Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
«В мире науки»
«Знание — сила»
«Квант»
«Квантик»
«Кот Шрёдингера»
«Наука и жизнь»
«Наука из первых рук»
«Популярная механика»
«Потенциал»: Химия. Биология. Медицина
«Потенциал»: Математика. Физика. Информатика
«Природа»
«Троицкий вариант»
«Химия и жизнь»
«Что нового...»
«Экология и жизнь»
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Новости науки

 
28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном

27.06
Незамысловатая песня помогает птицам избегать хищников

22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица

21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей

20.06
LIGO поймала новые всплески гравитационных волн






Главная / Библиотека / В популярных журналах / «Популярная механика» версия для печати

Человек, который сдвинул Землю

Научная революция Николая Коперника

Алексей Левин
«Популярная механика» №6 2009

Изображение: «Популярная механика»

Испокон веков астрономы помещали Землю в центр Вселенной. Николай Коперник отнял у нашей планеты титул центра мироздания и поместил ее на рядовую околосолнечную орбиту, заложив основы одной из величайших научных и философских революций в духовной истории человечества.

Знаменитое изречение Архимеда «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю» дошло до нас в изложении александрийского математика IV века Паппа. Историкам неизвестно, из какого источника он почерпнул слова сиракузского гения, убитого в 212 году до н.э. Не исключено, что их просто приписали Архимеду современники либо потомки. Хотя вообще-то рукотворное смещение нашей планеты не только возможно, но и неоднократно осуществлено на практике: запуск любого космического аппарата изменяет земную орбиту (на очень небольшую величину).

Но о сдвиге Земли можно рассуждать и в более глубоком смысле. Есть все основания полагать, что Архимед в духе своего времени почитал нашу планету неподвижным шаром в центре мироздания, вокруг которого вращаются сферы, где пребывают Солнце, Луна, планеты и звезды. Интересно, что он не только знал о гелиоцентрической модели космоса, выдвинутой Аристархом из Самоса, но и вкратце описал ее в своем труде «Исчисление песчинок». Однако Архимед называл эту идею гипотетической и никогда не высказывался в ее поддержку (хотя в качестве математического упражнения вычислил на ее основании радиус Вселенной, который составил 100 трлн стадий — около двух световых лет).

Таких же воззрений придерживались астрономы как в Античности (за исключением Селевка из Селевкии), так и в Средние века. Точности ради стоит заметить, что отдельные проницательные умы (прежде всего крупнейший астроном XV столетия Иоганн Мюллер, более известный как Региомонтан) видели слабости геоцентрической космологии, но не предлагали ничего взамен. Ее, как мы сейчас бы сказали, стандартная модель, изложенная в великом труде александрийского астронома II века Клавдия Птолемея «Альмагест», безраздельно господствовала на протяжении 13 веков. Лишь через 1685 лет после гибели Архимеда родился мальчик, которому суждено было отнять у нашей планеты титул центра мироздания. Этот интеллектуальный подвиг положил начало одной из величайших научных и философских революций в духовной истории человечества.

Детство и отрочество

Основатель современной астрономии появился на свет в пять часов вечера 19 февраля 1473 года. Дата его рождения записана в церковной книге, а время (вероятно, определенное задним числом) — в гороскопе. Его крестили Миколаем (Mikolaj), но в историю вошла латинизированная версия имени (Nicolaus) и фамилии Kopernik (Copernicus).

В XIII веке предки Николая Коперника по отцовской линии перебрались из Германии в Польшу. Поначалу они жили в Силезии (скорее всего, в деревне, которая и по сей день зовется Koperniki), а в середине XIV столетия переселились в Краков — в те времена столицу Польского королевства. Предки ученого постепенно выбились из ремесленного сословия в торговое. Отец Коперника, тоже Николай, был весьма процветающим купцом. В конце 1450-х годов он переехал из Кракова на север страны, в Торунь, где стал олдерменом и женился на дочери одного из самых богатых горожан Лукаса Ватценроде.

Коперник умер 24 мая 1543 года и был похоронен во Фромборском соборе. В 2005 году его останки обнаружила группа польских археологов во главе с Ежи Гассовским (удалось даже реконструировать внешность ученого по хорошо сохранившемуся черепу). Они опубликовали эти сведения лишь в ноябре 2008 года, после того как эксперты подтвердили аутентичность находки. Изображение: «Популярная механика»
Коперник умер 24 мая 1543 года и был похоронен во Фромборском соборе. В 2005 году его останки обнаружила группа польских археологов во главе с Ежи Гассовским (удалось даже реконструировать внешность ученого по хорошо сохранившемуся черепу). Они опубликовали эти сведения лишь в ноябре 2008 года, после того как эксперты подтвердили аутентичность находки. Изображение: «Популярная механика»

В 1470-х годах у Коперников родился первенец Андреас, потом дочери Барбара и Катерина, а затем и последыш Николай-младший. Когда ему было около десяти лет, семья потеряла отца. Заботу о детях взял на себя дядя с материнской стороны, тоже Лукас. В 1489 году он возглавил епископство Вармия, расположенное северо-восточней Торуни, и в этом качестве сыграл немалую роль в судьбе племянников. После того как они закончили церковные школы первой и второй ступени, дядя настоял на их поступлении в Краковский университет, где когда-то учился и сам. Осенью 1491 года Андреас и Николай впервые в жизни покинули родной город. Скорее всего, они сели на парусную баржу и отправились вверх по Висле в королевскую столицу.

Студенчество

Ягеллонский университет в Кракове, основанный в 1364 году королем Казимиром III Великим (тогда он назывался Краковской академией, а нынешнее имя получил в начале XIX века), — одна из старейших европейских высших школ. В 1410 году там появилась кафедра астрономии и астрологии (первая в Центральной Европе). В студенческие годы Коперника ее занимал блестящий педагог Войцех Брудзевский, который не был ортодоксальным сторонником геоцентрической теории и первым понял, что Луна движется по эллипсу. Видимо, именно он и заинтересовал юношу из Торуни наукой о небесах (во всяком случае, достоверно известно, что в Кракове Коперник прослушал не менее семи курсов по астрономии, астрологии и математике, а также освоил весьма совершенные астрономические угломерные инструменты, подаренные Краковской академии Университетом Буды). На время его учебы пришлись такие эффектные небесные события, как появление кометы, пара солнечных и пара лунных затмений.

Коперник провел в Кракове четыре года, но на этом его образование не закончилось. Он прожил год у дяди-епископа, после чего вновь последовал по его стопам и отправился в самый старый в Западной Европе Болонский университет постигать юридические премудрости. Там он сблизился с профессором астрономии и астрологии Доменико Новарой, которому не раз помогал наблюдать светила. Еще два года Коперник провел в Падуанском университете, где изучал медицину. В 1503 году он завершил свое формальное образование и получил от Феррарского университета степень доктора канонического права.

Коперник в Вармии

Николай Коперник покинул родину юношей, а возвратился зрелым тридцатилетним мужем. В Италии он расширил познания в математике и так хорошо овладел греческим, что проштудировал в подлиннике птолемеевский «Альмагест». В Риме во время юридической практики в папской канцелярии он даже прочел публичную лекцию по математике, что было немалой честью. Биографы Коперника не перестают удивляться, почему ему не предложили места ни в одном из тамошних университетов. При желании он вполне мог бы и без этого остаться в прекрасной Италии, заниматься астрономией для души, а на жизнь зарабатывать врачеванием или весьма доходной астрологией. Но судьба сулила иное. Всю оставшуюся жизнь Коперник провел в польском захолустье, где практически не имел личных контактов с другими учеными и тратил большую часть времени на дела, весьма далекие от науки. Но даже в такой не располагающей к творчеству обстановке он совершил интеллектуальный прорыв потрясающего масштаба.

Впрочем, переезд в Польшу имел и свои преимущества. Еще в 1497 году дядя-епископ Лукас Ватценроде устроил избрание племянника в состав капитула каноников, приписанных к кафедральному собору во Фромборке, городке на берегу Вислинского залива к востоку от Гданьска. Четыре года спустя Коперник был вынужден ненадолго приехать во Фромборк, чтобы лично представиться собратьям по капитулу и испросить разрешения остаться в Италии вплоть до получения диплома. Эта должность давала стабильный доход, который Коперник начал получать сразу после утверждения, так что в материальном плане его жизнь была вполне благополучной.

Коперник окончательно обосновался во Фромборке только в 1510 году. До этого он служил у дяди-епископа личным секретарем и врачом и жил в его резиденции в маленьком городке Лидзбарке. Вступив в должность, Коперник обрел немало обязанностей. Фромборским каноникам было положено участвовать в церковных службах, однако их основная функция состояла в помощи епископу в управлении Вармией. Каноники собирали с мирян подати и налоги, отправляли судейские обязанности, назначали бургомистров, надзирали за пивоварнями, рыболовством и охотой. Коперника не раз избирали канцлером и инспектором капитула, а однажды он попал в число кандидатов на освободившееся место вармийского епископа. Коперник составил несколько карт Вармии и ее окрестностей, лечил земляков в городской больнице Святого Духа, а зимой 1521 года даже возглавил оборону расположенного на юге Вармии Ольштынского замка, на который напал Тевтонский орден. Короче, скучать ему не приходилось. Тем не менее его жизнь протекала без особых стрессов, если не считать неприятностей с церковным начальством, которому в 1530-х донесли (скорее всего ложно), что Коперник обзавелся любовницей. Впрочем, к осени 1439 года этот инцидент, грозивший церковным судом, был исчерпан.

Путь к открытию

Фромборский собор и окружающие его постройки обнесены мощной крепостной стеной с башнями. В одной из них Коперник квартировал в первые годы пребывания во Фромборке (сейчас там музей). В 1514 году он купил городской дом неподалеку от собора и оборудовал рядом с ним площадку для астрономических наблюдений. Он располагал так называемой линейкой Птолемея и еще несколькими примитивными угломерными приборами, которые намного уступали оборудованию хороших обсерваторий того времени. Но Копернику этого вполне хватило — его главным инструментом была голова.

Вполне возможно, что Коперник потерял доверие к системе Птолемея еще в Италии. Во всяком случае, он начал обдумывать свою альтернативную модель не позднее 1506 года, находясь в Лидзбарке. Поселившись во Фромборке, он изложил ее основы в небольшой рукописи, которую самолично размножил и разослал в нескольких экземплярах знакомым любителям астрономии. Судя по всему, он не только не озаглавил эту работу, но и не поставил на ней своего имени. Сейчас этот труд называют «Малым комментарием» (Commentariolobus). Его впервые обнаружили примерно в 1880 году в библиотеке Шведской академии наук, затем нашли в Национальной библиотеке в Вене (это были вторичные копии оригинального манускрипта, рука Коперника к ним не прикасалась). Упоминание об этом документе содержится в перечне книг личной библиотеки краковского профессора, у которого Коперник в студенчестве изучал географию. Профессор составил этот каталог 1 мая 1514 года, выделив среди них «рукопись, автор которой утверждает, что Земля движется, а Солнце пребывает в покое». Почти наверняка здесь речь идет о тексте, написанном непосредственно Коперником.

Муки древнегреческих астрономов

Для объяснения небесных явлений астрономы древности вынуждены были прибегать  к довольно сложным моделям.

Три системы. В системе Птолемея Земля покоится в центре мира. Вокруг нее движутся Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн; каждое тело движется по малому эпициклу (1). В системе Коперника Солнце находится в центре Солнечной системы, вокруг него обращаются Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн (2). Тихо Браге считал, что Земля есть центр Солнечной системы, вокруг которого движутся Луна и Солнце, а планеты движутся вокруг Солнца вместе со звездами (3). Изображение «Популярная механика»
Три системы
В системе Птолемея Земля покоится в центре мира. Вокруг нее движутся Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн; каждое тело движется по малому эпициклу (1). В системе Коперника Солнце находится в центре Солнечной системы, вокруг него обращаются Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн (2). Тихо Браге считал, что Земля есть центр Солнечной системы, вокруг которого движутся Луна и Солнце, а планеты движутся вокруг Солнца вместе со звездами (3). Изображение «Популярная механика»

Звезды легко поместить на единую сферу, равномерно вращающуюся вокруг Земли, но для Солнца эта схема уже не работает. Не позднее IV века до н.э. греческие астрономы выяснили, что временные интервалы между солнцестояниями и равноденствиями не одинаковы, а посему Солнце перемещается по эклиптике с переменной скоростью. Это обстоятельство можно объяснить тем, что наше светило равномерно обращается по окружности, центр которой смещен относительно Земли, — но тогда выходит, что Земля не является центром мира. Еще хуже обстояло дело с движением Луны и планет. Греки знали, что Луна не только перемещается по небосводу неравномерно, но и в течение каждого месяца изменяет диаметр своего диска, — и совершенно правильно объясняли это непостоянством ее расстояния от Земли. Им было также известно, что планеты выписывают на небе хитрые петли. В птолемеевской модели каждая планета равномерно движется по окружности, называемой эпициклом, центр которой перемещается по другой окружности много большего радиуса — деференту. Центр деферента смещен относительно Земли. Угловая скорость вращения эпицикла по деференту постоянна по отношению к экванту (особой точке, лежащей на продолжении отрезка, соединяющего Землю с центром деферента) и, следовательно, периодически изменяется относительно этого центра. В общем, конструкция очень запутанная, и не стоит удивляться, что Копернику она не нравилась.

Перечитывая сегодня «Малый комментарий», нельзя не восхититься. В нем нет ни анализа наблюдений, ни геометрических схем, ни тригонометричеких формул. Однако концептуальные основы новой модели Космоса изложены абсолютно четко и предельно кратко. Коперник сначала сформулировал свои претензии и к предшественникам Птолемея, и к нему самому. Он не отрицал существования небесных сфер и не пересматривал разработанные в Античности методы представления видимых путей планет на земном небосводе посредством композиции круговых движений. Однако он настаивал, что схема Птолемея столь сложна, что «не представляется достаточно совершенной и не вполне удовлетворяет разум».

«Я часто размышлял, — пишет Коперник, — нельзя ли найти какое-нибудь более рациональное сочетание кругов... при помощи меньшего числа сфер и более удобных сочетаний по сравнению с тем, что было сделано раньше». По его словам, этого вполне можно добиться, «если только согласиться с некоторыми нашими требованиями, которые называют аксиомами». Далее следуют сами аксиомы — их семь. Первые три стоит привести дословно. Первая: не существует одного центра для всех небесных орбит или сфер; вторая: центр Земли не является центром мира, но только центром тяготения и центром лунной орбиты; и третья: все сферы движутся вокруг Солнца, расположенного как бы в середине всего, так что около Солнца находится центр мира.

Далее Коперник развивает эти положения, подчеркивая, что именно орбитальное движение Земли служит причиной «большего числа видимых в небе неравномерностей». Он перечисляет планеты в порядке их удаления от Солнца (ближайшая — Меркурий, самая дальняя — Сатурн) и связывает эти расстояния с временем, за которое каждое небесное тело совершает полный оборот вокруг Солнца. Он отмечает также, что не приводит математических доказательств своей теории, «ибо они предназначены для более обширного сочинения». Оно появилось в печати лишь спустя три десятилетия после рассылки «Малого комментария».

Opus Magnum

Теория Коперника во всех деталях представлена в монографии De revolutionibus orbium coelestium («Об обращении небесных сфер»), опубликованной в 1543 году нюрнбергским издателем Иоганном Петреусом. Этой работе повезло больше, чем «Малому комментарию», — ее аутентичная рукопись сохранилась. Коперник писал ее долго и, судя по всему, в основном завершил не позднее начала 1530-х годов. Несколько экземпляров ее первого издания имеются и в России.

Во втором десятилетии XVI века идеи Коперника начали распространяться в интеллектуальных кругах Европы благодаря ходившим по рукам спискам «Малого комментария». Мартин Лютер и прочие протестантские лидеры отвергли их с порога, но католические иерархи выказали изрядную терпимость. В 1533 году личный секретарь папы Климента VII Иоганн Видманнштеттер прочел в Ватикане несколько лекций об идеях Коперника, на которых присутствовали сам папа и двое кардиналов курии. Пару лет спустя Видманнштеттер стал секретарем архиепископа Капуи кардинала фон Шенберга, который 1 ноября 1536 года с его подачи адресовал Копернику чрезвычайно дружеское письмо с просьбой ознакомить с полученными результатами как других ученых, так и его самого (кардинал предложил даже оплатить работу писцов, которые скопируют для него книгу Коперника). По всей вероятности, ответа его преосвященство так и не дождался.

Небесные сферы

Монография Коперника — это чрезвычайно специализированный труд, с большим количеством чертежей, формул и таблиц.

Часто говорят, что у Коперника все планеты ходят вокруг Солнца по правильным окружностям, но это неверно. Коперник все же сохранил эпициклы — правда, куда меньшего радиуса, нежели птолемеевские. Будь иначе, его модель не годилась бы для составления планетных таблиц, ведь в действительности планеты движутся по эллипсам. С помощью мини-эпициклов Коперник превратил планетные траектории из окружностей в овалы, параметры которых гораздо легче подогнать к данным наблюдений.

Почему же Коперник не додумался до эллипсов? Он вполне владел теорией конических сечений (это эллипсы, параболы и гиперболы), в совершенстве разработанной великим античным математиком и астрономом Аполлонием из Перга (кстати, именно этот ученый ввел в обращение эпициклы и деференты). Но для усмотрения орбитальной эллиптичности Копернику необходимо было знать угловые координаты планет с ошибкой, не превышающей три-четыре угловые минуты, а подобная точность стала достижима лишь в последней четверти XVI столетия благодаря многолетним трудам великого датского астронома Тихо Браге (к слову, именно он назвал первую рукопись Коперника «Малым комментарием»). Результаты, полученные Браге, позволили Иоганну Кеплеру открыть три закона движения планет, которым присвоено его имя.

Идея Кеплера о «пяти правильных геометрических фигурах» заключалась в том, что пять правильных многогранников можно последовательно поместить внутри сфер, точно соответствующих орбитам шести известных в то время планет. Это была блестящая работа, основанная на наблюдениях Тихо Браге, которая подтверждала, что Солнце, а не Земля находится в центре Солнечной системы. Изображение «Популярная механика»
Идея Кеплера о «пяти правильных геометрических фигурах» заключалась в том, что пять правильных многогранников можно последовательно поместить внутри сфер, точно соответствующих орбитам шести известных в то время планет. Это была блестящая работа, основанная на наблюдениях Тихо Браге, которая подтверждала, что Солнце, а не Земля находится в центре Солнечной системы. Изображение «Популярная механика»

Космос Коперника ограничен внешней сферической оболочкой, на которой расположены неподвижные звезды. В этом плане он не расходится с Птолемеем, космос которого тоже конечен. Кроме того, модель Коперника, строго говоря, нельзя считать гелиоцентрической, поскольку Солнце он расположил не в самом центре мира, а вблизи него. Если гнаться за терминологической точностью, такую систему следует называть гелиостатической, поскольку Солнце у Коперника неподвижно.

Согласно первому закону Кеплера, каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. В фокусе — но не в центре, который лежит на пересечении большой и малой полуосей эллипса! Таким образом, и здесь нельзя говорить о стопроцентном гелиоцентризме.

Великий труд Коперника мог бы не увидеть свет при жизни автора, если бы не настойчивость молодого профессора математики Виттенбергского университета Георга Иохима Изерина, более известного как Георг Иохим Ретик (он взял это вымышленное имя после казни отца, осужденного по подозрению не то в колдовстве, не то в вольном обращении с чужой собственностью). Ретику покровительствовал ректор университета Филипп Меланхтон, знаменитый протестантский теолог. В 1538 году он предложил 24-летнему Ретику длительный отпуск для поездки к лучшим астрономам Европы. Ретик начал свое турне с Нюрнберга, где, по всей вероятности, ознакомился с «Малым комментарием». Впечатлившись изложенными там идеями, он решил поучиться у Коперника и в мае 1539 года прибыл во Фромборк, где и провел два года. Именно он убедил Коперника подготовить рукопись к публикации и помогал ему в этой работе. Еще до ее завершения он написал введение к идеям Коперника, Narratio prima de libris revolutionum Copernici, которое в 1540 году было опубликовано в Гданьске.

Великий астроном скончался 24 мая 1543 года у себя дома. Судя по всему, его погубил апоплексический удар, после которого он долгое время находился в коме. Если верить другу Коперника Тидеманну Гизе, именно 24 мая из Нюрнберга привезли только что отпечатанную книгу и показали ее умирающему автору.


Комментарии (1)


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия