С. А. Толчельникова-Мурри
And thou art distant in humanity.
J. Keats 1
Среди ученых, родившихся более пятисот лет назад, много ли найдется таких, кого мы знаем не только по имени и чью тень мы призываем на помощь в трудные минуты, когда безмолвствуют живые? Николай Коперник, 525-летие со дня рождения которого отмечалось в 1998 г., - один из таких немногих. Юбилеи Коперника пышно отмечались в нашем столетии, но был ли понят Коперник в XX в.? Хорошо ли знакомы наши современники с его трудами? Постараемся ответить на эти вопросы, но остановимся сначала хотя бы коротко на том, что общего между нашим временем и эпохой Коперника, почему стали для нас столь актуальными те проблемы, которые решал Коперник, а затем его последователи, посвятившие весь свой труд, а иные и жизнь свою отдавшие ради утверждения учения Коперника.
С XV в. уточнение астрономической теории становится практической потребностью для народов Европы, интенсивно осваивающих мореплавание и новые заморские территории. В наши дни благодаря выходу астрометрии в космос и увеличению точности наблюдений также насущно необходима точная теория, ибо без этого нельзя будет в той же мере, в какой возросла точность наблюдений, повысить и точность результатов, т.е. тех величин, определение которых является целью исследований астрономов и физиков. Технические достижения создают возможность для более глубокого познания Природы, но всегда ли эта возможность превращается в действительность?
На протяжении XVII-XVIII вв. благодаря использованию и усовершенствованию телескопов оказалось возможным повысить точность измерений, что обеспечило бурный рост астрономических знаний. Новые точные инструменты оказались доступными ученым, развивавшим теорию Коперника: истина являлась целью их трудов, и быть ее самоотверженным защитником почитали они за честь для себя. Те два доказательства движения Земли вокруг Солнца, которые стали впоследствии хрестоматийными, были получены в 20-е гг. XVIII в. и 30-е гг. XIX в. Это соответственно открытая Дж. Брадлеем звездная аберрация и параллактические смещения звезд, определенные почти одновременно В. Я. Струве, Ф. Бесселем и Т. Хендерсоном. Первое открытие было неожиданным, второе - долго ожидаемым, "запланированным", ибо, как известно, еще Аристотель ссылался на отсутствие параллаксов звезд как на доказательство неподвижности Земли. Заметить смещения, угловые размеры которых менее одной дуговой секунды, было невозможно вплоть до середины ХIХ в.
Вспомним, что Коперник создал свою теорию еще до изобретения телескопов, так что в его эпоху первым импульсом к развитию естествознания послужили не технические достижения. Не будем гадать, к какой теории мы придем, что даст нам происшедшее за два последние десятилетия повышение точности наблюдений на два порядка, но очевидно, что роль фундаментальной астрометрии должна вырасти, поскольку приоритет получат исследования, основанные на математически строгих методах.
Отсюда не следует, конечно, что приближенные методы и гипотезы будут навсегда изгнаны из естествознания и что ученые последуют совету Канта (которому, кстати, он и сам не следовал): "Все, что может иметь хотя бы малейшее сходство с гипотезой, есть запрещенный товар, который не может быть пущен в продажу даже по самой дешевой цене, а должен быть изъят тотчас же после его обнаружения"2 . Мы говорим лишь о вновь открывающихся возможностях для строго детерминированных решений - их большую эффективность по сравнению с приближенными, а также статистическими решениями едва ли кто-либо решится оспаривать.
Фундаментальная астрономия является наследницей той астрономии, которую ученик Коперника Иоахим Ретик справедливо назвал царицей математики3 , ведь она была ее "лабораторией": сферическая астрономия, тригонометрия, геометрия и кинематика небесных кругов созданы астрономами. Анализ тысячелетних рядов наблюдений с помощью строгих математических методов был первым шагом к объяснению на единой основе всех движений в пределах наблюдаемой тогда "вселенной" и привел к созданию единой физики для Земли и для неба4 . Этот шаг был сделан Коперником, его мы справедливо называем величайшим из астрономов.
Возвращаясь к современности, мы должны признать, что фундаментальная астрономия (астрометрия) в XX в. стояла и стоит в стороне от ключевых проблем естествознания. Их решение было доверено философам и физикам-теоретикам.
Отношение последних к наследию Коперника не было однозначным, они подвергли пересмотру один из его основных выводов - заключение о движении Земли вокруг Солнца.
Чтобы напомнить точку зрения физиков XX века, a в дальнейшем попытаться найти причины, побудившие их сомневаться в основополагающем положении системы Мира Коперника, остановимся на статьях известных ученых, для которых характерен поиск пути, ибо нет смысла полемизировать с теми, кто апологетически воспринимает теоретическую физику XX в. Во второй части статьи необходимо упомянуть современных защитников учения Коперника.
О восприятии идеи гелиоцентризма физиками-теоретиками XX в.
Земля недвижна - неба своды, Творец, поддержаны тобой, Да не падут на сушь и воды И не подавят нас собой!
А. С. Пушкин
1. В 1905 г. в книге "Ценность науки" А. Пуанкаре, вспоминая о том, что он утверждал в 1902 г. относительно доказательств вращения Земли, пишет следующее: "В моем сочинении "Наука и гипотеза" я сказал: "...утверждение: "Земля вращается" не имеет никакого смысла... или, лучше сказать, два положения: "Земля вращается" и "удобнее предположить, что Земля вращается" - имеют один и тот же смысл". Эти слова подали повод к самым странным толкованиям.
Некоторые надумали видеть в этом реабилитацию Птолемеевой системы и, пожалуй, даже оправдание суда над Галилеем"5 .
Между тем Пуанкаре процитировал свое высказывание не полностью. В книге "Наука и гипотеза" (1902) были также следующие слова: "...утверждение "Земля вращается" не имеет никакого смысла, ибо никакой опыт не позволит проверить его; ибо такой опыт не только не мог бы быть ни осуществлен, ни вызван смелой фантазией Жюля Верна, но даже не мог бы быть понят без противоречия! Или, лучше сказать, два положения "Земля вращается" и "удобнее предположить, что 3eмля вращается" имеют один и тот же смысл, в одном ничуть не больше содержания, чем в другом"6 . Отнюдь не в соответствии с этими словами приводит Пуанкаре в 1905 г. ряд известных доказательств вращения Земли: сплющенность Земли, маятник Фуко, вращение циклонов, пассатные ветры, наблюдаемые вращения других небесных тел. Тем не менее он утверждает: "Абсолютного пространства нет. Поэтому с точки зрения кинематики из двух противоречивых положений - "Земля вращается" и "Земля не вращается" - одно не более верно, чем другое. Принимая одно, отвергая другое, в кинематическом смысле значило бы допускать существование абсолютного пространства.
Однако, если одно из них (утверждений. - С. Т.) открывает нам верные отношения (имеются в виду законы Кеплера и динамики. - С. Т.), которые не вытекают из другого, то можно считать первое физически более верным, чем другое, потому что оно имеет более богатое содержание. И в этом отношении не может быть никаких сомнений (курсив мой. - С. Т.)"7 .
Итак, Пуанкаре, несмотря на колебания, склонился к признанию вращения Земли, исходя из критерия Аристотеля: "Истинно то, что в отношении к последующему также оказывается истинным (курсив мой. - С. Т.)". У нас еще будет повод вернуться к этому критерию.
Вместе с тем и в 1905 г. Пуанкаре продолжал настаивать на том, что с точки зрения кинематики два предположения равноправны. Он не поясняет подробнее свою мысль, и можно предположить, что Пуанкаре находился под влиянием мнения австрийского физика и философа Э. Маха. Впрочем, в отличие от Маха, Пуанкаре, по крайней мере в 1905 г., уже не отвергает динамических доказательств, т.е. объяснений с помощью сил. Последнее из приведенных им доказательств (наблюдаемые вращения других планет) является доказательством по аналогии, оно не может дать количественной оценки вращения Земли и, следовательно, не относится к числу математических доказательств.
Заметим в связи с этим, что в эпоху Коперника не были известны перечисленные Пуанкаре динамические доказательства, а вращение планет невозможно было наблюдать. Тем не менее Коперник сумел найти - численно определить - три движения Земли из анализа наблюдаемых относительных вращений сфер Земли, звезд и Солнца. Те, кто читал "De Revolutiunibus"8 , знают, что Коперник логически последовательно объясняет, каким образом ему удалось сделать то, что он не прибегает к ссылкам на божественное откровение и загадочную интуицию.
Понимание того, как он это сделал, помогло бы астрономам в решении современных задач и, кроме того, продемонстрировало бы со всей очевидностью, что прогрессивное развитие астрономии всегда заключалось в разделении наблюдаемых относительных движений тел (либо их проекций на небесную сферу) на движения, присущие каждому отдельному телу (или его проекции), которые поэтому можно назвать собственными движениями тел (проекций). В этом смысле "запреты" физики XX в., признающей лишь относительные движения, идут вразрез с методической установкой всей многовековой астрономии. Кроме собственных движений в данной системе тел, небесные тела движутся вместе с системой, в которую они входят; система в свою очередь является подсистемой по отношению к более крупному образованию и т. д. Так что вопрос об окончательном движении небесного тела всегда останется открытым, ибо если мы суммируем все известные движения какого-либо тела, то это будут движения, известные нам сегодня, завтра же мы "заглянем дальше в глубь вселенной" - сумма окажется неполной.
Мы предполагаем, что именно эта проблема - поиск такой системы отсчета, чтобы движения, к ней отнесенные, оказались окончательными и в этом смысле абсолютными, - волновала физиков в конце XIX в. (Вспомним, что у Ньютона есть иное определение абсолютных движений: это движения, определяемые через силы взаимодействия и наблюдаемые относительные движения.) Критика решений, которые предлагали физики, дана в одной из наших статей9 . В процессе поиска решения задачи, никогда до конца не разрешимой, физики затронули много проблем, далеко не всегда четко их формулируя. Поэтому нам приходится начинать с выяснения, что же они имели в виду. Мы убеждаемся в том, что физики иногда объявляли принципиально неразрешимой задачу, неразрешимую лишь в пределах искусственно ограниченной ими "вселенной"; случалось и обратное: какое-либо решение частной задачи они объявляли всеобщим и окончательным.