Теперь мы можем приступить к изучению нововведений Кеплера, но было бы несправедливо по отношению к одной из самых ярких черт его характера не предварять их его собственным оживленным призывом к читателям. «Если кто-либо слишком туп, чтобы понять науку астрономии, или слишком слабоумен, чтобы верить в Коперника без ущерба для своего благочестия, мой совет такому — пусть он покинет астрономические школы и, осуждая, если ему угодно, любую или все теории философов, пусть занимается своими делами, и, оставив этот мирской труд, пусть идет домой и пашет свои поля: и как часто он поднимает к этому прекрасному небу те глаза, которыми единственно он способен видеть, пусть изливает свое сердце в хвалах и благодарениях Богу-Творцу; и пусть не боится, что он предлагает поклонение не менее приемлемое, чем тот, кому Бог даровал видеть еще яснее глазами своего ума, и кто и может, и будет славить своего Бога за то, что он так открыл».
Кеплер отнюдь не преуменьшал важность своих трудов, что достаточно показано своего рода разговорным девизом, который он предпослал своей работе. Он состоит в первом случае из отрывка из сочинений знаменитого и несчастного Петра Рамуса. Этот выдающийся философ был профессором математики в Париже, и в рассматриваемом отрывке, призвав своих современников обратить свои мысли к созданию системы астрономии, не подкрепленной никакой гипотезой, он пообещал в качестве дополнительного стимула освободить свою собственную кафедру в пользу любого, кто преуспеет в этой цели. Рамус погиб в Варфоломеевскую ночь, и Кеплер обращается к нему следующим образом: — «Хорошо, Рамус, что вы нарушили свое обещание, расставшись с жизнью и профессорством одновременно: ибо если бы вы все еще занимали ее, я бы, безусловно, потребовал ее как по праву принадлежащую мне из-за этой работы, так как я мог бы убедить вас даже вашей собственной логикой». Было довольно смело со стороны Кеплера заявлять о своих правах на награду, обещанную за теорию, не опирающуюся ни на какую гипотезу, по праву работы, наполненной гипотезами самого поразительного описания; но в огромной важности этой книги не может быть сомнений; и на протяжении многих диких и эксцентричных идей, с которыми мы знакомимся в ходе нее, уместно всегда помнить, что они составляют часть работы, которая является почти основой современной астрономии.
Введение содержит любопытную критику общепринятой теории гравитации, сопровождаемую декларацией собственных мнений Кеплера по тому же предмету. Некоторые из наиболее примечательных отрывков в ней уже были процитированы в жизни Галилея; но, тем не менее, они слишком важны для репутации Кеплера, чтобы быть опущенными здесь, содержа, как они содержат, четкую и позитивную формулировку закона всемирного тяготения. Однако не похоже, чтобы Кеплер правильно оценил важность теории, намеченной здесь им, поскольку по любому другому поводу он отстаивал принципы, с которыми она едва ли совместима. Дискуссия введена в следующих выражениях:—
«Движение тяжелых тел мешает многим верить, что Земля движется животным движением, или, скорее, магнитным. Пусть такие рассмотрят следующие положения. Математическая точка, является ли она центром Вселенной или нет, не имеет силы, ни эффективно, ни объективно, двигать тяжелые тела, чтобы они приближались к ней. Пусть физики докажут, если могут, что такой силой может обладать точка, которая не является телом и не мыслится иначе, как только через отношение. Невозможно, чтобы форма [189] камня, двигая свое собственное тело, искала математическую точку, или, другими словами, центр Вселенной, без учета тела, в котором эта точка существует. Пусть физики докажут, если могут, что естественные вещи имеют какое-либо сочувствие к тому, что есть ничто. Также тяжелые тела не стремятся к центру Вселенной по той причине, что они избегают конечностей круглого мира; ибо их расстояние от центра нечувствительно по сравнению с их расстоянием от конечностей Вселенной. И какая причина могла бы быть для этой ненависти? Как сильны, как мудры должны быть те тяжелые тела, чтобы быть способными так тщательно избегать врага, лежащего со всех сторон от них: какая активность в конечностях мира, чтобы так сильно давить на своего врага! Также тяжелые тела не загоняются в центр вращением первого движимого, как это происходит во вращающейся воде. Ибо если мы предположим такое движение, либо оно не продолжалось бы до нас, либо иначе мы чувствовали бы его и были бы унесены им, и Земля также вместе с нами; нет, скорее, мы были бы унесены первыми, а Земля последовала бы за нами; все эти выводы признаются нашими противниками абсурдными. Поэтому ясно, что вульгарная теория гравитации ошибочна.
«Истинная теория гравитации основана на следующих аксиомах: — Каждая телесная субстанция, поскольку она телесна, имеет естественную приспособленность к покою в каждом месте, где она может быть расположена сама по себе за пределами сферы влияния тела, родственного ей. Гравитация — это взаимная привязанность между родственными телами к союзу или соединению (подобная по виду магнитной добродетели), так что Земля притягивает камень гораздо скорее, чем камень ищет Землю. Тяжелые тела (если мы начнем с предположения, что Земля находится в центре мира) не переносятся в центр мира в его качестве центра мира, но как к центру родственного круглого тела, а именно Земли; так что где бы ни была помещена Земля, или куда бы она ни была перенесена своей животной способностью, тяжелые тела всегда будут переноситься к ней. Если бы Земля не была круглой, тяжелые тела не стремились бы со всех сторон по прямой линии к центру Земли, но к разным точкам с разных сторон. Если бы два камня были помещены в любой части мира близко друг к другу и за пределами сферы влияния третьего родственного тела, эти камни, подобно двум магнитным иглам, сошлись бы в промежуточной точке, каждый приближаясь к другому на расстояние, пропорциональное сравнительной массе другого. Если бы Луна и Земля не удерживались на своих орбитах своей животной силой или какой-либо другой эквивалентной, Земля поднялась бы к Луне на пятьдесят четвертую часть их расстояния, а Луна упала бы к Земле через остальные пятьдесят три части, и они бы там встретились; предполагая, однако, что субстанция обоих одинаковой плотности. Если бы Земля перестала притягивать свои воды к себе, все воды моря поднялись бы и потекли бы к телу Луны. Сфера притягательной добродетели, которая находится в Луне, простирается до Земли и завлекает воды вверх; но так как Луна быстро пролетает через зенит, а воды не могут следовать так быстро, в жарком поясе возникает поток океана в западном направлении. Если притягательная добродетель Луны простирается до Земли, то с большим основанием следует, что притягательная добродетель Земли простирается до Луны и гораздо дальше; и, короче говоря, ничто, состоящее из земной субстанции, как бы ни было устроено, хотя бы брошенное на любую высоту, никогда не может избежать мощного действия этой притягательной добродетели. Ничто, состоящее из телесной материи, не является абсолютно легким, но сравнительно легче то, что более разрежено, либо по своей собственной природе, либо из-за случайного тепла. И не следует думать, что легкие тела убегают к поверхности Вселенной, пока они переносятся вверх, или что они не притягиваются Землей. Они притягиваются, но в меньшей степени, и так вытесняются наружу тяжелыми телами; что будучи сделано, они останавливаются и удерживаются Землей на своем собственном месте. Но хотя притягательная добродетель Земли простирается вверх, как было сказано, так очень далеко, все же если какой-либо камень будет на расстоянии, достаточно большом, чтобы стать чувствительным по сравнению с диаметром Земли, верно, что при движении Земли такой камень не последовал бы полностью; его собственная сила сопротивления была бы объединена с притягательной силой Земли, и таким образом он в некоторой степени высвободился бы из движения Земли».
Кто, прочитав такие отрывки в работах автора, чьи сочинения были в руках каждого студента астрономии, может поверить, что Ньютон ждал падения яблока, чтобы впервые задуматься над теорией, которая обессмертила его имя? Яблоко могло упасть, и Ньютон мог видеть его; но такие размышления, как те, которые, как утверждается, были причиной их возникновения у него, были давно знакомы мыслям каждого в Европе, претендующего на имя натурфилософа.
Поскольку Кеплер всегда заявлял, что почерпнул свое понятие о магнитном притяжении между планетарными телами из сочинений Гильберта, может быть стоит вставить здесь отрывок из «Новой философии» этого автора, чтобы показать, в какой форме он представил подобную теорию приливов, которая дает самый поразительный пример этого притяжения. Эта работа не была опубликована до середины семнадцатого века, но знание ее содержания может быть в нескольких случаях прослежено до периода, в который она была написана:—
«Существуют две первичные причины движения морей — Луна и суточное обращение. Луна не действует на моря своими лучами или своим светом. Как же тогда? Безусловно, общим усилием тел и (чтобы объяснить это чем-то подобным) их магнитным притяжением. Следует знать, во-первых, что все количество воды не содержится в море и реках, но что масса Земли (я имею в виду этот шар) содержит влагу и дух гораздо глубже, чем даже море. Луна вытягивает это по симпатии, так что они вырываются при прибытии Луны вследствие притяжения той звезды; и по той же причине зыбучие пески, которые находятся в море, открываются больше и испаряют свою влагу и духи во время прилива, а водовороты в море извергают обильные воды; и по мере того, как звезда удаляется, они пожирают их снова и притягивают духи и влагу земного шара. Отсюда Луна притягивает не столько море, сколько подземные духи и гуморы; и interposed Земля не имеет больше силы сопротивления, чем стол или любое другое плотное тело имеет, чтобы сопротивляться силе магнита. Море поднимается с величайших глубин вследствие восходящих гуморов и духов; и когда оно поднято, оно неизбежно течет к берегам, а с берегов оно входит в реки». [190]
Этот отрывок выставляет в самом сильном свете одну из самых печально известных ошибок старой философии, к которой сам Кеплер был удивительно пристрастен. Если бы Гильберт прямо заявил, что Луна притягивает воду, несомненно, это понятие было бы заклеймено (как это было долгое время в руках Ньютона) как произвольное, оккультное и нефилософское: идея этих подземных гуморов, вероятно, была встречена с гораздо большим снисхождением. Простое утверждение, что когда Луна была над водой, последняя имела тенденцию подниматься к ней, считалось не несущим никакого поучения; но утверждение, что Луна вытягивает подземные духи по симпатии, несло с собой более внушительный вид теории. Чем дальше эти гуморы были удалены от обычного опыта, тем легче становилось обсуждать их на расплывчатом и общем языке; и те, кто называл себя философами, могли терпеть слышать атрибуты, дарованные этим фиктивным элементам, которые возмущали их воображение при применении к вещам, о реальности которых существовало хотя бы некоторое свидетельство.
Нет необходимости подробно останавливаться на системе Тихо Браге, которая, как мы уже говорили, была идентична системе, отвергнутой Коперником, и заключалась в том, что Солнце вращается вокруг Земли, увлекая за собой все остальные планеты, вращающиеся вокруг него. Тихо дошел до того, что отрицал вращение Земли, чтобы объяснить смену дня и ночи, но даже его любимый помощник Лонгомонтан не был согласен с ним в этой части его теории. Великая заслуга Тихо Браге и та услуга, которую он оказал астрономии, были совершенно независимы от какой-либо теории; они состояли в огромном накоплении наблюдений, сделанных им в течение пятнадцати лет пребывания в Ураниборге с помощью инструментов и с такой степенью тщательности, которая намного превосходила все, что было известно до его времени в практической астрономии. Кеплер неоднократно напоминал нам, что без наблюдений Тихо он не смог бы сделать ничего. Степень доверия, которое можно было оказать результатам, полученным наблюдателями, признававшими свое превосходство перед Тихо Браге, можно понять из случайного замечания Кеплера Лонгомонтану. Он изучал записи Тихо и иногда обнаруживал разницу, достигавшую порой 4´ в прямых восхождениях одной и той же планеты, выведенных по разным звездам в одну и ту же ночь. Лонгомонтан не мог отрицать этот факт, но заявил, что невозможно быть всегда точным в таких пределах. Читателю не следует упускать из виду эту неопределенность в наблюдениях, когда он пытается оценить трудность поиска теории, которая могла бы должным образом их представить.
Когда Кеплер впервые присоединился к Тихо Браге в Праге, он застал его и Лонгомонтана за очень усердной работой над исправлением теории Марса, и, соответственно, именно на эту планету он также впервые направил свое внимание. Они составили каталог средних оппозиций Марса за двадцать лет и обнаружили положение экванта, которое (как они утверждали) представляло их с достаточной точностью. С другой стороны, они были сильно смущены неожиданными трудностями, с которыми столкнулись при применении системы, казавшейся, с одной стороны, столь точной, к определению широт, с которыми она никак не могла быть согласована. Кеплер уже подозревал причину этого несовершенства и утвердился в своем взгляде на их теорию, когда при более тщательном рассмотрении обнаружил, что они переоценивали точность даже своих долгот. Ошибки в них, вместо того чтобы составлять, как они говорили, почти 2´, иногда превышали 21´. Фактически, они плохо рассуждали на основе своих собственных принципов, и даже если бы основы их теории были заложены правильно, они не смогли бы прийти к верным результатам. Но Кеплер убедился в обратном, и следующая диаграмма показывает характер первого изменения, которое он внес, возможно, не столь знаменитого, как некоторые из его более поздних открытий, но, по крайней мере, равнозначного по важности для астрономии, которая никогда не могла бы выбраться из путаницы, в которую она попала, пока не было осуществлено это важное изменение.
Практика Тихо Браге, как и всех астрономов до времени Кеплера, заключалась в том, чтобы фиксировать положение орбиты планеты и экванта на основе наблюдений ее средних оппозиций, то есть моментов, когда она находилась ровно на шесть знаков или полкруга вдали от среднего места Солнца. На прилагаемом рисунке пусть S представляет Солнце, C — центр орбиты Земли, T — центр орбиты планеты. Практика Тихо Браге сводилась к следующему: если Q считать местом центра экванта планеты, то центр P ее орбиты брался в QC, а не в QS, как предлагал Кеплер. Следствием этой ошибочной практики было то, что наблюдения лишались того качества, ради которого выбирались оппозиции, а именно — полной свободы от вторых неравенств. Отсюда следовало, что, поскольку часть вторых неравенств использовалась для фиксации относительного положения орбиты и экванта, к которым они естественным образом не относились, возникала дополнительная сложность в объяснении их остатка размером и движением эпицикла. Поскольку линия узлов каждой планеты также проводилась через C, а не через S, не могли не возникнуть соответствующие ошибки в широтах. Только в редком случае оппозиции планеты на линии CS время ее наступления было бы одинаковым, независимо от того, помещен ли O, центр орбиты, в CQ или SQ. Любая другая оппозиция повлекла бы за собой ошибку, тем большую, чем дальше она наблюдалась от линии CS.
Однако прошло много времени, прежде чем Тихо Браге удалось склонить к признанию правильности предложенного изменения; и, чтобы устранить его сомнения относительно возможности того, что метод, который, как он все еще думал, давал ему такие точные долготы, мог быть ошибочным, Кеплер взял на себя неблагодарный труд первой части своих «Комментариев». Там он показал на примере трех систем — Коперника, Тихо Браге и Птолемея, а также в обеих теориях, концентрической и эксцентрической, что, даже если орбите придано ложное положение, долготы планеты могут быть представлены при правильном положении центра экванта так, чтобы никогда не ошибаться в оппозициях более чем на 5´ по сравнению с данными наблюдений; хотя вторые неравенства и широты при этом были бы очень сильно нарушены.
Изменение, внесенное Кеплером — наблюдение видимых, а не средних оппозиций, — сделало необходимым быть очень точным в приведении места планеты к эклиптике; и чтобы иметь возможность сделать это, стало обязательным предварительное знание параллакса Марса. Поэтому его следующая работа была направлена на этот вопрос; и, обнаружив, что помощники, которым Тихо Браге ранее поручил эту работу, выполнили ее небрежно и несовершенно, он начал заново с оригинальных наблюдений Тихо. Удовлетворившись вероятными пределами своих ошибок в параллаксе, на котором он окончательно остановился, он приступил к определению наклонения орбиты и положения линии узлов. Во всех этих операциях его талант к астрономическим исследованиям проявился в превосходной степени благодаря множеству новых методов, с помощью которых он комбинировал наблюдения и пользовался ими; но достаточно будет просто упомянуть этот факт, не вдаваясь в детали. Можно упомянуть один важный результат, к которому он пришел в ходе них: постоянство наклонения орбиты планеты, что естественным образом укрепило его в новой теории.
Завершив эти предварительные исследования, он наконец перешел к установлению пропорций орбиты; и при этом он решил в первую очередь не принимать, как, по-видимому, произвольно сделал Птолемей, бисекцию эксцентриситета, а исследовать его пропорцию вместе с другими элементами орбиты, что вовлекло его в гораздо более трудоемкие вычисления. После того как он прошел все этапы своей теории не менее семидесяти раз — ужасающий труд, особенно если вспомнить, что логарифмы тогда еще не были изобретены, — его окончательный результат был таков: 6 марта 1587 года в 7 ч 23´ долгота афелия Марса составляла 4s 28° 48´ 55´´; средняя долгота планеты составляла 6s 0° 51´ 35´´; если полудиаметр орбиты принять за 100000, то эксцентриситет составлял 11332, а эксцентриситет экванта — 18564. Радиус большего эпицикла он установил равным 14988, а меньшего — 3628.