Книга Коперника — и в этом заключается ее огромное стимулирующее значение — поставила перед наукой ряд важных проблем. Перед астрономией она поставила задачу проверить соответствие новой теории фактам. Надо было уточнить наблюдения движения планет и выяснить, соответствуют ли эти наблюдения модели Коперника. В случае расхождения возникала задача выяснения его причин: происходят ли они от неправильности самой теории или от того, что теория, верная в своей основе, должна быть уточнена в деталях.
Решение этой задачи потребовало от астрономов больших усилий при тогдашнем состоянии экспериментальных и математических средств астрономической науки. Астрономы наблюдали светила невооруженным глазом, пользуясь визирами, диоптрами, простыми угломерными инструментами невысокой точности. Для числовой обработки результатов они не располагали не только счетными машинами, но и обычной арифметической техникой, еще не известны были десятичные дроби и логарифмы, которые появились только в начале XVII в. и не сразу вошли во всеобщее употребление. Тогда же были созданы подзорные трубы и телескопы. Для определения долгот астрономы не располагали точными часами. И астрономическая наука, и навигационная практика нуждались в оптических приборах, в точных часах, в новых вычислительных средствах. Этим и определялись задачи науки на ближайшие десятилетия.
Теория Коперника нуждалась также и в физическом обосновании кинематической схемы. Естественно возникал вопрос: что связывает «машину мира» в единое целое, планеты с Солнцем, Землю с Луной? Каковы физические причины движения вообще и движения планет в частности? Астрономия нуждалась в механике, и не в той механике, которая была известна древним и по существу была статикой, а в новой механике, в механике движения — динамике. Для развития этой новой механики нужна была новая, динамичная математика.
Так из великого открытия Коперника возникла научная программа, осуществление которой привело к возникновению экспериментального и математического естествознания, в первую очередь механики и оптики.
Но помимо этих научных задач, приходилось решать и другую задачу: преодоление установившихся традиций, освященных догматами церкви. Нужны были смелые пропагандисты нового учения, способные распространить его, поколебать окаменелые догмы. Теорию Коперника не признавали ведущие люди эпохи: церковный реформатор Лютер, философ-материалист Френсис Бэкон, крупный астроном Тихо Браге. К тому же к ней с самого начала ее зарождения настороженно присматривалась католическая церковь. Обеспокоенная успехами протестантизма, она усилила борьбу с инакомыслящими, укрепила инквизицию, беспощадно преследующую «еретиков». Большую роль в «контрреформации» сыграл утвержденный в 1540 г. орден иезуитов. Основанный испанским дворянином Игнатием Лойолой, он в короткое время превратился в мощную разветвленную организацию. Иезуитские методы борьбы и влияния на массы стали нарицательными, как символ беспринципной подлости и хитрости. Иезуиты проникали всюду, вели интриги при дворах королей и императоров, стремились взять под свой контроль науку и просвещение. Среди членов ордена были и ученые и педагоги. Иезуиты и сыграли большую роль в борьбе с системой Коперника.
Трудность борьбы за систему Коперника привела к тому, что новое учение вошло в науку не сразу и осуществление научной программы, вытекающей из него, затянулось на десятилетия. Борьба была длительной и кровавой. Навеки вошло в историю имя мученика науки Джордано Бруно. Этот замечательный человек, писатель, поэт, ученый, талантливый оратор и лектор, также был одним из тех титанов, которых рождало это бурное время.
Он родился в 1548 г. в небольшом итальянском городе Нола, вблизи Неаполя, и был при крещении назван Филиппе. Получив первоначальное образование в Неаполе в учебном пансионе своего дяди, он в 16-летнем возрасте постригся в монахи под именем Джордано, под которым и вошел в историю.
Молодой монах ревностно предавался научным и литературным занятиям: изучал греческую науку и философию, труды арабских ученых и философов, сочинения фомы Аквинского и Николая Кузанского. Он написал сатирическую комедию «Светильник», сатирический диалог «Ноев ковчег» (в форме диалога написаны все важнейшие произведения Бруно), которые отнюдь не свидетельствовали о монашеских умонастроениях Бруно.
Двадцати четырех лет Бруно становится священником в Кампанье. Здесь он знакомится с сочинениями гуманистов и книгой Коперника. Его образ мыслей вызывает подозрение членов монашеского ордена доминиканцев, к которому принадлежал Бруно. На него был подан донос в Рим, и Бруно отправился туда, чтобы лично защищаться от выдвинутых обвинений. Однако в Риме он узнал, что после его отъезда в монастыре были найдены новые изобличающие его материалы. Бруно бежит в Геную. Начинается длительный период странствий.
Из Генуи Бруно перебрался в Венецию, затем в Милан, Турин, Шамбери, и, наконец, покинув Италию, он едет в Женеву. Неукротимый дух полемиста заставил его выступить против одного из протестантских философов Женевы, и обиженный философ добился заключения Бруно в тюрьму. По освобождении из тюрьмы Бруно покинул Швейцарию, сохранив навеки презрение к «глупой секте педантов», как он называл кальвинистов.
После длительных скитаний он попадает в Тулузу, где становится профессором Тулузского университета и в течение двух лет читает лекции, в которых резко критикует учение Аристотеля. Это вызывает недовольство профессоров университета, и Бруно покидает Тулузу и переезжает в Париж. В Париже Бруно приобрел славу ученого, обладающего огромными познаниями и феноменальной памятью. Сам король заинтересовался Бруно и просил посвятить его в тайны «Великого Искусства». Это «Великое Искусство» представляло собой логическую машину, изобретенную в XIII в. Раймондом Лулла. Машина состояла из нескольких движущихся кругов, на которых были нанесены буквы, обозначающие отдельные логические понятия. Движение кругов с различными скоростями приводило к различным сочетаниям понятий Бруно увлекся идеей Лулла, которую в последующие годы считали несерьезной. Однако сегодня, в век логических машин, мы рассматриваем машину Лулла как их предшественницу. Бруно написал о луллиевом искусстве ряд сочинений, одно из которых посвятил королю Генриху III. Король в благодарность за посвящение утвердил Бруно экстраординарным профессором Парижского университета.
Но странствия ученого на этом не закончились. Из Парижа он едет в Оксфорд, из Оксфорда в Лондон, из Лондона снова в Париж, из Парижа в Германию. Объехав почти всю Германию и побывав в Цюрихе, Бруно в 1591 г. принял приглашение венецианского дворянина Мочениго и прибыл в Венецию, навстречу своей мученической кончине.
Годы странствий Бруно были годами напряженной, кипучей деятельности. Он читает лекции, пишет книги, участвует в диспутах с выдающимися представителями схоластической науки в Оксфорде, Париже и других университетах. Он развивает величественное учение о множественности миров. Восторженно прославляя Коперника, Бруно считает необходимым пойти дальше в развитии его теории.
В 1584 г. им были написаны диалоги «Пир на пепле», «О бесконечности Вселенной и мирах», в которых он излагал свое учение о бесконечной Вселенной, слагающейся из множества миров, подобных нашей солнечной системе. Бруно давал высокую оценку Копернику, считая, что он стоит «много выше Птолемея, Гип-парха и всех других, шедших по их следам». Бруно писал, что Копернику мы обязаны освобождением от некоторых ложных предположений общей вульгарной философии, если не сказать, от слепоты. Говоря об анонимном «сверхпредисловии» к книге Коперника, он называл его автора «невежественным и самонадеянным ослом», «глупцом», который «старается, чтобы другие не поглупели от учения Коперника, а сам вносит в него, быть может, больше недостатков, чем в нем имеется...».
Коперник у Бруно «заря», предвещающая восход солнца «истинной античной философии». Из его диалогов видно, что этой философией является философия Демокрита и Эпикура, которую он развивает дальше, в противовес аристотелевской концепции о конечной Вселенной, о противоположности земного и небесного, о наличии абсолютно неподвижного центра Вселенной. Части и атомы Вселенной «находятся в бесконечном течении и движении, испытывают бесконечные перемены как по форме, так и по месту». Отсутствие покоя, вечное круговращение природы Бруно выражает в стихотворении, начинающемся словами:
Покоя нет — все движется, вращаясь,
На небе иль под небом обретаясь,
И всякой вещи свойственно движенье,
Близка она от нас иль далека,
И тяжела она или легка.
Движение познается только по отношению к другим телам: «Так, люди, находящиеся на середине моря на плывущем корабле, если они не знают, что вода течет, и не видят берегов, не заметят движения корабля».
В учении о бесконечности Вселенной, об относительности движения и покоя Бруно солидаризируется с Ку~ занским, имя которого с уважением неоднократно упоминается на страницах его «Диалогов».
Сущность космической теории Бруно в сжатой форме выразил один из персонажей его диалога «О бесконечности Вселенной и мирах»: «Я заключу следующим: знаменитое общепринятое деление элементов и мировых тел есть сон, пустейшая фантазия, которая не подтверждается ни природою, ни разумом, которая не может и не должна быть. Достаточно знать, что существует бесконечное поле и непрерывное пространство, которое охватывает все и проникает во все. В нем существуют бесчисленные тела, подобные нашему, из которых ни одно не находится в большей степени в центре Вселенной, чем Другие, ибо Вселенная бесконечна, и поэтому она не имеет ни центра, ни края; ими обладают лишь отдельные миры, которые существуют во Вселенной в таком виде, как я уже говорил, в особенности там, где существуют, как я доказал, некоторые определенные центры, каковы суть Солнце и огни, вокруг которых вращаются все планеты, земли, воды, подобно тому как вокруг этого соседнего нам Солнца существуют эти семь планет. Также мы доказали, что каждая из этих звезд или этих миров, вращаясь вокруг собственного центра, кажется своим обитателям прочным и устойчивым миром, вокруг которого вращаются звезды как вокруг центра Вселенной. Так что нет одного только мира, одной только Земли, одного только Солнца, но существует столько миров, сколько мы видим вокруг нас сверкающих светил, которые в неменьшей степени заключаются в этом небе, в едином всеохватывающем месте, чем этот мир, на котором мы обитаем».
Так на смену узкому и реакционному средневековому представлению о мире пришло новое величественное мировоззрение, перед которым церковное учение о земле и небе выглядело ничтожным и жалким. Нетрудно представить себе бешенство, охватившее «князей церкви» при чтении смелых диалогов Бруно.
Мы оставили Бруно в тот момент, когда он принял приглашение венецианского дворянина Мочениго и вернулся в Италию.
Мочениго пригласил Бруно, соблазнившись одной из его книг о «Великом Искусстве», думая, что Бруно владеет тайной делания золота и другими алхимическими знаниями. Он пригласил его давать ему уроки в алхимическом искусстве, предоставив за это кров и содержание. Понятно, что уроки Бруно разочаровали Мочениго, а его свободные и широкие взгляды испугали тупоумного и злобного венецианца. Бруно быстро понял свою ошибку, решил расстаться с Мочениго и вернуться во Франкфурт. Но Мочениго опередил его. Он написал донос в инквизицию и удерживал Бруно до того рокового дня 23 мая 1592 г., когда Бруно был арестован инквизицией. Более семи лет томился Бруно сначала в венецианской, а затем в римской тюрьме, подвергаясь пыткам и истязаниям. 17 февраля 1600 г. он был сожжен в Риме на площади Цветов (Кампо дель фиоре). Ныне на этом месте стоит памятник Бруно.
В одном из своих стихотворений Бруно писал: «Храбро боролся я, думая, что победа достижима. Но телу было отказано в силе, присущей духу, и злой рок вместе с природою подавили мои стремления. Все же во мне было то, в чем мне не откажут будущие века, и потомки скажут: страх смерти был чужд ему, силою характера он обладал более, чем кто-либо, и ставил выше всех наслаждений в жизни борьбу за истину. Силы мои были направлены на то, чтобы заслужить признание будущего».
И Бруно заслужил благодарное признание потомков.
В год, когда начались странствия Бруно, шестилетний сын швабского солдата начал посещать школу. Ничто не предвещало великой судьбы хилому, болезненному мальчику, по существу брошенному своими родителями. Тем не менее этот мальчик стал великим астрономом, обессмертившим свое имя открытием законов движения планет. Это был Иоганн Кеплер.
Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в небольшом местечке вблизи швабского города Вейля. Отец его, Генрих Кеплер, был захудалым, разорившимся дворянином, служившим простым солдатом. Г. Кеплер был женат на дочери деревенского трактирщика. Брак был неудачным, родители часто ссорились, отец бросал семью, и мальчик воспитывался у деда, который и поместил Кеплера в школу, когда ему исполнилось шесть лет. Но к этому времени вернулись родители. Для поправки своих материальных дел они решили открыть трактир и взяли мальчика прислуживать посетителям. Так начался тяжелый жизненный путь будущего великого ученого.
В конце концов семья опять распалась, отец ушел в солдаты и не вернулся. Слабый, болезненный мальчик (в четырехлетнем возрасте он перенес оспу) был плохим помощником, и его решено было отдать в монастырскую школу, которую он успешно окончил через два года. Оттуда он был переведен в духовную школу высшего разряда и через три года, как способный ученик, был принят в Тюбингенскую семинарию, по окончании которой 11 августа 1591 г. был оставлен стипендиатом Тюбин-генской академии, впоследствии преобразованной в университет. Перед-Кеплером открылась дорога к богословской карьере. Протестантская церковь должна была получить в лице его своего богослова. Но произошло иное. Астрономию и математику в то время в Тюбингене преподавал выдающийся педагог Местлин, хорошо знавший преподаваемые им науки, один из немногих в то время приверженцев учения Коперника. Он разбудил в Кеплере интерес к астрономии, познакомил его с книгой Коперника, и Кеплер сделался горячим сторонником нового учения. С тех пор богословская карьера Кеплера кончилась. По окончании академии в 1593 г. Кеплер получил блестящий аттестат, удостоверявший его выдающиеся способности и знания, но к богословскому служению был признан непригодным и был назначен преподавателем математики и философии в училище в Граце.
В Граце Кеплеру пришлось заниматься не только преподаванием, но и составлением календарей, гороскопов и научной работой. На астрологию, которой ему приходилось заниматься, он смотрел как на источник средств существования. По его высказыванию, «астрология — дочь астрономии, хотя и незаконная, и должна кормить свою мать, которая иначе умерла бы с голоду» Астроном Кеплер должен был заниматься астрологией, помещать в свои календари астрономические и метеорологические предсказания, иначе он умер бы с голоду. Кеплер к тому времени женился, и его материальное положение было далеко не блестящим.
Уже в эти годы Кеплера занимала идея числовых соотношений между орбитами планет. Число известных в то время планет, включая Землю, равнялось шести, и задача отыскать простые числовые отношения между их расстояниями от Солнца казалась вполне разрешимой. Кеплер, разделяя убеждение пифагорейцев, что число «есть принадлежность всех вещей», пытался найти «числовую гармонию» планетных сфер. Пробуя различные комбинации, Кеплер пришел к геометрической схеме, согласно которой расстояние планет от Солнца находят следующим геометрическим построением: вокруг ближайшей к Солнцу сферы Меркурия описывают правильный восьмигранник, вокруг него — вторую сферу — сферу Венеры. Около этой сферы описывают двадцатигранник, вокруг которого описывают третью сферу—сферу Земли. Около сферы Земли описывают двенадцатигранник, вокруг него — четвертую сферу—сферу Марса; далее описывают тетраэдр, и вокруг него — сферу Юпитера; около сферы Юпитера описывают шестигранник, и вокруг него — сферу Сатурна.
«Работая над этим, —писал Кеплер,—я твердо заучил расстояния и времена обращения планет...» Это пригодилось ему в будущем. Кеплер на всю жизнь сохранил теплое чувство к своему первому детищу, изданному в 1596 г. под интригующим названием «Космографическая тайна». Он послал эту книгу знаменитому датскому астроному Тихо Браге (1546—1601) и итальянскому астроному Галилею. Тихо Браге — искусный и ревностный наблюдатель, к тому же не принявший системы Коперника, холодно отнесся к основной идее Кеплера, которая действительно не выдержала проверки временем, но оценил в Кеплере способного вычислителя и пригласил его к себе в сотрудники. В Галилее же Кеплер приобрел соратника по борьбе за новое мировоззрение, и во взаимной переписке оба великих ученых черпали силы для этой нелегкой борьбы.
Между тем положение Кеплера осложнилось политическими событиями. В Штирии, где находился Грац, усилилась католическая реакция, и протестанту Кеплеру пришлось бежать в Венгрию. На сделанное ему предложение переменить веру он ответил отказом. Через год правительство все же разрешило ему вернуться в Грац при условии вести себя осторожнее. Кеплер вернулся, но увидел, что жизнь в Граце становится невозможной. Тихо Браге, переехавший к тому времени в Прагу, уговорил Кеплера приехать к нему. Кеплер принял это предложение и поехал в Прагу. Тихо Браге был выдающимся астрономом, посвятившим астрономии все свои силы и все свое состояние. В Дании в его распоряжении был остров, на котором он создал целый астрономический городок, названный им Ураниенбургом. Не поладив с приближенными молодого датского короля, Тихо расстался с Ураниенбургом и уехал в Прагу, куда и приехал к нему Кеплер. Долго поработать с Браге Кеплеру не пришлось, так как вскоре Тихо умер. Журналы его тридцатипятилетних наблюдений попали в руки Кеплера, и он начал, не прекращая составления гороскопов, обработку этого гигантского материала.
Прежде всего Кеплер решил внести в результаты Тихо поправки на рефракцию. Это заставило его изучать оптику, но он не ограничился простым изучением трактата Вителло, а разработал самостоятельно целый ряд вопросов, написав сочинение «Дополнения к Вителло». Здесь он дает теорию камер-обскуры, излагает свою теорию зрения, в которой исправляет ошибку Алхазена, показывая, что изображение получается на сетчатке, а хрусталик действует как линза. Кеплер правильно объяснил близорукость и дальнозоркость, а также способность глаза видеть далекие и близкие предметы изменением кривизны хрусталика. Из составленных им таблиц рефракции он определяет плотность воздуха относительно плотности воды. «Созерцание природы научило меня, — писал Кеплер, — что наша атмосфера состоит из вещества тяжелого». Вполне естественно, что еще до открытия давления атмосферы Кеплер полагал, что рефракция зависит от состояния атмосферы.
Эти замечательные результаты были получены Кеплером в самый разгар работы над определением орбиты Марса. Вначале он, как и Коперник, считал орбиту круговой. «Эта ошибка, — писал Кеплер, — была тем более вредной, что она опиралась на единодушное мнение всех философов...»
Потом Кеплер понял, что орбита имеет форму овала, и в конце концов в результате длительных вычислений он находит истинную форму орбиты: эллипс, в фокусе которого расположено Солнце. При этом планета движется по эллипсу неравномерно, быстрее, когда она ближе к Солнцу, и медленнее, когда дальше от него, в соответствии с законом площадей. Все свои расчеты, критику теорий Птолемея и Тихо, все ошибки и неудачи, свои переживания Кеплер изложил в книге «Новая астрономия, или Небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге», вышедшей в Праге в 1609 г.
Великое открытие Кеплера не принесло ему благополучия. Его продолжали преследовать нужда и несчастья. В 1610 г. умерли его жена и сын, и он остался с двумя детьми на руках. В этом же году он узнал об открытии Галилеем четырех спутников Юпитера и изобретении зрительной трубы. Кеплер размышляет в связи с этим о возможности открытия спутников и у других планет. По его мнению, у Марса должно быть два спутника и шесть или восемь у Сатурна. Эти предположения Кеплера оправдались впоследствии.
Мысль Кеплера опять обратилась к оптике, и в 1611 г. вышло его новое сочинение по оптике — «Диоптрика». Здесь он описывает конструкцию телескопа (труба Кеплера), рассматривает ход лучей в линзах и системах линз, приходит к выводу о существовании полного внутреннего отражения при переходе света из среды, оптически более плотной, в среду, оптически менее плотную, находит фокусные расстояния стеклянных плоско-выпуклой и двояко-выпуклой линз.
Нужда заставила Кеплера уехать из Праги. Жалованье ему не платили, и в поисках выхода из тяжелого положения он уехал в Линц, где занял место преподавателя математики. Однако нужда и несчастья продолжали преследовать Кеплера. В 1618 г. началась тридцатилетняя война, императорская казна была пуста, и Кеплеру нечем было платить жалованье. В довершение всего ему пришлось ехать на родину выручать свою мать, обвиненную в колдовстве и приговоренную к сожжению на костре. С большим трудом Кеплеру удалось спасти мать, но по возвращении в Линц его встретили грубыми оскорблениями, обзывая сыном колдуньи и внуком ведьмы.
И все же в этих труднейших условиях мужественный ученый продолжал свое великое дело. В 1619 г. вышло сочинение «Гармония Мира», в котором содержался третий закон движения планет. Задача, поставленная им в начале научного пути, была успешно решена
Трудны были последние годы жизни ученого. Оставив место в Линце, он жил случайными заработками, а в 1628 г. поступил на службу к известному полководцу Валленштей-ну. Гороскопы Кеплера "не удовлетворяли честолюбивого и грубого полководца, и Кеплер вернулся в Линц. В хлопотах о получении не выплаченного ему жалованья во время одной из поездок в Регенсбург он простудился, заболел и умер 15 ноября 1630 г.
Бессмертным памятником его трудной жизни остались открытые им законы.