Галилео Галилей

Галилео Галилей — итальянский учёный, который исследовал движение тел и сделал телескоп одним из главных инструментов астрономии. Он обнаружил четыре спутника Юпитера, наблюдал фазы Венеры и неровности лунной поверхности, а затем выступил в защиту учения о движении Земли. В его работах о падении тел и полёте снарядов наблюдения и опыты соединялись с математическими доказательствами. В 1633 году римская инквизиция заставила Галилея отречься от поддержки системы Коперника. Последние годы он провёл под домашним арестом, продолжая готовить исследования к печати.

Семья и учёба

Галилей родился 15 февраля 1564 года в Пизе. Его отец Винченцо был музыкантом и теоретиком музыки, мать звали Джулия Амманнати. Винченцо изучал связь между звучанием струны и её натяжением, проверяя музыкальные соотношения с помощью грузов. При этом участие сына в отдельных опытах отца достоверно не установлено, и музыкальные исследования Винченцо нельзя считать описанием первых самостоятельных экспериментов Галилея.

В юности Галилей учился у монахов в Валломброзе, неподалёку от Флоренции. По желанию отца в начале 1580-х годов он начал изучать медицину в Пизанском университете. Университетский путь Галилея начинался с медицинских занятий, однако завершать его в качестве врача он не стал. Математику, которой предстояло стать его профессией, он изучал и за пределами университетского курса.

Геометрией Галилей занимался под руководством Остилио Риччи, математика при тосканском дворе. Одной из основных книг для него были «Начала» Евклида. В них свойства фигур выводились из определений и ранее доказанных положений, и ученику приходилось следить за каждым шагом рассуждения. Сведения о роли Риччи сохранились, в частности, в рассказе Винченцо Вивиани, будущего помощника и биографа Галилея. Позднейшие исследования самого учёного также строились на геометрических доказательствах, особенно когда он сравнивал расстояния, промежутки времени и движения.

В 1585 году Галилей оставил университет без учёной степени и вернулся во Флоренцию. Он давал частные уроки математики во Флоренции и Сиене, одновременно занимаясь собственными задачами. После ухода из университета он ещё несколько лет не имел постоянной преподавательской должности. К этому времени относятся его первые самостоятельные сочинения, в которых он обращался к наследию Архимеда и пытался применять математическое рассуждение к измерению физических величин.

В небольшом сочинении «Малые весы», написанном в 1586 году, Галилей описал способ точнее определять состав металлического сплава. Предмет взвешивали в воздухе и в воде, сопоставляя результаты. Такая процедура позволяла судить, например, о соотношении золота и серебра без расплавления изделия. Галилей предложил обвить часть коромысла тонкой проволокой: её витки служили разметкой для перемещения противовеса. Сочинение касалось практической задачи мастеров, а объяснение устройства опиралось на архимедовы исследования тел, погружённых в жидкость.

В 1588 году Галилей выступил во Флорентийской академии с двумя лекциями о форме, расположении и размерах ада в «Божественной комедии» Данте. Он разбирал литературное описание как задачу о пространстве и геометрических соотношениях. Эта работа принадлежала к раннему периоду его публичной деятельности, когда он ещё не занимал должность преподавателя в университете.

Работа в университетах Пизы и Падуи

В 1589 году Галилей получил кафедру математики в Пизанском университете. Он преподавал там до 1592 года и в этот период начал сочинение «О движении», известное под латинским названием De motu. При его жизни этот ранний труд не вышел в печати. Галилей разбирал, отчего зависит скорость падающего тела, и обращался к архимедову подходу, который позволял сравнивать тела и окружающую их среду. Сохранившийся текст относится к поискам молодого преподавателя, а не к окончательному изложению закона падения.

Галилей сравнивал, сколько весят тела одинакового объёма. В раннем объяснении скорость падения зависела от этого свойства — плотности. Он ещё не пришёл к тому описанию ускорения, которое позднее изложил в своих основных трудах. Опытные результаты побуждали его пересматривать исходные предположения, и исследования продолжались после отъезда из Пизы. Галилей менял способы постановки вопроса, уточнял условия опыта и искал математическое выражение наблюдаемых отношений.

К пизанскому периоду обычно относят рассказ о том, как Галилей сбрасывал с наклонной башни тела разного веса перед собравшимися зрителями. Этот эпизод передал Вивиани много лет спустя. Надёжного подтверждения именно такой публичной демонстрации нет, и историки считают рассказ, по меньшей мере, сомнительным. При этом исследования падения и обсуждение опыта действительно присутствуют в работах Галилея.

В 1591 году умер Винченцо Галилей. На старшего сына легли обязанности по материальной поддержке семьи. Эти обязательства продолжались и после переезда в другой город. Галилей зарабатывал преподаванием и изготовлением приборов, а также добивался покровительства влиятельных людей. В его переписке и служебной карьере вопросы жалованья, частных уроков и содержания близких существовали рядом с обсуждением научных задач.

В 1592 году Галилей перешёл в Падуанский университет, находившийся во владениях Венецианской республики. Здесь он проработал восемнадцать лет, до 1610 года. Его занятия включали геометрию и астрономию, а частное преподавание охватывало более широкий круг практических предметов. Длительная служба в Падуе пришлась на исследования механики, разработку приборов и первые открытия, сделанные с помощью телескопа. Кроме университетских слушателей, к Галилею обращались ученики, которым математические знания требовались для военного дела, измерения земли и расчётов.

Частные уроки и изготовление приборов

На частных уроках Галилей учил рассчитывать укрепления, измерять участки и пользоваться вычислительными инструментами. Военная и землемерная подготовка требовала переводить чертёж или план в численные соотношения: сравнивать длины, площади и объёмы. Для таких занятий он составлял руководства.

Одним из таких инструментов стал геометрический и военный циркуль. Он состоял из двух соединённых ножек со шкалами. По его шкалам переносили соотношение одних величин на другие, например увеличивали размеры в заданное число раз. Прибор применяли для изменения масштаба, пересчёта мер и денежных величин, а также в артиллерийских задачах. Пользователю требовалось выбрать подходящую шкалу и выполнить измерение, предусмотренное руководством. Галилей предлагал математическую помощь в конкретных вычислениях, с которыми сталкивались военные и другие заказчики. Этот циркуль служил для гораздо большего числа операций, чем обычное проведение окружностей.

Изготовление приборов Галилей поручал мастеру Маркантонио Маццолени, который в конце 1590-х годов работал при его доме. Сам преподаватель разрабатывал инструмент и обучал покупателей, а мастер обеспечивал изготовление пригодных к использованию экземпляров. Точность шкал и соединений имела значение для результата расчётов.

В 1607 году Галилей вступил в конфликт с Бальдассаре Капрой, выпустившим в Падуе латинское сочинение об использовании и устройстве пропорционального циркуля. Галилей оспаривал присвоение своей разработки и обращался к университетским властям. В «Пробирщике» он позднее вернулся к этой истории, излагая её как пример посягательства на авторство. Спор касался и прибора, и письменного руководства, которое позволяло освоить его применение. Галилей уже продавал такие инструменты вместе с инструкцией своим ученикам.

Галилея интересовало судостроение в Венецианском арсенале — мастерских, где строили и оснащали корабли. Вопросы механики возникали при обращении с тяжестями, использовании рычагов и движении вёсел. В 1593 году он занимался задачей о действии весла как рычага, а в 1594 году получил венецианскую привилегию на водоподъёмный насос. Подобные проекты связывали его с ремесленной и инженерной средой. Практическая задача заключалась в том, чтобы заранее понять работу устройства и объяснить, как приложенное усилие соотносится с грузом или сопротивлением.

К падуанскому времени относится и прибор, который показывал изменение нагрева воздуха. В сосуде с трубкой расширяющийся или сжимающийся воздух перемещал воду, и по её положению можно было заметить нагревание либо охлаждение. Этот предшественник термометра называется термоскопом. Вивиани связывал его создание с Галилеем, однако над измерением тепла работали и другие участники венецианского научного круга. У прибора ещё не было привычной числовой шкалы, позволяющей записать температуру и точно сопоставить её с показаниями другого термометра.

Опыты с падающими телами и маятником

Галилей исследовал падение, пуская шар по наклонной плоскости. На небольшом уклоне движение происходило медленнее, чем при свободном падении, и становилось удобнее для измерений. Его интересовало, как меняется пройденный путь за равные промежутки времени. При постоянном приросте скорости шар за каждый следующий промежуток проходит большее расстояние. Такое движение называют равноускоренным. Галилей стремился установить количественное правило для него, а затем математически доказать отношения между временем и расстоянием.

В описании опыта, включённом в «Беседы», Галилей объяснял, как измерял время спуска. Пока шар катился по желобу, тонкая струя из приподнятого сосуда наполняла отдельную ёмкость. Затем собранную воду взвешивали. Сопоставление её веса позволяло сравнивать длительность движения по всей плоскости и по отдельным участкам. Сам желоб тщательно сглаживали и выстилали пергаментом, а для спуска брали круглый бронзовый шар. Галилей описывал процедуру, которую можно было повторять, меняя длину пути.

Для движения из состояния покоя Галилей установил зависимость пути от квадрата времени. Если время увеличивается вдвое, пройденный путь увеличивается вчетверо, если втрое — в девять раз. Из этого следует, что расстояния за последовательные равные промежутки времени соотносятся как нечётные числа: один, три, пять, семь. Так Галилей связывал пройденное расстояние со временем падения, вместо того чтобы объяснять скорость только весом предмета.

Вес тела сам по себе не объяснял, насколько быстро оно падает. Галилей использовал мысленный опыт: если соединить тяжёлое тело с лёгким, то по старому правилу лёгкое должно замедлять тяжёлое. Но соединённый предмет одновременно становится тяжелее и потому должен был бы падать быстрее. В простом утверждении о пропорциональности скорости весу возникало противоречие. В поздних работах Галилей описывал падение тел с одинаковым ускорением при условии, что им не мешает сопротивление воздуха или другой среды. При падении в воздухе это сопротивление нужно было учитывать.

Другим предметом исследований был маятник. В 1602 году Галилей обсуждал его колебания в переписке с математиком Гвидобальдо дель Монте. Он связывал длительность колебания прежде всего с длиной маятника. Для обычного маятника независимость времени от размаха выполняется лишь приближённо, особенно хорошо при малых отклонениях. Рассказ о том, что всё началось с наблюдения лампы в Пизанском соборе, также восходит к Вивиани. Первые заметки Галилея о маятнике относятся к 1588 году, а систематические исследования начались в Падуе.

Галилей и учение Коперника о движении Земли

Астрономические взгляды Галилея складывались в споре о положении Земли. Николай Коперник в книге 1543 года предложил описывать планетные движения, исходя из обращения Земли вокруг Солнца и её суточного вращения. Поэтому наблюдателю на Земле кажется, что небо за сутки оборачивается вокруг него. Для описания движения планет Коперник по-прежнему сочетал несколько круговых движений. В традиционной системе, напротив, Земля оставалась неподвижной в центре, а небесные тела обращались вокруг неё.

Существовала и система датского астронома Тихо Браге. В ней Земля оставалась неподвижной, Солнце обращалось вокруг Земли, а остальные планеты — вокруг Солнца. Это позволяло учитывать многие наблюдаемые отношения между планетами, не принимая земного движения.

В письме Иоганну Кеплеру 1597 года Галилей сообщал, что давно придерживается взглядов Коперника. В это время у него ещё не было наблюдений неба с помощью телескопа, которые позднее принесли ему известность. Кеплер также развивал представление о движении планет вокруг Солнца, но затем заменил круги вытянутыми замкнутыми кривыми — эллипсами. Галилей этот шаг не принял и продолжал рассматривать круговое движение как основное для планет. Их поддержка учения Коперника сочеталась с существенным различием в том, как следует описывать орбиты.

В 1604–1605 годах Галилей наблюдал новую звезду и читал о ней лекции. Её появление затрагивало представление о неизменности небесной области. Если новый светящийся объект находился дальше Луны, изменение приходилось признавать и там, где традиционная философия предполагала постоянство. Галилей участвовал в обсуждении положения этого объекта ещё до создания собственной зрительной трубы. Наблюдения новой звезды, которую теперь относят к сверхновым, входили в его астрономическую работу падуанского времени.

Первые телескопы Галилея

Зрительная труба появилась в Нидерландах. В 1608 году мастер Ханс Липперсхей обратился за патентом на устройство, приближавшее далёкие предметы. Узнав о таких инструментах в следующем году, Галилей изготовил собственную трубу и начал её совершенствовать. Он воспользовался уже существовавшим принципом, подбирая линзы для более сильного увеличения.

Первые европейские трубы увеличивали предметы всего в несколько раз. Галилей довёл увеличение своих инструментов примерно до двадцатикратного, хотя отдельные экземпляры имели разные характеристики. В длинной трубке закреплялись передняя линза и линза, через которую смотрел наблюдатель. Подбор стекла и расстояния между линзами требовал практической работы. Для наблюдений слабых небесных деталей недостаточно было самого факта увеличения: изображение должно было сохранять различимые очертания, иначе увиденные точки и полосы легко принять за искажения прибора.

В 1609 году Галилей показал зрительную трубу венецианским властям. В подготовке демонстрации помог его знакомый Паоло Сарпи, влиятельный советник республики. Возможность раньше различить далёкое судно представляла интерес для морской державы. Галилей передал инструмент властям и получил повышение жалованья и обещание пожизненной службы в Падуе. В ходе показа Галилей прежде всего продемонстрировал, как труба позволяет различать далёкие предметы на Земле. Для регулярных наблюдений неба он впоследствии использовал усовершенствованные инструменты.

Ранние телескопы показывали небольшой участок неба, и найти нужный объект было непросто. Один из сохранившихся инструментов Галилея даёт увеличение в четырнадцать раз при поле зрения около пятнадцати угловых минут — примерно половины видимого диаметра Луны. Это характеристика конкретного экземпляра, а не всех его труб. Из-за худшего качества труб другие астрономы не всегда могли увидеть то, что описывал Галилей. Для подтверждения открытия требовалось проверить качество прибора и убедиться, что наблюдение удаётся повторить.

Луна, звёзды и открытие спутников Юпитера

В конце 1609 года Галилей изучал Луну. Граница между освещённой и тёмной частями её диска оказалась неровной, а отдельные светлые участки появлялись внутри тени. Он объяснил их как вершины, на которые солнечный свет падает раньше, чем на окружающую поверхность. По изменению теней можно было судить о горах и углублениях. Луна в таком описании имела рельеф, сопоставимый с земным, и расходилась с представлением об идеально гладком небесном теле.

Галилей также объяснял слабое свечение тёмной части лунного диска. После захода Солнца иногда виден не только яркий серп, но и остальная окружность Луны. Свет попадает туда от Земли, которая отражает солнечные лучи. Галилей рассматривал Землю как освещённое тело, способное, в свою очередь, освещать Луну. Объяснение входило в его описание лунных наблюдений и касалось вполне определённого видимого явления — так называемого пепельного света.

Английский математик Томас Хэрриот зарисовал Луну через зрительную трубу раньше Галилея. Однако его наблюдения тогда не были опубликованы и не получили такого распространения. Галилей подготовил связное объяснение увиденного и вскоре напечатал его вместе с другими открытиями.

Телескоп позволил Галилею различить множество звёзд, недоступных невооружённому глазу. Светлая полоса Млечного Пути распадалась на отдельные точки. В знакомых участках неба рядом с уже известными звёздами обнаруживались более слабые.

7 января 1610 года Галилей заметил рядом с Юпитером три небольшие светлые точки. В следующие ночи их расположение менялось. Продолжая наблюдения, он установил, что около планеты движутся четыре тела. Некоторые из этих тел временами скрывались за Юпитером или находились так близко к нему, что в трубу их нельзя было различить отдельно. По одной зарисовке можно было принять их за звёзды рядом с планетой. Сравнивая рисунки, сделанные в разные ночи, Галилей установил, что тела обращаются вокруг Юпитера.

Спутники Юпитера давали пример небесных тел, обращающихся вокруг другого центра, помимо Земли. Их наблюдение также помогало ответить на возражение против движения Земли вместе с Луной: у Юпитера могли оставаться собственные спутники, хотя сама планета перемещалась по небу. Но земного обращения вокруг Солнца эти точки непосредственно не показывали. Галилей использовал открытие в пользу новой картины мира, тогда как само наблюдение устанавливало устройство системы Юпитера.

Новые спутники Галилей назвал Медицейскими звёздами, посвятив открытие тосканскому правящему дому. Название связывало астрономическую работу с поиском влиятельного покровительства. Для учёного, который собирался оставить университетскую службу в Венецианской республике, отношения с Медичи имели практическое значение. Посвящение сопровождало публикацию открытия и переговоры о новой должности.

«Звёздный вестник» и служба при дворе Медичи

В марте 1610 года в Венеции вышел «Звёздный вестник» — небольшая латинская книга, напечатанная Томмазо Бальони. Галилей представил в ней лунные наблюдения, сведения о звёздах и открытие спутников Юпитера. Печатное описание сопровождалось изображениями, позволявшими понять, что именно он видел. Книга появилась вскоре после основных наблюдений. Сообщение об открытиях стало доступно людям, которые ещё не имели собственных хороших телескопов, и они могли сопоставлять свои попытки наблюдения с опубликованными данными.

В 1610 году Галилей получил должность математика и философа великого герцога Тосканского и переехал во Флоренцию. Служба при дворе отличалась от преподавания в Падуе. Его новые наблюдения касались вопросов, которыми занималась естественная философия: строения небесных тел, характера их движения и отношений между Землёй и небом. При дворе Медичи Галилей продолжил исследования и научную переписку.

В 1611 году Галилей посетил Рим. Математики Римской коллегии, принадлежавшие к ордену иезуитов, подтвердили основные телескопические наблюдения. При этом согласие с увиденными объектами не означало согласия со всеми его выводами о системе мира. Даже описание поверхности Луны допускало обсуждение того, как объяснить её вид.

25 апреля 1611 года Галилей вступил в Академию Линчеи, основанную Федерико Чези в 1603 году. Её участники занимались исследованием природы и поддерживали научные публикации. Для Галилея академия стала кругом собеседников и помощников в подготовке сочинений к печати. Под её покровительством вышли его работы о солнечных пятнах и «Пробирщик». Чези участвовал в организации этой работы, а после его смерти в 1630 году академия утратила прежнюю устойчивость.

Наблюдения Венеры, Сатурна и Солнца

В 1610 году Галилей наблюдал изменение видимой формы Венеры. Планета показывала освещённую сторону в разных долях: от узкого серпа до почти полного диска. Одновременно менялся её видимый размер. Чередование фаз было связано с положением Венеры относительно Солнца и наблюдателя на Земле. Последовательность фаз давала возможность проверить устройство планетной системы, а не только уточнить внешний вид отдельного объекта. Обычная птолемеевская схема не позволяла получить весь наблюдаемый набор фаз.

Наблюдаемые фазы Венеры можно было объяснить её обращением вокруг Солнца. Так было и в системе Коперника, и в системе Тихо Браге, где Солнце вместе с обращающимися вокруг него планетами двигалось вокруг неподвижной Земли. Наблюдения противоречили принятому у Птолемея расположению Венеры. Галилей защищал движение Земли, располагая сильным аргументом против одной системы. Однако одни лишь фазы Венеры не доказывали, что Земля движется: система Тихо Браге объясняла их и при неподвижной Земле.

Сатурн в 1610 году показался Галилею состоящим из трёх частей. По сторонам большого центрального тела он видел меньшие, а в 1612 году они исчезли. Телескоп давал недостаточно чёткое изображение, чтобы распознать кольцо и объяснить изменение его видимости. Галилей сообщил о первоначальном наблюдении с помощью переставленных букв — анаграммы, которая позволяла закрепить первенство до раскрытия смысла. Правильное объяснение кольцевого строения Сатурна предложил Христиан Гюйгенс в 1659 году.

Солнечные пятна наблюдали независимо несколько исследователей, и первую печатную работу о них выпустил Иоганн Фабрициус. Галилей вступил в спор с иезуитом Кристофом Шейнером о природе пятен и первенстве их изучения. Шейнер первоначально объяснял их небольшими телами перед Солнцем. Галилей связывал пятна с самим Солнцем или ближайшим к нему слоем. Изменение их формы и положения имело значение для вопроса, являются ли они внешними спутниками или особенностями солнечного тела.

Для изучения Солнца Бенедетто Кастелли предложил направлять изображение из телескопа на бумагу. Галилей пользовался этим способом, позволяющим зарисовывать пятна на проекции солнечного диска. На листе обозначали окружность одного размера, чтобы рисунки разных дней можно было сопоставлять. Так фиксировались положение и изменение пятен. Проекция связывала наблюдение с записью, которую затем могли изучать другие люди, и избавляла от необходимости смотреть на Солнце непосредственно через трубу.

Спор о том, почему тела плавают

Во Флоренции Галилей продолжал спорить и о земных явлениях. В 1612 году вышло его сочинение о телах, которые плавают в воде или движутся в ней. Поводом стали обсуждения с приверженцами аристотелевского объяснения плавания. Они придавали решающее значение форме предмета, например широкой поверхности ледяной пластинки. Галилей отстаивал объяснение, связанное с соотношением веса тела и воды. В предисловии он описывал переход от устного спора к письменному изложению доводов.

Один из его доводов касался льда. Если поместить его на дно и отпустить, он поднимается к поверхности. Плоская форма при этом не обязательна: кусок может иметь другие очертания и всё равно всплыть. Галилей разбирал случай, когда тело уже погружено в воду, и потому его поведение нельзя было объяснить одной лишь широкой поверхностью, лежащей сверху.

Для объяснения Галилей сравнивал вес равных объёмов вещества и воды. Если одинаковый объём тела весит меньше, оно может удерживаться на поверхности, вытеснив достаточно воды. В этих рассуждениях Галилей следовал Архимеду: сопоставлял вес тела с весом вытесненной им воды. При разборе опытов он различал два случая — предмет лежит на поверхности или уже погружён в воду.

Марина Гамба и дети Галилея

В Падуе у Галилея и Марины Гамбы родились трое детей: Вирджиния в 1600 году, Ливия в 1601-м и Винченцо в 1606-м. Родители не были женаты. После перехода Галилея ко двору Медичи жизнь семьи оказалась связана и с Венето, и с Тосканой. Его дальнейшая переписка с детьми, особенно со старшей дочерью, сохранила сведения о домашних заботах наряду с научной работой.

В 1613 году Вирджиния и Ливия поступили в монастырь Сан-Маттео в Арчетри. Став монахинями, они получили имена Мария Челесте и Арканджела. Обе остались в монастыре, расположенном близ Флоренции. Сын Галилея Винченцо был впоследствии официально признан законнорождённым. Судьбы детей различались, и особенно подробно сохранились отношения отца со старшей дочерью. Сан-Маттео стал постоянным адресом её писем, а близость монастыря повлияла на выбор Галилеем жилья в последние годы.

Галилей материально поддерживал дочерей, а Мария Челесте помогала ему с домашними делами и интересовалась его научной работой. В письме от 21 ноября 1623 года она просила прислать новую книгу, которую хотела прочитать, и сообщала о белье для отца и приготовленных сладостях.

В том же письме Мария Челесте жаловалась на холод в своей монастырской комнате. Она просила отца помочь с занавесями для кровати, чтобы согреться.

Защита учения Коперника и церковный запрет 1616 года

Бенедетто Кастелли, ученик Галилея, участвовал в обсуждении учения Коперника при тосканском дворе. Вопрос о движении Земли затрагивал места Библии, которые понимали как свидетельства её неподвижности. В письме Кастелли 1613 года Галилей предложил различать исследование природы и буквальное прочтение подобных выражений. Он считал, что установленное наблюдением или доказательством нельзя отвергать из-за выбранного толкования текста. Это была его собственная позиция в споре о том, кто и как вправе судить об устройстве мира.

В 1615 году Галилей подробно развил эту позицию в письме великой герцогине Кристине Лотарингской. Он рассуждал о согласовании библейского толкования с достоверным знанием о природе. Галилей не предлагал отказаться от религиозной веры, а оспаривал способ применять Писание к астрономическим вопросам. Он утверждал, что язык священного текста не следует превращать в обязательное физическое описание каждого явления. Письмо распространялось среди участников спора и относилось к защите коперниковского учения.

Римская инквизиция рассматривала вопросы религиозной правоверности. В 1616 году её богословские консультанты оценили положения о неподвижном Солнце и движущейся Земле как недопустимые с философской и богословской точки зрения. Научная дискуссия оказалась связана с решениями церковного учреждения, которое обладало властью ограничивать преподавание и распространение книг. Эта оценка касалась самих положений о системе мира. Для Галилея затем установили личное требование, определявшее пределы его дальнейших выступлений.

Кардинал Роберто Беллармин предупредил Галилея, что он не должен придерживаться учения Коперника и защищать его. В деле сохранилась и более строгая запись о запрете преподавать или обсуждать это учение. Обстоятельства такого предписания и его отношение к предупреждению Беллармина остаются предметом исторического спора. В 1633 году различие между документами стало существенно для обвинения.

Церковное ведомство по надзору за книгами — Конгрегация Индекса — в марте 1616 года включило книгу Коперника в список запрещённых до её исправления. Это означало, что изложение движения Земли требовалось привести к допустимому церковными властями виду. Сочинения самого Галилея в этот указ тогда не включили. Поэтому предупреждение учёному и решение о запрещённых книгах представляли разные действия. После возвращения из Рима он продолжал научную работу, но вопрос о том, где заканчивается обсуждение гипотезы и начинается её защита, оставался для него юридически значимым.

Кометы, «Пробирщик» и папа Урбан VIII

Спор о кометах, появившихся в 1618 году, привёл Галилея к ошибочному объяснению. Он рассматривал их как оптическое явление, а не как самостоятельные небесные тела. Его оппонент, иезуит Орацио Грасси, помещал кометы в небесную область. Галилей возражал против его доводов, однако предложенное им самим объяснение не соответствовало природе комет.

По собственному рассказу Галилея в «Пробирщике», во время появления комет он болел и оставался в постели. Навещавшие его друзья обсуждали наблюдения, а Марио Гвидуччи собирался выступить перед Флорентийской академией. Галилей сообщил, что разрешил включить свои соображения в этот доклад. В дальнейшей полемике Грасси обращался к нему как к автору обсуждаемых доводов. Галилей, отвечая оппоненту, подчёркивал самостоятельное участие Гвидуччи и представлял свой вклад как высказанные в беседах мысли.

В 1623 году Галилей выпустил «Пробирщик», продолжив полемику с Грасси. Книгу подготовили к печати при поддержке Академии Линчеи. Её название отсылало к точному взвешиванию и сопоставлению доводов. Галилей разбирал рассуждения противника и способы исследования природных явлений, хотя исходный спор о кометах не разрешил верно. «Пробирщик» принадлежал к его работам, в которых обсуждение конкретного вопроса сопровождалось рассмотрением того, какие доказательства следует считать убедительными.

В «Пробирщике» Галилей сравнивал Вселенную с открытой книгой, для чтения которой нужно освоить её язык. Этим языком он называл математику, а знаками — треугольники, окружности и другие геометрические фигуры. Так он объяснял, почему рассуждение о природе должно включать математические отношения. Галилей противопоставлял этот способ исследования опоре на мнение знаменитого автора. Образ книги принадлежал самому учёному и выражал заявленное им требование к объяснению физических явлений.

В том же 1623 году кардинал Маффео Барберини стал папой Урбаном VIII. Он и прежде поддерживал Галилея и благожелательно относился к его астрономическим занятиям. Учёный посвятил новому папе «Пробирщик». Личные отношения с Барберини давали ему доступ к обсуждению условий дальнейшей публикации. Однако расположение папы к Галилею не означало принятия учения о движении Земли. Урбан VIII сохранял возражения против признания системы Коперника физически доказанным устройством мира.

На встречах с папой Галилей получил возможность обсуждать коперниковское учение как гипотезу. Речь шла о допустимом способе изложения: можно было сопоставлять объяснения, не объявляя движение Земли окончательно установленной истиной. Это условие определяло подготовку будущей книги о системах мира. Галилей приступил к сочинению, в котором доводы должны были обсуждаться в форме беседы.

«Диалог»: книга о движении Земли

В 1630 году Галилей приехал в Рим добиваться разрешения на печать новой книги. «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» вышел во Флоренции в 1632 году у Джованни Баттисты Ландини. Перед публикацией автор получил церковное разрешение. Условия издания требовали представить рассуждения о движении Земли как обсуждение возможной системы, и в предисловие и заключение вошли соответствующие оговорки.

Книга была построена как беседа, позволяющая последовательно предъявлять доводы и возражения. Защита традиционного устройства мира выглядела в ней слабее аргументов в пользу Коперника. Галилей сравнивал две системы, вынесенные в заглавие, а систему Тихо Браге не рассматривал как самостоятельную альтернативу. Отсутствие такого сравнения имело значение для его доказательства: наблюдения, несовместимые с обычной птолемеевской картиной, могли объясняться и без движения Земли.

В «Диалоге» Галилей предложил представить человека в закрытой каюте корабля. В каюте подвешен сосуд, из которого капает вода, под ним стоит другой сосуд, в большой чаше плавают рыбы и рядом летают насекомые. Если корабль движется равномерно и без качки, капли по-прежнему попадают в нижний сосуд, а рыбы и насекомые не отстают от судна. По их поведению человек в каюте не может определить, движется корабль или стоит: он сам, воздух и все предметы перемещаются вместе с судном. Так Галилей объяснял, почему общее движение может оставаться незаметным для наблюдателя внутри корабля.

Особое место в книге занимало объяснение приливов. Галилей связывал их с сочетанием суточного вращения Земли и её годового обращения, полагая, что эти движения вызывают перемещение морской воды. Он рассчитывал получить физический довод в пользу системы Коперника. Однако предложенная схема не объясняла наблюдаемый порядок приливов.

По требованию Урбана VIII в конце книги следовало напомнить о божественном всемогуществе и ограниченности человеческого объяснения. Галилей вложил этот довод в уста Симпличио, персонажа, защищавшего традиционные взгляды. При церковном разборе сочинения такое решение поставили автору в вину. Обязательная оговорка присутствовала, но её место в беседе вызывало возражения.

В августе 1632 года издатель получил приказ прекратить выпуск и продажу «Диалога». Урбан VIII распорядился рассмотреть книгу, а затем Галилея вызвали в Рим. Разрешение, полученное перед печатью, не защитило его от обвинения в нарушении прежних предписаний. Рассмотрение перешло от цензурных условий издания к личной ответственности автора. В 1633 году Галилей предстал перед судом инквизиции.

Суд инквизиции и отречение в 1633 году

Вызов в Рим требовал от Галилея поездки, опасность которой 17 декабря 1632 года засвидетельствовали врачи. Однако требование явиться осталось в силе. Он выехал 20 января 1633 года и прибыл 13 февраля, после задержки на карантин из-за эпидемии чумы. Сначала ему разрешили оставаться в тосканском посольстве. 12 апреля начался первый допрос в инквизиции. Разбирательство касалось его действий после предупреждения 1616 года и условий, на которых он получил разрешение издать книгу.

30 апреля Галилей заявил о готовности дополнить «Диалог» ещё двумя днями беседы, в которых предполагал опровергнуть коперниковские доводы. Такое продолжение не появилось. Предложение было сделано в ходе процесса, когда он отвечал на обвинение в защите запрещённого учения. Власти оценивали уже опубликованную книгу и не ограничились возможностью её будущего исправления. Разбирательство продолжилось и завершилось в июне.

22 июня 1633 года был оглашён приговор. Галилея признали «сильно подозреваемым в ереси» из-за поддержки положений о неподвижном Солнце и движущейся Земле. Это определённая судебная формула, отличающаяся от признания человека уличённым еретиком. К этому времени Галилею было шестьдесят девять лет.

В тот же день Галилей произнёс и подписал отречение. Он обязался оставить осуждённые взгляды и впредь не говорить и не писать ничего, что могло бы вызвать подобное подозрение. Документ требовал формального отказа от защиты учения, с которым была связана его астрономическая работа. Отречение было частью судебной процедуры.

Суд запретил «Диалог» и назначил заключение на срок по усмотрению инквизиции. Фактически дальнейшую жизнь Галилей провёл под домашним арестом. Кроме того, ему предписали в течение трёх лет еженедельно читать семь покаянных псалмов. Наказание ограничивало и передвижение, и возможность общения.

Фразу «А всё-таки она вертится!» часто приписывают Галилею как ответ после отречения. Достоверного свидетельства о такой реплике в суде нет. Её печатная история связывается с рассказом Джузеппе Баретти 1757 года, появившимся более чем через столетие после процесса. Поэтому она относится к позднему образу Галилея.

Домашний арест и помощь дочери

Ещё в сентябре 1631 года Галилей по совету Марии Челесте арендовал виллу Иль-Джойелло в Арчетри, близ её монастыря. В декабре 1633 года ему разрешили вернуться туда. Условия предусматривали ограничения на приём людей, с которыми можно было обсуждать научные вопросы. Дом стал местом его пребывания под надзором. Возможность принимать посетителей зависела от церковных властей, а отношения с близкими во многом поддерживались через письма.

Мария Челесте ознакомилась с приговором отцу. В письме от 3 октября 1633 года она сообщала, что взяла на себя чтение покаянных псалмов, назначенных ему судом. Письмо относится ко времени, когда Галилей ещё находился вдали от Арчетри. Дочь одновременно обсуждала с ним дела, которые требовали внимания в его отсутствие.

Осенью 1633 года Мария Челесте писала о сборе винограда, хозяйственных распоряжениях и лекарствах. В письме от 31 октября она сообщала о работах в саду и ожидаемых средствах для лечения. Ей приходилось передавать сведения о доме человеку, который не мог сам распоряжаться всем на месте.

2 апреля 1634 года Мария Челесте умерла в монастыре Сан-Маттео. Ей было тридцать три года. Галилей потерял дочь, которая помогала ему с домашними делами, заботилась о его здоровье и поддерживала связь во время разбирательства. Её сохранившиеся письма охватывают и научные публикации отца, и события последних месяцев её жизни. Ливия, носившая имя Арканджела, продолжала жить в монастыре.

«Беседы»: исследования движения и прочности тел

В 1638 году в Лейдене вышли «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук». Это была последняя книга Галилея, опубликованная при его жизни. Издание подготовил дом Эльзевиров за пределами Италии. Под домашним арестом учёный вернулся к вопросам, которыми занимался ещё в Падуе. В книгу вошли исследования движения и прочности тел, накопленные за десятилетия.

Две науки в заглавии касались того, как тела движутся и как они сопротивляются разрушению. В исследованиях равновесия и простых машин Галилей опирался на Архимеда и работы математиков, изучавших его наследие. Теперь он пытался также заранее определить условия, при которых нагруженное тело сломается. Размер, форма и способ приложения веса становились предметом математического рассмотрения. Рядом излагались результаты изучения падения и полёта снарядов.

Галилей обсуждал затруднения при увеличении размеров кораблей и других конструкций. Если сохранить пропорции и увеличить все размеры вдвое, объём и вес возрастут в восемь раз, а площадь поперечного сечения опоры — только в четыре. Это различие не позволяет рассчитывать прочность большого сооружения по одному внешнему сходству с малым. Нагрузка растёт быстрее, чем сечение, которое должно её выдержать. Для больших конструкций приходится менять соотношение размеров.

То же рассуждение Галилей применял к животным и рассказам о великанах. Кость увеличенного существа должна быть толще по отношению к остальному телу, чем у небольшого. Простое сохранение всех пропорций не обеспечило бы необходимой прочности при возросшем весе. В книге сопоставлялись геометрическое увеличение и способность тела удерживать нагрузку. Галилей использовал этот пример, чтобы проверить правдоподобие образа великана с обычными человеческими пропорциями.

Движение брошенного тела Галилей описывал как сочетание двух движений: равномерного по горизонтали и ускоренного вниз. При таких условиях получается кривая, называемая параболой. Это описание относится к идеальному случаю без сопротивления воздуха, а реальный снаряд испытывает его влияние. В четвёртой части «Бесед» Галилей математически разбирал траекторию. Он связывал полёт с тем же правилом ускорения, которое изучал в опытах с падающими телами.

Последние годы и память о Галилее

К началу 1638 года Галилей полностью потерял зрение. Работу он продолжал при помощи других людей. В 1641 году он обсуждал с сыном применение маятника к часовому механизму: повторяющиеся колебания могли задавать ход часов. Завершённого действующего устройства он не создал. Практическую конструкцию маятниковых часов позднее разработал Гюйгенс.

С октября 1639 года Галилею помогал молодой математик Винченцо Вивиани. В последние месяцы жизни рядом с ним работал и Эванджелиста Торричелли, впоследствии занявший его должность при тосканском дворе. Помощники участвовали в сохранении и продолжении его исследований. Вивиани оставался с Галилеем до его смерти, а позднее собирал документы, письма и свидетельства о нём. Работа учёного в Арчетри зависела от людей, которые могли читать, записывать и обсуждать с ним математические задачи.

Галилей умер 8 января 1642 года на вилле Иль-Джойелло. Его похоронили при флорентийской базилике Санта-Кроче, в помещении рядом с капеллой. Предложение воздвигнуть монументальную гробницу встретило возражения церковных властей: они ссылались на вынесенный приговор. Галилею было семьдесят семь лет.

Вивиани подготовил значительное издание сочинений Галилея, вышедшее в Болонье в 1656 году. Ещё в 1654-м он написал биографический рассказ об учителе, напечатанный лишь в 1717 году. В этом сочинении сохранились важные сведения, но Вивиани знал Галилея главным образом в последние годы. Рассказы о молодости отделены от описываемых событий десятилетиями.

Переднюю линзу телескопа — объектив, использованный при наблюдениях 1609–1610 годов, — Галилей подарил Козимо II Медичи. Линзу сохранили в коллекции династии, а в 1677 году для неё изготовили раму из чёрного дерева. Вивиани также добивался создания памятника учителю. 12 марта 1737 года останки Галилея перенесли в монументальную гробницу.

31 октября 1992 года Иоанн Павел II выступил перед Папской академией наук по итогам рассмотрения дела Галилея специальной комиссией. Папа признал ошибку богословов, которые считали движение Земли несовместимым с Писанием и переносили буквальное толкование текста на физическое устройство мира.