Галилео Галилей: научная революция, конфликт с церковью и вклад в астрономию и физику

Галилео Галилей, родившийся 15 февраля 1564 года в Пизе, Италия, был центральной фигурой научной революции XVII века. Его основной вклад включает значительные усовершенствования телескопа, который он использовал как инструмент для исследования небес, обеспечив убедительную поддержку гелиоцентрической модели Вселенной Николая Коперника. Он также сформулировал уравнения движения для тел с равноускоренным движением и усовершенствовал кинематику — раздел физики, изучающий движение объектов без учета действующих сил. Галилей прославился своими наблюдениями фаз Венеры и солнечных пятен, которые бросили вызов устоявшимся церковным доктринам. Его гелиоцентрические взгляды столкнулись с противодействием Римско-католической церкви, что привело к тому, что последние годы он провел под домашним арестом.

Церковь оставалась в оппозиции до 1981 года, когда папа Иоанн Павел II призвал Папскую академию наук пересмотреть дело Галилея и учредил Комиссию Галилея. После более чем десятилетнего расследования комиссия в 1992 году отменила ранее вынесенное Церковью обвинение в ереси, признав Галилея невиновным. В 2009 году, в 400-ю годовщину изобретения им телескопа, в садах Ватикана в его честь была воздвигнута статуя. Эта реабилитация ознаменовала значительный сдвиг в отношениях между наукой и религиозной властью, символизируя постепенное признание Церковью ценности эмпирического научного метода.

Личная жизнь Галилео Галилея. Галилео Бонаюти де Галилеи, родившийся 15 февраля 1564 года, был первым из шести детей Джулии Амманнати и Винченцо Галилея — известного лютниста и теоретика музыки. В возрасте восьми лет семья переехала во Флоренцию, и Галилей позже поступил в Пизанский университет изучать медицину. Вскоре он переключился на математику и в 1589 году, в возрасте 25 лет, был назначен заведующим кафедрой математики в том же университете. В 1592 году он перешел в Падуанский университет, основанный в 1222 году и являющийся одним из старейших в Италии, где преподавал геометрию, механику и астрономию до 1610 года. В этот период Галилей сделал крупные открытия в области кинематики, астрономии и сопротивления материалов, а также усовершенствовал телескоп.

У Галилея и Марины Гамба было трое детей, но, поскольку они не были женаты, их дочери Вирджиния и Ливия считались незаконнорожденными и провели свою жизнь в монастыре Сан-Маттео в Арчетри. Их сын Винченцио был узаконен церковью и женился на Сестре Боккинери. В 1610 году Галилей опубликовал отчет о своих наблюдениях за спутниками Юпитера, используя их для обоснования того, что Вселенная Коперника сосредоточена вокруг Солнца. В следующем году он отправился в Рим, чтобы продемонстрировать свой телескоп и спутники Юпитера ведущим философам в иезуитской коллегии Романо, где он был избран членом Академии Линчеи — одного из первых научных обществ Европы.

В 1612 году отец Томмазо Каччини осудил идеи Галилея как ересь. Когда в 1616 году Галилей отправился в Рим, чтобы защитить свои наблюдения, кардинал Роберто Беллармино сделал ему замечание и приказал прекратить преподавание или пропаганду астрономии Коперника. В 1630 году Галилей подал заявку на получение лицензии на печать своей книги «Диалог о двух главнейших системах мира», которая была опубликована во Флоренции в 1632 году. Вместо одобрения ему было приказано предстать перед церковным судом в Риме, его осудили за ересь и поместили под постоянный домашний арест в его загородном доме в Арчетри (недалеко от Флоренции). Галилей ослеп в 1638 году (по некоторым данным, из‑за глаукомы или последствий перенесенных болезней), а также страдал от грыжи и бессонницы. В 1642 году в возрасте 78 лет он умер от лихорадки и учащенного сердцебиения.

Вклад Галилея в науку и технологию. Галилей был одним из первых ученых, утверждавших, что законы природы можно объяснить математически. В своей книге «Анализатор» (Il Saggiatore), опубликованной в 1623 году, он писал, что «Вселенная написана на языке математики, и ее символами являются треугольники, круги и другие геометрические фигуры». Он отвергал многие авторитетные позиции, особенно церковные, проверяя утверждения с помощью экспериментов и математики. Галилей стал главным сторонником отделения религии от науки, настаивая на том, что божественное откровение не должно подменять эмпирическое исследование природы. Он вывел математические соотношения между кривыми и физическими явлениями, в частности, параболой описал траекторию полета снаряда без учета трения. Он также установил стандарты продолжительности и методики проведения лабораторных экспериментов, что позволило сравнивать результаты в разных лабораториях и в разные дни. Более поздние ученые, включая Альберта Эйнштейна и Стивена Хокинга, называли Галилея отцом современной науки.

Хотя Галилею часто приписывают изобретение телескопа, его устройство было основано на грубых описаниях аналогичного прибора, изготовленного в Нидерландах в 1608 году. К 1609 году он построил телескоп с 3-кратным увеличением, а вскоре усовершенствовал его до 30-кратного. Он немедленно применил его для изучения звезд, опубликовав в марте 1610 года «Звездный вестник» (Sidereus Nuncius). 7 января 1610 года он наблюдал «три неподвижные звезды, совершенно невидимые из-за своей малости, все они находились на небольшом расстоянии от Юпитера и лежали на прямой линии, проходящей через него». В последующие ночи он понял, что эти объекты двигаются необычно; 10 января одна из них скрылась за Юпитером. Он пришел к выводу, что обнаружил спутники, вращающиеся вокруг Юпитера, и назвал их «звездами Медичи» в честь своего покровителя Козимо II де Медичи. Позже они были переименованы в галилеевы спутники — Ио, Европу, Каллисто и четвертый спутник Ганимед, открытый 13 января.

Открытие Галилеем спутников, вращающихся вокруг другой планеты, прямо противоречило космологии Аристотеля и учению Церкви о том, что все небесные тела вращаются вокруг Земли. Поэтому многие ученые и теологи отвергли его открытия как ложные. Он также заметил, что фазы Венеры похожи на фазы Луны. Используя гелиоцентрическую модель Коперника, он математически продемонстрировал, что если бы центром была Земля (точка зрения Аристотеля), то были бы видны только фазы полумесяца Венеры. Его наблюдения доказали, что Венера вращается вокруг Солнца, сыграв важную роль в убеждении ученых XVII века в том, что Солнечная система не является чисто геоцентрической — это один из самых важных вкладов Галилея.

Наблюдения Галилея за Сатурном и солнечными пятнами выявили изменения в небесных телах, что поставило под сомнение аристотелевское представление о неизменности Вселенной. Он продемонстрировал, что Вселенная динамична и постоянно меняется, что является его непреходящим научным наследием. Используя свои телескопы, Галилей стал первым, кто описал кратеры и горы на Луне, оценив их высоту путем измерения длины тени и применения тригонометрии. Он также пришел к выводу, что Млечный Путь — это не туманное облако, а состоит из бесчисленных звезд, концентрация которых настолько высока, что с Земли они кажутся туманными невооруженным глазом.

Помимо чистой науки, Галилей внес значительный технологический вклад. В период с 1595 по 1598 год он разработал геометрический и военный компас для геодезистов и артиллеристов, способный вычислять площади многоугольников, а для артиллерии — угол наклона и пороховой заряд, необходимые для пушечных ядер различного веса. В 1593 году он сконструировал первый термометр, используя расширение и сжатие пузырька воздуха для перемещения столба воды в калиброванной трубке. Его самым известным техническим достижением стал телескоп-рефрактор 1609 года для астрономических целей. В следующем году он приспособил оптику для увеличения изображения насекомых, а к 1624 году усовершенствовал первый составной микроскоп, опубликовав в 1625 году подробные наблюдения за насекомыми. Некоторые из его изобретений были менее успешными, в том числе автоматическая машина для сбора помидоров, комбинированная карманная расческа со столовыми приборами и, как утверждается, первая шариковая ручка (хотя исторические свидетельства этого сомнительны).

Вклад в физику и математику. Галилей также продвинулся в физике и математике. Легенда (возможно, апокрифическая) гласит, что он сбрасывал с Пизанской башни шары из одного материала, но разной массы, чтобы продемонстрировать, что скорость их падения не зависит от массы, что противоречило утверждению Аристотеля о том, что более тяжелые предметы падают быстрее. Галилей признавал роль трения и предположил, что падающие тела испытывают равномерное ускорение при незначительном сопротивлении. Он был первым, кто заявил, что движущиеся объекты сохраняют свою скорость, если на них не действует внешняя сила (например, трение), что противоречило аристотелевской физике. Этот принцип инерции, согласно которому «тело, движущееся по ровной поверхности, будет продолжать двигаться в том же направлении с постоянной скоростью, если его не потревожить», позже был включен в первый закон движения Ньютона. Галилей также выдвинул основной принцип относительности, заявив, что законы физики одинаковы для любой системы, движущейся с постоянной скоростью, независимо от скорости или направления, что легло в основу специальной теории относительности Эйнштейна.

Дополнительная литература: Галилей, Галилео. Человек, его работа, его несчастья. Лондон: Г. Чепмен, 1965.
Драбкин, Израэл и Стиллман Дрейк, ред. и пер. О движении и механике. Мэдисон: Издательство Висконсинского университета, 1960.
Дрейк, Стиллман, пер. Диалог о двух главных мировых системах. Беркли: Издательство Калифорнийского университета, 1953.
Галилей, Галилео [1638, 1914], Генри Крю и Альфонсо де Сальвио, пер. Диалоги о двух новых науках. Нью-Йорк: Дувр, 1954.
Галилей, Галилео. Галилей: две новые науки. (Перевод Стиллмана Дрейка). Мэдисон: Издательство Висконсинского университета, 1974.
Хокинг, Стивен. Краткая история времени. Нью-Йорк: Бэнтэм Букс, 1988.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам естественнонаучных направлений (геологии, географии, геофизики, астрофизики и космологии), начинающим специалистам в области структурной геологии, тектоники, космологии и астрофизики, а также всем, кто интересуется фундаментальными загадками устройства Вселенной и процессами формирования Земли.