Стивен Строгац - Бесконечная сила [Как математический анализ раскрывает тайны вселенной]

Например, было замечено, что Марс за время своего почти двухлетнего оборота по небу в течение примерно 11 недель двигается в обратном направлении. Сегодня мы можем запечатлеть это попятное движение с помощью фотографии. В 2005 году фотограф Тунч Тезел сделал серию из 35 снимков Марса с интервалом примерно в неделю и объединил изображения, скоординировав их по звездам на заднем плане. На итоговом комбинированном снимке 11 точек в середине показывают ретроградное перемещение Марса.

Тунч Тезел

Сегодня мы понимаем, что такое попятное движение – всего лишь иллюзия. Оно вызвано перемещением Земли, проходящей мимо более медленно движущегося Марса.

Это же происходит, когда вы идете на обгон автомобиля. Представьте, что вы мчитесь по автостраде в пустыне, а вдалеке виднеются горы. Пока вы догоняете более медленную машину, вам кажется, что она движется вперед относительно гор. Но когда вы ее догнали и проезжаете мимо, на мгновение кажется, что она двигается назад на их фоне. Затем, как только вы отъедете достаточно далеко, снова будет казаться, что она двигается вперед.

Такое наблюдение привело греческого астронома Аристарха [99]к идее гелиоцентрической системы мира почти за два тысячелетия до Коперника. Он справился с загадкой ретроградного движения. Однако Вселенная с Солнцем в центре сама по себе вызывала вопросы. Если Земля движется, почему мы с нее не падаем? И почему звезды кажутся неподвижными? Они же должны двигаться: по мере того как Земля вращается вокруг Солнца, их положение должно слегка меняться. Опыт подсказывает, что когда вы посмотрите на какой-то предмет, потом сдвинетесь и посмотрите еще раз, то предмет переместится на фоне более далеких объектов. Этот эффект называется параллаксом. Чтобы проверить, поставьте палец вертикально перед лицом. Закройте один глаз, затем второй. Кажется, что палец сдвигается на фоне более дальних предметов. Точно так же, когда Земля двигается по орбите вокруг Солнца, звезды должны смещаться на фоне более далеких звезд. Единственный способ разобраться с этим парадоксом (как понял сам Архимед [100], изучая космологию Аристарха) – принять, что все звезды чрезвычайно далеки, по сути, бесконечно далеки от Земли. Тогда движение нашей планеты не даст обнаружить сдвиг, потому что параллакс будет слишком мал, чтобы его можно было зметить. В то время такое рассуждение было трудно принять: никто не мог вообразить, что Вселенная настолько необъятна, а звезды настолько дальше планет. Сегодня мы знаем, что все именно так, но тогда это казалось немыслимым.

Поэтому картина мира с Землей в центре при всех ее недостатках выглядела более правдоподобно. Греческий астроном Птолемей скорректировал ее, введя эпициклы, экванты и прочие дополнительные факторы [101], чтобы теория могла разумно описывать движение планет и обеспечивала соответствие календаря и сезонных изменений. Система Птолемея [102]была неуклюжей и сложной, но работала достаточно хорошо, чтобы дожить до позднего Средневековья.

В 1543 году вышли две книги, которые ознаменовали начало научной революции. В том же году фламандский доктор Андреас Везалий сообщил о результатах вскрытия человеческих трупов – практике, запрещенной в предыдущие столетия. Его данные противоречили многовековым представлениям об анатомии человека. В тот же год Николай Коперник наконец разрешил опубликовать свою радикальную теорию о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Он затягивал этот момент практически до своей смерти (и умер, когда книга увидела свет), поскольку боялся, что католическая церковь придет в ярость от подобного утверждения. И он оказался прав в своих опасениях. Когда Джордано Бруно [103]предположил среди прочих ересей, что Вселенная бесконечно велика и в ней бесконечно много миров, инквизиция осудила его и сожгла на костре в Риме в 1600 году.

В это смутное время, когда опасные идеи бросали вызов авторитетам и догмам, в Пизе, в родовитой, но обедневшей семье 15 февраля 1564 года родился мальчик, Галилео Галилей [104]. Его отец, теоретик музыки и лютнист, заставил сына учиться медицине, поскольку эта профессия была гораздо прибыльнее, чем его собственная. Но в университете Галилео обнаружил, что его страсть – математика. Он основательно увлекся трудами Архимеда и Евклида и досконально их изучил. Однако окончить университет ему не удалось (у отца больше не было возможности платить за обучение), он занялся самообразованием и через четыре года стал профессором математики в Пизанском университете, а еще через три года получил место профессора математики в Падуанском университете. Он был блестящим преподавателем, его выступления были ясны, задиристы и остроумны. Студенты стекались толпами на его лекции.

Галилео встретил жизнерадостную женщину по имени Марина Гамба [105], с которой многие годы прожил в гражданском браке. У них были две дочери и сын, однако в брак они не вступили; для него это считалось бы бесчестьем – из-за молодости Марины и ее низкого социального статуса [106]. Скудная зарплата преподавателя математики, затраты на воспитание троих детей и дополнительная ответственность за судьбу незамужней сестры вынудили Галиля отдать дочерей в монастырь, и это разбило его сердце [107]. Его любимицей [108], радостью в жизни была старшая дочь Вирджиния. Позже он описывал ее как «женщину с утонченным умом, исключительной доброты, нежнее всего привязанную ко мне». Став монахиней, она приняла имя Мария Челесте – в честь Девы Марии и увлечения отца астрономией [109].

Сегодня Галилея, пожалуй, чаще всего вспоминают в связи с его работой с телескопом и как сторонника теории Коперника о движении Земли вокруг Солнца, что противоречило взглядам Аристотеля и католической церкви. Хотя Галилей не изобретал телескоп, он усовершенствовал его и стал первым, кто сделал с его помощью выдающиеся научные открытия. В 1610-м и 1611 годах он наблюдал лунные горы, пятна на Солнце и четыре спутника Юпитера (с тех пор были открыты и другие).

Все эти наблюдения противоречили господствующим догмам. Горы на Луне означали, что вопреки учению Аристотеля она не была сияющей совершенной сферой. Аналогично пятна на Солнце означали, что оно не было совершенным небесным телом и имело дефекты. А поскольку Юпитер и его четыре спутника выглядели как собственная планетная система, где маленькие тела вращались вокруг более крупной центральной планеты, было очевидно, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли.