De motu), противоречащий аристотелевским теориям движения. Эта книга сделала Галилея вождем научной реформации.
Вид Флоренции около 1495 года.
После смерти отца в 1592 году Галилей посчитал, что в Пизе ему уже нечего делать. Платили в университете гроши, поэтому Галилей заручился помощью друга семьи Гвидобальдо дель Монте и получил место преподавателя математики в Падуанском университете, в Венецианской республике. Авторитет Галилея стремительно рос. Ученый провел в Падуе восемнадцать лет, преподавал геометрию и астрономию, а также давал частные уроки по космографии, оптике, арифметике и их применению в военно-инженерном деле. В 1593 году он составил сборник трудов по фортификации и механике для своих частных учеников и изобрел водяной насос, для работы которого было достаточно одной лошади.
В 1597 году Галилей изобрел пропорциональный циркуль – большое подспорье для инженеров-механиков и военных. Кроме того, он вступил в переписку с Иоганном Кеплером, прочитав его книгу «Тайна мироздания» (Mysterium cosmographicum). Коперниканские взгляды Кеплера импонировали Галилею, и Кеплер надеялся, что Галилей открыто поддержит гелиоцентрическую модель. Однако научные интересы Галилея лежали в основном в сфере механики, поэтому желания Кеплера не сбылись. Кроме того, примерно тогда у Галилея начался роман с Мариной Гамба, венецианкой, родившей ему сына и двух дочерей. У старшей дочери Виргинии, родившейся в 1600 году, были особенно близкие отношения с отцом; правда, общались они в основном по переписке, поскольку почти всю свою недолгую жизнь Виргиния провела в монастыре, где взяла имя Мария Селеста (Мария Небесная) из уважения к отцовскому интересу к небесной механике.
В первые годы XVII века Галилей экспериментировал с маятником и исследовал связь колебаний маятника с явлением естественного ускорения. Кроме того, он начал разрабатывать математическую модель движения падающих тел, для чего измерял, за какое время катящиеся шары проходят различное расстояние по наклонным плоскостям. В 1604 году в ночном небе над Падуей наблюдали сверхновую, что в очередной раз заставило усомниться в аристотелевской модели неизменности небес. Галилей был одной из самых заметных фигур в этих дебатах, прочитал несколько провокационных лекций, однако публиковать свои теории не спешил. В октябре 1608 года голландец Иоанн Липперсгей запатентовал подзорную трубу, благодаря которой можно было рассматривать далекие объекты. Едва услышав об этом изобретении, Галилей принялся его усовершенствовать. Вскоре он разработал телескоп с девятикратным увеличением – втрое мощнее устройства Липперсгея, – а через год уже предложил телескоп с тридцатикратным увеличением. Когда Галилей в январе 1610 года направил его на небеса, те буквально разверзлись, явив себя человечеству. Луна перестала быть гладким диском – стало видно, что она покрыта горами и кратерами. При помощи телескопа Галилей определил, что Млечный Путь – это огромное пространство, заполненное звездами. Но главное – он увидел четыре луны вокруг Юпитера, и это открытие коренным образом перевернуло представление многих сторонников геоцентрической системы, которые полагали, что все небесные тела вращаются исключительно вокруг Земли. В том же году Галилей опубликовал трактат «Звездный вестник» (Sidereus Nuncius), где объявил о своих открытиях. Это выдвинуло ученого на передний край современной астрономии. Преподавать аристотелевскую теорию он больше не мог, но благодаря своей известности и авторитету получил во Флоренции должность математика и философа при дворе великого герцога Тосканского.
Освободившись от педагогической нагрузки, Галилей посвятил себя наблюдениям с помощью телескопа. Вскоре он пронаблюдал фазы Венеры, что подтвердило теорию Коперника, согласно которой эта планета вращается вокруг Солнца.
Кроме того, Галилей заметил, что Сатурн имеет продолговатую форму, и заключил, что это объясняется вращением вокруг планеты многочисленных лун: мощности телескопа не хватало, чтобы различить кольца Сатурна.
Католическая церковь подтверждала и приветствовала открытия Галилея, однако не соглашалась с их толкованием. В 1613 году Галилей опубликовал «Письма о солнечных пятнах» и в этом сочинении впервые заявил в печати, что отстаивает коперниканскую модель гелиоцентрической Вселенной. Этот труд был встречен крайне неодобрительно, на автора посыпались обвинения, и вскоре на Галилея обратила внимание Святая инквизиция. Когда в 1616 году Галилей опубликовал свою теорию приливов, которая, как он считал, доказывала, что Земля движется, его вызвали в Рим и потребовали объяснений. Совет богословов издал эдикт, что Галилей, выдавая коперниканскую модель за истину, фальсифицирует научные данные. Однако официального обвинения против Галилея выдвинуто не было.
Галилей побывал на аудиенции у папы Павла V и остался в убеждении, что понтифик относится к нему с уважением и что ему можно продолжать читать лекции под покровительством папы. Однако Галилея строго предупредили, что учение Коперника противоречит Писанию, поэтому о нем можно говорить лишь как о гипотезе.
В 1623 году Павел V скончался, и новым папой избрали одного из друзей и сторонников Галилея кардинала Барберини, взявшего имя Урбан VIII, так что Галилей решил, что теперь эдикт 1616 года удастся отменить. Урбан сказал Галилею, что это он в свое время добился исключения из эдикта слова «ересь» и что если Галилей и дальше будет говорить об учении Коперника как о гипотезе, а не истине, то сможет свободно публиковать свои работы. Заручившись этой гарантией, Галилей в течение следующих шести лет работал над «Диалогом о двух главнейших системах мира» – книгой, из-за которой он попал за решетку.
Титульный лист «Диалога о двух главнейших системах мира». Слева направо – три собеседника из произведения Галилея: Сагредо, Симпличио и Сальвиати.
«Диалог о двух главнейших системах мира» написан в виде ученого диспута между сторонником Аристотеля и Птолемея и последователем Коперника, каждый из которых стремится склонить на свою сторону образованного обывателя. Галилей предварил книгу заверениями, что он во всем поддерживает эдикт 1616 года, а поскольку о теориях рассказывают вымышленные персонажи, автор не выступает открыто в поддержку той или иной стороны. Тем не менее читателям было очевидно, что «Диалог» не оставляет камня на камне от аристотелевской картины мира. Сторонник Аристотеля выведен простоватым и наивным, и доводы его откровенно слабы, а противостоит ему умный и напористый последователь Коперника. Книга пользовалась шумным успехом, несмотря на то что ее публикация была встречена бурными протестами. Галилей написал ее не на латыни, а на разговорном итальянском, сделав ее доступной широкому кругу грамотных итальянцев, а не только ученым и церковникам. Противники Галилея – сторонники Птолемеевой астрономии – пришли в ярость от такого пренебрежительного обращения со своими научными воззрениями. Многие читатели сообразили, что Симпличио – сторонник Птолемеевой системы – это карикатура на Симпликия, комментатора Аристотеля, жившего в VI веке. А папа Урбан VIII решил, что Симпличио – это карикатура на него самого. И счел, что Галилей обманул его, ведь тот, обратившись за разрешением писать эту книгу, умолчал о том, что собирается нарушить эдикт 1616 года. Однако Галилей, возможно, и не подозревал, что что-то нарушает, поскольку никаких письменных предостережений не получал.
К марту 1632 года церковь запретила издателю допечатывать тираж, а Галилея вызвали в Рим и потребовали оправданий. Галилей отказался ехать, сославшись на тяжелую болезнь, однако папа настаивал, пригрозив, что иначе прикажет доставить Галилея в кандалах. Спустя одиннадцать месяцев Галилей прибыл в Рим и предстал перед судом. Его вынудили отречься от коперниковской ереси и приговорили к пожизненному заключению. Однако вскоре пожизненное заключение заменили более мягким наказанием – домашним арестом в Сиене под надзором архиепископа Асканио Пикколомини, бывшего ученика Галилея. Пикколомини дозволил Галилею продолжать писать, более того, всячески уговаривал его не бросать работу. Там Галилей принялся за свой последний труд – «Математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», – где подводил итоги своим достижениям в физике. Однако на следующий год в Риме узнали, какие благоприятные условия создал для Галилея Пикколомини, и приказали ученому перебраться в другой дом, на возвышенности под Флоренцией. Некоторые историки полагают, что именно тогда, при переезде, а не в суде после отречения, Галилей и произнес свое знаменитое «Eppur si muove».
В результате Галилей поселился ближе к своей дочери Виргинии, однако в 1634 году она заболела и вскоре умерла. Эта утрата подкосила Галилея, но он все же смог через некоторое время возобновить работу над «Двумя отраслями науки» и в течение года закончил книгу. Однако Святая конгрегация индекса запрещенных книг – церковная цензура – не дозволила публиковать ее. Пришлось тайно переправить рукопись из Италии в Лейден, в издательский дом Эльзевиров, поскольку в Северной Европе преобладал протестантизм. Там книга и вышла в 1638 году. «Математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки», где сформулированы законы движения падающих тел с ускорением, считают краеугольным камнем современной физики. В этой книге Галилей пересмотрел и уточнил результаты своих прежних опытов по изучению движения, а также принципы механики. Две новые отрасли науки, о которых пишет Галилей, – это изучение сопротивления материалов (раздел техники) и изучение движения (кинематика, раздел математики). В первой половине книги Галилей описал свои опыты с ускорением при движении по наклонной плоскости. Во второй половине обращается к трудной задаче расчета траектории ядра, выпущенного из пушки. Прежде полагали, что сообразно аристотелевским принципам ядро летит по прямой, а затем теряет «движущую силу» и падает прямо на землю. Затем наблюдатели подметили, что на самом деле ядро перед падением описывает кривую, однако никто не понимал, что это за кривая и по каким причинам это происходит, – пока не появился Галилей. Он сделал вывод, что траектория ядра определяется двумя движениями: одно – по вертикали, вызванное земным тяготением, которое тянет ядро вниз, второе – по го