Галилей и отрицатели науки

“КНИГИ ПОЛИТЕХА” — партнерский проект Политехнического музея,

издательств CORPUS, “АЛЬПИНА НОН-ФИКШН” и “БОМБОРА”.

В серии выходят лучшие современные и классические

книги о науке и технологиях — все они отобраны и проверены учеными

и отраслевыми специалистами.

Серия “Книги Политеха” — это пять коллекций, связанных с темами

постоянной экспозиции Политехнического музея:

“Человек и жизнь” — мир живого, от устройства мозга до биотехнологий.

“Цифры и алгоритмы” — математика, искусственный интеллект и цифровые технологии.

“Земля и Вселенная” — происхождение мира, небесные тела, освоение космоса, науки о Земле.

“Материя и материалы” — устройство мира с точки зрения физики и химии.

“Идеи и технологии” — наука и технологии, их прошлое и будущее.

Политехнический музей представляет новый взгляд на экспозицию, посвященную науке и технологиям. Спустя столетие для музея вновь становятся важными мысль и идея, а не предмет, ими созданный.

Научная часть постоянной экспозиции впервые визуализирует устройство мира с точки зрения современной науки — от орбиталей электрона до черной дыры, от структуры ДНК до нейронных сетей.

Историческая часть постоянной экспозиции рассказывает о достижениях российских инженеров и изобретателей как части мировой технологической культуры — от самоходного судна Ивана Кулибина до экспериментов по термоядерному синтезу и компьютера на основе троичной логики.

Политех делает все, чтобы встреча человека и науки состоялась. Чтобы наука осталась в жизни человека навсегда. Чтобы просвещение стало нашим общим будущим.

Подробнее о Политехе и его проектах — на polytech.one

Посвящается Софи

Предисловие

Будучи астрофизиком, я всегда восхищался Галилеем. В конце концов, он не только основатель современной астрономии и астрофизики — человек, превративший древнее занятие в окно, распахивающееся навстречу тайнам и чудесам Вселенной, — но и символ борьбы за свободу мысли.

С помощью простой конструкции из линз, закрепленных в двух торцах полого цилиндра, Галилей сумел совершить переворот в человеческом понимании космоса и нашего места в нем. Четыре столетия спустя мы создаем прапраправнука телескопа Галилея — космический телескоп “Хаббл”.

В течение нескольких десятилетий моей научной работы с “Хабблом” (вплоть до 2015 г.) меня часто спрашивали, что обусловило культовый статус этого телескопа, одного из самых узнаваемых проектов в истории науки. Я выделил по меньшей мере шесть причин популярности “Хаббла”.

1. Потрясающие изображения, полученные космическим телескопом, по словам одного журналиста, это “Сикстинская капелла эры науки”.

2. Реальные научные достижения, в которые “Хаббл” внес существенный вклад: от определения состава атмосферы экзопланет до открытия ускорения расширения космического пространства.

3. Драматическая история телескопа: превращение, казалось бы, катастрофического провала — дефекта зеркала телескопа, обнаруженного через несколько недель после его вывода на орбиту, — в колоссальный успех.

4. Талант ученых и инженеров в сочетании с бесстрашием астронавтов, позволившие преодолеть трудности ремонтов и усовершенствований телескопа на высоте в сотни километров над Землей.

5. Долгожительство телескопа: он был запущен в 1990 г. и еще в 2019-м прекрасно работал.

6. Чрезвычайно эффективная информационно-просветительская программа, доносящая открытия ученых до общественности и преподавательских кругов увлекательно и доступно.

Удивительно, что после внимательного изучения жизни Галилея мне пришли на ум те же слова, что и при описании преимуществ “Хаббла”: изображения, открытия, драматизм, изобретательность, бесстрашие, долгожительство и распространение информации.

Во-первых, Галилей по результатам своих наблюдений создал потрясающие изображения лунной поверхности. Во-вторых, хотя его открытия в связи с Солнечной системой и Млечным Путем не стали решающим доказательством коперниканской картины мира, согласно которой Земля вращается вокруг Солнца, они пошатнули основы геоцентрической Птолемеевой Вселенной.

Наконец, драматичная жизнь Галилея, оригинальность мышления, проявленная в его экспериментах в области механики, бесстрашие, с которым он отстаивал свои взгляды, успех в популяризации научных результатов, а также то, что его идеи стали фундаментом всего здания современной науки, — это главные характеристики, обессмертившие имя и судьбу Галилея.

Возможно, вы задаетесь вопросом, почему я счел необходимым написать очередную книгу о Галилее, когда уже издано несколько блестящих биографий и исследований его трудов. Мое решение имело три основные причины. Во-первых, я понял, что очень немногие из известных биографий написаны ученым-исследователем, астрономом или астрофизиком. Надеюсь, что человек, занимающийся астрофизическими исследованиями, способен предложить новый взгляд на, казалось бы, изученную вдоль и поперек тему. В частности, я постарался в этой книге поместить открытия Галилея в контекст современного знания, идей и интеллектуальной среды.

Во-вторых, и это самое важное, я убежден, что современные читатели будут поражены, увидев, насколько актуальна история Галилея для сегодняшнего дня. В мире антинаучных установок властей, отрицания науки на самом верху, конфликтов науки и религии и ширящегося раскола между гуманитарным и точным знанием история Галилея служит прежде всего мощным напоминанием о важности свободы мысли. В то же время сложная личность Галилея, плоти от плоти Флоренции эпохи Позднего Возрождения, является идеальным примером того, что любые достижения человеческого ума являются частью лишь одной культуры.

В-третьих, многие академически написанные биографии включают части, трудные для понимания или слишком подробные даже для образованного читателя-неспециалиста. Моей целью было дать точное, но относительно краткое и доступное описание жизни и работы этой поразительной личности. В определенном смысле я стараюсь смиренно следовать в этом по стопам самого Галилея. Он настаивал на опубликовании многих своих научных открытий на итальянском языке, вместо латыни, в интересах любого образованного человека, а не кучки элитариев. Я надеюсь сделать то же в отношении судьбы Галилея и его жизненно важного послания.

Глава

Бунтарь с причиной

За завтраком во дворце Медичи в Пизе, в декабре 1613 г.1, Бенедетто Кастелли, бывшего студента Галилея, попросили объяснить смысл открытий, сделанных Галилеем с помощью телескопа. В ходе последующего обсуждения великая герцогиня Кристина Лотарингская стала расспрашивать Кастелли о противоречиях, которые усматривала между некоторыми местами из Библии и коперниканским представлением о Земле, вращающейся вокруг Солнца. В частности, она процитировала описание из Книги Иисуса Навина2, в котором по требованию пророка Господь повелевает Солнцу (а не Земле) стоять неподвижно над древним ханаанским городом Гаваоном, а Луне остановиться на своем пути над долиной Аиалонской. Кастелли описал все происходящее в письме Галилею от 14 декабря 1613 г., утверждая, что изображал теолога “с такими уверенностью и достоинством”, что Галилей был бы доволен. В общем, подытожил Кастелли, он “выдержал все это, как рыцарь”.

Галилео, очевидно, не был убежден, что его ученику удалось пролить свет на этот вопрос, поскольку в длинном письме к Кастелли, отправленном 21 декабря3, подробно разъяснил собственные взгляды на неправомочность использования Писания в научных диспутах: “Я полагаю, что авторитет Священного Писания преследует единственную цель — убедить людей в предположениях, которые, будучи необходимыми для нашего спасения, не могут быть подтверждены средствами никакой другой науки”. В стиле, характерном для большей части им написанного, он сразу выразил саркастическое сомнение в том, что “тот самый Бог, что дал нам наши органы восприятия, мышление и разум, пожелал, чтобы мы отказались ими пользоваться”. Попросту говоря, Галилей утверждал, что при наличии очевидного противоречия между Писанием и тем, что опыт и наблюдения сообщают нам о природе, Писание следует интерпретировать иным образом. “Особенно, — отметил он, — в вопросах, о которых лишь немногое можно прочесть в Писании, например в отношении астрономии, о которой [в Библии] сказано так мало, что даже не названы планеты”.

Этот аргумент был не нов — Аврелий Августин (Блаженный Августин) еще в V в. писал, что авторы священных текстов не ставили своей целью учить науке, “поскольку подобное знание бесполезно в целях Спасения”, — однако смелые заявления Галилея вскоре поведут его к столкновению с католической церковью. “Письмо к Бенедетто Кастелли” ознаменовало самое начало пути, который навлечет на Галилея “сильнейшие подозрения в ереси”, о чем будет объявлено 22 июня 1633 г. В общем, если представить хронику жизни Галилея как график, он будет иметь форму перевернутой буквы U с выраженным пиком вскоре после его многочисленных астрономических открытий, за которым последовал довольно крутой спад. По иронии судьбы параболические траектории летящих предметов, впервые определенные именно Галилеем, представляют собой аналогичную кривую.

Как покажет история, трагический финал Галилея лишь способствовал его превращению в одну из грандиозных героических фигур нашей интеллектуальной истории. В конце концов, немного найдется ученых, о жизни и достижениях которых написаны целые пьесы (например, незабываемая “Жизнь Галилея” Бертольда Брехта, впервые поставленная в 1942 г.), десятки стихов и даже опера. Достаточно отметить, что поиск Google по запросу “Галилео Галилей” дает 36 млн результатов, что также демонстрирует масштаб его личности, которому позавидовали бы многие сегодняшние ученые.

Альберт Эйнштейн писал о Галилее, что “он отец современной физики — да и всей современной науки”. В этом он созвучен философу и математику Бертрану Расселлу, также называвшему Галилея “величайшим из основателей современной науки”4. Эйнштейн добавил, что “открытие и использование научного мышления” Галилеем явилось “одним из самых важных достижений в истории человеческой мысли”. Эти два мыслителя не были склонны к беспочвенным восхвалениям, и для их восхищения имелись веские основания. Благодаря убеждению, что книга природы “написана на языке математики”, и успешному слиянию экспериментирования, идеализации и вычислений Галилей буквально преобразовал естественную историю. Он превратил ее из не более чем собрания неопределенных устных описаний, расцвеченных метафорами, в великолепный труд, охватывающий (насколько позволяло современное ему знание) строгие математические теории. В рамках этих теорий наблюдение, эксперимент и логическое мышление стали единственными приемлемыми методами открытия фактических знаний о мире и поиска новых взаимосвязей в природе. Как сформулировал Макс Борн, лауреат Нобелевской премии по физике 1954 г.: “Научный подход и методы экспериментального и теоретического исследования являются неизменными на протяжении столетий после Галилея и такими останутся”5.

Однако у нас не должно сложиться впечатление, что Галилей был легким человеком или добряком, да хотя бы и вольным мыслителем-идеалистом, искателем, случайно оказавшимся в оппозиции теологии. Действительно, отзывчивый и заботливый по отношению к членам своей семьи, он мог проявлять ярую нетерпимость, когда направлял острие своего пера на ученых, не согласных с ним. Многие называли Галилея фанатиком, хотя и расходились в том, какую именно идею он фанатично отстаивает. Одни указывали коперниканство — представление о том, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, другие утверждали, что он фанатик собственной непогрешимости. Третьи считали даже, что Галилей сражается за католическую церковь, стремясь удержать ее от непоправимой ошибки — осуждения научной теории, описывающей космос, которая, по его убеждению, будет признана правильной. В общем, трудно ожидать меньшего от человека, вознамерившегося не только изменить существовавшую столетиями картину мира, но и предложить совершенно новые подходы к научному знанию.

Без сомнения, своей научной славой Галилей в значительной мере обязан открытиям, совершенным с помощью телескопа, и чрезвычайно эффективному распространению информации о них. Направив новое устройство в небеса, вместо того чтобы наблюдать за кораблями в море или за соседями, он сумел увидеть настоящие чудеса и узнать, что на поверхности Луны есть горы, Юпитер имеет четыре спутника, у Венеры меняются фазы наподобие лунных, а Млечный Путь состоит из огромного множества звезд. Однако и эти хрестоматийно известные выдающиеся достижения не объясняют колоссальной популярности Галилея вплоть до наших дней и того факта, что он, более чем любой другой ученый (пожалуй, кроме сэра Исаака Ньютона и Эйнштейна), стал вечным символом научного поиска и смелости. Однако того, что Галилей первым убедительно обосновал законы падения тел и создал принципиально важное понятие динамики в физике, недостаточно, чтобы сделать его героем научной революции. Главным, что отличало Галилея от современников, было не то, во что он верил, а причины этой веры и то, каким путем он пришел к ней.

Галилей основывал свои убеждения на данных экспериментов (иногда реальных, иногда мысленных — в виде обдумывания следствий гипотезы) и теоретизировании, а не на авторитете. Ученый был готов признать, что предмет многовековой веры людей может быть ошибочным. Также он настаивал на том, что дорога к научной истине вымощена терпеливым экспериментированием, ведущим к формулировке математических законов, которые соединяют все наблюдаемые факты в целостную картину. Поэтому Галилея можно считать одним из первооткрывателей того, что мы сегодня называем научным методом6: последовательность шагов, которые нужно мысленно (хотя изредка и в реальности) проделать для создания новой теории или получения более глубокого знания. Шотландский философ-эмпирик Дэвид Юм в 1759 г. привел собственное сравнение Галилея с другим знаменитым эмпириком, английским философом и государственным деятелем — Фрэнсисом Бэконом: “Бэкон издали указал дорогу к подлинной философии; Галилей не только показал ее другим, но и сам существенно по ней продвинулся. Англичанин был несведущ в геометрии; флорентинец вдохнул новую жизнь в эту науку, достиг в ней совершенства и первым применил ее, наряду с экспериментом, к натурфилософии”.

Все озарения Галилея не были бы возможны в вакууме. Пожалуй, можно утверждать, что эпоха формирует индивидов больше, чем индивиды эпоху. Историк искусства Генрих Вёльфлин писал: “Даже самый самобытный талант не может выйти за определенные пределы, поставленные для него датой его рождения”7. На каком же фоне творил Галилей?

Галилей родился в 1564 г., всего за несколько дней до смерти великого художника Микеланджело (и в том же году, который подарил миру драматурга Уильяма Шекспира), а умер в 1642 г., почти за год до рождения Ньютона. Незачем верить в посмертное переселение души человека в новое тело (да и кто в это поверит!), чтобы понять, что свет культуры, знания и творчества всегда передается от одного поколения к другому.

Галилей во многих отношениях был образцовым продуктом Позднего Ренессанса. По словам специалиста по Галилею Джорджо де Сантильяны8, он воплощал “классический тип гуманиста, пытавшегося раскрыть для своей культурной среды новые научные идеи”. Последний ученик и первый биограф Галилея (или, скорее, агиограф) Винченцо Вивиани писал о своем учителе: “Он хвалил то хорошее, что было написано в философии и геометрии, за то, что они просвещают и пробуждают ум к своему собственному образу мышления и даже, возможно, более того, однако он говорил, что главным входом в самую богатую сокровищницу материальной философии служат наблюдения и эксперименты, которые, используя органы чувств как ключи, способны добраться до самых возвышенных и пытливых умов”. Те же мысли выразил универсальный гений Леонардо да Винчи примерно столетием раньше, возразив тем, кто высмеивал его за “недостаточную начитанность”: “Изучающие древних вместо трудов Природы — пасынки, а не сыновья Природы, матери всех достойных авторов”9. Далее Вивиани сообщает, что суждения Галилея о всевозможных произведениях искусства высоко ценили прославленные творцы, в частности художник и архитектор Чиголи (Людовико Карди), друг и временами соратник Галилея. В ответ на просьбу Чиголи Галилей написал трактат о превосходстве живописи над скульптурой. Даже знаменитая художница эпохи барокко Артемизия Джентилески обратилась к Галилею, когда сочла, что французский аристократ Карл Лотарингский, четвертый герцог де Гиз, недостаточно высоко оценил одно из ее полотен. Более того, в картине “Юдифь, обезглавливающая Олоферна” она изобразила брызнувшую кровь в соответствии с параболической траекторией движения свободно летящего тела, открытой Галилеем.

Панегирик Вивиани этим не ограничивается. В стиле, очень близком к стилю первого историка искусства Джорджо Вазари в его биографиях величайших художников10, Вивиани пишет, что Галилей был прекрасный лютнист, игра которого “превосходила красотой и изяществом даже игру его отца”. Именно эта похвала оказалась в какой-то мере неуместной: действительно, отец Галилея, Винченцо Галилеи, был композитором, лютнистом и теоретиком музыки и сам Галилей неплохо играл на лютне11, но истинным виртуозом являлся его младший брат Микеланджело.

Наконец, в довершение всего Вивиани сообщает12, что Галилей мог наизусть цитировать пространные сочинения знаменитых итальянских поэтов Данте Алигьери, Лудовико Ариосто и Торквато Тассо13. Это не преувеличенная лесть. Любимой поэмой ученого действительно был “Неистовый Роланд” Ариосто, великолепная рыцарская поэма, и Галилей посвятил серьезный литературный труд сравнению Ариосто и Тассо, в котором превозносил Ариосто и безжалостно громил Тассо. Однажды он сказал своему соседу (впоследствии биографу) Никколо Джерардини, что читать Тассо после Ариосто все равно что есть кислые лимоны после спелых дынь. Верный ренессансному духу, Галилей сохранил глубокий интерес к изобразительному искусству и поэзии на всю жизнь, и его сочинения, даже научной тематики, свидетельствуют о его литературной эрудиции и находятся под ее влиянием.

Помимо глубоких знаний в области искусства, путь к концептуальным прорывам, которые совершит Галилей, помогли проложить научные достижения — включая несколько подлинно революционных. Один только 1543 г. ознаменовался выходом в свет двух книг, вскоре изменивших взгляды человечества как на микрокосм, так и на макрокосм. Николай Коперник опубликовал труд “О вращении небесных тел”, где предложил лишить Землю центрального положения в Солнечной системе, а фламандский анатом Андреас Везалий — “О строении человеческого тела” (De humani corporis fabrica), предложив новое понимание анатомии человека. Обе книги расходились с общепринятыми представлениями, господствующими со времен Античности. Книга Коперника вдохновила других мыслителей, в частности философа Джордано Бруно, позднее астрономов Иоганна Кеплера и самого Галилея, развить его гелиоцентрические идеи. Аналогично, потеснив авторитеты вроде древнегреческого врача Галена, труд Везалия побудил Уильяма Гарвея, первого анатома, открывшего замкнутый цикл кровообращения в теле человека, отстаивать главенство визуальных свидетельств. В других областях науки также произошли крупные достижения. Английский физик Уильям Гилберт в 1600 г. опубликовал влиятельную книгу о магнетизме, а швейцарский врач Парацельс в XVI в. предложил новую точку зрения на болезни и токсикологию.

Все эти прорывы создали в науке открытость, невиданную в Темные века14. Тем не менее мыслительные установки даже самых образованных людей конца XVI в. оставались преимущественно средневековыми. Эта ситуация резко изменится уже в XVII в. Следовательно, должны были сыграть свою роль дополнительные факторы, обеспечившие “феномен Галилея”. Какие-то другие вещи должны были быть радикально пересмотрены, чтобы создать плодородную почву, со временем дозревшую до того, чтобы воспринять Галилея и возвысить его до положения первомученика и символа научной свободы.

Важным новым социально-психологическим элементом конца XVI и начала XVII в. было развитие индивидуализма15 — представления о том, что человек способен достичь самореализации независимо от социальных условий. Этот новаторский взгляд проявился в самых разных сферах — от приобретения знаний до накопления богатства, от установления нравственных истин до оценки предпринимательского успеха. Индивидуалистическая позиция резко отличалась от ценностей, унаследованных от древнегреческой философии, в которой люди рассматривались главным образом как члены большего сообщества, а не как индивиды. Например, целью “Государства” Платона было дать определение и способствовать построению идеального общества, а не более совершенного человека.

В Средние века укоренению индивидуализма препятствовали действия католической церкви, руководствовавшейся тем принципом, что истины и этические нормы определяются религиозными советами “мудрецов”, а не опытом, размышлениями или мнениями вольнодумцев. Эта догматическая жесткость дала трещину с появлением протестантского движения, восставшего против установки о непогрешимости этих советов. Идеи, продвигаемые в ходе последовавшей Реформации, проникли в другие сферы культуры. Война велась не только на поле боя и в пропагандистских памфлетах, листовках и трактатах, но и в творениях таких художников, как Лукас Кранах Старший, противопоставивший протестантское христианство католическому. Отчасти именно проникновение индивидуалистических убеждений в философию обусловило возможность феномена Галилея. Те же идеи позднее безоговорочно поставил во главу угла французский философ Рене Декарт, утверждавший, что мысли индивида есть лучшее доказательство его существования (“Я мыслю, следовательно, я существую”).

Кроме того, появилась новая технология — печатание, — сделавшая возможным как доступ индивида к знанию, так и стандартизацию информации. Изобретение наборного шрифта16 и типографского пресса в Европе середины XV в. имело колоссальные последствия. Грамотность вдруг перестала быть привилегией богатой элиты, и распространение информации и знаний посредством печатных книг неуклонно увеличивало число образованных людей. Но это было еще не все. Поскольку больше людей из разных слоев общества теперь подвергались воздействию одних и тех же книг, сформировался новый информационный фундамент и возникло более демократическое образование. В XVII в. студенты, изучавшие ботанику, астрономию, анатомию или даже Библию, скажем, в Риме, могли учиться по тем же текстам, что и их сверстники в Венеции или Праге.

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. Расс…