Галилей и отрицатели науки

Сразу приходит на ум сравнение быстрого распространения этих источников информации с эффектами и воздействиями сегодняшних интернета, социальных сетей и средств коммуникации. Давний предшественник электронной почты, “Твиттера”, “Инстаграма” и “Фейсбука”, книгопечатание также позволило людям быстрее и эффективнее распространять свои идеи. Когда немецкий теолог Мартин Лютер начал реформу Церкви, ему оказало огромную помощь книгопечатание. В частности, его перевод Библии с латыни на немецкий язык как воплощение его идеального представления о мире, где обычные люди могут самостоятельно познакомиться со Словом Божьим, оказал огромное влияние как на современный немецкий язык, так и на христианскую церковь в целом. За время жизни Лютера было выпущено около 200 000 экземпляров в сотнях переизданий. Аналогично ни один ученый того времени не превосходил Галилея в умении информировать других о своих открытиях. Убежденный, что его сообщение знаменует собой появление новой науки, он видел свою роль в том, чтобы служить средством убеждения, и печатание книг на итальянском языке, вместо традиционной латыни (которую знали лишь немногие образованные люди), оказалось мощным средством достижения этой цели.

Пожалуй, менее очевидно, что книгопечатание сказалось и на математике. Возможность относительно легко воспроизводить схемы в сочетании с печатанием классических греческих трактатов возродила интерес к евклидовой геометрии, которой Галилей творчески пользовался. Архимед, величайший математик Античности, стал для него образцом. Наряду со многими другими достижениями Архимед сформулировал закон равновесия и мастерски использовал его против римлян в своих легендарных боевых машинах. “Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!” – будто бы воскликнул он. Галилей был только рад продемонстрировать, что большинство механизмов можно, на уровне базовых принципов, свести к чему-то вроде рычага. Постепенно он также пришел к убеждению в верности коперниканской модели, согласно которой Земля движется даже без человеческого вмешательства.

В более широком смысле возрождение, переиздание и перевод текстов из классического прошлого задали фундамент для более критического и исследующего взгляда. Первичность математики как ключа к практическим и теоретическим достижениям стала очевидной, а для Галилея превратилась в путеводную звезду. Математика оказалась принципиально важной в самых разных сферах – от живописи (где использовалась для разработки идей о точках схождения и ракурсах в перспективе) до торговых сделок: математик Лука Пачоли предложил двойную систему бухгалтерского учета в своей работе “Сумма арифметики, геометрии, отношений и пропорций” (Summa de arithmetica, geometria, proportioni et proportionalita). Стремительное развитие математического мышления того времени, пожалуй, лучше всего иллюстрирует очаровательная история о лорде Бёрли (Уильям Сесил), главном советнике английской королевы Елизаветы I. Рассказывают, что в 1555 г. он предпринял странное действие, взвесив себя, свою жену, сына и всех слуг и записав результаты.

Наконец, еще один фактор, способствовавший распространению открытий Галилея, – огромный интерес к новооткрытым мирам, разбуженный великими исследователями. Наряду с географическими горизонтами пределы знания также расширялись начиная с последнего десятилетия XV в. Такие первооткрыватели, как Христофор Колумб, Джон Кабот и Васко да Гама, достигли Карибских островов, высадились в Северной Америке и нашли морской путь в Индию, соответственно, как раз между 1492 и 1498 гг. Затем, в 1520-е гг., люди совершили первое кругосветное плавание. Неудивительно, что когда французский историк XIX в. Жюль Мишле попытался кратко охарактеризовать жажду нового знания и гуманизма, отличавшую эпоху Возрождения, то заключил, что она охватывает “открытие мира и человека”[17].

Человек своего времени и опередивший свое время

В 1585 г. Галилей был вынужден оставить медицинский факультет, поскольку его отец более не мог оплачивать обучение. Ранее он уже увлекся изучением математики, слушая лекции математика Остилио Риччи по геометрии Евклида. К 1590 г., в 26 лет, он уже осмелился подвергнуть критике учение великого древнегреческого философа Аристотеля о движении, согласно которому предметы движутся вследствие изначально присущего импульса. Примерно через 13 лет, поставив серию остроумных экспериментов с наклонными плоскостями и маятниками, Галилей сформулировал самые первые “законы движения”, описывающие свободное падение, хотя опубликовал их лишь в 1638 г.

В 1610 г. он представил свои открытия, сделанные с помощью телескопа, а пять лет спустя в знаменитом “Письме к Великой герцогине Кристине” выразил смелое мнение, что язык Библии следует понимать в свете научных открытий, а не наоборот.

Несмотря на личное несогласие с некоторыми догматами ортодоксальной церкви, еще 18 мая 1630 г. Галилей был принят в Риме в качестве почетного гостя папы римского Урбана VIII и уехал из города с впечатлением, что папа одобрил публикацию его книги “Диалог о двух главнейших системах мира” (Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo) при условии внесения всего лишь нескольких мелких поправок и изменения названия. Переоценив силу своей дружбы с понтификом и недооценив ненадежность политического положения папы в беспокойную эпоху после Реформации, Галилей был уверен, что разум восторжествует. “Факты, сначала кажущиеся недоказуемыми, даже после минимальных объяснений сбросят скрывавший их покров и предстанут в своей обнаженной и простой красоте”, – писал он. Безрассудно пренебрегая собственной безопасностью, он продолжил заниматься опубликованием книги, и после целого ряда перипетий она, наконец, увидела свет 21 февраля 1632 г. Хотя в предисловии Галилей изъявил намерение говорить о движении Земли исключительно как “математической причуде”, сам текст носит совершенно другой характер. В действительности Галилей уязвляет и высмеивает тех, кто упорно отказывался принять коперниканский взгляд, согласно которому Земля обращается вокруг Солнца.

Эйнштейн сказал об этой книге:

Это кладезь информации для каждого, кто интересуется историей культуры западного мира и ее влиянием на экономическое и политическое развитие. Здесь предстал человек, обладающий страстной волей, разумом и смелостью выступить в качестве представителя рационального мышления против огромной массы тех, кто, опираясь на невежество людей и инертность наставников в церковных и университетских облачениях, сохраняет и защищает свои властные полномочия[18].

Для Галилея, однако, публикация “Диалога”, как принято называть этот труд, ознаменовала начало конца жизни, но не славы. В 1633 г. он был допрошен инквизицией, объявлен подозреваемым в ереси, принужден отречься от коперниканских идей и помещен под домашний арест. “Диалог” был внесен в ватиканский “Индекс запрещенных книг” (Index Librorum Prohibitorum), где находился до 1835 г.

В 1634 г. Галилей перенес еще один сокрушительный удар – смерть любимой дочери, монахини Марии Челесте (урожд. Вирджиния Галилей). Он сумел написать еще одну книгу, “Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки” (в общеупотребительном названии – “Беседы”, Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno due nuove scienze attenenti alla mecanica i movimenti locali), которую тайно переправил из Италии в Голландию и издал в Лейдене. В этой книге обобщается бо́льшая часть трудов его жизни, начиная с первых шагов в науке, сделанных в Пизе за полвека до того. Галилею было запрещено путешествовать, но позволено время от времени принимать посетителей. Одним из них в последний период его жизни стал молодой Джон Мильтон, прославленный автор “Потерянного рая”.

Галилей умер в 1642 г. на своей вилле в Арчетри под Флоренцией, после болезни, лишившей его зрения и приковавшей к постели. Однако, как нам станет ясно из этой книги, его вклад в науку, судьба Галилея и его время находят сильный отклик в современности. Поражает сходство некоторых религиозных, социальных, экономических и культурных проблем, стоявших перед человеком XVII в., и тех, с которыми мы сталкиваемся в XXI столетии. Чья история подходит нам больше, чем история Галилея, если мы хотим пролить свет на споры о разграничении сфер науки и религии, поддержку идей креационизма и нападки несведущих людей на интеллектуальность и профессионализм? Отчаянное противодействие некоторых кругов изучению проблемы изменения климата, презрительное отношение к финансированию фундаментальных исследований и отмена ассигнований на поддержку изобразительного искусства и общественного радиовещания в Соединенных Штатах лишь немногие проявления этой тенденции.

Есть и другие причины того, что Галилей и его мир XVII в. имеют самое непосредственное отношение к нам и нашим культурным потребностям. Важной причиной является очевидный раскол между точными и гуманитарными науками, впервые признанный и названный в лекции (впоследствии и книге) 1959 г. британского специалиста по физической химии и писателя Чарльза Сноу, где он ввел новое понятие “две культуры”. Сноу с предельной ясностью обрисовал предмет своего беспокойства: “Великое множество раз я присутствовал при собраниях людей, которые считались, по нормам традиционной культуры, высокообразованными и с немалым апломбом выражали скептицизм в отношении безграмотности ученых”[19]. В то же время, заметил Сноу, если он просил тех же самых чрезвычайно эрудированных и пишущих людей дать определение массы или ускорения (что для образованного человека есть аналог вопроса “Умеете ли вы читать?”), то в девяти случаях из десяти он с равным успехом мог бы говорить с этими умниками на незнакомом им языке. В общем, отметил Сноу, с 1930-х гг. и далее литературоведы стали называть себя “интеллектуалами”, таким образом исключив ученых из этой когорты. Некоторые из этих интеллектуалов даже противились проникновению научных методов в области, традиционно не связанные с точными науками, такие как социология, лингвистика и изящные искусства. Эта позиция, хотя и не столь радикальная, чем-то напоминает негодование церковников на непозволительное, с их точки зрения, вторжение Галилея в теологию.

Отдельные ученые утверждают, что проблема двух культур менее остра сегодня, чем в то время, когда Сноу читал свою лекцию. Другие убеждены, что полноценный диалог двух культур по-прежнему практически отсутствует. Историк науки Дэвид Вуттон, к примеру, считает, что проблема даже усугубилась. В своей книге “Изобретение науки”[20] Вуттон пишет: “История науки, далекая от того, чтобы служить мостом между искусствами и науками, сегодня предлагает ученым картину самих себя, которую большинство из них не могут узнать”[21].

В 1991 г. писатель и литературный агент Джон Брокман предложил концепцию “третьей культуры”[22] сначала в онлайновой беседе, затем в одноименной книге. По мнению Брокмана, третья культура “включает тех ученых и других мыслителей, исследующих эмпирически познаваемый мир, которые посредством своей работы и просветительских сочинений приходят на смену традиционным интеллектуалам и делают видимым глубинный смысл нашей жизни, переопределяя то, кто мы и что”. Как мы увидим в этой книге, четыре столетия назад Галилей обеспечил бы себе почетное место среди деятелей третьей культуры.

Граница между искусством и наукой была в значительной мере размыта в эпоху Возрождения, когда такие художники, как Леонардо да Винчи, Пьеро делла Франческа, Альбрехт Дюрер и Филиппо Брунеллески, занимались серьезными научными исследованиями или математикой. Соответственно, и сам Галилей воплощал в себе интеграцию гуманитарных и естественных наук, которая может стать моделью, заслуживающей изучения, даже если сегодня ей нелегко было бы следовать. Задумаемся, например, о том, что в 24 года он выступил с двумя лекциями на тему “О форме, местоположении и размере Дантова «Ада»”, или о том, что даже научные изыскания Галилея в значительной степени охватывали изобразительные искусства. Так, в своей книге “Звездный вестник” (Sidereus Nuncius), 60-страничной брошюре 1610 г., он рассказывает собственную версию истории Луны при помощи серии прекрасных рисунков тушью с размывкой, по всей видимости опираясь на навыки, полученные от художника Чиголи во Флорентийской академии рисунка (Accademia delle Arti del Disegno).

Пожалуй, самое важное, что Галилей был первопроходцем и звездой нового искусства – экспериментальной науки. Он понял, что может проверять или предлагать теории путем искусственных манипуляций над явлениями физического мира. Он также стал первым ученым, чье ви́дение и научное мировоззрение включали и методы, и результаты, применимые ко всем областям науки.

Галилей сделал множество открытий, но в четырех сферах совершил подлинную революцию. Это астрономия и астрофизика, законы движения и механика, поразительные взаимоотношения математики и физической реальности (то, что физик Юджин Вигнер в 1960 г. назвал “необъяснимой эффективностью математики”)[23] и экспериментальная наука. Главным образом благодаря своей уникальной интуиции и отчасти владению кьяроскуро – искусством изображения трех измерений в двумерном пространстве – он сумел трансформировать то, что в ином случае осталось бы лишь зрительным опытом, в интеллектуальные выводы об устройстве Вселенной.

После многочисленных наблюдений Галилея, подтвержденных другими астрономами, никто больше не мог утверждать, что видимое в телескоп есть оптическая иллюзия, а не точное воспроизведение реальности. Единственным оружием, оставшимся упрямцам, которые отказывались принимать выводы, вытекающие из растущего массива эмпирических фактов, было отвергать интерпретацию результатов исключительно на основании религиозной или политической идеологии. Если эта реакция неприятно напоминает современное отрицание некоторыми людьми реальности изменения климата или теории эволюции путем естественного отбора, то это сходство не случайно!

Глава 2

Ученый-гуманист

Галилео Галилей родился в Пизе 15 или 16 февраля 1564 г.[24] Его мать Джулия Амманнати была образованной, однако колючей и желчной уроженкой Пеши, происходившей из семьи торговцев шерстью и одеждой. Его отец Винченцо был флорентийским музыкантом и теоретиком музыки из семьи с благородными корнями, но весьма скромным материальным положением. Даже в те времена музыкантам было трудно прокормить себя и семью только своим искусством, и Винченцо, видимо, стал совмещать творчество с торговлей тканями[25]. Пара сочеталась браком в 1563 г., и после Галилео в семье появилось еще двое сыновей и три или, по некоторым сведениям, четыре дочери[26]. Из них существенную роль в жизни Галилея играли только младший брат Микеланджело и две сестры, Ливия и Вирджиния.

Вероятно, Галилей унаследовал бунтарскую натуру, уверенность в своей правоте и недоверие к авторитетам от отца, а эгоистичность, ревнивость и тревожность от матери. Винченцо Галилей яростно протестовал против теории музыки, продвигаемой его собственным учителем Джозеффо Царлино[27]. Теоретик старой школы, Царлино стойко держался традиции, восходящей к древним пифагорейцам, согласно которой образуемые струнами приятные созвучия (такие как октава или квинта) можно извлечь только на одинаковых струнах, длины которых находятся в целочисленных пропорциональных отношениях, например 1:2, 2:3, 3:4 и т. д. Именно безоговорочное следование этой схеме породило старую шутку, что музыканты эпохи Возрождения посвящали половину времени настраиванию инструментов, а другую половину – фальшивой игре.

Винченцо был убежден, что приверженность этой консервативной схеме ничем не обоснована и что возможны другие критерии, столь же, если не более, важные. Проще говоря, отец Галилея утверждал, что музыкальная созвучность определяется слухом музыканта, а не его познаниями в арифметике. Добиваясь освобождения музыки от пифагорейцев, Винченцо открыл путь к современной “хорошо темперированной системе”, которую позднее популяризировал Иоганн Себастьян Бах. В серии экспериментов со струнами из разных материалов и при разном натяжении он доказал, например, что различно натянутые струны могут звучать в октаву при соотношении длин, отличном от канонического 2:1 (использовавшегося при одинаковом натяжении). Почти пророчески Винченцо назвал одну из своих книг по этой теме “Диалог о древней и современной музыке”[28], а другую – “Беседы о работе мессира Джозеффо Царлино из Кьоджи”. Годы спустя две важнейшие книги Галилео будут названы “Диалог о двух системах мира” и “Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки”. Одна фраза вымышленного диалога Винченцо о музыке точно передает кредо, которого Галилео будет придерживаться в жизни. Два собеседника с самого начала соглашаются безоговорочно “отставить в сторону не только авторитетное мнение, но и рассуждение, которое выглядит правдоподобным, но противоречит восприятию истины”.

В отрочестве Галилео, скорее всего, помогал отцу в экспериментах со струнами, в ходе которых начал понимать важность научного подхода на основе наблюдаемых данных. Возможно, это был первый шаг на его пути к твердой уверенности в том, что, давая описание природного явления, необходимо, как он позднее сформулирует, “найти и прояснить определение, наиболее согласующееся с тем, что демонстрирует природа”. Необходимость выполнить серию экспериментов с весами, подвешенными на струнах (для изменения натяжения), также могла заронить в его ум зерно идеи об использовании маятника для измерения времени[29].

Винченцо был не только талантливым лютнистом, его интересы выходили за рамки узкоспециального спора о контрапункте. Хотя он являлся активным участником Флорентийской камераты, организованной графом де Барди, – группы интеллектуалов, интересующихся музыкой и литературой, – его образование включало классические языки и математику. В общем, Винченцо вполне соответствовал тому, что мы сегодня называем человеком эпохи Возрождения.

Выросший в подобной среде, Галилео был готов последовать за отцом и стать интеллектуалом[30], но не в музыкальной сфере, хотя часто играл на лютне вторую партию вместе с Винченцо. В то же время он видел, как идеалистические устремления отца разбиваются о жестокую реальность, в том числе о нехватку денег, что могло внушить Галилею упрямое желание преуспеть в жизни.

Отношения Галилео с матерью были значительно более сложными. Даже его брат Микеланджело описывал мать как совершенно ужасную женщину. Тем не менее, несмотря на многочисленные неприятные ситуации, когда, например, Джулия следила за Галилеем и пыталась украсть несколько его линз для телескопа, чтобы подарить своему зятю, в последующие годы он делал все возможное, чтобы обеспечить ее.

Винченцо вернулся из Пизы во Флоренцию, когда Галилео было около десяти лет. Теснота в доме едва сводящей концы с концами семьи, где быстро прибывали дети, могла стать одной из причин того, что Галилео ненадолго оставили в Пизе у родственника матери, Муцио Тедальди. В этот период жизни его образование составляли латынь, поэзия и музыка. Как его первый биограф Вивиани, так и его сосед и второй биограф Никколо Джерардини[31] сообщают, что Галилей быстро превзошел уровень, на котором его учитель мог быть ему полезен, и продолжил образование самостоятельно, читая классических авторов.

В одиннадцать лет его отправили в монастырь Валломброза, в тиши которого он изучал логику, риторику и грамматику. Он также познакомился с изобразительными искусствами, наблюдая за работой художников, живших при монастыре. В этом восприимчивом возрасте он не мог не попасть под влияние настоятеля Валломброзы, очевидно обладавшего энциклопедическими знаниями во всех областях – от математики до астрологии и теологии, а также “всех прочих важных искусств и наук”.

Хотя нет сомнений, что интеллектуальная и духовная атмосфера монастыря привлекала Галилея, мы не знаем наверняка, действительно ли он намеревался стать послушником ордена камальдулов. В любом случае у Винченцо были собственные планы в отношении сына. Желая, вероятно, возродить былую славу своего рода, включавшего прадеда – знаменитого флорентийского врача, а также обеспечить будущее финансовое благополучие Галилео, Винченцо записал сына на медицинский факультет Пизанского университета в сентябре 1580 г.[32]

К сожалению, медицина, которая в то время преподавалась на основе, главным образом, трудов прославленных анатомов, начиная с древнегреческого Галена Пергамского, и была полна косных правил и предрассудков, навевала на Галилео скуку. Он не чувствовал готовности “склониться… едва ли не вслепую” перед догадками и мнениями древних авторов. Впрочем, нечто хорошее из этого первого года в Пизе все-таки вышло: встреча с придворным математиком тосканских герцогов Остилио Риччи[33]. Прослушав лекции Риччи по евклидовой геометрии, Галилей был зачарован. По словам Вивиани, еще до этого “имея большой талант и интерес… к живописи, перспективе и музыке и часто слыша от отца, что подобные вещи имеют своей основой геометрию, он проникся желанием овладеть ею”. Соответственно, он полностью посвятил себя самостоятельному изучению Евклида, совершенно забросив медицину.

Более трех столетий спустя прозвучат слова Эйнштейна: “Если уж Евклиду не удалось разжечь в вас юношеский энтузиазм, значит, вы не родились стать научным мыслителем”[34]. Галилей прошел этот своеобразный тест блестяще. Более того, избрав своим поприщем математику, он летом 1583 г. представил Риччи своему отцу в надежде, что математик убедит Винченцо в правильности этого выбора. Риччи объяснил Винченцо, что математика является предметом подлинной страсти Галилео, и выразил готовность стать наставником молодого человека. Винченцо, сам очень неплохой математик, не возражал, но питал обоснованные родительские опасения, что Галилео не найдет работы в этой сфере. В конце концов, он, музыкант, на собственном опыте знал, что значит иметь не особенно хлебную профессию. Соответственно, отец настаивал, чтобы Галилео сначала завершил курс медицины, угрожая в случае отказа лишить сына средств к существованию. К счастью для истории науки, отец и сын в конце концов пришли к компромиссу: Галилео может продолжить изучение математики еще один год на отцовские деньги, после чего обязан будет сам себя содержать.

Риччи познакомил ученика с трудами Архимеда, чей гений в решении физических и практических инженерных задач вдохновил Галилея и повлиял на всю его научную деятельность. Учитель самого Риччи, математик Никколо Тарталья, был ученым, опубликовавшим некоторые труды Архимеда на латыни, а также выполнившим авторитетный итальянский перевод шедевра Евклида “Начала”. Неудивительно, что две самые первые научные работы Галилея – о задаче поиска центра масс системы грузов и об условиях, при которых тела плавают в воде, – были посвящены темам, глубоко интересовавшим Архимеда. Второй биограф Галилея Джерардини приводит следующие его слова: “Можно без опаски и невозбранно перемещаться по небесам и по земле, пока не забываешь об учении Архимеда”[35]. Забавным итогом этой последовательности событий в жизни молодого человека, впрочем, стало то, что Галилей – один из величайших научных умов в истории – в 1585 г. оставил Пизанский университет, бросив медицину и так и не получив научной степени ни по какой дисциплине.

Однако занятия Галилея под руководством Риччи и его знакомство с Архимедом не были бесплодными. Они сформировали у него твердое убеждение в том, что с помощью математики можно расшифровать тайны природы. В математике он увидел способ превратить явления в точные утверждения, которые затем можно проверить и однозначно доказать. Это было действительно выдающееся озарение. Еще и через 350 лет это удивление будет звучать в словах Эйнштейна: “Как это возможно, что математика, продукт человеческого мышления, независимый от опыта, настолько безупречно соответствует объектам физической реальности?”[36]

Вивиани рассказывает захватывающую историю о временах ученичества Галилея в Пизе. В 1583 г., в возрасте 19 лет, он заметил, что светильник, подвешенный на длинной цепочке в Пизанском соборе, раскачивается из стороны в сторону. Галилей понял, считая удары своего сердца, что время полного колебания светильника постоянно (строго говоря, лишь при условии, что амплитуда не слишком велика). Отталкиваясь от этого простого наблюдения, с восхищением пишет Вивиани, Галилей “при помощи очень точных экспериментов подтвердил, что все его [маятника] качания одинаковы [постоянство периода колебания]”. Далее Вивиани рассказывает, что на основе постоянства колебания маятника Галилей сконструировал медицинский прибор для измерения частоты пульса. Эта история стала так популярна в последующие годы, что в 1840 г. художник Луиджи Сабателли создал прекрасную фреску с изображением молодого Галилея, наблюдающего за светильником (см. вклейку, илл. 1).

У этого поразительного рассказа есть лишь одна “небольшая” проблема. Светильник, о котором идет речь, был повешен в Пизанском соборе лишь в 1587 г., через четыре года после того, как Галилео, предположительно, созерцал его раскачивания. Возможно, конечно, что Галилей видел другой светильник, ранее висевший на том же месте. Однако, поскольку сам он впервые упоминает о том, что маятник имеет постоянный период колебаний, только в 1598 г. и отсутствуют какие-либо документальные свидетельства изобретения им какого бы то ни было прибора для измерения пульса, большинство историков науки подозревают, что рассказ Вивиани является не более чем преувеличением, типичным для биографий того времени.