На плечах гигантов

В 1597 году Галилей изобрел пропорциональный циркуль – большое подспорье для инженеров-механиков и военных. Кроме того, он вступил в переписку с Иоганном Кеплером, прочитав его книгу «Тайна мироздания» (Mysterium cosmographicum). Коперниканские взгляды Кеплера импонировали Галилею, и Кеплер надеялся, что Галилей открыто поддержит гелиоцентрическую модель. Однако научные интересы Галилея лежали в основном в сфере механики, поэтому желания Кеплера не сбылись. Кроме того, примерно тогда у Галилея начался роман с Мариной Гамба, венецианкой, родившей ему сына и двух дочерей. У старшей дочери Виргинии, родившейся в 1600 году, были особенно близкие отношения с отцом; правда, общались они в основном по переписке, поскольку почти всю свою недолгую жизнь Виргиния провела в монастыре, где взяла имя Мария Селеста (Мария Небесная) из уважения к отцовскому интересу к небесной механике.

В первые годы XVII века Галилей экспериментировал с маятником и исследовал связь колебаний маятника с явлением естественного ускорения. Кроме того, он начал разрабатывать математическую модель движения падающих тел, для чего измерял, за какое время катящиеся шары проходят различное расстояние по наклонным плоскостям. В 1604 году в ночном небе над Падуей наблюдали сверхновую, что в очередной раз заставило усомниться в аристотелевской модели неизменности небес. Галилей был одной из самых заметных фигур в этих дебатах, прочитал несколько провокационных лекций, однако публиковать свои теории не спешил. В октябре 1608 года голландец Иоанн Липперсгей запатентовал подзорную трубу, благодаря которой можно было рассматривать далекие объекты. Едва услышав об этом изобретении, Галилей принялся его усовершенствовать. Вскоре он разработал телескоп с девятикратным увеличением – втрое мощнее устройства Липперсгея, – а через год уже предложил телескоп с тридцатикратным увеличением. Когда Галилей в январе 1610 года направил его на небеса, те буквально разверзлись, явив себя человечеству. Луна перестала быть гладким диском – стало видно, что она покрыта горами и кратерами. При помощи телескопа Галилей определил, что Млечный Путь – это огромное пространство, заполненное звездами. Но главное – он увидел четыре луны вокруг Юпитера, и это открытие коренным образом перевернуло представление многих сторонников геоцентрической системы, которые полагали, что все небесные тела вращаются исключительно вокруг Земли. В том же году Галилей опубликовал трактат «Звездный вестник» (Sidereus Nuncius), где объявил о своих открытиях. Это выдвинуло ученого на передний край современной астрономии. Преподавать аристотелевскую теорию он больше не мог, но благодаря своей известности и авторитету получил во Флоренции должность математика и философа при дворе великого герцога Тосканского.

Освободившись от педагогической нагрузки, Галилей посвятил себя наблюдениям с помощью телескопа. Вскоре он пронаблюдал фазы Венеры, что подтвердило теорию Коперника, согласно которой эта планета вращается вокруг Солнца.

Кроме того, Галилей заметил, что Сатурн имеет продолговатую форму, и заключил, что это объясняется вращением вокруг планеты многочисленных лун: мощности телескопа не хватало, чтобы различить кольца Сатурна.

Католическая церковь подтверждала и приветствовала открытия Галилея, однако не соглашалась с их толкованием. В 1613 году Галилей опубликовал «Письма о солнечных пятнах» и в этом сочинении впервые заявил в печати, что отстаивает коперниканскую модель гелиоцентрической Вселенной. Этот труд был встречен крайне неодобрительно, на автора посыпались обвинения, и вскоре на Галилея обратила внимание Святая инквизиция. Когда в 1616 году Галилей опубликовал свою теорию приливов, которая, как он считал, доказывала, что Земля движется, его вызвали в Рим и потребовали объяснений. Совет богословов издал эдикт, что Галилей, выдавая коперниканскую модель за истину, фальсифицирует научные данные. Однако официального обвинения против Галилея выдвинуто не было.

Галилей побывал на аудиенции у папы Павла V и остался в убеждении, что понтифик относится к нему с уважением и что ему можно продолжать читать лекции под покровительством папы. Однако Галилея строго предупредили, что учение Коперника противоречит Писанию, поэтому о нем можно говорить лишь как о гипотезе.

В 1623 году Павел V скончался, и новым папой избрали одного из друзей и сторонников Галилея кардинала Барберини, взявшего имя Урбан VIII, так что Галилей решил, что теперь эдикт 1616 года удастся отменить. Урбан сказал Галилею, что это он в свое время добился исключения из эдикта слова «ересь» и что если Галилей и дальше будет говорить об учении Коперника как о гипотезе, а не истине, то сможет свободно публиковать свои работы. Заручившись этой гарантией, Галилей в течение следующих шести лет работал над «Диалогом о двух главнейших системах мира» – книгой, из-за которой он попал за решетку.

Титульный лист «Диалога о двух главнейших системах мира». Слева направо – три собеседника из произведения Галилея: Сагредо, Симпличио и Сальвиати.

«Диалог о двух главнейших системах мира» написан в виде ученого диспута между сторонником Аристотеля и Птолемея и последователем Коперника, каждый из которых стремится склонить на свою сторону образованного обывателя. Галилей предварил книгу заверениями, что он во всем поддерживает эдикт 1616 года, а поскольку о теориях рассказывают вымышленные персонажи, автор не выступает открыто в поддержку той или иной стороны. Тем не менее читателям было очевидно, что «Диалог» не оставляет камня на камне от аристотелевской картины мира. Сторонник Аристотеля выведен простоватым и наивным, и доводы его откровенно слабы, а противостоит ему умный и напористый последователь Коперника. Книга пользовалась шумным успехом, несмотря на то что ее публикация была встречена бурными протестами. Галилей написал ее не на латыни, а на разговорном итальянском, сделав ее доступной широкому кругу грамотных итальянцев, а не только ученым и церковникам. Противники Галилея – сторонники Птолемеевой астрономии – пришли в ярость от такого пренебрежительного обращения со своими научными воззрениями. Многие читатели сообразили, что Симпличио – сторонник Птолемеевой системы – это карикатура на Симпликия, комментатора Аристотеля, жившего в VI веке. А папа Урбан VIII решил, что Симпличио – это карикатура на него самого. И счел, что Галилей обманул его, ведь тот, обратившись за разрешением писать эту книгу, умолчал о том, что собирается нарушить эдикт 1616 года. Однако Галилей, возможно, и не подозревал, что что-то нарушает, поскольку никаких письменных предостережений не получал.

К марту 1632 года церковь запретила издателю допечатывать тираж, а Галилея вызвали в Рим и потребовали оправданий. Галилей отказался ехать, сославшись на тяжелую болезнь, однако папа настаивал, пригрозив, что иначе прикажет доставить Галилея в кандалах. Спустя одиннадцать месяцев Галилей прибыл в Рим и предстал перед судом. Его вынудили отречься от коперниковской ереси и приговорили к пожизненному заключению. Однако вскоре пожизненное заключение заменили более мягким наказанием – домашним арестом в Сиене под надзором архиепископа Асканио Пикколомини, бывшего ученика Галилея. Пикколомини дозволил Галилею продолжать писать, более того, всячески уговаривал его не бросать работу. Там Галилей принялся за свой последний труд – «Математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», – где подводил итоги своим достижениям в физике. Однако на следующий год в Риме узнали, какие благоприятные условия создал для Галилея Пикколомини, и приказали ученому перебраться в другой дом, на возвышенности под Флоренцией. Некоторые историки полагают, что именно тогда, при переезде, а не в суде после отречения, Галилей и произнес свое знаменитое «Eppur si muove».

В результате Галилей поселился ближе к своей дочери Виргинии, однако в 1634 году она заболела и вскоре умерла. Эта утрата подкосила Галилея, но он все же смог через некоторое время возобновить работу над «Двумя отраслями науки» и в течение года закончил книгу. Однако Святая конгрегация индекса запрещенных книг – церковная цензура – не дозволила публиковать ее. Пришлось тайно переправить рукопись из Италии в Лейден, в издательский дом Эльзевиров, поскольку в Северной Европе преобладал протестантизм. Там книга и вышла в 1638 году. «Математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», где сформулированы законы движения падающих тел с ускорением, считают краеугольным камнем современной физики. В этой книге Галилей пересмотрел и уточнил результаты своих прежних опытов по изучению движения, а также принципы механики. Две новые отрасли науки, о которых пишет Галилей, – это изучение сопротивления материалов (раздел техники) и изучение движения (кинематика, раздел математики). В первой половине книги Галилей описал свои опыты с ускорением при движении по наклонной плоскости. Во второй половине обращается к трудной задаче расчета траектории ядра, выпущенного из пушки. Прежде полагали, что сообразно аристотелевским принципам ядро летит по прямой, а затем теряет «движущую силу» и падает прямо на землю. Затем наблюдатели подметили, что на самом деле ядро перед падением описывает кривую, однако никто не понимал, что это за кривая и по каким причинам это происходит, – пока не появился Галилей. Он сделал вывод, что траектория ядра определяется двумя движениями: одно – по вертикали, вызванное земным тяготением, которое тянет ядро вниз, второе – по горизонтали, подчиняющееся принципу инерции.

Галилей показал, что сочетание этих двух независимых движений и определяет путь ядра по кривой, которую можно описать математически. В доказательство он вымазал чернилами бронзовый шар и скатил его по наклонной плоскости на стол, после чего шар свободно докатился до края и упал на пол. Сколько Галилей ни повторял этот опыт, чернильная метка на полу от упавшего шара всегда находилась на некоем расстоянии от края стола. Так Галилей доказал, что шар продолжает двигаться по горизонтали с постоянной скоростью, а земное тяготение увлекает его вниз по вертикали. Он обнаружил, что расстояние увеличивается пропорционально квадрату затраченного времени. Кривая имела строгую математическую форму, которую древние греки называли «парабола».