеплеровской, а вторая работа вообще предназначалась для землемеров, строителей и артиллеристов. Кинематические исследования продвигались медленно, и их результаты оставались в рукописных заметках. Однако в том же 1609 году судьба послала Галилею великолепный подарок, которым он воспользовался настолько успешно, что обрел европейскую славу.
Произошло это так. В конце весны Галилей узнал о подзорной трубе, изобретенной нидерландскими оптиками. А в начале августа он прослышал, что некий голландец вот-вот привезет такую трубу на продажу в Венецию. Галилей бросился в мастерскую и начал экспериментировать с выпуклыми и вогнутыми линзами, в пожарном порядке изготовляемыми стеклодувом. Если верить его воспоминаниям, он всего за сутки подобрал правильную комбинацию стекол и через пару недель имел 8-кратную трубу. 25 августа он с успехом продемонстрировал ее в работе венецианским нобилям, среди которых был сам дож Леонардо Дона. Сенат немедленно предложил Галилею двойное жалованье и пожизненную профессуру в Падуе.
И вот тогда Галилей вплотную занялся астрономией. В начале осени он приступил к лунным наблюдениям, которые продолжил с помощью 20-кратного телескопа, собранного в собственной мастерской. В течение нескольких месяцев Галилей и его помощники изготовили около сотни телескопов, но качественное изображение давали не более десятка. Этот гигантский труд принес ценнейшие плоды. Галилей увидел лунные моря и кратеры, обнаружил, что Млечный Путь состоит из множества звезд и звездных скоплений, а в январе 1610 года заметил у Юпитера четыре спутника. На основании этого открытия он заключил, что небесное тело может увлекать за собой спутники, которые обращаются вокруг него точно так же, как если бы оно было неподвижным. Тем самым подрывалось сильное возражение против теории Коперника, которая не могла убедительно объяснить, каким образом Луна не отстает от движущейся вокруг Солнца Земли.
Галилей поспешил закрепить свой приоритет в столь замечательных открытиях и в марте рассказал о них в книге «Звездный вестник», отпечатанной в Венеции в 550 экземплярах. Она была посвящена великому герцогу Тосканы Козимо, на покровительство которого Галилей сильно рассчитывал. По этой же причине он на звал спутники Юпитера Медицейскими звездами в честь правившей в Тоскане династии Медичи.
Новообретенная слава Галилея позволила ему успешно провести переговоры о возвращении в родные пенаты. В июле 1610 года он был назначен философом и математиком великого герцога Тосканы и главным математиком Пизанского университета и в сентябре перебрался во Флорецию. Незадолго до этого он наблюдал Сатурн в виде тройной звезды, что и изложил в срочно опубликованной анаграмме. Фактически он видел отблеск колец Сатурна, которые не смог разглядеть из-за недостаточной мощности телескопа. 28 декабря 1612 года и 28 января 1613 года Галилей наблюдал в созвездии Девы «неподвижную звезду», которая в действительности была Нептуном, восьмой планетой Солнечной системы.
В конце 1610 года Галилей обнаружил фазы Венеры, не имевшие прав на существование в космогонии Птолемея, но естественно объясняемые гелиоцентрической теорией.
Это открытие подтолкнуло его в первый и единственный раз публично высказаться в поддержку теории Коперника. Случилось это в 1613 году, когда он выпустил свои «Письма о солнечных пятнах». В этом трактате Галилей дискутировал с видным немецким астрономом Кристофом Шейнером, который годом ранее опубликовал две работы о пятнах, укрывшись в качестве псевдонима под именем древнегреческого художника Апеллеса. В третьем письме Галилей прямо утверждает, что венерианские фазы (по его выражению, рога Венеры) «блистательно соответствуют великой коперниканской системе». В дальнейшем он выражался гораздо осторожнее.
Дискуссия с германским коллегой интересна и по другой причине. Шейнер счел пятна на Солнце проекциями небесных тел, обращающихся вокруг него и периодически затмевающих его на транзите. Галилей не только убедительно показал, что планеты на фоне солнечного диска должны выглядеть совершенно иначе, но и увидел в пятнах реальные объекты, передвигающиеся по солнечной поверхности. В связи с этим он впервые сформулировал принцип инерции, причем в неожиданной для нас форме. Тяжелое тело на поверхности сферы, утверждает Галилей, не изменяет свое исходное состояние. Если оно изначально находится в покое, то будет покоиться и далее, а если движется, то так и останется в движении. Классическая формулировка, согласно которой тело, движущееся без помех по бесконечной горизонтальной плоскости, сохраняет начальную скорость, появилась только в последней книге Галилея «Беседы и математические доказательства двух новых наук», напечатанной в 1638 году.
ПОД НАДЗОРОМ
Казалось, что в начале второго десятилетия XVII века судьба во всем благоприятствовала Галилею. Весной 1611 года он триумфально съездил в Рим, где его принял и приветствовал папа Павел V. Галилей свел дружбу с кардиналами курии и знатнейшим римским аристократом князем Федерико Чези, который ввел Галилея в основанное им научное общество «Академия Рысьеглазых», Accademia dei Lincei. Астрономические открытия Галилея были подтверждены математиками из главной семинарии ордена иезуитов Collegio Romano, которую в 1551 году основал сам Игнатий Лойола. После возвращения во Флоренцию Галилей обрел покровительство влиятельного кардинала Маффео Барберини, будущего папы Урбана VIII.
Но тучи над его головой уже начали сгущаться. В 1611 году флорентиец Франческо Сицци заявил, что наличие спутников у Юпитера противоречит Священному Писанию. Это не повлекло за собой явных последствий, однако Галилея уже тогда взяла на заметку римская инквизиция. В феврале 1616 года комиссия ватиканских теологов постановила, что концепция гелиоцентризма не только абсурдна, но и еретична, а утверждение о движении Земли нелепо и теологически ошибочно. Главный идеолог Ватикана кардинал Роберто Беллармин в присутствии комиссара инквизиции объявил Галилею, что он не должен разделять и защищать подобные взгляды. Галилей, всегда считавший себя верным сыном католической церкви, обещал полное послушание. Однако в архиве инквизиции сохранился документ, где говорится, что ее представитель сообщил Галилею о дополнительном требовании не преподавать и не распространять теорию Коперника, которое в принципе можно было истолковать и как запрет на любое устное и печатное обсуждение коперниканства.
Если Галилей и получил жесткое предупреждение, то не понял его или не захотел понять. В марте он удостоился дружеской аудиенции у Павла V, позволявшей надеяться, что неприятности остались позади. Несколько лет спустя Галилей приступил к «Диалогу о двух главнейших системах мира, птолемеевской и коперниканской», своему главному труду, увидевшему свет в 1632 году.
Вся логика «Диалога» подводила читателя к выводу о правоте Коперника, и это вызвало сильнейшую негативную реакцию Ватикана. На Галилея ополчился даже Маффео Барберини, уже сидевший на папском престоле. По всей вероятности, он не мог простить, что человек, который в прошлом удостоился его доверия и покровительства, фактически поставил науку выше божественного откровения в качестве средства познания мира. Ученого вызвали в Рим для следствия по обвинению в ереси, которое завершилось формальным процессом. В июне 1633 года коллегия из 10 кардиналов признала его подозреваемым в ереси, но воздержалась от прямого объявления еретиком. Тем не менее вердикт был суров: пожизненное ограничение свободы (на условиях, которые определит инквизиция) и еженедельное повторение семи покаянных псалмов в течение трех лет. Особым эдиктом «Диалог» был внесен в Индекс запрещенных книг где и оставался около двух столетий. Стоит от метить, что при говор подписали только семь кардиналов из десяти и он не был формально утвержден папой (почему — еще одна загадка).
Процесс завершился 22 июня церемонией в церкви Санта-Мария сопра Минерва. Галилей выслушал вердикт, стоя на коленях, отрекся от всех заблуждений, поклялся не повторять их в будущем и обещал доносить инквизиции на каждого еретика, с которым ему доведется столкнуться. Галилей еще три дня оставался в заключении у инквизиции (впрочем, весьма комфортабельном), неделю провел в резиденции тосканского посла, после чего покинул Рим — в последний раз и уже навсегда.
До конца 1633 года Галилей жил в Сиене у своего друга архиепископа Асканио Пикколомини. Затем ученому разрешили вернуться в Тоскану, где он поселился на своей вилле в Арчетри (проживать во Флоренции ему не позволили). За Галилеем надзирали местные инквизиторы, хотя и не особо рьяно. Он мог заниматься исследованиями, наставлять учеников, писать книги и даже принимать иностранных гостей (так, в 1638 году его посетил великий английский поэт Джон Мильтон). В 1637 году Галилей закончил «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», где изложил в виде серии теорем свои результаты в области кинематики равномерных и равноускоренных движений. Интересно, что он совершенно не применял алгебраической символики, к тому времени уже весьма развитой. Его математический аппарат ограничивался евклидовой геометрией, а из тригонометрических функций он использовал одни лишь тангенсы. Однако словесные формулировки его теорем кристально ясны и по сей день не выглядят архаичными. В том же году Галилей совершил свое последнее астрономическое открытие — обнаружил либрацию Луны (медленные колебания, благодаря которым мы можем видеть больше половины ее поверхности).
В последние годы жизни Галилей сильно одряхлел и практически потерял зрение, но отнюдь не интеллект. Например, в «Беседах» опубликовано очень глубокое математическое наблюдение: коль скоро каждому натуральному числу взаимно однозначно соответствует его квадрат, количества тех и других (в обоих случаях бесконечные) должно признать одинаковыми. Это противоречило ключевому положению античной математики, что целое всегда больше части. Во второй половине XIX века аналогичные рассуждения привели Георга Кантора к созданию теории множеств. А за несколько месяцев до смерти Галилей обсуждал с сыном возможность создания маятниковых часов.
8 января 1642 года Галилей скончался на руках учеников, не дожив месяца до 78 лет. Спустя 350 лет, в 1992 году, он был реабилитирован Ватиканом—правда, частично. А вот Джордано Бруно (судьбу которого очень часто сравнивают с судьбой Галилея) до сих пор считается еретиком.
(с) Алексей Левин