XV. ОСОБЕННОСТИ КОПЕРНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Несмотря на все свои значительные преимущества, гелиоцентрическая система Коперника в том виде, как она выразилась в его сочинении, имела значительные астрономические погрешности. Они были вызваны тем, что Коперник не порвал окончательно с физикой Аристотеля, т. е. некритически воспринял целый ряд старых представлений. Но в этом следует обвинять не его самого, а его время, так как физика, механика и другие дисциплины тогда не ушли далеко вперед по сравнению с античной наукой.

Одним из важнейших недостатков системы Коперника было признание не двух родов движения Земли (вокруг оси и вокруг Солнца), а трех. Третье он называл «движением по склонению». Он считал, что это движение совершается в направлении, обратном к порядку зодиакальных созвездий, т. е. от востока к западу. Это третье движение он считал нужным придумать для объяснения смены времен года.

Объяснение времен года по Копернику. Рисунок из его книги, показывающий, что ось вращения Земли FH остается во время обращения вокруг Солнца «параллельной самой себе» и сохраняет с плоскостью земной орбиты постоянный наклон. А, В, С, D — центры Земли в начале четырех времен года, т. е. около 23 декабря, 21 марта, 22 июня и 22 сентября.

Коперник впервые показал, что смена времен года может быть объяснена лишь при условии, если земная ось при движении вокруг Солнца постоянно остается параллельной самой себе. Но он не знал механического закона инерции, открытого почти через столетие Галилеем, и поэтому, подобно другим ученым своего времени, находился под влиянием аристотелевою учения о естественных и насильственных движениях.

Согласно этому учению, какое-нибудь тело может обращаться вокруг другого тела только тогда, когда оно поддерживается каким-нибудь твердым телом, например хрустальной сферой, в поверхность которой оно вставлено. В таком случае к центру вращения будет обращена постоянно одна и та же сторона тела при всех положениях, какие будут принимать соответствующие точки сферы во время ее вращательного движения. Таким образом, выходит, что Земля должна находиться по отношению к Солнцу в таком.же положении, как Луна по отношению к Земле, т. е. она должна иметь постоянно одни и те же части обращенными к дневному свету. Но так как этого нет, то Коперник и предположил, что, помимо вращения вокруг оси и обращения вокруг Солнца, наша Земля наделена третьим движением, благодаря которому она принимает такие постепенные положения, что ось остается постоянно параллельной самой себе.

Коперник еще не знал, что движения Земли вокруг оси и вокруг Солнца независимы одно от другого. Независимость такого рода движений была обнаружена только Галилеем при исследовании им инерции тел. С тех пор стало ясно, что, когда Земля движется вокруг Солнца, земная ось не меняет своего направления и остается параллельной своему прежнему положению в пространстве. Последователи Коперника довольно скоро заметили эту его ошибку и вслед за Галилеем отбросили третье движение Земли. После этого гелиоцентрическая система мира приняла еще более простой, более естественный вид.

Гораздо труднее было устранить другую астрономическую погрешность системы Коперника, касавшуюся характера движения небесных тел. Дело в том, что, заменяя своей гелиоцентрической системой мира геоцентрическую систему, Коперник все-таки еще не опроверг полностью идею об эпициклах, лежащую в основе птоломеевой системы, и более того, сам при помощи эпициклов пытался объяснить наблюдаемые неравномерности в скорости движения планет. Он целиком сохранил старый принцип о равномерном круговом движении планет; для него, как и для других астрономов того времени, этот принцип имел еще силу неопровержимой истины. Как мы видели, Коперник решительно отказался от эпициклов в разъяснении «второго неравенства», т. е. главных, наиболее загадочных особенностей планетных движений — обратных направлений, стояний и петель. Однако допущение, что Земля движется вокруг Солнца, не давало еще возможности объяснить «первое неравенство» — неравномерность скорости движения планет. Он не знал еще, что это неравенство вызвано тем, что планеты перемещаются не по кругам, а по эллипсам. Следовательно, ему не было известно, что неравномерность скорости представляет собой закономерное свойство планетных движений. Он думал, что это только кажущееся явление, порожденное круговым движением светил; поэтому в его систему вторглась некоторая сложность и запутанность.

Допуская, подобно древним астрономам, что движение планет вокруг Солнца является равномерно-круговым, Коперник должен был давать каждой планетной орбите особый центр. Выходило, что планеты движутся по эксцентрическим орбитам, т. е. Солнце находится не в геометрическом (общем) центре планетных орбит, а «сбоку», на известном расстоянии от этого центра (эксцентриситет земной орбиты Коперник нашел равным ¹/₃₀). Однако это допущение оказалось недостаточным для объяснения «первого неравенства», и поэтому он опять должен был вернуться к теории эпициклов, т. е. рассматривать видимое неравномерное движение каждой планеты вокруг Солнца как результат сложения некоторых равномерных движений.

Для объяснения «второго неравенства» птоломеева система требовала больших эпициклов. Коперник же их отбросил, показав, что «петли» свидетельствуют о движении Земли вокруг Солнца. Но для истолкования неравномерной скорости планетных движений («первого неравенства») он оставил меньшие эпициклы, не догадавшись, что этот факт говорит об эллиптичности орбит.

Коперник сохранил в своей системе всего 34 эпицикла, вместо 80 с лишним, имеющихся в одном из последних вариантов птоломеевой системы. На этом сокращении числа кругов он подтвердил большое преимущество своей системы. «Достаточно всего 34 кругов, чтобы объяснить все строение мира, весь сложный танец светил.», — с удовлетворением подчеркивал он в своей предварительной рукописной работе. Из этих 34 кругов потребовалось ему четыре для Луны, три для Солнца, семь для Меркурия (его движение особенно неправильно) и по пяти для каждой из остальных планет. Таким образом, хотя система Коперника низвергла геоцентризм Птоломея, ее нельзя противопоставить птолемеевой системе эпициклов: она являлась не только гелиоцентрической, на и эпициклической, ибо допускала равномерно-круговое движение.

Так как заслуги Коперника в низвержении птолемеевой системы огромны, мы иногда склонны не обращать внимания на то, что по существу Коперник как бы «перептоломеил» самого Птоломея. Вполне правильно замечание историка астрономии Берри, что Коперник «был далек от непризнания греческих эпициклов и эксцентриков, сам пользовался этими схемами и был» даже более правоверным «эпициклистом», чем сам Птолемей». Словом, Коперник по существу старался не опровергнуть, а лишь значительно реформировать систему Птоломея. Кеплер справедливо замечал: «Коперник, не зная всей цены своих собственных богатств, стремился изъяснить скорее Птоломея, чем природу, к которой, однако, он подошел ближе, чем кто-нибудь другой».

Поэтому при вычислении эфемерид, т. е. положений планет для отдельных моментов, система Коперника не имела тогда существенных преимуществ перед системой Птоломея. Оба вычислительных метода почти совпадали. По старой системе мира сперва определяли положение планеты на эпицикле, затем положение центра эпицикла на окружности деферента и, наконец, из этих двух величин выводили положение планеты на небесной сфере. По новой же системе сперва устанавливалось положение Земли и положение планеты на их орбитах, а затем путем соединения этих двух положений получалось геоцентрическое, т. е. видимое с Земли, положение планеты на небосводе.

Это совпадение вычислительных методов, вытекавшее из принципа равномерно-кругового движения небесных тел, было одной из важнейших причин неуспеха системы Коперника у профессиональных астрономов, для которых решающим было практическое значение теории.

Тихо Браге (1546—1601) при точности своих наблюдений легко заметил, что круговые пути не соответствуют истинному положению вещей, но он тоже был не в силах разрешить этот вопрос. Как мы далее увидим, Кеплер после долгих попыток нашел, что планетные орбиты — не круги, а эллипсы, весьма близкие по форме к кругу. Таким образом, только он освободил систему Коперника от ее крупнейшего недочета. Вначале же и сам Кеплер не решался посягнуть на эпициклы, так как не сомневался в правильности принципа равномерно-кругового движения. Он даже думал, что несогласие теории эпициклов с позднейшими наблюдениями вызвано великими переменами, происшедшими на небесном своде со времен Птоломея...

Однако вначале ученых смущали не столько астрономические недочеты системы Коперника, сколько ее кажущаяся физическая несостоятельность, т. е. ее резкое противоречие основам учения Аристотеля о движении, которое считалось тогда неоспоримым.

Аристотель, как мы знаем, учил, что, за исключением равномерного кругового движения светил и отвесных движений вверх и вниз тяжелых и легких земных тел, все прочие движения насильственны и должны прекращаться сами собой; он утверждал также, что круговое движение, как совершеннейшее, присуще одним только небесным телам. Коперник, находившийся всецело под влиянием господствовавшей тогда физики Аристотеля, признал все это, но тем не менее он решительно отверг различие между небесными телами и Землей, считая, что круговое движение, свойственное всем небесным телам, должно быть присуще и Земле. Он смело отбросил освященное церковью аристотелевское представление о разделении мира на две совершенно различные части — «небо» и «землю». Тем самым он подорвал старое учение о материи и движении, сделав большой шаг к созданию современной физики и механики.

Аристотелевское представление о тяжести считалось неопровержимым доказательством того, что Земля является центром- вселенной. Согласно этому представлению, тяжесть есть стремление к центру мира, а так как наблюдать силу тяжести можно было только на Земле, то отсюда был сделан вывод, что центр Земли есть центр мира. Коперник отбросил это укоренившееся воззрение на тяжесть, смутно предугадывая закон всемирного тяготения. Он высказал весьма революционный для того времени взгляд, что тяжесть представляет собой не стремление к центру мира, а стремление одних частей к другим, в каждом небесном теле отдельно.

По мнению Коперника, тяжесть есть свойство всех веществ, где бы они ни находились; центр мира в этом не играет никакой роли, — здесь важно лишь относительное расположение частей того или иного вещества. «Мне кажется, — писал Коперник, — что тяжесть есть не что иное, как такое естественное стремление всех малейших частиц, вследствие которого они сливаются в единое целое, принимая шаровидную форму. Это стремление к соединению, быть может, присуще и Солнцу, и Луне, и другим небесным светилам и составляет вероятную причину их шаровидности».

Правда, объясняя этим стремлением частиц к соединению сплоченность Земли и других мировых тел, Коперник не упоминал о существовании подобного же стремления между различными небесными светилами. Он не призывал на помощь никакой «силы» для объяснения движения планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, а, следуя за Аристотелем, называл эти движения «естественными». Но не подлежит сомнению, что Коперник признавал какое-то влияние или действие Солнца на обращающиеся вокруг него планеты. Это видно хотя бы из следующего его замечания: «Таким образом, Солнце, как бы восседая на престоле царском, управляет вращающимся вокруг него семейством светил».

Чрезвычайно важно то, что доводы Коперника уничтожили одну из важнейших «физических» основ аристотелево-птоломеевой системы — геоцентризм. Согласно прежним воззрениям, к центру Земли стремятся все тела вообще, а из доводов Коперника вытекало, что только земные однородные тела стремятся к центру Земли.

Все это оказало огромное влияние на творца современной механики Галилея и послужило исходным пунктом в его борьбе с аристотелизмом.

Вследствие слабого развития инструментальной техники во времена Коперника было очень мало таких фактических доказательств, которые могли быть использованы для непосредственного подтверждения правильности гелиоцентрической системы мира. Поэтому он поневоле должен был аргументировать только логическими доводами и ограничиваться чисто принципиальными соображениями. По тому, как настойчиво Коперник проводил свои идеи, видно, что он глубоко чувствовал правду, был непоколебимо убежден в истинности своей системы, заложившей основы нового мировоззрения. Он не оставил без критического разбора ни одного довода, отрицавшего движение Земли, всячески доказывая полнейшую несостоятельность этих доводов.

Аристотель говорил, что если бы Земля двигалась вокруг какого-нибудь тела, то это должно было бы сказаться в параллаксе звезд, — в кажущемся изменении их положения на небосводе. Так как наблюдения не подтверждали существования такого видимого перемещения звезд, то в этом факте Аристотель, Птоломей и другие астрономы видели несомненное доказательство несостоятельности представления о годовом движении Земли, Но Коперник был настолько убежден в правильности своей системы мира, что в отсутствии заметного параллакса звезд увидел не отрицание движения Земли в мировом пространстве, а подтверждение взгляда о чрезвычайно больших размерах вселенной. Он совершенно правильно отметил, что отдаленность звезд так велика, что в сравнении с ней даже земная орбита представляется совершенно ничтожной, и что именно поэтому звезды не имеют заметных параллаксов.

Особенно тщательно Коперник разобрал те отрицания движения Земли, которые были высказаны Птоломеем и основывались на началах физики Аристотеля, т. е. на том воззрении, что тело, предоставленное самому себе, стремится к состоянию покоя. Птоломей считал, что в случае вращения Земли с запада на восток облака и прочие носящиеся над Землей предметы отставали бы от вращающейся земной поверхности, т. е. двигались бы в обратную сторону, с востока на запад. Коперник указывал, что это возражение совершено неосновательно, ибо все тела участвуют в суточном движении Земли: они следуют за Землей и при ее вращении и при ее поступательном движении. Что же касается утверждения Птоломея, что в случае вращения Земли вокруг ее оси всякое тело, брошенное кверху, не упало бы на прежнее место, то Коперник отверг его указанием на составной характер движения падающего тела. Именно свободно падающие тела вследствие своей тяжести направляются к центру земного шара по перпендикуляру, но в то же время участвуют в круговом движении вместе с этим шаром, так как являются его частью.

Долго считалось весьма веским указание Птоломея о том, что если бы Земля вращалась, то она должна была бы разлететься на куски из-за огромной скорости своего вращения, Коперник же показал, что это возражение вовсе не подкрепляет отрицания суточного движения Земли, так как если бы неизмеримо большая сфера неподвижных звезд стала вращаться за 24 часа, то этого явления надо было бы опасаться еще больше. Вместе с тем Коперник старался отвести возражение Птоломея при помощи общепринятого тогда учения Аристотеля о естественных и насильственных движениях. Он указывал, что Земля могла бы подвергнуться такой катастрофе лишь в том случае, если бы ее вращение было не натуральное, а вынужденное, вызванное внешними причинами, между тем ничто не мешает вращение Земли считать движением натуральным.

Коперник писал: «Если допустим движение Земли около оси, то должны также допустить, что движение это не есть насильственное, а натуральное. Все принужденное, насильственное, вызванное посторонними причинами, может разорваться, разложиться; все же естественное сохраняет неизменно первоначальный свой вид. Поэтому напрасно птоломеево опасение относительно разрыва Земли и рассеяния ее в пространстве. Если действительно это может воспоследовать отвращения Земли, то тем более это могло бы случиться вследствие суточного вращения небесной сферы, скорость которого, по причине громадного расстояния этой сферы от Земли, должна бы быть неизмеримо больше, чем скорость вращения Земли».

Все же более решающих доказательств как суточного вращения, так и годичного обращения Земли Коперник привести еще не мог. Лишь ученым последующих столетий удалось открыть такие доводы, которые возвысили гелиоцентрическую систему Коперника на уровень неопровержимой истины. Он мог противопоставить нападкам своих многочисленных противников лишь чисто логические соображения, доводы разума, ссылаясь, главным образом, на максимальную простоту своей системы. Он советовал «брать пример с природы, которая не производит ничего лишнего, ничего бесполезного, а, напротив, из одной причины выводит много следствий». В связи с этим принципиальным соображением Коперник писал: «Более вероятно представление, что Земля вращается вокруг своей оси, чем предположение, что все планеты со всеми своими различными расстояниями, все блуждающие кометы и все бесконечное воинство неподвижных звезд совершают одно и то же равномерное суточное движение вокруг Земли».

Но Коперник все-таки не ограничивался только подчеркиванием простоты своей системы мира. Подобно Аристарху, он подтверждал свою теорию тем обстоятельством, что Солнце больше Земли, как он вычислил, по меньшей мере в 164 раза¹. При таком обстоятельстве движение Солнца вокруг Земли действительно должно было казаться чрезвычайно невероятным. Поэтому, отведя Солнцу место в центре всей планетной системы, Коперник заметил: «Действительно, в каком другом более прекрасном месте этого храма можно было бы поместить это светило?»

Одно из важнейших подтверждений центрального положения Солнца Коперник совершенно правильно находил в переменном характере видимой величины или яркости планет. Например» планеты Сатурн, Юпитер и особенно Марс наиболее ярки в то время, когда Земля находится между ними и Солнцем, и, наоборот, наименее ярки, когда Солнце находится между ними и Землей, ибо в первом случае (противостоянии) они ближе всего к Земле, а во втором (соединении) — наиболее отдалены от нее. Этого, конечно» не могло быть, если бы планеты обращались вокруг Земли,—они всегда, находились бы от нас на приблизительно одинаковых расстояниях.

Картина мира, нарисованная Коперником, еще очень далека от картины мира, обосновываемой современной наукой. Например, он не знал, что все мировые тела вместе с Солнцем находятся в безостановочном движении. Он не предлполагал, что Солнце является лишь одной из звезд и, следовательно, не может быть центром вселенной, и т. д. О звездах Коперник говорил очень мало, ибо не знал ни их величины, ни их расстояний от Земли. Он ограничивался лишь замечанием: «Сфера неподвижных звезд включает самое себя и все остальное, — поэтому она неподвижна, как место вселенной, по отношению к которому определяется движение и положение всех остальных светил, в совокупность взятых». При этом Коперник, как и античные астрономы, считал, что вселенная должна иметь совершеннейшую форму и что потому она, подобно Земле, шарообразна. Таким образом, в системе Коперника, сменившей все геоцентрические системы мира, сохранился целый ряд пережитков старой астрономии.

Вследствие этого та система мира, которая обыкновенно называется коперниковой, в некоторых существенных пунктах весьма отлична от оригинального учения Коперника, от подлинной теории этого величайшего астронома, Это и понятно, ибо почти всякая вновь открытая истина чрезвычайно редко является законченной; на полное ее завершение обыкновенно уходят целые эпохи, деятельность многочисленных исследователей и мыслителей. Сам Коперник хорошо понимал, что он еще очень далек от полной удачи, что его система нуждается в дальнейшем улучшении, развитии и т. д. Свое завершение эта система получила лишь в работах Кеплера и Ньютона, открывших истинные формы путей, по которым движутся планеты. Все же ключ к проникновению в тайны движения небесных тел впервые дал только Коперник, и поэтому истинная система мира справедливо сохранила название коперниковой.

В истории развития человеческого ума Коперник являет собой исключительный образец теоретического новаторства; он установил новые исходные позиции в науках о природе. Важно то, что он, будучи в ту пору «одиночкой» в науке, смело шел против «очевидности», устаревших традиций, против «авторитетов», в том числе церковных, и, таким образом, вывел астрономию из тупика на совершенно новую, широкую дорогу. К тому же Коперник внес такие значительные поправки в учение Аристотеля о физических явлениях, что именно благодаря ему началось крушение аристотелианства, а значит и схоластики, богословия и т. д.

Коперник, несмотря на то, что он находился под влиянием некоторых аристотелевых представлений о механических, физических и других явлениях, был так непоколебимо убежден в истинности своей системы, что решительно порвал с геоцентризмом и уверенно обосновал учение о движении Земли. Его смелое теоретическое новаторство сыграло величайшую революционную роль в естествознании и несомненно служит весьма убедительным доказательством величия Коперника, его гениальности. Кеплер был вполне прав, когда сказал: «Коперник — человек высшего гения и, что в этих вопросах особенно важно, свободного мышления».