Жизнь науки - С. Капица

КЕПЛЕР

Беспокойная, полная скитаний по Центральной Европе жизнь Иоганна Кеплера началась в Вюртемберге. Родители его, обедневшие дворяне, были протестантами. Отец, наемный солдат, по-видимому, мало уделял времени дому, и мать ученого, дочь бургомистра, играла основную роль в начальном воспитании Иоганна.

Кеплер окончил Тюбингенский университет, где он в 1593 г. получил степень магистра богословия. Рано познакомившись с математикой и астрономией, Кеплер после долгих сомнений принял приглашение преподавать эти науки в Граце; там же были написана его первая книга «Космографическая тайна», привлекшая внимание Галилея и Тихо Браге к ее молодому автору. Вскоре преследования со стороны католиков заставили Кеплера переехать в Прагу, где он стал вычислителем у Тихо Браге.

Браге поручил Кеплеру обработку его многолетних визуальных наблюдений Марса. Именно на основании детального анализа движений Марса, когда учитывались расхождения расчетов и наблюдений всего на несколько дуговых минут, Кеплер установил первые два закона планетных движений. Эти законы были изложены в книге «Новая астрономия», опубликованной в 1609 г. в Праге. Кеплер также занимался оптикой и указал комбинацию линз, лежащую в основе общеупотребительного теперь кеплерова телескопа, В 1601 г. Тихо Браге умер, и Кеплер занял его место математика в своеобразном астролого-астрономическом институте, учрежденном при дворе императора Рудольфа II.

В 1597 г. Кеплер женился, но через 13 лет он овдовел; умер и его сын. В это же время пражский престол захватил брат Рудольфа, Матвей. Кеплер вынужден был переехать в Линц, где он женился на дочери виноторговца. К этому времени относится его небольшой трактат «О стереометрии винных бочек, преимущественно австрийских и имеющих наивыгоднейшую форму», труд, предвосхитивший многие результаты интегрального исчисления. В это же время Кеплеру пришлось выступить в защиту матери, обвиненной в колдовстве; ему с трудом и с немалым риском для себя удалось спасти ее от пыток и казни как ведьмы на костре.

В 1618 г. Кеплер опубликовал книгу «Гармония Мира, геометрическая, архитектоническая, гармоническая, психологическая, астрономическая с приложением, содержащим космографическую тайну, в пяти книгах». В этом удивительном сочинении, полном фантазии и мистики, перекликающемся с его первой книгой, Кеплер вновь обратился к поискам скрытых пропорций и законов симметрии, управляющих миром. В числе законов, из которых все остальные уже давно забыты, Кеплером было указано на пропорциональность квадратов периодов обращения планет по орбитам кубам их средних расстоянии от Солнца. Теперь эта связь известна как третий закон Кеплера.

Многое в мышлении Кеплера напоминает нам мотивы современной теоретической физики. Действительно, нет ли прямой связи между кеплеровскими поисками законов гармонии мира и тем направлением в физике, где наиболее общие законы природы мы отождествляем с законами инвариантности и симметрий. Недаром Эйнштейн так высоко ценил Кеплера.

Начавшаяся 30-летняя война и усилившиеся гонения на протестантов, нерегулярная выплата содержания - все это крайне осложнило жизнь Кеплера. Тем не менее он не принял заманчивого приглашения в Лондон от Якова I. Кеплер переехал в Ульм, где, наконец, закончил свои «Рудольфовы таблицы» движения планет. В конце жизни Кеплер стал придворным астрономом и астрологом полководца Валленштейна, но, едва успев приступить к своим обязанностям, умер в Регенсбурге.

Мы приводим предисловие к его главному сочинению «Новая астрономия», посвященному Рудольфу II. Кеплер в этом предисловии, сопоставляя выводы астрономии с некоторыми местами Св. Писания, указывает на то, что библейский текст следует рассматривать как образное описание явлений природы; тем не менее «Новая Астрономия» была незамедлительно внесена Ватиканом в «Индекс» - список запрещенных книг.

В настоящее время крайне тяжела участь тех, кто пишет математические, особенно же астрономические книги. Если не соблюдается необходимая строгость в терминах, пояснениях, доказательствах и выводах, то книга не будет математической. Если же строгость соблюдена, то чтение книги становится очень утомительным, особенно по-латыни, которая лишена прелести, свойственной греческой письменной речи. Поэтому сейчас очень редко встретишь подходящих читателей; большинство же предпочитает вообще уклоняться от чтения. Много ли можно найти математиков, взявших на себя труд целиком прочесть «Конические сечения» Аполлония Пергамского? Однако этот материал, благодаря рисункам и линиям, воспринимается гораздо легче, чем астрономический.

Сам я отношу себя к математикам, но при повторном чтении моего труда, воспроизводя в уме смысл доказательств, некогда вложенный мною самим в рисунки и текст, я испытываю напряжение всех умственных сил. Если же стремиться облегчить понимание материала, вставляя туда и сюда перифразы, то в математических вопросах это представляется мне болтовней, и поступать так - значит совершать ошибку противоположного характера.

Действительно, пространное изложение также затрудняет понимание, причем не в меньшей степени, чем краткое и сжатое. Последнее ускользает от глаз разума, первое - отвлекает их. Здесь - недостаток света, там - избыток блеска; здесь глаз ничего не воспринимает, там он ослеплен.

Поэтому я принял решение: насколько можно, облегчить читателю понимание этого труда, предпослав ему подробное введение.

Я достигаю этого двояким образом. Прежде всего я привожу таблицу, где дан обзор всех глав книги. Поскольку предмет книги многим читателям незнаком и различные специальные термины, равно как различные разбираемые в этой книге вопросы, похожи друг на друга и вместе с тем тесно связаны друг с другом как в целом, так и в деталях, эта таблица, по моему мнению, лишь тогда будет полезной, когда можно будет, сопоставляя все термины и все вопросы, охватить их одним взглядом и уяснить их путем взаимного сравнения. Например, в двух местах, а именно в III и IV частях, я рассматриваю естественные причины, незнание которых побудило древних ввести эквант (уравнивающую точку). Читатель, дошедший до III части, может подумать, что я рассматриваю вопрос о первом неравенство, относящемся к движению отдельных планет. Однако этот вопрос обсуждается впервые только в IV части; в третьей же части я занимаюсь эквантом, вызванным вторым неравенством,- общим для всех планет изменением движения и определяющим главным образом теорию Солнца. Обзорная таблица помогает разобраться в этом.

Но и эта обзорная таблица не у всех будет иметь одинаковый успех. Многим эта таблица, которую я вручаю как путеводную нить для ориентировки в лабиринте моего труда, покажется запутаннее гордиева узла Для них здесь, в начале, в суммарном виде сопоставлено многое из того, что при беглом чтении нелегко заметить, поскольку оно частично рассеяно по всему моему труду. В особенности для тех, которые считают себя физиками и укоряют меня, а еще больше Коперника и заодно самых древних авторов, утверждавших, что Земля движется, в потрясении основ наук; для них я тщательно перечислю относящиеся сюда положения главных разделов, с тем, чтобы собрать перед глазами доказательства, на которых основываются мои выводы, столь ненавистные для них.

Когда они увидят, что это выполнено надежно, они могут на выбор либо взять на себя тяжкий труд самим прочесть и изучить доказательства, либо поверить, что я, профессиональный математик, правильно применил чистый, геометрический метод. В этом случае они могут, в соответствии с поставленной ими задачей, обратиться к предложенным здесь основам доказательств и детально их испытать, памятуя, что построенные на них доказательства будут несостоятельны, если удастся опрокинуть эти основы. Таким же образом я поступаю, когда смешиваю, как это обычно бывает у физиков, возможное с несомненным и на этой смеси строю вероятное заключение. Так как в этом труде я соединяю небесную физику с астрономией, то неудивительно, что возникает много предположительных суждений. Это лежит в природе физики, медицины и других наук, в которых наряду с очевидными, достоверными фактами используются также априорные предположения.

Как должно быть известно читателю, существуют две школы астрономов. Одна из них возглавляется Птолемеем и называется старой школой; другая считается новой, хотя она весьма стара. Первая рассматривает каждую планету в отдельности, саму по себе, и для каждой дает причины движения по ее собственному пути. Вторая сравнивает планеты между собой и выводит то, что в их движениях оказывается общим, из одной и той же общей причины. Последняя школа не является единой. Так, Коперник и древний Аристарх, к которым присоединяюсь и я, полагают, что причиной кажущегося покоя и попятного движения планет является движение Земли - нашего местожительства, в то время как Тихо Браге ищет эту причину в Солнце, вблизи которого, согласно его предположению, эксцентрические круги всех пяти планет связаны как бы в узел (конечно, не материальный, но имеющий количественный смысл), и этот узел он, так сказать, заставляет вместе с Солнцем обращаться вокруг неподвижной Земли.