Гелиоцентрическая система и научная революция. Коперник, Галилей, Кеплер

Хочу, чтоб мы благодарили

Тех, что путь Солнца проследили,

Планетам указали путь.

Гете. Завет

Образ триединого Бога заключен в шаре, а именно: Отца - в центре шара, Сына - в его поверхности, а Святого Духа - в равенстве расстояния между его центральной точкой и окружностью.

И.Кеплер. Мистериум космографикум

Пришло “Новое время” - время формирования и бурного развития науки. 17 век благодаря научным открытиям существенно изменил мировоззрение людей, чем была сильно обеспокоена церковь, как католическая, так и молодая, не завоевавшая еще авторитета в правительственных кругах, протестантская. Однако прогресс науки преодолел эти препятствия идеологического характера - "дух времени" этому способствовал: рассвет разума после ночи средневековья.

Николай Коперник (1473-1543). С именем знаменитого польского астронома связано начало научной революции. Н.Коперник родился в городке Торуни на берегу Вислы в семье краковского купца. Учился сначала в Ягеллонском университете в Кракове, затем в университетах Болоньи и Падуи, где изучал право и медицину. Уже в Кракове он знакомится с геометрией, тригонометрией, теоретической и вычислительной астрономией. Теоретические основы астрономии в Кракове, как и в других университетах Европы, преподавались с двух позиций, в зависимости от того, велось ли преподавание физиками-космологами или математиками-астрономами, занятыми вычислением положения небесных тел или прогнозами погоды.

Физики преданно следовали учению Аристотеля, хотя и пересмотренному арабами. Математики же брали за основу “Альмагест” Птолемея (как более точную систему эксцентриков и эпициклов). Между этими системами, конечно, было много общего, что позволяло говорить о системе Аристотеля-Птолемея: 1)идея о том, что Земля расположена в центре вселенной, ограниченной сферой неподвижных звезд, 2)естественное движение небесных тел круговое, в отличие от подлунного мира, где могут быть и прямолинейные движения.

В 1532 г. он закончил работу “Об обращении небесных сфер”, главный труд своей жизни. Это была первая гелиоцентрическая научная работа в истории. Правда, гелиоцентризм ее автора “подпитывался” священными символами: образом Святой Троицы (Солнце - Бог-Отец, звезды и пространство - Бог Сын и Бог-Дух Святой соответственно), а также египетской традицией поклонения Солнцу Гермеса Трисмегиста. На примере Коперника и Кеплера (см. ниже) видно, как наука постепенно освобождалась от влияния религии и магии.

Слава о работе польского астронома распространилась далеко, и профессор Виттенбергского университета Ретик сделал и опубликовал описание его работы. Печатанием полного текста работы занялся, по просьбе Ретика, нюрнбергский математик и лютеранский богослов Осиандер, предпославший тексту анонимное введение, в котором писал: “...нет необходимости, чтобы эти гипотезы были истинны или хотя бы правдоподобны, достаточно расчётов, соответствующих наблюдениям”. Впоследствии ни Джордано Бруно, ни Кеплер не приняли только “инструментальной”, т.е. вычислительной трактовки теории Коперника.

Существует, правда, гипотеза, что протестант Осиандер пытался таким образом отвести гнев католической церкви от книги Коперника. Для такой версии есть основания, ибо, спустя несколько десятилетий, за пропаганду идей Коперника будет сожжен на костре инквизиции Джордано Бруно и подвергнется гонениям католической церкви Г. Галилей, который вынужден будет отречься от своих взглядов.

Книга Коперника вышла в год его смерти, в 1543 г. Вначале его теория не казалась более простой и заслуживающей внимания, чем старая теория. В теории Птолемея было 40 кругов, Коперник был вынужден предложить тоже немало - 36. Однако, новая теория содержала целый ряд прогнозов, которые постепенно стали оправдываться: сходство между планетами и Землей, фазы Венеры, Вселенная стала больше по размерам и др. По словам известного американского науковеда Томаса Куна, “после Коперника астрономы стали жить в совершенно ином мире”. Заметим, кстати, что о гелиоцентризме Аристарха Самосского Коперник не упоминает.

В книге Коперника есть важное место, которое впоследствии будет развито Галилеем, Эйнштейном и др. в виде принципа относительности: “Всякое представляющееся нам изменение места происходит вследствие движения наблюдаемого предмета или наблюдателя..., так как не может быть замечено движение тел, одинаково перемещающихся”. Здесь в физике появляется “наблюдатель”.

Черты научной революции. Элементы психолого-философского анализа. Коперник стоял у истоков научной революции, которая продолжится прежде всего в астрономии и механике и займет период между Коперником и Ньютоном (включительно). Ее основные черты: эксперимент и раскрытие причин явлений. На примере Коперника мы можем поговорить о соотношении метафизики, физики и математики, которое станет приметой науки Нового времени и не потеряет значения до сих пор. Этимологически и семантически метафизика может трактоваться как метатеория, метаязык, т.е. система взглядов, объясняющая физику. В этом смысле, а не в негативном, как в трудах классиков марксизма, мы трактуем и используем метафизический подход. Думается, что в истории физики такой подход уместен, ибо физика не развивалась отдельно от культуры.[16]

Итак, метафизика (и вообще философия) в физическом творчестве важна, во-первых, на этапе зарождения, “кристаллизации” идеи - на этапе “надо!” и “хочу!”. Во-вторых, на этапе “знаю!” и “могу!” для осмысления и обобщения полученного результата. Необходимо пояснить, что модальность “знаю!” относят к пласту психики “эго”; “надо!” - к “супер-эго”; модальность “могу!” - к “ид” и “хочу!” - к “супер-ид” (см. 2.2).

Затем, когда физическая идея оформлена математически (на уровне “знаю!”), “бритва Оккама” “отсекает” метафизику (философские построения, мысленные модели и прочие “строительные леса”). Реально метафизика просто остается невостребованной при решении конкретной физической задачи. Если мы, однако, хотим усилить эвристичность новой теории и тем самым расширить сферу ее применения, то мы должны ее вывести на уровень “могу!” (делать новое). При этом теория должна отвечать на вопросы не только “что?” и “как?” (что такое объект и как сделать с ним то или иное преобразование), но и на вопросы “почему?” (обеспечив подключение более глубокого уровня пласта “знаю!”), т.е. должна появиться физическая модель явления, которая в будущем способна привести физиков к новому “хочу!”. Теперь, на новом этапе - этапе осмысления новой теории метафизика снова важна своими мировоззренческими (картина мира) и методологическими рекомендациями. В формировании современной физической картины мира важную роль сыграла научная революция, начатая Коперником.

Поясним приведенные рассуждения на примере развития учения Коперника. Попытка Осиандера свести это учение только к “инструментальному” приему, т.е. вспомогательному, лишенному физического и главным образом метафизического, а еще точнее религиозно-философского (в те времена без религии не обходились!) смысла, была отвергнута, как уже отмечалось, ближайшими последователями Коперника: Д. Бруно и И. Кеплером и Галилеем, которые приняли за истину не столько алгоритм вычислений, сколько саму физическую модель гелиоцентризма, т.е. модель натурную со всеми вытекающими отсюда последствиями (метафизикой), вплоть до исправления (дальнейшего развития) теории введением эллиптичности орбит в работах И. Кеплера. Такое исправление гораздо труднее было бы сделать, если бы исправлять пришлось вначале не идею, а таблицы и колонки цифр. Следовательно, эвристичность физической модели выше, чем только расчетной. Стоит ли говорить, что физическое и метафизическое (философское) истолкование обычно не вырастает из груды цифр. Вероятно, это связано с тем, что истолкованию, а также исправлению, развитию легче подлежат физические или хорошо оформленные мысленные (образные) модели, воздействующие непосредственно на интуицию.

А что будет в том случае, когда математический результат выражен не большим количеством цифр, а аналитически? В этом случае эвристичность зависит от обозримости, наглядности полученного математического выражения. С этой точки зрения физический и метафизический анализ полученного математического результата и есть стремление к дополнительной ясности (вспомним Бора!), повышающей эвристичность результата и, следовательно, возможность его развития.

Спрашивается, где же, на каком этапе физическая трактовка и метафизика не нужны? Такая ситуация возникает, если мы делаем расчеты на основе разработанных алгоритмов по их прямому применению. Там необходимости в дополнительном обсуждении нет. На языке модальностей это происходит на уровне “знаю”, поскольку речь идет о сознательном применении уже достигнутого.

У Коперника появилась новая математическая модель и новый вопрос к физической модели: почему планеты вращаются вокруг Солнца, какая сила на них действует? На этот вопрос ответил впоследствии своим законом всемирного тяготения И. Ньютон. Таким образом, трудами ученых от Коперника до Ньютона гелиоцентрическая механика была развита настолько, что сама стала источником новых открытий в механике и физике вообще, что и дает основание говорить о научной революции 16-18 веков (этому периоду историки отводят примерно полтора столетия).

Приведенные рассуждения имеют своей целью проиллюстрировать на личностном уровне то, что происходило в истории, поскольку одной из движущих сил истории является личность, что хорошо видно на примере Коперника. Активизация модальностей “могу!” и “хочу!” связана с подключением к процессу познания бессознательных частей психики, которые лучше активизируются сенсорной и образной информацией. Это и определяет пользу обращения к физической модели и к философскому (метафизическому) анализу, который, в отличие от математического, наряду с логическими рассуждениями, происходящими почти целиком на уровне “знаю!” (блок сознания) привлекает также сенсорные и интуитивные каналы обработки информации, апеллирующие к блоку бессознательного.

Выше мы показали, что научная революция охватила все четыре модальности человеческой психики, тем самым гармонизировав ее. Поэтому рассматриваемая историческая эпоха подготовила взлет творческой мысли и в последующее время, который показал, однако, не только преимущества, но и пределы применимости классической механики и привел впоследствии к смене парадигм применительно к микромиру и космосу.

Характерно, что Н. Коперник был католическим священником, а главный труд его жизни вышел с посвящением папе римскому. Поэтому прав Б. Рассел, писавший ([25], т.2, с.45): "...ученого отличает не то, во что он верит, а то, как и почему он верит в это. Его верования не догматические, а опытные. Они базируются на доказательствах, а не на авторитете или интуиции".

Вопрос же о том, почему научная революция произошла именно в Европе, поскольку ее технический уровень не сильно отличался от того, что имелось на Востоке, если вообще имеет ответ, то он частично заключается в том, что этому способствовала реформация в христианстве, давшая миру новых предприимчивых и честных, людей, которые впоследствии обеспечили и развитие нового общественного строя - капитализма. (См. также приложение 3).

Галилео Галилей (1564-1642) явился типичным выразителем науки Нового времени. Изучал медицину в Пизанском университете, но увлекся математикой и механикой, оставил университет и продолжал образование самостоятельно. В 1589 г. назначен профессором в Пизанский университет. (В те годы изучали астрономию, чтобы приступить к астрологии, обязательной для каждого медика.) Заложил основы физики как науки. Открыл два принципа физики: относительности движения и постоянства ускорения силы тяжести. Установил закон инерции, законы свободного падения, движения тела под углом к горизонту, закон сложения движений.

В 1609 г. изготовил телескоп, а впоследствии и микроскоп. Сделал ряд астрономических наблюдений, доказавших “неидеальность” небесных тел: обнаружение гор на Луне, спутников Юпитера, пятен на Солнце, фаз Венеры. Придерживался системы Коперника, запрещенной церковью в 1616 г. Об этом свидетельствует его “Диалог о двух главнейших системах мира...”.

Иоганн Кеплер (1571-1630). Окончил Тюбингенский университет. В 1600 году переехал в Прагу, где работал датский астроном Тихо Браге. Последние годы жизни провел в бедности и скитаниях. Активный сторонник системы Коперника. На основании наблюдений Тихо Браге и собственных открыл три закона движения планет, указав, что их орбиты эллиптические, а не идеально круговые, как считал Аристотель. Сформулировал фотометрический закон обратной пропорциональности освещенности квадрату расстояния [6]. Создал теорию зрения. Конструировал телескопы. При выводе законов движения планет использовал образ Святой Троицы: Бог Отец - Солнце, Бог Сын - планета, а расстояние от Солнца поддерживается Духом Святым. Во взглядах Кеплера уживались религиозные и магико-астрологические взгляды с естественнонаучными. Закон преломления света еще не был известен Кеплеру, а был открыт позднее Р. Декартом, размышлявшим над трудом Альхазена: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух сред есть величина постоянная.