Дмитрий Александрович Фёдоров
Природа боится пустоты
Слабость философского подхода в вопросах астрономии
Все перечисленные выше взгляды греков на устройство мироздания имели одну общую черту: они являлись фундаментом целой философской системы, но при этом опирались на чрезвычайно скудный набор знаний о небе. Шумеры и египтяне, напротив, не претендовали на глубокое понимание того, как устроена вселенная, хотя и разбирались в астрономии куда лучше эллинов. Мы, однако, уже видели, что греческая мысль развивалась отнюдь не из потребности объяснить мир, но скорее для того, чтобы приспособить натурфилософию к социальным запросам общества и отдельных его классов. Эллада пока еще мало нуждалась в хороших астрономах, поэтому любой, даже самый нелепый, механизм функционирования космоса оказывался хорош, если не требовал прямого участия олимпийских богов. Этот вполне здравый критерий имел, тем не менее, и оборотную сторону – греческие мыслители не понимали толком, что именно им необходимо объяснять, а потому впадали в противоречия с фактами даже по основным вопросам. Не требовалось обладать большим умом, дабы понять всю неубедительность описанных концепций. Это дискредитировало натурфилософию как область интеллектуальной деятельности, и способствовало тому, что авторитетом стали пользоваться те люди, кто убедительно говорил и не допускал логических ошибок. Устанавливать истину при этом оказывалось необязательно. Такими людьми были софисты, но не только лишь они одни.
Впрочем, астрономия все же была слишком полезна в мореходном деле. Кроме того организация земледельческих работ и хозяйственной жизни полисов требовала точных календарей, и поэтому небо продолжали изучать. К этому вопросу подключились многие греки, не ставившие себе целью создать философскую школу или сделать политическую карьеру, но желавшие лишь разобраться в движениях звезд и светил. Для этого потребовались специальные инструменты.
Гномон
Настоящая научная астрономия началась с изобретения гномона – простого устройства, представляющего собой вертикальный стержень, установленной на ровной освещаемой солнцем плоскости (для начала подойдет даже воткнутая в землю палка). Некоторые источники приписывают это изобретение Анаксимандру, но есть данные, что гномон был известен уже вавилонянам. В любом случае, важно не первенство само по себе, а то, как данным приспособлением удавалось воспользоваться, поскольку гномон, несмотря на кажущуюся примитивность, позволяет сделать очень многое.
Первое и самое очевидное – теперь можно легко определить точное время наступления полудня, ведь в этот момент солнце поднимается максимально высоко, и всё, что нужно, это заметить, когда тень гномона окажется самой короткой. Но это далеко не всё. К северу от тропиков в полдень солнце находится точно на юге, а значит, в этот момент тень гномона указывает направление на север. Теперь уже можно разметить площадку под гномоном на все стороны света и получить стационарный компас: взять его с собой в дорогу не получится, но теперь для ориентации на местности необходимо лишь воткнуть стержень в землю и дождаться полудня (лишь бы погода не была пасмурной).
Если проводить наблюдения с одним и тем же гномоном на протяжении многих дней, то он может служить и календарем. В самом деле, весной и летом восход солнца происходит севернее направления на восток, а осенью и зимой – южнее. Если же на рассвете тень гномона указывает точно на запад, то сегодня день одного из двух равноденствий, и обычно любой человек может легко понять какого именно: весеннего либо осеннего. В день летнего солнцестояния полуденная тень гномона окажется самой короткой за весь год, а в день зимнего – самой длинной.
Солнечное неравенство. Времена года
Уже в 432 году до нашей эры математик и астроном Метон установил на одной из афинских площадей большой гномон, а его ближайший сподвижник Евктемон (старший современник Сократа), пронаблюдав несколько солнцестояний, установил продолжительность года в 365 и 5/19 суток, а также выяснил, что длительность различных времен года неодинакова. Последний факт оказался совершенно неожиданным и никак не мог быть объяснен, если полагать, будто Солнце движется вокруг Земли (или Земля вокруг Солнца) по правильной окружности, ведь тогда все времена года обязаны иметь совершенно одинаковую продолжительность. До XVII века астрономы не смогли предложить никаких внятных объяснений данному явлению, пока Иоганн Кеплер не понял, что скорость обращения Земли вокруг Солнца непостоянна: Земля движется по эллиптической орбите и ускоряется по мере приближения к Солнцу, а затем замедляется при удалении от него. Впрочем, Кеплер еще не понимал физического содержания своих законов, обнаружить которое удалось лишь Исааку Ньютон еще через сто лет.
Для нас пока что будет достаточным указать, что из-за эллиптичности земной орбиты осень в северном полушарии продолжается приблизительно 89,8 суток, зима – 89 суток, весна – 92,8 суток, а лето – 93,6 суток. На эпоху V века до нашей эры, когда жил Евктемон, эти цифры несколько отличались, но его наблюдения были в любом случае неточны и содержали погрешности до 2,2 дней.
На примере гномона мы видим, как простое техническое приспособление, созданное, несомненно, с сугубо практической целью, дало возможность совершить научное открытие фундаментальной важности, пусть даже осознать его значимость удалось далеко не сразу. Отметим еще, что солнечные часы отличаются от гномона лишь тем, что их стержень устанавливается не вертикально, а параллельно земной оси. Тень такого стержня каждый день будет указывать в одном и том же направлении в одно и то же время, поэтому такое устройство и возможно использовать в качестве часов, но календарем они служить не могут.
Особенности движения планет
Постепенно за счет непрерывных наблюдений греческие знания о космосе увеличивались, кроме того некоторые сведения удавалось получить и от других народов. Так, уже вавилоняне и египтяне знали, что кроме обычных звезд есть и пять особенных, которые не только совершают ежедневное вращение с востока на запад вместе со всей небесной сферой, но, подобно Солнцу и Луне, медленно перемещаются по зодиаку с запада на восток. Эллины называли такие блуждающие звезды планетами (от греческого πλάνης – «странник»), и нарекли их Гермесом, Афродитой, Аресом, Зевсом и Кроносом. В мифологическом восприятии планеты буквально являлись богами, хотя едва ли так действительно считали все греки. Римляне, усвоившие олимпийскую религию, перевели названия планет именами своих собственных богов: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.
Движение планет по зодиаку происходит с различной скоростью: Меркурий и Венера совершают оборот ровно за год, Марсу на это требуется 1 год и 322 дня, Юпитеру – 11 лет и 315 дней, а Сатурну – целых 29 лет и 166 дней. Данные цифры кажутся лишенными какой-либо системы, но и этого мало – скорость движения планет по зодиаку непостоянна. Иногда, независимо друг от друга, планеты меняют направление движения, и некоторое время перемещаются в обратном направлении, однако вскоре вновь возвращаются к маршруту с запада на восток. В процессе такого попятного движения траектория планеты напоминает петлю. При этом ни у Солнца, ни у Луны подобных странностей не наблюдается.
Без особого преувеличения можно утверждать, что почти вся современная наука (даже никак не связанная с астрономией) возникла из попыток понять причины ретроградного движения планет. Поиск верного ответа занял у человечества около двух тысяч лет, однако одну из первых теорий, которая в общих чертах могла объяснить основные небесные процессы, предложили еще пифагорейцы.
Математика, музыка и астрономия
Последователи Пифагора полагали, что всё в этом мире описывается числами, которые являются сутью любого явления природы. Столь далеко идущий вывод был сделан во многом на основании того, что музыкальную гармонию оказалось возможным строго описать упорядоченными числовыми интервалами. В этом открытии соединялись одновременно физика (звук), математика (числовые пропорции) и эстетика (музыкальная красота). У людей с определенным складом мышления не возникло никаких сомнений, что обнаружен базовый принцип устройства мира – все вещи суть числа.
Астрономия прекрасно подходила для разного рода математических построений, ведь движения звезд и планет происходят с определенной регулярностью, и лишь немногие отдельные события, вроде появления комет, требуют отдельного объяснения. Впрочем, для греков (как, и для большинства других людей) эстетический критерий оказался наиважнейшим: априори полагалось, что космос прекрасен и упорядочен. С этим многие соглашались, однако данный тезис вносил лишь путаницу, поскольку никто так и не сумел предложить общепринятого критерия для измерения и подсчета красоты. Поэтому вместо поиска математических соотношений, которые достаточно точно описывали бы реальные физические процессы, античная мысль попыталась загнать явления природы в рамки заранее определенных геометрических форм, которые измышлялись исходя из взглядов того или иного философа на прекрасное. Чаще всего красивейшей фигурой полагали круг и шар, приписывая им различные мистические свойства. Попытки отдельных астрономов «спасти явления», то есть подогнать предлагаемы модели Вселенной к действительности, воспринимались скорее с пренебрежением, и оценивались в первую очередь по их согласованности с общей идеальной конструкцией. Красивые модели оказывались неточны, а более точные – некрасивы, и выбор всегда осуществлялся не в пользу точности.
Движением греческого неба управляла гармония, а периодические вращения планет и звездной сферы издавали звуки различной частоты, которые складывались в особую музыку сфер. Обычный человек не ощущает эту космическую музыку, поскольку слышит ее с самого рождения и попросту привыкает к ней. Утверждалось, что Пифагор был единственным из смертных, чей слух мог различать звуки планет. Вообще говоря, в более поздние времена Пифагор (он сам не оставил никаких текстов), имел легендарный почти божественный статус, и его задним числом делали автором многих открытий, которые впоследствии стали общепризнанными фактами. Различные античные источники приписывали Пифагору сам термин «космос», а также учение о том, что Земля расположена в центре сферического мира, сама имеет форму шара (скорее всего Пифагор об этом знал, но едва ли пришел к такому выводу сам) и населена со всех сторон, причем у неё имеются различные климатические пояса. Также заявлялось, будто бы Пифагор первым открыл, что утренняя и вечерняя звезда – это одно и то же небесное тело, что Луна светит отраженным светом, что небесный экватор наклонен относительно земного, а планеты движутся по своим отдельным орбитам. Другие поздние античные авторы отдают авторство данных открытий каким-то иным людям, а очень обстоятельный в плане источников Аристотель вовсе не упоминает Пифагора в своем труде «О небе» (речь всегда идет лишь о некоторых абстрактных пифагорейцах). При этом нужно понимать, что живший в IV веке до нашей эры Аристотель (на двести лет позже Пифагора) – это достаточно ранний источник, поскольку многую информацию мы черпаем лишь от авторов эллинистической и даже римской эпохи, которые писали через пятьсот и даже почти через тысячу лет после жизни самого Пифагора. Несомненно, все эти писатели располагали какими-то недоступными нам сегодня текстами, однако достоверность многих фактов вызывает сомнения, тем более что многие из них попросту противоречат друг другу.
Космос пифагорейцев. Система Филолая
Учение Пифагора стало широко известно в Элладе уже после разгрома его школы в Южной Италии, когда многие спасшиеся пифагорейцы покинули родные земли, спасаясь от политических преследований. Одним из таких людей был Филолай (современник Сократа), бежавший из Кротона и, в конце концов, поселившийся. Уже в Греции, Филолай написал книгу «О природе», в которой изложил основные взгляды пифагорейцев на устройство мира, однако нет никакой ясности, какие мысли принадлежат непосредственно самому Пифагору, а какие – его последователям.
Так или иначе, Филолай полагал, что Луна, Солнце, все известные планеты, а также Земля обращаются вокруг расположенного в центре мира вечного огня. Мы не видим данного огня, поскольку Земля всегда обращена к нему одной и той же стороной, а люди обитают на противоположной. Внешняя граница космоса представляет собой сферу объемлющего огня (или Олимп), представленного множеством звезд, за которыми находится бесконечное пространство воздуха, дающего дыхание миру. Суммарно Земля, Луна, Солнце, пять планет и сфера звезд дают лишь девять небесных объектов, а пифагорейцам хотелось, чтобы их обязательно было десять (поскольку это совершенное число, которое можно представить как 10 = 1+2+3+4), поэтому Филолай добавил еще одну дополнительную планету – Противоземлю или Антихтон.
Непросто определить, каким образом последователи Пифагора пришли к такой странной системе мироздания. Видимо, Земля казалась им недостаточно идеальной, чтобы находиться в центре гармоничного Космоса, поэтому туда и был помещен очаг Вселенной или Центральный Огонь (он же – башня Зевса), вокруг которого по круговым орбитам перемещались прочие небесные тела. Несмотря на всю свою фантастичность, такая модель может довольно многое объяснить, хотя неясно, насколько глубоко ее прорабатывали с практической точки зрения.
В самом деле, кажется достаточно сомнительным, что огромная звездная сфера каждые сутки оборачивается вокруг неподвижной Земли. Конечно, можно предположить, что сама Земля вращается вокруг своей оси, но эта идея, видимо не понравилась Филолаю (если вообще пришла ему в голову), поскольку каких-то иных примеров подобного вращения пифагорейцы не знали. Более того – Луна совершенно точно не вращается, ведь даже невооруженным глазом видно, что она всегда повернута к нам одной и той же своей частью. По аналогии получалось, что и Земля всегда обращена к Центральному Огню какой-то одной стороной, совершая вокруг него оборот за 24 часа. Такая схема легко объясняет кажущееся суточное вращение неподвижного звездного неба.
Луна совершает оборот вокруг Центрального Огня за 29,5 суток, а Солнце – за один год, но наблюдателю с быстро движущейся Земли кажется, что они восходят и заходят ежедневно. При этом в действительности (важнейший для пифагорейцев момент) все небесные тела равномерно вращаются в одинаковом направлении с запада на восток.
Десятая планета Антихтон всегда расположена строго между Землей и Центральным Огнем, то есть период ее обращения также составляет 24 часа, и потому она остается невидимой для нас. Также Противоземля закрывает Центральный Огонь от антиподов, которые, возможно, живут на противоположной стороне Земли. Сам Антихтон, вероятно был необитаем, а вот на Луне, по мнению Филолая, существовали растения и животные, причем они должны быть намного сильнее земных и иметь замедленный обмен веществ, ведь лунные сутки в 29,5 раз длиннее наших. Более отдаленные части космоса являли собой область строго упорядоченного движения, поэтому никакой жизни там существовать не могло.
Здесь нужно заметить, что в описанной системе будет ежедневно колебаться расстояние от Земли до Солнца и Луны, и это должно отражаться на их видимых размерах, которые в реальности практически никак не изменяются. Пифагорейцы, однако, учли этот момент и заключили, что расстояние от Центрального огня до Земли сравнительно невелико по сравнению с диаметром орбит Солнца и Луны, а потому изменение их угловых размеров попросту незаметны.
Само Солнце заимствует свет и тепло от Центрального Огня, а также от внешнего эфирного огня звездной сферы, и затем отражает либо рассеивает их. Причем орбита Солнца наклонена относительно земной, чем объясняется и его движение по зодиаку, и смена времен года. Луна же светит лишь отраженным солнечным светом, а лунные затмения случаются, когда она проходит через тень Земли или Противоземли.
Порядок пяти планет в системе Филолая ясен не до конца, поскольку его книга не сохранилась, а другие источники дают противоречивую информацию, причем некоторые авторы явно рассказывают о взглядах каких-то других пифагорейцев, помещавших в центр мира Землю или Солнце. Мы остановимся на том факте, что Платон безо всяких сомнений принимали следующую последовательность светил: Луна, Солнце, Венера, Меркурий, Марс, Юпитер и Сатурн. Весьма вероятно, что этот порядок был заимствован именно у Филолая, который являлся чуть ли не единственным источником пифагорейской мудрости для Платона.
Еще один спорный вопрос в системе Филолая – являлась ли внешняя звездная сфера абсолютно неподвижной, либо же совершала какое-то очень медленное движение. Скорости обращения других небесных тел уменьшались по мере удаления от Центрального Огня, и некоторые поздние авторы полагали, будто и звезды, подобно всему божественному у пифагорейцев, обязательно находятся в движении. Более того, именно таким едва заметным движением можно было бы объяснить уже известное в те времена явление прецессии равноденствий. В самом деле, Пифагор вполне мог узнать у египтян, что их древние монументальные сооружения при строительстве были ориентированы строго по некоторым ярким звездам, однако теперь через столетия положение восхода и кульминации этих звезд изменилось. Вавилоняне также могли заметить, что положение Солнца в дни равноденствий и солнцестояний за века смещается по зодиаку. Однако на самом деле нет никаких данных, будто бы в то время пифагорейцы (да и греки вообще) знали о таких астрономических тонкостях, а система Филолая, похоже, никогда не использовалась для детального объяснения наблюдаемого движения небесных светил. Достаточно было и того, что описанная концепция давала качественную картину.
Смелая мысль о том, что Земля не обязана занимать центральное место во Вселенной, позволяла объяснить очень многое, но Филолай и его последователи не воспользовались преимуществами своего прозрения. Пифагорейцы являлись математиками, но при этом не занялись астрономическими расчетами на базе своей модели мироустройства, а вместо этого ввели туда еще два дополнительных небесных тела – Центральный огонь и Противоземлю – существование которых не вытекало не из чего, кроме мистического увлечения числами. Неудивительно поэтому, что другие эллины отнеслись к описанной системе скорее как к курьезу или занятной игре ума, но не более того. Спустя два тысячелетия Коперник найдет у Филолая некоторое освященное авторитетом древности подспорье для своих собственных идей, но сами пифагорейцы уже в первой половине IV века до нашей эры начали отказываться от теории Центрального Огня. Так, Гикет Сиракузский первым высказал мысль о том, что движение звезд проще всего объяснить суточным вращением Земли вокруг своей оси. Эта мысль, безусловно, могла бы оказаться достаточно прогрессивной, однако Гикет одновременно учил, что все остальные небесные тела тоже неподвижны, а это полностью противоречило наблюдаемым фактам, и, очевидно, смущало многих греков, которые знали об астрономии хотя бы чуть-чуть больше пифагорейцев.
Еще позже, в эллинистически и римские времена, когда пифагореизм вновь стал популярным, его положения были пересмотрены в соответствии с требованиями общепринятой геоцентрической системы. Заведомо полагалось, что древние мудрецы не могли ошибаться, а потому Центральный Огонь стали понимать как некое тепло, расположенное в центре Земли и дающее ей жизненную силу. Для Противоземли не удалось придумать похожей метафоры, поэтому ее попросту отождествили с Луной. Тут мы лишний раз можем убедиться в том, насколько пластичной была античная мысль, полагающая любые тексты, в том числе и натурфилософские, скорее разновидностью литературы (или религии), чем действительно научными трудами.
Пути развития древней астрономии
Астрономия сама по себе может быть условно разделена на две подзадачи: определение положения светил на небесной сфере и выяснение устройства Космоса. Разумеется, в общем случае обе эти подзадачи должны соединяться в единое решение, полностью совместимое со всеми наблюдаемыми фактами, но никто не мешает пытаться решать их по-отдельности. Собственно, большую часть своей истории люди именно так и поступали: рассматривали вопрос с одной либо другой стороны, а проблема согласованности – как предлагаемых решений между собой, так и любого из них с реальными явлениями – считалась скорее второстепенной. Такой подход кажется нам, мягко говоря, странным, однако древние мыслители редко ставили перед собой цели, аналогичные тем, которые рассматривает современная наука. Для навигации по Средиземному морю совсем необязательно знать верный порядок расположения планет. Точно также и стремящийся постичь «высшую истину» философ будет опираться скорее на эстетические или этические критерии, которые попросту не могут (как мы теперь знаем) помочь определить, вращается ли Солнце вокруг Земли, либо же – наоборот.
О самом устройстве Космоса рассуждали с отвлеченных позиций, желая предложить нечто взамен религии. Все рассмотренные нами модели Вселенной являются лишь небольшими частями общих философских концепций, предлагающих условные правдоподобные ответы сразу на все вопросы. Мы даже не всегда можем понять, насколько серьезно сами авторы относились к собственным гипотезам об устройстве мира. В диалоге Платона «Государство» Сократ объясняет, что царей-философов необходимо обязательно обучать астрономии, однако вовсе не потому, что составление точных календарей и звездных таблиц полезны для земледелия, мореплавания или военного дела. Настоящая причина заключается в том, что изучение астрономии тренирует человеческую душу постигать высшую истину одним лишь разумом, поскольку воспринимаемое умом всегда выше того, что видится чувствами.
Реальная астрономия при этом развивалась следующим образом. Для нужд античного мореходства и составления точных календарей вполне хватало простых многолетних наблюдений за небом, которые требовали лишь некоторой статистической обработки безо всякого проникновения в суть космических явлений. По-настоящему сложные задачи возникали только при составлении гороскопов. Астрологические прогнозы чаще всего оказывались неверными (понятно, что пророчества сбывались либо случайно, либо же из-за того, что составивший их человек использовал какую-то иную дополнительную информацию), и древние астрономы видели причину в неточности своих расчетов. Вычисления действительно выполнялись весьма грубо и требовали постоянного уточнения математических и механических моделей устройства Вселенной. Надежность самих астрологических трактатов, основанных на древних поэмах и мифологическом символизме, оспаривалась намного реже. В любом случае, почти всем казалось совершенно очевидным, что звезды и планеты, безусловно, могут многое рассказать о судьбе – нужно лишь правильно растолковать их послания. Новые поколения математиков придумывали более сложные геометрические модели, учитывающие все тонкие нюансы движения светил, но мало кто настаивал на том, что эти громоздкие вычисления хоть как-то описывают реальное устройство мира. О самой Вселенной продолжали мыслить философски.