Научная революция XVII века - Владимир Кирсанов

Из сравнения данных Кеплера и Коперника видно, что совпадение достаточно хорошее, лишь в двух случаях расхождение заметно. Но Кеплера это отнюдь не обескуражило. Чтобы получить соответствие в случае Меркурия, он решил вписывать сферу не в октаэдр, а в квадрат, являющийся сечением этого октаэдра. Тогда вместо нежелательного числа 577 получается вполне приемлемое 707 и во всех случаях, кроме Юпитера, расхождение не превышает 5 %. А что касается Юпитера, то, по мнению Кеплера, «на таком большом расстоянии никто не должен удивляться» ошибке.

Все эти соображения Кеплер изложил в небольшой книге; она вышла в 1596 г. в Тюбингене под названием, которое само по себе замечательно: «Предвестник космографических сочинений, содержащий Космографическую тайну относительно удивительных отношений между Небесными Орбитами, а также истинные и должные основания для их Числа, Величины и Периодических Движений». Эту книгу принято рассматривать как занимательное заблуждение гения на пути к действительно важным и ценным научным результатам. Однако на самом деле все обстояло гораздо сложнее. «Космографическая тайна» была для Кеплера необходимым этапом на пути к его знаменитым законам, и он сам не только никогда не сознавал ее ошибочность, но, напротив, считал, что все его последующие достижения (и, в частности, третий закон) являются неоспоримым доказательством правильности идей, высказанных им в своей первой книге.

В отличие от ученых итальянских академий, которые в своей деятельности были нацелены на скрупулезное исследование частных проблем и были настроены, вообще говоря, критически по отношению к спекуляциям относительно глобальных принципов мироздания, Кеплер черпал свое вдохновение из убеждения, что существует именно некий глобальный принцип, познав который только и возможно понять и осмыслить законы природы. В то время как Галилей писал: «Я предпочитаю найти истину, хотя бы и в незначительных вещах, нежели долго спорить о величайших вопросах, не достигая никакой истины» {4, с. 738; 9}. Кеплер не мыслил себе возможности проникновения в тайны природы иначе, чем посредством выяснения фундаментальных законов мироздания: он пытается сконструировать machina mundi наподобие той, что описана Грегором Рейшем в энциклопедическом компендиуме XVI в. «Margarita Philosophica».

Он пишет: «Моя цель состоит в том, чтобы показать, что небесная машина должна быть похожа не на божественный организм, а скорее, на часовой механизм… поскольку почти все разнообразные движения вызываются с помощью одной-единственной и весьма простой магнитной силы, так же как и в случае часового механизма, когда все движения вызываются простым грузом. Более того, я показываю, каким образом физическая концепция должна быть представлена посредством вычислений и геометрии» {5, с. 228; 7}. Эти слова написаны спустя почти десять лет после выхода в свет «Космографической тайны», но мысль, высказанная Кеплером, отражает суть его исследовательской программы, которая не изменялась в течение всей его жизни.

Стремление все подчинить единому порядку, так чтобы ничто не осталось необъясненным, заставило Кеплера поместить Солнце (в «Космографической тайне») в точности в центр Вселенной. Вспомним, что у Коперника оно было несколько смещено по отношению к центру, чтобы удовлетворить данным наблюдений. Поместив Солнце в центр Вселенной и придав ему смысл физического центра сил, Кеплер сделал первый за полстолетия шаг на пути дальнейшей разработки теории Коперника. Более того, он попытался объяснить физически и сам характер движения планет. Поиски архетипов привели его к выводу, что периоды обращения связаны с расстояниями, на которые они удалены друг от друга. В результате Кеплер нашел, что отношения периодов планет в степени 1/2 равны средним величинам отношений их расстояний от Солнца. В этой зависимости уже содержится намек на знаменитый третий закон, который он откроет лишь 20 лет спустя. Разница будет лишь в том, что правильный показатель степени 2/3, а не 1/2, но даже и эта приближенная зависимость давала неплохое совпадение (см. таблицу).

Как справедливо пишет биограф Кеплера Оуэн Гингерич: «Хотя основная посылка „Космографической тайны" была ошибочной, Кеплер был первым и до Декарта единственным ученым, кто требовал физического объяснения небесных явлений. Редко в истории науки столь ошибочная книга оказывалась столь плодотворной для будущего развития науки» {11, с. 292}.

Свою книгу Кеплер послал некоторым ученым, чье мнение было для него важным. Среди его адресатов были датчанин Тихо Браге и итальянец Галилео Галилей.

После «Космографической тайны» Кеплер углубляется в разработку космологических проблем — его интересует все: от лунных и солнечных затмений до хронологии и поисков фундаментальных законов мироздания. В 1599 г. он набрасывает план своей главной книги — «Гармонии Мира». Однако гонения на протестантов, вызванные Контрреформацией, заставляют Кеплера отказаться от своих первоначальных планов и искать убежища за пределами Штирии. Он вернется к «Гармонии» лишь много лет спустя и закончит ее в 1619 г.

В это время между тем в его жизни намечаются перемены и другого рода: он женится на Барбаре Мюллер, старшей дочери зажиточного мельника, 27 апреля 1597 г. при «зловещем расположении созвездий», как он записал в своем дневнике. Женитьба и вправду оказалась неудачной — влюбленность первых дней вскоре прошла, и Кеплер разочарованно обнаружил, что жена его «толста, бестолкова и ограниченна». Горечь разочарования усугубилась впоследствии настоящим горем — двое его детей умерли вскоре после рождения. Кроме того, его жена, обладавшая в Граце немалым состоянием, не выказывала ни малейшего желания покидать родные места, хотя опасность жизни в Граце для Кеплера все увеличивалась. Католические правители провинции не трогали протестантов до сентября 1598 г. Но 28 сентября всем протестантам Граца, и Кеплеру в том числе, было приказано покинуть город до захода солнца. Правда, Кенлеру, в отличие от остальных, было затем разрешено вернуться, но он все-таки предпочел подыскать себе место поспокойнее. Этим местом стала должность ассистента Тихо Браге, математика и астронома при дворе императора Рудольфа II в Праге.

5

Итак, 1 января 1600 г. Кеплер отправился в Прагу — именно здесь ему предстояло начать работу, завершившуюся открытием знаменитых трех законов, на основе которых строится небесная механика. Напомним, что, согласно первому закону, планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце; второй закон гласит, что радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные времена заметает равные площади, и, наконец, третий закон утверждает, что квадраты периодов обращения планет относятся как кубы их средних расстояний от Солнца.

Первые два закона содержались в книге Кеплера, вышедшей в 1609 г. под характерным названием: «Новая астрономия, причинно обоснованная, или физика неба, изложенная в исследованиях движения планеты Марс по наблюдениям благороднейшего мужа Тихо Браге». На самом деле второй закон был открыт раньше первого, а оба они появились в результате изучения движения Марса, чем Кеплер занялся в Праге, говоря его словами, «по воле Божественного Провидения».

Марс представлял наиболее сложную проблему для астронома-теоретика из-за того, что его орбита значительно больше отличалась от круговой по сравнению, скажем, с орбитой Луны или Земли. Сначала проблемой Марса занимался Лонгомонтан, другой ассистент Тихо, но впоследствии, видя, что трудности для него являются непреодолимыми, Тихо перепоручил ее Кеплеру. Кеплер с воодушевлением принялся за работу, отчетливо понимая, что экспериментальный материал, собранный Тихо Браге, дает ему уникальную возможность найти, наконец, решение этой проблемы. Однако первые попытки построить адекватную модель движения Марса с традиционным использованием экванта для круговой орбиты приводят Кеплера к неудаче, хотя он с первых шагов и устанавливает один факт фундаментальной важности: орбита Марса должна быть отнесена к действительному положению Солнца, а не к центру земной орбиты, как делалось обычно всеми астрономами до него.

Потерпев неудачу с использованием круговой орбиты для Марса, Кеплер решил более точно определить элементы его орбиты. И здесь он снова сталкивается с целым рядом трудностей. Дело в том, что астрономам приходится наблюдать планеты с движущейся Земли, и если неизвестна ее орбита и расстояние Солнце — Земля на каждый момент времени, то любые как угодно точные наблюдения других планет окажутся бесполезными, если ставить перед собой задачу определения орбиты этих планет.